2018年高中化學 第四章 電化學基礎 第三節(jié) 第1課時 電解原理學案 新人教版選修4.doc

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第1課時　電解原理 [目標要求]　1.理解電解原理，初步掌握一般電解反應產(chǎn)物的判斷方法。2.掌握電解電極反應方程式的書寫。3.了解電解反應的一般規(guī)律。 一、電解 1．概念 使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。 2．特點 (1)電解是最強有力的氧化還原手段，是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的。 (2)電解質(zhì)溶液的導電過程，就是電解質(zhì)溶液的電解過程。 二、電解池 1．定義 把電能轉(zhuǎn)化成化學能的裝置。 2．形成條件 (1)直流電源； (2)兩個電極：與電源正極相連的一極是陽極；與電源負極相連的一極是陰極； (3)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)； (4)形成閉合回路。 3．裝置及電極反應 以電解CuCl2溶液為例 (1)裝置 (2)電極反應 陰極 Cu2＋＋2e－===Cu發(fā)生還原反應 陽極 2Cl－－2e－===Cl2發(fā)生氧化反應 總反應 CuCl2Cu＋Cl2↑ 4.電子流向和離子流向 (1)電子流向 電源負極―→電解池陰極 電解池陽極―→電源正極 (2)離子流向 陽離子―→電解池陰極 陰離子―→電解池陽極 　　　　　　　　　　　　　　　　　 知識點一　電解池 1.如圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關判斷正確的是(　　) A．a(chǎn)為負極，b為正極 B．a(chǎn)為陽極，b為陰極 C．電解過程中，d電極質(zhì)量增加 D．電解過程中，氯離子濃度不變 答案　C 解析　電流從電源的正極流出，故a為電源的正極，b為負極；與電源正極相連的c為陽極，與電源負極相連的d為陰極。在電解過程中，因為Cu2＋是陽離子，移向陰極d，在陰極放電析出Cu，所以d電極質(zhì)量增加；Cl－是陰離子，移向陽極c，在陽極放電析出Cl2，導致溶液中氯離子濃度降低。 2．下列有關電解池的說法正確的是(　　) A．在電解池中與外接電源負極相連的電極是陽極 B．無論電解何種物質(zhì)，陽極上失電子數(shù)都與陰極上得電子數(shù)相等 C．電解氯化銅溶液時，在陰極上有氣體生成 D．電解NaCl、CuCl2兩種溶液，參加反應的物質(zhì)是相同的 答案　B 解析　與負極相連的是陰極。電解氯化銅時，陽極上有氯氣生成，陰極上有銅析出；電解NaCl溶液時，水參加了反應，而電解CuCl2溶液時，水沒有參加反應。 知識點二　電解原理 3．如圖所示，X、Y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加，b極板處有無色、無味氣體放出。符合這一情況的是附表中的(　　) a極板 b極板 X電極 Z溶液 A 鋅 石墨 負極 CuSO4 B 石墨 石墨 負極 NaOH C 銀 鐵 正極 AgNO3 D 銅 石墨 負極 CuCl2 答案　A 解析　由題意知，通電后a極板質(zhì)量增加，說明有金屬析出，由此可知，a極為電解池的陰極，則X為電源負極，B、C均不符合；又b極放出的是無色無味的氣體，可淘汰D。 4．在25℃時，將2個銅電極插入到一定的Na2SO4飽和溶液中，通直流電電解并不斷攪拌，當陰極上收集到a mol氣體時，溶液中析出了b mol的結晶水合物Na2SO410H2O，若保持溫度不變，則所剩溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)是(　　) A. B. C. D. 答案　C 解析　電解發(fā)生的電極反應：陽極為Cu－2e===Cu2＋，陰極為2H＋＋2e===H2↑。電解時總的化學反應方程式為Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑，陰極逸出a mol H2，水被電解了2a mol，根據(jù)溶解度知識，不難求出答案為C。如果將題中的銅電極換作鉑電極，只改一個字，其電解的總反應方程式即為2H2O2H2↑＋O2↑，陰極逸出a mol H2，水被電解了a mol?？梢娨蛞蛔种?“銅”與“鉑”)，答案各異。由此再次強調(diào)提高審題的準確性是多么的必要。 知識點三　電解規(guī)律應用 5．用惰性電極電解下列溶液一段時間后再加入一定量的某種純凈物(方括號內(nèi)的物質(zhì))，能使溶液恢復到原來的成分和濃度的是(　　) A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O] C．KCl[KCl] D．CuSO4[Cu(OH)2] 答案　B 解析　A項：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3脫離反應體系的物質(zhì)是4Ag＋O2，相當于2Ag2O，所以應當加入適量Ag2O才能復原。(加入AgNO3，會使NO的量增加)；B項：2H2O2H2↑＋O2↑　脫離反應體系的是2H2＋O2，相當于2H2O，加入適量水可以復原。C項：2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑　脫離反應體系的是H2＋Cl2，相當于2HCl，應通入適量HCl氣體才能復原。(加入鹽酸時，同時也增加了水)　D項：2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑　脫離反應體系的是2Cu＋O2，相當于2CuO，加入適量CuO可以復原。 6．用鉑作電極電解某種溶液，通電一段時間后，溶液的pH變小，并且在陽極得到0.56 L氣體，陰極得到1.12 L氣體(兩種氣體均在相同條件下測定)。由此可知溶液可能是(　　) A．稀鹽酸 B．KNO3溶液 C．CuSO4溶液 D．