化學選修四新突破講義第1章第2節(jié)第1課時電解的原理Word版含答案

第2節(jié)電能轉化為化學能——電解第1課時電解的原理目標與素養(yǎng)：1.理解電解原理及電解池的組成。(證據(jù)推理與模型認知)2.了解電解規(guī)律及其應用。(宏觀辨識)1．電解熔融氯化鈉實驗(1)實驗裝置(2)實驗現(xiàn)象通電后，在石墨片周圍有氣泡產(chǎn)生，在鐵片上生成銀白色金屬。(3)實驗分析①熔融氯化鈉中存在的微粒Na＋、Cl－。②通電后離子的運動方向：陽離子Na＋(填離子符號)移向鐵電極；陰離子Cl－(填離子符號)移向石墨電極。③電極上發(fā)生的變化：鐵電極：2Na＋＋2e－=2Na，石墨電極：2Cl－－2e－=Cl2↑。(4)實驗結論熔融氯化鈉在電流作用下發(fā)生了化學變化分解生成了Na和Cl2。2．基本概念(1)電解：讓直流電通過電解質溶液或熔融的電解質，在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。(2)電解池①定義：將電能轉化為化學能的裝置。②構成條件：直流電源、固體電極材料以及電解質溶液或熔融的電解質并構成閉合回路。(3)電極陽極——發(fā)生氧化反應的電極(與電源正極相連)陰極——發(fā)生還原反應的電極(與電源負極相連)(4)電極反應在電極上進行的半反應，可以用電極反應式表示。3．電解池的工作原理微點撥：電解質的導電過程是被電解的過程，屬于化學變化；金屬導電過程是電子的定向移動，屬于物理變化。1．判斷對錯(對的在括號內打“√”，錯的在括號內打“×”。)(1)與電源正極相連的是電解池的陰極。 ()(2)用惰性電極電解NaCl溶液時可以得到Na和Cl2。 ()(3)電解池工作時，陽極發(fā)生還原反應，失去電子。 ()(4)電解池工作時，陽極上的電子通過電解質溶液移向陰極。 ()(5)電解AgNO3溶液時，Ag＋移向陽極，NOeq\o\al(－,3)移向陰極。 ()[提示](1)×電解池的陽極連接電源的正極。(2)×用惰性電極電解NaCl溶液得H2、Cl2、NaOH。(3)×電解過程中，陽極發(fā)生氧化反應。(4)×電解池中電子不通過電解質溶液。(5)×電解池中，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。2．將下面的電極反應與對應的電極名稱連線。①Na＋＋e－=Na②氧化反應A．陽極③還原反應④4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B．陰極[答案]①—B②—A③—B④—A3．用石墨棒作陽極、鐵棒作陰極電解熔融的氯化鈉，下列說法正確的是()A．石墨棒周圍有大量的Na＋B．鐵棒質量增加C．電子通過熔融電解質由石墨棒流向鐵棒D．陰極發(fā)生氧化反應B[陰離子移向陽極(石墨棒)，發(fā)生氧化反應2Cl－－2e－=Cl2↑，陽離子移向陰極，發(fā)生還原反應2Na＋＋2e－=2Na，A、D項錯誤，B項正確；電子不能通過熔融電解質，熔融的電解質是由于其內部自由移動的離子定向移動而導電的，C項錯誤。]電極產(chǎn)物的判斷與電極反應式的書寫1.電解時電極產(chǎn)物的判斷——“陽失陰得”2．電極反應式的書寫【例1】分別寫出用惰性電極電解下列足量溶液時的電極反應式以及總反應方程式。(1)Na2SO4溶液：陰極：____________________________；陽極：_____________________________________________；總反應方程式：___________________________________。(2)CuCl2溶液：陰極：______________________________；陽極：_____________________________________________；總反應方程式：_____________________________________。(3)CuSO4溶液：陰極：_______________________________；陽極：______________________________________________；總反應方程式：_______________________________________。(4)KCl溶液：陰極：__________________________________；陽極：______________________________________________；總反應方程式：_______________________________________。[答案](1)4H＋＋4e－=2H2↑4OH－－4e－=2H2O＋O2↑2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2H2↑＋O2↑(2)Cu2＋＋2e－=Cu2Cl－－2e－=Cl2↑CuCl2eq\o(=,\s\up7(通電))Cu＋Cl2↑(3)2Cu2＋＋4e－=2Cu4OH－－4e－=2H2O＋O2↑2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Cu＋O2↑＋2H2SO4(4)2H＋＋2e－=H2↑2Cl－－2e－=Cl2↑2KCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2KOH＋H2↑＋Cl2↑(1)若是水電離出的H＋(或OH－)得(或失)電子，在總反應式中應有H2O參與反應。(2)由電極反應式相加得總電解方程式前，必須使兩電極反應式中得失電子數(shù)相等。1．如圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極。則以下有關此電解池的判斷正確的是()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電極質量增加D．電解過程中，氯離子濃度保持不變C[依據(jù)電流的方向可知，a為正極，b為負極，c為陽極，d為陰極。d極上的電極反應：Cu2＋＋2e－=Cu，c極上的電極反應：2Cl－－2e－=Cl2↑，溶液中的Cl－濃度減小。]2．用惰性電極電解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段時間陰極和陽極上析出的物質分別是()A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2C．H2和O2 D．Cu和O2B[溶液中的離子有H＋、Cu2＋、Na＋及SOeq\o\al(2－,4)、NOeq\o\al(－,3)、Cl－、OH－七種離子，得電子能力：Cu2＋＞H＋＞Na＋，失電子能力：Cl－＞OH－＞含氧酸根，所以電解初期陰極：Cu2＋＋2e－=Cu，陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑，故選B。]