专题1 第2单元 第3课时 电解池的工作原理(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修1（苏教版2019）

第3课时　电解池的工作原理 [学习目标]　1.体验化学能与电能相互转化的探究过程。2.分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。3.能写出电解池的电极反应式和反应方程式。 知识点一　电解原理 1．电解熔融氯化钠的原理分析 (1)氯化钠的原理图 (2)过程分析 ①通电前 熔融NaCl中存在的微粒有Na＋、Cl－，这些微粒做无规则(或自由)运动。 ②通电后 离子移动方向： Na＋移向阴极，Cl－移向阳极。 电极上发生的反应： 阴极：2Na＋＋2e－===2Na，发生还原反应； 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，发生氧化反应。 (3)分析结论 熔融的NaCl在直流电作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2，总反应式是2NaCl2Na＋Cl2↑。 2．电解和电解池 (1)电解：在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (2)电解池：将电能转化为化学能的装置。 (3)电解池的电极名称 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 (4)电解池的工作原理 3．电解氯化铜溶液实验探究 (1)按下图所示装置完成实验，并填写下表 实验现象 实验结论 电流计指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜，阴极反应式是：Cu2＋＋2e－===Cu 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 产生了氯气，阳极反应式是：2Cl－－2e－===Cl2↑ (2)实验原理分析 ①氯化铜溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前这些离子在溶液中做自由运动。 ②通电时在电场的作用下，溶液中的离子做定向运动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋趋向b极。 ③a极(阳极)Cl－的还原性大于OH－，因而Cl－被氧化为Cl2，b极(阴极)Cu2＋的氧化性大于H＋，因而Cu2＋被还原为Cu。 1．阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？ 提示　 原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极；电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极。 2．在氯化铜溶液中除了Cu2＋和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得到或失去电子？ 提示　电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2＋比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子，可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序，从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。 3．电解时电子可从溶液中通过吗？ 提示　电子不能通过电解质溶液，在溶液中是由离子定向移动传导电流。 1．电解池的阴极、阳极的判断方法 2．离子放电顺序 (1)基本思路 (2)离子放电顺序 ①阴离子放电顺序 ②阳离子放电顺序 (3)根据实验现象判断阴、阳极和电极产物 实际题目中往往不给出电解池的电源，而是给出一些实验现象，据此先判断出是何种离子放电，从而确定出电源的正、负极和电解池的阴、阳极，并进行有关问题的分析。 ①滴入酚酞试剂显红色的一极(说明H＋放电显碱性)是阴极，接电源的负极； ②滴入石蕊试剂显红色的一极(说明OH－放电显酸性)是阳极，接电源的正极； ③电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极，接电源的负极。 3．电解池中电极反应式及电解总反应式的书写 (1) 书写步骤 具体操作 判断两极 阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连 判断 反应 微粒 活性电极：电极材料本身失电子 溶液中的较易得电子的阳离子反应 惰性电极：溶液中较易失去电子的阴离子反应 书写电极 反应式 活性电极：M－ne－===Mn＋ Mn＋＋ne－===M 惰性电极：mRn－－mne－===Rm 书写电解 总方程式 根据得、失电子数相等，将阴、阳极电极反应式相加得电解总反应式，注意若是水电离的H＋或OH－参与电极反应，写总反应式时要写成H2O (2)注意事项 ①做到“三看”，正确书写电极反应式 a．一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋而不是生成Fe3＋)。 b．二看介质，介质是否参与电极反应。 c．三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。 ②规避“三个”失分点 a．书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。 b．要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。 c．电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。 1．如图所示装置中，属于电解池的是(　　) 答案　C 2．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　) A．