2022-2022学年高中化学第1章化学反应与能量转化第2节电能转化为化学能--电解第1课时电解的原理学案.doc

第1课时　电解的原理
学习目标：1.理解电解原理及电解池的组成。(重点)2.了解电解规律及其应用。(难点)
[自 主 预 习·探 新 知]
1．电解熔融氯化钠实验
(1)实验装置

(2)实验现象
通电后，在石墨片周围有气泡产生，在铁片上生成银白色金属。
(3)实验分析
①熔融氯化钠中存在的微粒Na＋、Cl－。
②通电后离子的运动方向：阳离子Na＋(填离子符号)移向铁电极；阴离子Cl－(填离子符号)移向石墨电极。
③电极上发生的变化：铁电极：2Na＋＋2e－===2Na＋，石墨电极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
(4)实验结论
熔融氯化钠在电流作用下发生了化学变化分解生成了Na和Cl2。
2．基本概念
(1)电解：让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池
①定义：将电能转化为化学能的装置。
②构成条件：直流电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融的电解质并构成闭合回路。
(3)电极
阳极——发生氧化反应的电极(与电源正极相连)
阴极——发生还原反应的电极(与电源负极相连)
(4)电极反应
在电极上进行的半反应，可以用电极反应式表示。
3．电解池的工作原理

微点拨：电解质的导电过程是被电解的过程，属于化学变化；金属导电过程是电子的定向移动，属于物理变化。
[基础自测]
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)与电源正极相连接的是电解池的阴极。(　　)
(2)用惰性电极电解NaCl溶液时可以得到Na和Cl2。(　　)
(3)电解池工作时，阳极发生还原反应，失去电子。(　　)
(4)电解池工作时，阳极上的电子通过电解质溶液移向阴极。(　　)
(5)电解AgNO3溶液时，Ag＋移向阳极，NO移向阴极。(　　)
[提示]　(1)×　电解池的阳极连接电源的正极。
(2)×　用惰性电极电解NaCl溶液得H2、Cl2、NaOH。
(3)×　电解过程中，阳极发生氧化反应。
(4)×　电解池中电子不通过电解质溶液。
(5)×　电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。
2．将下面的电极反应与对应的电极名称连线。
①Na＋＋e－===Na
②氧化反应　　　　　　　　　　　　A．阳极
③还原反应
④4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．阴极
[答案]　①—B　②—A　③—B　④—A
3．用石墨棒作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是(　　)
【导学号：41722021】
A．石墨棒周围有大量的Na＋
B．铁棒质量增加
C．电子通过熔融电解质由石墨棒流向铁棒
D．阴极发生氧化反应
B　[阴离子移向阳极(石墨棒)，发生氧化反应2Cl－－2e－===Cl2↑，阳离子移向阴极，发生还原反应2Na＋＋2e－===2Na，A、D项错误，B项正确；电子不能通过熔融电解质，熔融的电解质是由于其内部自由移动的离子定向移动而导电的，C项错误。]
[合 作 探 究·攻 重 难]

电解池阴、阳极及电极产物的判断
用下列装置对X溶液进行电解

[思考交流]
1．上述电解池的石墨、铁分别是什么电极？发生电极反应的类型是什么？
[提示]　石墨为阳极，发生氧化反应；铁为阴极，发生还原反应。
2．若X为CuSO4，两电极上出现什么现象？解释原因。
[提示]　通电后在石墨电极上产生气泡。原因：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；铁电极上析出紫红色固体，原因：Cu2＋＋2e－===Cu。
3．若X为Mg(NO3)2，两电极上出现什么现象？解释原因。
[提示]　通电后在石墨电极上产生气泡，原因：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；铁电极上产生气泡，附近区域变浑浊，原因：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。
[对点训练]
题组一　电解池阴、阳极的判断
1．下列关于电解池的叙述中不正确的是(　　)
A．阳离子移向与电源正极相连的电极
B．与电源负极相连的是电解池的阴极
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
A　[与电源正极相连的电极为阳极，电解质溶液中的阴离子移向阳极。]
[教师备选]
如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则以下有关此电解池的判断正确的是(　　)

