4.2.1 电解原理 学案 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

电解原理 【学习目标】1．了解电解的相关原理及其应用。 2．掌握电极反应规律与离子的放电顺序。 【学习重点】电解原理 【学习难点】书写电极方程式 知识点一：电解原理 【导思】电解的相关概念： ⑴电解：使 通过电解质溶液或熔融电解质而在 引起 反应的过程。 电解池： 的装置。 ⑵ 构成电解池的条件： a： ；b： ；c： 。 【导练】能用电解原理说明的问题是   (     ) ( Pt Pt )①电解是电能转变成化学能；②电解是把化学能转变为电能；③电解质溶液的导电是化学变化,金属的导电是物理变化；④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现；⑤任何溶液被电解时必然会导致氧化还原反应的发生 A．①②③④　 　B．②③⑤    C．③④　 　D．①③④⑤ 【导思】电解CuCl2阴阳两极实验现象 两极现象： 电极反应方程式为： 阳极： 阴极： 电解CuCl2溶液的总方程式为： ⑶电解池的两极和电子的流向： 阳极与 相连，在阳极上发生 反应。阴极与 相连，在阴极上发生 反应。通电时，电子从电源的 极流入电解池的 极；电子从电解池的 极流出，沿导线流回电源的 极。 ⑷电解质导电的过程实质就是 过程属于化学变化。金属的导电属于物理变化。 【导练】写出下列离子在阴阳极的放电的电极方程式 阴极Ag+ Fe3+ H+ 阳极OH－ Br－ S2－ 知识点二：电极反应规律与离子放电顺序 【导读】电极反应规律： ⑴ 阴极：得电子，还原反应 ①（一般）电极本身 参加反应； ②电解质溶液中 离子“争”得电子。 ⑵ 阳极：失电子，氧化反应 ①若为金属电极，（除Au、Pt除外） ②若为惰性电极， 【导思】离子放电顺序 ⑴ 阳离子放电顺序： ⑵ 阴离子放电顺序： 【导练1】某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1，用石墨作电极电解溶液时，根据电极产物，可明显分三个阶段。下列叙述不正确的是（ ） A．阴极只析出H2 B．阳极先析出Cl2，后析出O2 C．电解最后阶段为电解水 D．溶液pH不断增大，最后为7 【导练2】甲、乙两个电解池均以Pt为电极，且互为串联，甲池盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池电极质量增加2.16g，乙池电极上析出0.24 g金属，则乙池中溶质可能是（ ） A．CuSO4 B．MgSO4 C．Al(NO3)3 D．Na2SO4 知识点三：分析电解问题的基本思路： 【导学】基本思路： 1．通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子（包括水电离出的H+、OH－） 2．通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电。 3．写电极反应式，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。 【导练】用惰性电极电解下列物质的溶液，按要求填表： 类型 实例 电极反应 电解对象 pH值变化 复原需加入 电 解 溶 剂 型 H2SO4 阴极 阳极 总化学方程式： Na2SO4 阴极 阳极 总化学方程式： NaOH 阴极 阳极 总化学方程式： 电解溶质型 盐酸 阴极 阳极 总化学方程式： CuCl2 阴极 阳极 总化学方程式： 溶剂和溶质均被电解型 NaCl 阴极 阳极 总化学方程式： CuSO4 阴极 阳极 总化学方程式： AgNO3 阴极 阳极 总化学方程式： 知识点四：电解原理应用 1．氯碱工业——电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气 ⑴写出两电极的电极反应式及反应类型。 ⑵写出总反应的化学方程式和离子方程式。 2．电解精炼铜 ⑴粗铜所含的杂质： 。 ⑵粗铜的精炼：以 为阳极，以 为阴极， 以 为电解液进行电解。 【导思】电解一段时间后，电解质溶液中c(Cu2＋)有什么变化？原因是什么？ 【导练】某同学用下图所示装置进行铜的电解精炼实验(粗铜中有锌、铁、镍、银等杂质，部分导线未画出)，下列说法正确的是(　　) A．a应与c相连接，b应与d相连接 B．电解一段时间，b与d两极析出物质的物质的量相等 C．电解一段时间，b极附近溶液的pH降低 D．电解过程中，Y装置中Cu2＋的浓度始终不变 3．电镀 电镀池的构成：⑴电极材料分别是 ⑵对电镀液有什么要求？ ⑶电镀液的浓度怎样变化？ 【导练】请你设计一个在金属铁上镀铜的电镀池，画出电镀池装置图，标出两电极和电解质溶液，写出电极反应式。 4．电冶金 金属冶炼的本质是 冶炼金属的方法有 电解冶炼主要适用于制备 金属。 【导练】将分别盛有熔融KCl、MgCl2、Al2O3（熔有冰晶石）的三个电解槽，在一定条件下通电一段时间后，析出K、Mg、Al的物质的量之比是（ ） A．1︰2︰3 B．3︰2︰1 C．6︰3︰1 D．6︰3︰2 ． (Ni—Cd)可充电电池可以发生如下反应：Cd(OH)2 +2Ni (OH)2 Cd+2NiO (OH)+2H2O，由此可知，该电池的负极材料是（ ） A．Cd B．NiO(OH) C．Cd(OH)2 D．Ni(OH)2 ( a b － + Na 2 SO 4 溶液 )2．右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是（ ） A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 3．某科学家利用二氧化铈（CeO2）在太阳能作用下将H2O、CO2转变成H2、CO。其过程如下： 下列说法不正确的是（ ） A．该过程中CeO2没有消耗 B．该过程实现了太阳能向化学能的转化 C．右图中△H1＝△H2+△H3 D．以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为 CO+4OH――2e－＝CO32－+2H2O 4． 如图所示是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MHNi电池)。下列有关说法不正确的是(　　) A．放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e－―→Ni(OH)2＋OH－ B．电池的电解液可为KOH溶液 C．充电时负极反应为MH＋OH－―→H2O＋M＋e－ D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高 5 Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是 ( ) A．Mg电极是该电池的正极 B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应 C．石墨电极附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正极移动 6．下列叙述错误的是(　　) A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱 B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈 C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液 D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀 7．下图所示的电解池I和II中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b>d。符合上述实验结果的盐溶液是（ ） 选项 X Y A MgSO4 CuSO4 B AgNO3 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2 (SO4)3 D CuSO4 AgNO3 8．将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a) 已被腐蚀而变暗，在液滴外沿棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是（ ） A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移 B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈 D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极的电极反应为： Cu－2e－＝Cu2＋ 9．