07 第1章 第3节 第1课时 电解的原理(基础课)-【名师导航】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步讲义（鲁科版）

第3节　电能转化为化学能——电解 第1课时　电解的原理(基础课) 学习任务 1．能通过对电解熔融氯化钠的探究，了解电解池的构成、工作原理，能正确书写电极反应式、电解总反应式。 2．通过对常见物质的电解产物的分析，归纳出电极放电规律。 旧知回顾 1．固体氯化钠不能导电，但NaCl在水溶液或熔融状态下可发生电离，其电离方程式为NaCl===Na＋＋Cl－，因此熔融的NaCl中含有的离子是Na＋和Cl－。水是一种极弱的电解质，可发生微弱的电离产生极少量的H＋和OH－，因此NaCl溶液中含有Na＋、Cl－、H＋、OH－四种离子。 2．根据金属活动性顺序表，可得还原性顺序为Zn>Fe>Sn>Pb>H2>Cu>Ag，则对应Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+、H＋、Cu2+、Ag＋氧化性由强到弱的顺序为Ag＋>Cu2+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+。 3．常见非金属单质的氧化性为Cl2>Br2>I2>S，则对应阴离子的还原性由强到弱的顺序为S2->I－>Br－>Cl－。 一、电解熔融氯化钠实验 1．实验装置 2．实验现象及分析 电极名称 铁电极 石墨电极 现象 铁片上产生银白色金属 石墨片周围有气泡产生 离子移 动方向 阳离子(或Na＋)移向铁电极 阴离子(或Cl－)移向石墨电极 电极反应式 2Na＋＋2e－===2Na 2Cl－－2e－===Cl2↑ 反应类型 还原反应 氧化反应 实验结论 2NaCl2Na＋Cl2↑ 　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)熔融NaCl中，Na＋、Cl－处于自由运动状态。 (√) (2)电解熔融NaCl的装置中，Na＋向阳极移动，Cl－向阴极移动。 (×) (3)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。 (√) 二、电解和电解池 电解 将直流电通过熔融电解质或电解质溶液，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程 电解池 概念 将电能转化为化学能的装置 形成条件 电极名称及电极反应 阳极 与电源正极相连，溶液中阴离子移向此极，失去电子，发生氧化反应 阴极 与电源负极相连，溶液中阳离子移向此极，得到电子，发生还原反应 电子流向 电源负极→导线→电解池的阴极 电解池的阳极→导线→电源的正极 离子移向 阴离子→阳极；阳离子→阴极 　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图中。 请你分析电极a、b、c、d的名称以及Q离子是阴离子还是阳离子？ 提示：根据题图知，该装置有外接电源，所以属于电解池，根据电子流向知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q离子是阳离子，P离子是阴离子。 电解池工作原理 实验目的：以电解氯化铜溶液为例研究电解的基本原理。 实验步骤：在U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极(如图)，把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近，接通电源。 实验现象：阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜，阳极石墨棒上有刺激性气味气体产生，且使湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色。 1．分析上述电解池工作时，电子的流向、离子的运动方向，并在上图的基础上，绘制出电解池工作时，是如何构成闭合回路的？ 提示：接通外接电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，阳离子向阴极移动，在阴极上得电子，发生还原反应，阴离子向阳极移动，在阳极上失去电子，发生氧化反应，电子从阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。 2．根据上述实验现象分析，电解过程中在阴极、阳极上各发生什么反应？其电极反应分别是什么？电解的总反应是什么？ 提示：氯离子在阳极上失去电子发生氧化反应，铜离子在阴极上得到电子发生还原反应，电极反应式分别为 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)； 阴极：Cu2+＋2e－===Cu(还原反应)。 电解总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑。 1．电解池的工作原理 2．电解时电极产物的判断——“阳失阴得” 3．电解池的阴极、阳极的判断方法 4．电解池电极反应及电解总反应的书写步骤 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 微观 粒子 活泼电极：电极材料本身失电子 溶液中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 活泼电极：M－ne－===Mn＋ Qn＋＋ne－===Q 惰性电极：mRn－－mne－===Rm 书写 电解 总反 应　 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 1．用惰性电极电解H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是(　　) 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、、Cl－、OH－，得电子能力：Cu2+＞H＋＞Na＋，失电子能力：Cl－＞OH－＞含氧酸根离子，所以电解初期阴极：Cu2+＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，故选B。] 2．图a～c分别为氯化钠在不同状态下的导电实验(X、Y均表示石墨电极)微观示意图。 下列说法错误的是(　　) A．图示中的代表的离子的电子式为 B．图a中放入的是氯化钠固体，该条件下能导电 C．能导电的装置中，X上均有气体产生 D．