A．a为负极，b为正极
B．a为阳极，b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度保持不变
C　[依据电流的方向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。d极上的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，c极上的电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中的Cl－浓度减小。]
2．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在如图中，下列有关分析完全正确的是(　　)

选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子
B　[电子由电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子移向阴极。]

电解池阴、阳极的判断

题组二　电解产物的判断
3．用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上分别析出的物质分别是(　　)
A．H2和Cl2　　　　 B．Cu和Cl2
C．H2和O2 D．Cu和O2
B　[溶液中的离子有H＋、Cu2＋、Na＋及SO、NO、Cl－、OH－七种离子，得电子能力：Cu2＋＞H＋＞Na＋，失电子能力：Cl－＞OH－＞含氧酸根，所以电解初期阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，故选B。]
4．用惰性电极进行电解，下列说法正确的是(　　)
A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液的pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液的pH降低
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
D　[A项，电解稀H2SO4，实质是电解H2O，由于H2O的量减小，故c(H2SO4)增大，溶液的pH降低；B项，电解NaOH溶液，实质是电解H2O，由于H2O的量减少，故c(NaOH)增大，溶液的pH升高；C项，电解Na2SO4溶液，实质是电解H2O，阳极产生O2，阴极产生H2，n(H2)∶n(O2)＝2∶1；D项，电解CuCl2溶液时，发生反应CuCl2Cu＋Cl2↑，阴极析出Cu，阳极产生Cl2，n(Cu)∶n(Cl2)＝1∶1。本题选D。]

电解反应两极产物的判断
(1)阳极产物的判断
①活性金属电极
金属电极失电子，被溶解，生成对应金属阳离子。
②惰性电极(Pt、Au、C)
阴离子失电子，生成对应非金属单质。
阴离子放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根＞F－。
(2)阴极产物的判断
与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(H＋浓度较大时)＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(H＋浓度较小时)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。

用惰性电极电解电解质溶液的类型
采用惰性电极从NO、SO、Cl－、Cu2＋、Ba2＋、H＋中选出适当的离子组成电解质，并对其溶液进行电解。
[思考交流]
1．若两极分别放出H2和O2，则符合条件的电解质有哪些？
[提示]　HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2。
2．若阴极析出金属、阳极放出O2，则符合条件的电解质有哪些？
[提示]　Cu(NO3)2、CuSO4。
3．若两极分别放出气体，且体积比为1∶1，则符合此条件的电解质有哪些？
[提示]　BaCl2、HCl。
[对点训练]
题组一　电解规律
1．以石墨为电极，电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　)
【导学号：41722022】
A．阴极附近溶液呈红色
B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色
D．溶液的pH变小
D　[以石墨为电极，电解KI溶液的方程式是2KI＋2H2OI2＋H2↑＋2KOH。由于其中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近碘单质遇淀粉，溶液变为蓝色；在阴极由于产生氢气，溶液显碱性，遇酚酞，溶液变为红色。因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。因此选项是D。]
2．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是(　　)
A．AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2
B．KCl　Na2SO4　CuSO4
C．CaCl2　KOH　NaNO3
D．HCl　HNO3　K2SO4
B　[由电解电解质溶液的四种类型可知：
类型
化学物质
pH变化
放O2生酸型
CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2
降低
放H2生碱型
KCl、CaCl2
升高
电解电解质型
CuCl2
升高
HCl
升高
电解H2O型
NaNO3、Na2SO4、K2SO4
不变
KOH
升高
HNO3
降低
]题组二　电解的有关计算
3．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是(　　)