稀硫酸 答案　D 解析　陽極與陰極產(chǎn)生的氣體體積比為＝，相當于電解水，pH變小說明電解了含氧酸。 練基礎落實 1．把鋅片和鐵片放在盛有稀食鹽水和酚酞試液混合溶液的玻璃皿中(如圖所示平面圖)，經(jīng)過一段時間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是(　　) A．Ⅰ和Ⅲ附近 B．Ⅰ和Ⅳ附近 C．Ⅱ和Ⅲ附近 D．Ⅱ和Ⅳ附近 答案　B 解析　此題將電解知識與原電池知識融合在一起。要解決此問題，必須要從概念、模型、電極名稱、電極反應式等方面去區(qū)分，這些知識都弄清楚了，才能順利解答此題，達到“在應用中理解、在理解中應用”的效果。左圖為電解池，F(xiàn)e為陽極，陽極反應式為Fe－2e－===Fe2＋；Zn為陰極，陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，因此Ⅰ區(qū)域c(OH－)變大，堿性增強使酚酞變紅；右圖為原電池，F(xiàn)e為正極，正極反應式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，因此Ⅳ區(qū)域c(OH－)變大，堿性增強使酚酞變紅。 2．用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是(　　) A．電解稀硫酸溶液，實質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變 B．電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH－，故溶液pH減小 C．電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2 D．電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1 答案　D 解析　電解稀H2SO4，其實質(zhì)是電解水，因溶劑減少，H2SO4濃度將增大，故溶液的pH變??；電解稀NaOH溶液，雖然OH－在陽極放電，但H＋同時也在陰極放電，其實質(zhì)同樣是電解水，溶液的濃度也將變大，故溶液的pH變大；電解Na2SO4溶液，其實質(zhì)也是電解水，在陰極和陽極分別析出H2和O2，二者的物質(zhì)的量之比為2∶1，而非1∶2；電解CuCl2溶液，在陰、陽兩極上分別析出Cu和Cl2，二者的物質(zhì)的量之比為1∶1。 3．電解CuCl2與NaCl的混合溶液，陰極上和陽極上最先析出的物質(zhì)為(　　) A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 答案　B 解析　溶液中Cu2＋、H＋、Na＋移向陰極，Cu2＋先放電得到Cu；Cl－、OH－移向陽極，Cl－先放電得到Cl2。 4．在水中加等物質(zhì)的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，該溶液放在用惰性電極作電極的電解槽中，通電片刻，則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物質(zhì)量比為(　　) A．35.5∶108 B．16∶207 C．8∶1 D．108∶35.5 答案　C 解析　溶液中的六種離子，有四種發(fā)生反應生成沉淀，Ag＋＋Cl－===AgCl↓、Pb2＋＋SO===PbSO4↓，最后溶液就成了NaNO3溶液；而電解NaNO3溶液，實質(zhì)上就是電解水，電解方程式為2H2O2H2↑＋O2↑。氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為m(O2)∶m(H2)＝(1 mol32 gmol－1)∶(2 mol2 gmol－1)＝8∶1，即C項正確。 5．下列說法正確的是(　　) ①電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學能的過程?、陔娊馐腔瘜W能轉(zhuǎn)變成電能的過程?、垭娊赓|(zhì)溶液導電是化學變化，金屬導電是物理變化?、懿荒茏园l(fā)進行的氧化還原反應，通過電解的原理可以實現(xiàn)?、萑魏稳芤罕浑娊鈺r，必然導致氧化還原反應的發(fā)生 A．①②③④ B．②③⑤ C．③④ D．①③④⑤ 答案　D 解析　從能量角度看，電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學能的過程，故①對、②錯；電解質(zhì)溶液的導電過程，必將伴隨著兩個電極上氧化還原反應的發(fā)生，同時生成新的物質(zhì)，故③、⑤對；某些不能自發(fā)進行的氧化還原反應，通過電解的原理供給電能也可以實現(xiàn)，故④對。所以D選項符合題意。 練方法技巧 6．在100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液中，用石墨作電極進行電解，兩極均收集到2.24 L氣體(標準狀況)，則原混合溶液中Cu2＋的物質(zhì)的量濃度為(　　) A．1 molL－1 B．2 molL－1 C．3 molL－1 D．4 molL－1 答案　A 解析　兩極均收集到氣體時，陰極是Cu2＋放電后，H＋又放電生成氫氣；陽極是OH－放電生成氧氣。n(H2)＝n(O2)＝2.24 L/22.4 Lmol－1＝0.1 mol，由電子守恒得n(Cu2＋)2＋ n(H2)2＝n(O2)4，即：c(Cu2＋)0.1 L2＋0.1 mol2＝0.1 mol4，解得：c(Cu2＋)＝1 molL－1。本題考查陽離子在陰極的放電順序：Cu2＋>H＋。 7．用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢復到電解前的濃度和pH。則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為(　　) A．0.1 mol B．0.2 mol C．0.3 mol D．