用惰性電極電解電解質水溶液的類型總結類型電極反應特點例子實際電解對象電解質濃度溶液pH電解質溶液復原電解電解質型電解質的離子放電HClHCl減少增大加HClCuCl2CuCl2減少—加CuCl2電解水型陽極OH－放電，陰極H＋放電NaOHH2O增大增大加H2OH2SO4H2O增大減小加H2ONa2SO4、KNO3H2O增大不變加H2O放出氫氣生成堿型陰極H＋放電NaCl電解質和水部分離子濃度減少增大加HClKBr加HBr放出氧氣生成酸型陽極OH－放電AgNO3電解質和水部分離子濃度減少減小加Ag2OCuSO4加CuO【例2】用惰性電極進行下列電解，有關說法正確的是()①電解稀硫酸②電解Cu(NO3)2溶液③電解KOH溶液④電解NaCl溶液A．電解進行一段時間后四份溶液的pH均增大B．反應②中電解一段時間后，向溶液中加入適量的CuO固體可使溶液恢復到電解前的情況C．反應③中陽極消耗OH－，故溶液濃度變小D．反應④中陰、陽兩極上產(chǎn)物的物質的量之比為2∶1B[依據(jù)電解規(guī)律可知①為電解水型，②為放氧生酸型，③為電解水型，④為放氫生堿型，所以A、C錯誤；B項電解產(chǎn)物為Cu和O2，所以加氧化銅固體可恢復，正確；D項陽極產(chǎn)生Cl2，陰極產(chǎn)生H2，物質的量之比為1∶1，錯誤。](1)反應③④中需向溶液中加入什么物質可復原？(2)反應②中如向溶液中加入Cu(OH)2可復原嗎？[答案](1)③加H2O、④加HCl。(2)不可，因為Cu(OH)2和CuO相比，多了H2O，不能恢復到原濃度。惰性電極電解電解質溶液后要恢復原電解質溶液的濃度，需加適量的某物質時，遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原則，所加物質可以是陰極與陽極產(chǎn)物的化合物。1．下列各組中，每種電解質溶液電解時只生成氫氣和氧氣的是()A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2C[電解時只生成氧氣和氫氣，則電解質所含陽離子在金屬活動性順序表中位于銅之前，陰離子不是簡單離子。]2．用惰性電極電解下列各組中的三種電解質溶液，在電解的過程中，溶液的pH依次為升高、不變、降低的是()A．AgNO3CuCl2Cu(NO3)2B．KClNa2SO4CuSO4C．CaCl2KOHNaNO3D．HClHNO3K2SO4[答案]B1．下列關于電解池的敘述中不正確的是()A．陽離子移向與電源正極相連的電極B．與電源負極相連的是電解池的陰極C．在電解池的陽極發(fā)生氧化反應D．電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極A[與電源正極相連的電極為陽極，電解質溶液中的陰離子移向陽極。]2．用惰性電極分別電解下列各物質的水溶液，一段時間后，向剩余電解質溶液中加入適量相應的溶質能使溶液恢復到電解前濃度的是()A．AgNO3 B．Na2SO4C．CuCl2 D．KClC[直接加入溶質就能使溶液恢復到電解前的濃度應屬于電解溶質型，即選C；AgNO3發(fā)生的電解反應是：4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))4Ag＋O2↑＋4HNO3，可加Ag2O或Ag2CO3；電解Na2SO4的水溶液實際電解的是水；電解KCl水溶液實際電解的是溶質和溶劑，通HCl氣體能恢復原狀。]3．用惰性電極進行電解，下列說法正確的是()A．電解稀硫酸，實質上是電解水，故溶液的pH不變B．電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH－，故溶液的pH降低C．電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質的量之比為1∶2D．電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質的量之比為1∶1D[A項，電解稀H2SO4，實質是電解H2O，由于H2O的量減小，故c(H2SO4)增大，溶液的pH降低；B項，電解NaOH溶液，實質是電解H2O，由于H2O的量減少，故c(NaOH)增大，溶液的pH升高；C項，電解Na2SO4溶液，實質是電解H2O，陽極產(chǎn)生O2，陰極產(chǎn)生H2，n(H2)∶n(O2)＝2∶1；D項，電解CuCl2溶液時，發(fā)生反應CuCl2eq\o(=,\s\up7(通電))Cu＋Cl2↑，陰極析出Cu，陽極產(chǎn)生Cl2，n(Cu)∶n(Cl2)＝1∶1。本題選D。]4．按圖甲裝置進行實驗，若圖乙中橫坐標x表示通過電極的電子的物質的量。下列敘述正確的是()A．F表示反應生成Cu的物質的量B．E表示反應實際消耗H2O的物質的量C．E表示反應生成O2的物質的量D．F表示反應生成H2SO4的物質的量B[由題意可知電解反應的化學方程式為2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Cu＋2H2SO4＋O2↑，據(jù)反應中各物質與轉移電子的關系：2Cu～2H2O～2H2SO4～O2～4e－可知，E表示反應消耗H2O的物質的量或反應生成Cu、H2SO4的物質的量，F(xiàn)表示反應生成O2的物質的量。]5．如圖為電解CaCl2溶液的實驗裝置，以鉑為電極。電解一段時間后，將CO2持續(xù)通入該電解液中。請回答下列問題：(1)電解時，F(xiàn)極發(fā)生________(填“氧化”或“還原”)反應，電極反應式為_____________________；E極發(fā)生___________(填“氧化”或“還原”)反應，電極反應式為____________________；電解總反應式為_____________________________。(2)電解池中產(chǎn)生的現(xiàn)象：①__________________________________________________；②__________________________________________________；③__________________________________________________。(3)持續(xù)通入CO2發(fā)生的反應有_________________________。[解析]在E極上發(fā)生反應：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；在F極上發(fā)生