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成 解析　A对，电解总反应：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，金属铜失电子，说明金属铜作阳极，石墨作阴极，在阴极上是溶液中的氢离子得电子，产生氢气；B错，铜电极本身失电子，发生氧化反应；C错，铜电极是电解池的阳极，接直流电源的正极；D错，反应2Cu＋H2OCu2O＋H2↑中，若转移电子的物质的量为2 mol，则生成氧化亚铜1 mol，所以当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成。 答案　A 知识点二　酸、碱、盐溶液的电解规律 1．电极反应规律 (1)阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋… (2)阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。放电顺序：活泼金属阳极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。 2．酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极) 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： (1)电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 加入H2O (2)电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 — 复原加入物质 加入HCl 加入CuCl2 (3)电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cu2＋＋4e－===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO3 1．用惰性电极电解盐酸与稀硫酸一段时间后，溶液中的pH变化为何不同？ 提示　电解盐酸时，H＋、Cl－放电，溶质HCl减少，pH增大；而电解稀硫酸时，H＋、OH－放电，相当于电解稀硫酸中的水，硫酸浓度变大，pH减小。 2．有下列两组离子：①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋； ②Cl－、I－、SO、OH－。 (1)电解时，哪一组离子移向阳极？放电的先后顺序是什么？ (2)电解时，哪一组离子移向阴极？放电的先后顺序是什么？ 提示　(1)②；放电的先后顺序是I－>Cl－>OH－>SO。 (2)①；放电的先后顺序是Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋。 3．根据电解池中的电极反应规律，分析判断： (1)电解质溶液电解时，其阳极产物可能是什么？ (2)电解质溶液电解时，其阴极产物可能是什么？ (3)电解质溶液电解时，哪些离子一般在水溶液中是不放电的？ 提示　(1)若为活泼电极，电极材料失去电子而溶解，阳极产物为其阳离子；若为惰性电极，则非金属阴离子或OH－放电，阳极产物为非金属单质。 (2)阴极产物可能是金属单质或氢气。 (3)①活泼金属阳离子，如：K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等。 ②含氧酸根离子，如：SO等。 1．电解池中活性电极与惰性电极的不同 活性电极主要是指金属活动性顺序中排在Pt前的金属单质(K、Ca、Na除外)形成的电极，常考的有Fe、Cu、Ag等。当阳极为活性电极时，电极本身失电子，参加反应，质量减少。 惰性电极主要是指Pt、Au或石墨等材料形成的电极，在电解过程中本身不参与氧化还原反应，只起传递电子的作用。 2．解答电解原理题的一般思路 以惰性电极电解Cu(NO3)2溶液为例 3．电解后溶液的复原 从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。 1．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NaOH溶液，要消耗OH－，故溶液的pH减小 C．电解Na2SO4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CuCl2溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1 解析　电解水后，H＋的浓度增大，溶液的pH减小，A错误；电解NaOH溶液相当于电解水，OH－的浓度增大，溶液的pH增大，B错误；电解Na2SO4溶液相当于电解水，阴极上析出的H2和阳极上析出的O2的物质的量之比为2∶1，C错误；电解CuCl2溶液，阴极上析出的Cu和阳极上析出的Cl2的物质的量之比为1∶1，D正确。 答案　D 2.用如图装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是(　　) 选项 电源X极 实验前U形管中液体 通电后现象或结论 A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色 B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C 负极 KCl和CuCl2混合溶液 相同条件下，a、b两管中产生的气体总体积可能相等 D 负极 Fe(OH)3胶体 b管中液体颜色加深 解析　电源X极为正极，a管中石墨电极为阳极，b管中石墨电极为阴极，电解硫酸钠溶液的实质是电解水，H＋在阴极区放电，OH－在阳极区放电，故在阴极区有大量的OH－，滴入酚酞后，b管中呈红色，在阳极区有大量的H＋，a管中呈无色，A错误；电解硝酸银，Ag＋在阴极放电，电极反应式为4Ag＋＋4e－===4Ag，OH－在阳极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，当X为正极，b管中电极反应是析出金属银的反应，B错误；电解KCl和CuCl2混合溶液时，当X为负极时，氢离子在铜离子放电完毕之后放电，则a管中产生的气体是氢气，b管中产生的气体是氯气，此后可能是氧气，结合电解水生成的氢气与氧气体积关系判断，两管中产生的气体总体积可能相等，C正确；Fe(OH)3胶体粒子带正电，胶体具有电泳性质，会向电源的负极移动，即向着X极移动，所以a管中液体颜色加深，D错误。 