0.4 mol 答案　D 解析　由電解CuSO4溶液的反應的化學方程式2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4知，電解過程中只析出Cu和放出O2，故電解后加入CuO就可以復原。但本題提示加入0.1 mol Cu(OH)2可以復原，說明電解過程中不僅有CuSO4被電解，還有H2O被電解。0.1 mol Cu(OH)2相當于0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，由電子守恒0.1 mol CuO～0.1 mol Cu～0.2 mol e－，0.1 mol H2O～0.1 mol H2～0.2 mol e－，共計0.4 mol e－。 8．鉛蓄電池的工作原理為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。研讀下圖，下列判斷不正確的是(　　) A．K閉合時，d電極反應式：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO B．當電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時，Ⅰ中消耗的H2SO4為0.2 mol C．K閉合時，Ⅱ中SO向c電極遷移 D．K閉合一段時間后，Ⅱ可單獨作為原電池，d電極為正極 答案　C 解析　當K閉合時，裝置Ⅰ中的電極為Pb和PbO2，應為原電池，b極(Pb)作負極，a極(PbO2)作正極；Ⅱ中的電極均為PbSO4，應為電解池，c極為陰極，d極為陽極。A項：K閉合時，d極發(fā)生氧化反應：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，正確；B項：電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時，Ⅰ中消耗0.2 mol H2SO4和0.1 mol Pb，正確；C項：Ⅱ中SO向陽極(d極)遷移，錯誤；D項：K閉合一段時間后，c極表面生成Pb，d極表面生成PbO2，裝置Ⅱ可單獨作為原電池，d電極為正極，正確。 練綜合拓展 9．在50 mL 0.2 molL－1 CuSO4溶液中插入兩個電極，通電電解(不考慮水分蒸發(fā))。則： (1)若兩極均為銅片，試說明電解過程中CuSO4溶液的濃度________(填“增大”、“減小”或“不變”)。 (2)若陽極為純鋅，陰極為銅片，陽極反應式是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (1) 若陽極為純鋅，陰極為銅片，如不考慮H＋在陰極上放電，當電路中有0.04 mol e－通過時，陰極增重________g，陰極上的電極反應式是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)不變　(2)Zn－2e－===Zn2＋ (3)1.28　Cu2＋＋2e－===Cu 解析　(1)兩極均為銅片，電解液為CuSO4溶液，這是一個電鍍裝置，電解過程中電解質(zhì)溶液的濃度不變。 (2)陽極為純鋅，為活潑金屬，通電電解時，鋅發(fā)生氧化反應：Zn－2e－===Zn2＋。 (3)若陽極為純鋅，陰極為銅片，不考慮H＋在陰極上放電，則陰極反應為Cu2＋得電子的還原反應：Cu2＋＋2e－===Cu。當電路中有0.04 mol電子通過時，有0.04 mol/264 gmol－1＝1.28 g銅析出。 10．下圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極，電極c、d都是石墨電極。通電一段時間后，在c、d兩極上共收集到336 mL (標準狀況)氣體?；卮穑? (1)直流電源中，M為__________極。 (2)Pt電極上生成的物質(zhì)是________，其質(zhì)量為__________________________g。 (3)電源輸出的電子，其物質(zhì)的量與電極b、c、d分別生成的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2∶______∶______∶________。 (4)AgNO3溶液的濃度________(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，AgNO3溶液的pH______，硫酸的濃度___________________________________，硫酸的pH________。 (5)若硫酸的質(zhì)量分數(shù)由5.00%變?yōu)?.02%，則原有5.00%的硫酸________g。 答案　(1)正　(2)Ag　2.16　(3)2　　1 (4)不變　不變　增大　減小　(5)45.18 解析　電解5.00%的稀硫酸溶液，實際上是電解其中的水。因此在該電解池中發(fā)生反應：2H2O2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。據(jù)此可確定d極為陰極，則電源的N極為負極，M極為正極。在336 mL氣體中，V(H2)＝336 mL＝224 mL，為0.01 mol；V(O2)＝336 mL＝112 mL，為0.005 mol。說明電路上有0.02 mol電子，因此在b極(Pt、陰極)產(chǎn)生Ag：0.02 mol108 gmol－1＝2.16 g，即0.02 mol的Ag。則n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶∶1。由Ag(陽)電極、Pt(陰)電極和AgNO3溶液組成的電解池，在通電一定時間后，在Pt電極上放電所消耗溶液中Ag＋的物質(zhì)的量等于Ag電極被還原給溶液補充的Ag＋的物質(zhì)的量，因此AgNO3溶液的濃度不變，溶液的pH也不變。電解5.00%的稀硫酸溶液時，由于其中的水發(fā)生電解，因此硫酸的濃度增大，H＋的濃度增大，故溶液的pH減小。設原5.00%的硫酸為x g，電解時消耗水0.01 mol18 gmol－1＝0.18 g，則5.00%x＝5.02%(x－0.18)，解得x＝45.18 g。