能导电的装置中，Y的电极产物不相同 B　[图a表示NaCl固体，NaCl固体中含有Na＋和Cl－，由于Cl－半径大于Na＋半径，因此图示中的代表的离子为Cl－，电子式为，A正确；氯化钠固体中离子不能自由移动，固体不导电，B错误；图b和图c装置中，电解质都能导电，X为阳极，都发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，均有气体产生，C正确；图b和图c装置都能导电，图b中Y的电极产物为Na，图c中Y的电极产物为H2，D正确。] [教材　知识支持] 将等物质的量的KI和CuCl2溶于水，用惰性电极电解，该电解反应可分为________个阶段(填表不一定填满)。 阶段 相当于电解(溶液) 总反应 ① ② ③ ④ ⑤ [答案]　4　①CuI2　Cu2+＋2I－Cu＋I2　②CuCl2　Cu2+＋2Cl－Cu＋Cl2↑　③KCl　2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－　④KOH　2H2O2H2↑＋O2↑ 用惰性电极电解电解质水溶液的规律 1．利用图中装置分别电解Na2SO4溶液、NaOH溶液和稀硫酸能产生装置中的现象吗？为什么？ 提示：能。因为电解Na2SO4溶液、NaOH溶液、稀硫酸实质上都是电解水。阳极(A试管内)发生：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极(B试管内)发生：4H＋＋4e－===2H2↑。 2．利用图中装置分别电解饱和NaCl溶液、NaNO3溶液产生的现象相同吗？为什么？ 提示：不相同。因为电解饱和NaCl溶液，阳极(A试管内)发生：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(B试管内)发生：2H＋＋2e－===H2↑，若不考虑Cl2、H2的溶解，理论上气体体积相同；电解NaNO3溶液实质是电解水，阳极(A试管内)发生：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极(B试管内)发生：4H＋＋4e－===2H2↑，两者的体积比为1∶2。 类型 电极反 应特点 例子 实际 电解 对象 电解 质浓 度　 溶液 pH 电解质溶 液复原 电解 电解 质型 电解质 的离子 放电　 HCl HCl 减少 增大 加HCl CuCl2 CuCl2 减少 － 加CuCl2 电解 水型 阳极 OH－放 电，阴极 H＋放电 NaOH H2O 增大 增大 加H2O H2SO4 H2O 增大 减小 加H2O Na2SO4， KNO3 H2O 增大 不变 加H2O 放出 氢气 生成 碱型 阴极 H＋放 电 NaCl 电解 质和 水　 部分 离子 浓度 减少 增大 加HCl KBr 加HBr 放出 氧气 生成 酸型 阳极 OH－ 放电 AgNO3 电解 质和 水　 部分 离子 浓度 减少 减小 加Ag2O CuSO4 加CuO 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。 【例题】　下列用惰性电极进行电解，有关说法正确的是(　　) ①电解稀硫酸　②电解Cu(NO3)2溶液　 ③电解KOH溶液　④电解NaCl溶液 A．通电进行一段时间后四份溶液的pH均增大 B．反应②中通电一段时间后，向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况 C．反应③中阳极消耗OH－，故溶液浓度变小 D．反应④中阴、阳两极上气体产物的物质的量之比为 2∶1 B　[依据电解规律可知①为电解水型，②为放氧生酸型，③为电解水型，④为放氢生碱型，所以A、C错误；反应②电解产物为Cu和O2，所以加氧化铜固体可恢复，B正确；反应④阳极产生Cl2，阴极产生H2，物质的量之比为1∶1，D错误。] [母题发散] (1)反应③、④中需向溶液中加入什么物质可复原？ (2)反应②中向溶液中加入Cu(OH)2可复原吗？ 提示：(1)③加H2O、④加HCl。 (2)不可，因为Cu(OH)2和CuO相比，多了H2O，不能恢复到原浓度。 电解后溶液复原时遵循的原则 少什么(元素的种类及原子个数比)加什么(按所少元素原子个数比组合成一种新物质加入)。 1．用惰性电极电解Na2SO4、AgNO3、KCl的混合液，最先从阴极和阳极上析出的物质分别是(　　) A．H2和Cl2　　　　　　 B．Ag和Cl2 C．H2和O2 D．Ag和O2 B　[用惰性电极电解Na2SO4、AgNO3、KCl的混合液，溶液中Ag＋、K＋、Na＋、H＋向阴极移动，Ag＋最先在阴极得到电子发生还原反应生成Ag，溶液中Cl－、、、OH－向阳极移动，Cl－最先在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，故选B。] 2．用惰性电极电解下列各组中的三种溶液，电解过程中，溶液中pH依次为减小、不变、增大的是(　　) A．HCl、HNO3、K2SO4 B．AgNO3、CuCl2、Cu(NO3)2 C．CaCl2、KOH、NaNO3 D．CuSO4、Na2SO4、KCl [答案]　D 1．电解池：电能转化为化学能的装置。 2．阳极：发生氧化反应、电子流出、阴离子移向的电极；阴极：发生还原反应、电子流入、阳离子移向的电极。 3．阳极放电顺序：活性电极＞阴离子(还原性强的阴离子先放电)；阴极放电顺序：氧化性强的阳离子先放电。 1．下列说法正确的是(　　) A．电解KCl溶液时，阴极上的电极反应为K＋＋e－===K B．电解熔融NaCl的装置中，Na＋向阳极移动、Cl－向阴极移动 C．用石墨作电极电解熔融MgCl2，阴极上析出单质镁，阳极上会有气体产生 D．在电解装置中，电子从阴极通过电解质溶液流向阳极 C　[电解KCl溶液时，根据离子的放电顺序，阴极上H＋得电子，即2H＋＋2e－===H2↑，A项错误；接通电源后阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，B项错误；用石墨作电极电解熔融MgCl2时，Mg2+在阴极上得电子，被还原，得到单质Mg，Cl－在阳极失电子被氧化，得到Cl2，C项正确；电解池中，电子不能通过电极进入电解质溶液，D项错误。] 2．用石墨作电极，分别电解下列各物质的溶液：　②CuSO4　③NaCl　　⑤HCl　⑥H2SO4　⑦KOH。其中只有水被电解的有(　　) A．①②⑤　　　　　　 B．②④⑥⑦ C．④⑥⑦ D．③⑤⑥⑦ [答案]　C 3．如图，两电极上发生的电极反应：a极：Cu2+＋2e－===Cu；b极：Fe－2e－===Fe2+。下列说法正确的是(　　) ①装置中电解质溶液一定含有Cu2+ ②该装置一定是化学能转化为电能 ③a、b可能是同种电极材料 ④a极上一定发生氧化反应 A．①③　　B．①② C．②④　　D．②③ A　[该装置既可构成原电池，也可构成电解池。当构成原电池时，a极材料是活动性比铁差的金属或石墨等，b极材料为铁，电解质溶液含Cu2+；当构成电解池时，a极作阴极，b极作阳极且必须是铁电极，电解质溶液中含Cu2+，①③项符合题意，答案选A。] 