A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1
C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1
A　[由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2。由电子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～O2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为1∶1∶2∶＝2∶2∶4∶1。]
[教师备选]
电解100 mL c(H＋)＝0.30 mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属的质量最大的是 (　　)
A．含0.10 mol/L Ag＋的溶液
B．含0.20 mol/L Zn2＋的溶液
C．含0.20 mol/L Cu2＋的溶液
D．含0.20 mol/L Pb2＋的溶液
C　[根据离子放电顺序可知，电解时A、C项溶液中Ag＋、Cu2＋比H＋先放电，而B、D项溶液中则是H＋先放电，故当电路中通过0.04 mol电子时，理论上A项溶液中有0.01 mol Ag析出，B项溶液中有0.005 mol Zn析出，C项溶液中有0.02 mol Cu析出，D项溶液中有0.005 mol Pb析出，则析出金属的质量最大的是C项。]
4．用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极质量增加a g时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，则M的相对原子质量是(　　)
【导学号：41722023】
A． B. C． D.
C　[生成b L O2(标准状况)转移的电子为 mol，根据电子守恒知，析出的M的物质的量为mol＝mol，阴极增加的质量即为析出的M的质量，则M的摩尔质量为a÷＝(g·mol－1)，即M的相对原子质量为。]

电解计算技巧
(1)计算方法
电子守恒
法计算
用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等
总反应
式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算
关系式
计算
根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式
(2)常见电化学计算的对应关系
H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。

[当 堂 达 标·固 双 基]
1．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是 (　　)
A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B．NaOH、CuSO4、H2SO4
C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
C　[电解时只生成氧气和氢气，则电解质所含阳离子在金属活动性顺序表中位于铜之前，阴离子不是简单离子。]
2．用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液，一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量相应的溶质能使溶液恢复到电解前浓度的是(　　)
A．AgNO3　　　　 B．Na2SO4
C．CuCl2 D．KCl
C　[直接加入溶质就能使溶液恢复到电解前的浓度应属于电解溶质型，即选C；AgNO3发生的电解反应是：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，可加Ag2O或Ag2CO3；电解Na2SO4的水溶液实际电解的是水；电解KCl水溶液实际电解的是溶质和溶剂，通HCl气体能恢复原状。]
[教师备选]
将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt)用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾淀粉溶液和石蕊试液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是(　　)
选项
A
B
C
D
阳极
蓝
白
红
蓝
阴极
白
蓝
蓝
蓝
D　[题中所述装置相当于电解食盐水装置。阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2使湿润的KI­淀粉变蓝。阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阴极附近溶液呈碱性，石蕊试液变蓝。]
3．按图甲装置进行实验，若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是(　　)

A．F表示反应生成Cu的物质的量
B．E表示反应实际消耗H2O的物质的量
C．E表示反应生成O2的物质的量
D．F表示反应生成H2SO4的物质的量
B　[由题意可知电解反应的化学方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，据反应中各物质与转移电子的关系：2Cu～2H2O～2H2SO4～O2～4e－可知，E表示反应消耗H2O的物质的量或反应生成Cu、H2SO4的物质的量，F表示反应生成O2的物质的量。]
4．如图为电解CaCl2溶液的实验装置，以铂为电极。电解一段时间后，将CO2持续通入该电解液中。

请回答下列问题：
【导学号：41722024】
(1)电解时，F极发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为__________________________；E极发生______________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为____________________________________；
电解总反应式为__________________________。
(2)电解池中产生的现象：
①___________________________________________________________；
②___________________________________________________________；
③___________________________________________________________。
(3)持续通入CO2发生的反应有________。
[解析]　在E极上发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；在F极上发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。电解一段时间后，通入CO2会有CaCO3沉淀生成，继续通入CO2，CaCO3沉淀溶解。
[答案]　(1)氧化　2Cl－－2e－===Cl2↑　还原　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　CaCl2＋2H2OCa(OH)2＋H2↑＋Cl2↑
(2)①E极附近溶液呈红色
②E极有无色气体生成，F极有黄绿色气体生成
③通入少量CO2时，溶液中出现白色沉淀，继续通入CO2，白色沉淀逐渐消失
(3)CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2

对于电解水型的电解池，阳极OH－放电，剩余H＋，故阳极附近溶液中c(H＋)大于c(OH－)，溶液显酸性；阴极H＋放电，剩余OH－，故阴极附近溶液中c(OH－)大于c(H＋)，溶液显碱性。 因此，一般阳极OH－放电产生O2时，阳极附近溶液显酸性，阴极H＋放电产生H2时，阴极附近溶液显碱性。