电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐 变浅。已知:3I2+6OH—＝IO3—+5I—+3H2O下列说法不正确的是（ ） A．右侧发生的电极方程式：2H2O+2e—＝H2↑+2OH— B．电解结束时，右侧溶液中含有IO3— C．电解槽内发生反应的总化学方程式KI+3H2O＝KIO3+3H2↑ D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变 10．用铂电极电解100mL硝酸与AgNO3的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体(标准状况)，则原溶液中Ag+的物质的量浓度为（ ） A．1 mo1/L B．2mo1/L C．2.5mol/L D．3mo1/L ( 充电 放电 )11．高功率Ni/MH(M表示储氢合金)电池已经用于混合动力汽车。总反应方程式如下： Ni(OH)2＋M NiOOH＋MH，下列叙述正确的是（ ） A．放电时正极附近溶液的碱性增强 B．放电时负极反应为：M＋H2O＋e－＝MH＋OH－ C．充电时阳极反应为：NiOOH＋H2O＋e－＝Ni(OH)2＋OH－ D．放电时每转移1 mol电子，正极有1 mol NiOOH被氧化 12．在水中加入等物质的量的Ag+，Pb2+，Na+，SO42－，NO3－和C1－，该溶液放在用惰性材料做电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物和还原产物的质量比为（ ） A．35.5∶108 B．16∶207 C．8∶1 D．108∶35.5 13．Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2AgCl+ Mg = Mg2++ 2Ag +2Cl-。有关该电池的说法正确的是（ ） A．Mg为电池的正极 B．负极反应为AgCl+e－=Ag+Cl－ C．不能被KCl 溶液激活 D．可用于海上应急照明供电 ( 放电 充电 )14．蓄电池在放电时是起原电池作用，在充电时是起电解池作用，爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应为：Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2 根据爱迪生蓄电池的原理作出的下列判断中错误的是（ ） ① 放电时，Fe为负极，NiO2为正极 ② 充电时阳极上的电极反应为： Ni(OH)2－2e－+2OH－＝NiO2+2H2O ③ 蓄电池的电极必须浸入某种酸性溶液中 ④ 蓄电池的电极必须浸入某种碱性溶液中 A．①和② B．只有③ C．③和④ D．②和③ 15．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是(　　) 16．金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。 ⑴由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是 a．Fe2O3 b．NaCl c．Cu2S d．Al2O3 ⑵辉铜矿（Cu2S）可发生反应2Cu2S+2H2SO4+5O2＝4CuSO4+2 H2O， 该反应的还原剂是 ，当1mol O2发生反应时，还原剂所失电 子的物质的量为 mol。向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成，该气体是 ⑶右图为电解精炼银的示意图， （填a或b）极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为 ⑷为处理银器表面的黑斑（Ag2S），将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，Ag2S转化为Ag，食盐水的作用为 17． 铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等。回答下列问题： ⑴铅是碳的同族元素，比碳多4个电子层。铅在元素周期表 的位置为第________周期、第________族；PbO2的酸性比CO2的酸性________(填“强”或“弱”)。 ⑵PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为_______________________。 ⑶PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为___________________；PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为____________________，阴极上观察到的现象是____________________；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为______________________________，这样做的主要缺点是____________________。 ⑷PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示，已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%(即×100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或 mPbO2·nPbO，列式计算x值和m∶n值___________________________________________ ______________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 18．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。 近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池 中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的 示意图如图，请回答下列问题： ⑴Pt(a)电极是电池的________极， 电极反应式为__________________________________； Pt(b)电极发生________反应(填“氧化”或“还原”)， 电极反应式为_______________________________________________________。 ⑵电池的总反应方程式为_____________________________________________。 ⑶如果该电池工作时电路中通过2 mol电子，则消耗的CH3OH有________ mol。 《电解池原理》答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 A D C C C C D B D B A C D B C 13．（1）bd （2）Cu2S；4；氢气 （3）a；NO3-+3e-＋4H+＝NO↑+2H2O （4）做电解质溶液，形成原电池。 14． (1)六　ⅣA　弱 (2)PbO4＋4HCl(浓)PbCl2＋Cl2↑＋2H2O (3)PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－ Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋ 石墨上包上铜镀层　Pb2＋＋2e－===Pb↓　不能有效利用Pb2＋ (4)根据PbO2PbOx＋O2↑，有×32＝239×4.0% x＝2－＝1.4。 根据mPbO2·nPbO，＝1.4，＝＝。 15．⑴负　2CH3OH＋2H2O－12e－＝2CO2＋12H＋ 还原　3O2＋12H＋＋12e－＝6H2O ⑵ 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O　 ⑶ 学科网（北京）股份有限公司 $$