4．某同学用如下装置进行实验①和②，在相同时间内，记录现象如下(溶液的温度变化均不明显)。 实验装置 实验序号 电极材料 实验现象 ① 铂 两极均产生大量无色气泡，两极区的溶液均未见白色浑浊 ② 石墨 两极均产生大量无色气泡，阴极区未见白色浑浊，阳极区产生白色浑浊，分离出该白色固体，加酸溶解，产生气泡 根据实验现象，下列说法正确的是(　　) A．①②中阴极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ B．②中白色浑浊的主要成分是Ca(OH)2 C．②中产生白色浑浊的主要原因是电解过程消耗水 D．②中产生白色浑浊与阳极材料被氧化生成有关 D　[利用惰性电极电解饱和Ca(OH)2溶液，在阴极，水电离出的氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A错误；②中阳极区产生白色浑浊，分离出该白色固体，加酸溶解，产生气泡，说明该白色浑浊的主要成分为碳酸钙，B错误；②中阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，氧气与电极材料石墨反应生成二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙，这是产生白色浑浊的主要原因，C错误，D正确。] 5．如图是用铂丝做电极，电解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[指示剂变色范围的pH为6.8～8.0，酸性—红色，碱性—黄色，Mg(OH)2开始沉淀的pH＝9]。接通电源一段时间后A端产生白色沉淀，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________(填序号)。 ①A端溶液由红变黄　②B端溶液由红变黄 ③A端溶液不变色　④B端溶液不变色 (2)写出A端发生的反应：______________________________________________ _____________________________________________________________________。 (3)写出B端发生的反应：______________________________________________ _____________________________________________________________________。 (4)检验b管中气体的方法是____________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (5)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 [答案]　(1)①④　(2)2H＋＋2e－===H2↑、Mg2+＋2OH－===Mg(OH)2↓[或2H2O＋2e－＋Mg2+===H2↑ ＋Mg(OH)2↓]　(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===O2↑ ＋4H＋)　(4)用拇指堵住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃　(5)白色沉淀溶解，溶液呈红色 数智分层作业(七)　电解的原理 (分值：40分) (选择题只有一个选项符合题目要求，每小题2分) 1．用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，下列说法中不正确的是(　　) A．阴极发生的电极反应为Cu2+＋2e－===Cu B．阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ C．若有6.4 g金属Cu析出，则放出的O2为0.05 mol D．恰好电解完时，加入一定量的使溶液恢复到原来的浓度 [答案]　D 2．将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是(　　) A．Cu电极上发生还原反应 B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动 C．片刻后甲池中增大 D．片刻后可观察到滤纸b点变红色 A　[K闭合后，Zn作原电池的负极，Cu作原电池的正极，Cu电极上发生还原反应；B选项中电子流向是由负极到正极，但a→b这一环节是溶液中的离子导电，电子不能沿此路径流动；C选项中浓度基本保持不变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动；D选项中滤纸b点是电解池的阴极，OH－放电，该处呈酸性，b点颜色无明显变化，A正确。] 3．有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是(　　) A．甲中负极反应为2H＋＋2e－===H2↑ B．乙中阳极反应为Ag＋＋e－===Ag C．丙中H＋向碳棒方向移动 D．丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体 C　[由图知，甲、丙为原电池，甲中Zn为负极，负极反应为Zn－2e－===Zn2+，A错误；丙中Fe为负极，C为正极，H＋向正极移动，C正确；乙、丁为电解池，乙中Ag作阳极，本身失电子，B错误；丁中放电顺序：I－>Cl－，电解开始时阳极产生I2，D错误。] 4．电解100 mL含c(H＋)＝0.3 mol·L-1的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是(　　) A．0.10 mol·L-1 Ag＋ B．0.20 mol·L-1 Cu2+　 C．0.30 mol·L-1 Mg2+ D．0.40 mol·L-1 Ca2+ [答案]　B 5．物质的量浓度相同、体积比为3∶1的硫酸铜溶液和氯化钠溶液混合后，用惰性电极电解此混合溶液，不可能发生的反应有(　　) A．2Cu2+＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑ B．Cu2+＋2Cl－Cu＋Cl2↑ C．2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑ ＋Cl2↑ D．2H2O2H2↑ ＋O2↑ [答案]　C 6．