答案　C 1.如图是电解氯化铜溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是(　　) 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，氯离子浓度不变 解析　由图示电流方向可知，a是电源正极，b是电源负极；则c是电解池的阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中氯离子浓度减小；d是电解池的阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，d电极质量增加。 答案　C 2．下列各组中，每种电解质溶液用惰性电极电解时均相当于电解水的一组是(　　) A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4 C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 解析　用惰性电极电解时，常见离子的放电顺序：阳离子的放电顺序为Ag＋>Cu2＋＞H＋＞Na＋＞K＋，阴离子的放电顺序为I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞常见含氧酸根离子。电解HCl溶液生成H2和Cl2，电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2，电解Ba(OH)2溶液生成H2和O2，A不符合；电解NaOH和H2SO4溶液均生成H2和O2，电解CuSO4溶液则生成Cu和O2，B不符合；电解NaOH、H2SO4、Ba(OH)2溶液均相当于电解水，均生成H2和O2，C符合；电解NaBr溶液则生成Br2和H2，D不符合。 答案　C 3．关于下图所示①②两个装置的叙述，正确的是(　　) A．装置名称：①是原电池，②是电解池 B．硫酸浓度变化：①增大，②减小 C．电极反应式：①中阳极为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，②中正极为Zn－2e－===Zn2＋ D．离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动 解析　①为电解池，电解水，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，硫酸的浓度增大；②为原电池，溶液中的氢离子移向正极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，硫酸的浓度减小。 答案　B 4．如图装置，通电后，发现Cu极附近溶液蓝色加深。下列说法正确的是(　　) A．A极为负极，Cu为阳极 B．左烧杯溶液和右烧杯溶液的pH都变小 C．左烧杯溶液浓度变大，右烧杯溶液浓度不变 D．左烧杯Pt极和右烧杯Fe极的电解产物物质的量之比为1∶1 解析　通电后，发现Cu极附近溶液蓝色加深，说明铜电极失电子生成铜离子进入溶液，则铜电极是阳极，A是正极，A错误；左烧杯中，相当于电解水，故pH减小，右烧杯中，阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上铜离子放电，pH基本不变，B错误；左烧杯中，实际上电解的是水，溶质的物质的量不变，溶剂的物质的量减少，所以溶液浓度增大，右烧杯中，属于电镀，所以溶液中浓度不变，C正确；左烧杯中铂丝上氢氧根离子放电，右烧杯中铁电极上铜离子放电，当转移相同电子时，电解产物物质的量之比为1∶2，D错误。 答案　C 5．如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色) 回答下列问题： (1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是___________(填编号)； ①A管溶液由红变黄；②B管溶液由红变黄； ③A管溶液不变色；④B管溶液不变色 (2)写出A管中发生反应的反应式：___________； (3)写出B管中发生反应的反应式：___________； (4)H2的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指按住管口，______________________；O2的常用检验方法是木条复燃法，用拇指按住管口，___________。 解析　(1)A管中的电极与电源负极相连，为阴极，水电离出的氢离子放电生成氢气，附近溶液碱性增强；B管中的电极为阳极，水电离出的氢氧根离子放电生成氧气，附近溶液酸性增强。 据分析，A管溶液碱性增强，溶液由红色变黄色，B管溶液酸性增强，溶液仍是红色，故选①④； (2)A管发生还原反应：2H2O＋Mg2＋＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑； (3)B管发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑； (4)H2的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指按住管口，取出试管a，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰；O2的常用检验方法是木条复燃法，用拇指按住管口，取出试管b正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃。 答案　(1)①④　(2)2H2O＋Mg2＋＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑　(3)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ (4)取出试管a，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰　取出试管b正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃 学科网（北京）股份有限公司 $$