关于下图所示①、②两个装置的叙述，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：①中阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，②中正极：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 B　[①中有外加电源，为电解池，②为原电池，A错误；①中电解水，硫酸浓度增大，②中消耗硫酸，硫酸浓度减小，B正确；②中正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C错误；②中H＋向正极移动，D错误。] 7．(8分)用如图所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉-KI试纸的C端变为蓝色。 (1)E为电源的________极，F为电源的________极。(4分) (2)A中发生反应的化学方程式为________________________________________ _____________________________________________________________。(2分) (3)D端的电极反应为__________________________________________________ ______________________________________________________________。(2分) [解析]　本题实质上是三个电解装置串联，首先判断电源的正、负极，根据C端变为蓝色可知，C端为阳极，D端为阴极，则E为负极，F为正极。A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液的电解池。D端为阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。　 [答案]　(1)负　正　(2)4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑ 　(3)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ (选择题有一个或两个选项符合题目要求，每小题4分) 8．用电解法可提纯含有某些含氧酸根离子杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A．阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．通电后阴极区附近溶液pH会减小 C．K＋通过阳离子交换膜从阴极区移向阳极区 D．提纯的KOH溶液从b出口导出 BC　[电解除杂过程相当于电解水，阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A正确；电解时，阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，氢氧根离子浓度增大，氢离子浓度减小，溶液的pH增大，B错误；K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C错误；在阴极附近产生氢氧根离子，钾离子向阴极移动，所以除去杂质后氢氧化钾溶液从b出口导出，D正确。] 9．用惰性电极电解含0.2 mol CuSO4的溶液一段时间后，阳极上生成标准状况下4.48 L气体，欲使电解质溶液恢复电解前的状况，应加入(　　) A．0.2 mol CuSO4　　　 B．0.2 mol CuO C．0.2 mol Cu(OH)2 D．0.2 mol CuCO3 [答案]　C 10．(12分)A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示： 阳离子 Na＋、K＋、Cu2+ 阴离子 、OH－ 图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。 　 接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题： (1)M为电源的________(填“正” 或“负” )极，电极b上发生的电极反应为_____________________________________________________________________ ______________________________________________________________。(4分) (2)写出乙烧杯中的电池总反应：________________________________________ ______________________________________________________________。(2分) (3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？_______________________________________________________________ _____________________________________________________________。(3分) (4)若经过一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是________ ______________________________________________________________。(3分) [解析]　(1)乙中c电极质量增加，则c处发生的电极反应为Cu2+＋2e－===Cu，即c电极为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。乙溶液中含Cu2+，而Cu2+只能和结合，可以确定B为硫酸铜；由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定A为KOH或NaOH，C为Na2SO4或K2SO4。甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 。(2)乙烧杯中是电解CuSO4溶液，电池总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑ ＋2H2SO4。(3)乙中铜全部析出后，电解质变为H2SO4，所以电解反应仍能继续进行。 [答案]　(1)负　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 　(2)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑ ＋2H2SO4　(3)能，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应变为电解水的反应　(4)向丙烧杯中加入一定量水 1/1 学科网（北京）股份有限公司 $$