電解池(原卷版)

4.2.1電解池學(xué)習(xí)目標(biāo)重難點(diǎn)1．通過實(shí)驗(yàn)探究、原理分析、問題討論，知道電解池的能量轉(zhuǎn)化形式，會(huì)描述電解池的工作原理，能正確書寫電解池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。2．通過對惰性電極電解不同電解質(zhì)溶液的實(shí)驗(yàn)分析，熟練掌握電解規(guī)律和電解產(chǎn)物的判斷方法及電解過程中電解質(zhì)溶液酸、堿性的變化等。重點(diǎn)：惰性電極作陽極時(shí)電解的一般規(guī)律。難點(diǎn)：不同材料作陽極電解產(chǎn)物的判斷、電解質(zhì)溶液變化分析。知識(shí)01電解原理1．電解原理：(1)電解是_____通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極發(fā)生__________反應(yīng)的過程；(2)電解池是將_____轉(zhuǎn)化為__________的裝置；構(gòu)成條件為：必須連接有_____電源，要有電極(陰、陽極)，以及電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)。(3)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程實(shí)質(zhì)上就是其_____過程。在電解池中電子流向：電子由電源的_____極→電解池的_____極，再由電解質(zhì)溶液→電解池的_____極→電源_____極。溶液中離子的移動(dòng)方向：溶液中陽離子向_____極移動(dòng)，陰離子向_____極移動(dòng)。2．電解與電離的比較：電離電解條件電解質(zhì)溶于水或熔化狀態(tài)下電解質(zhì)電離后，再通直流電過程電解質(zhì)離解成為自由移動(dòng)的離子，如CuCl2＝Cu2＋＋2Cl－陰、陽離子定向移動(dòng)，在兩極上失、得電子成為原子或分子，如CuCl2＝Cu(陰極)＋Cl2(陽極)特點(diǎn)只產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子發(fā)生__________反應(yīng)，生成新物質(zhì)聯(lián)系電解必須建立在_____的基礎(chǔ)上3．電解池與原電池的判斷：有外加電源的裝置一定是_____池，無外加電源的裝置一定是原電池，多池組合時(shí)，一般是含有活潑金屬的池為_____池，其余都是在原電池帶動(dòng)下工作的_____池；若最活潑的電極相同時(shí)，則兩極間活潑性差別較大的是_____池，其余為_____池。4．電解池的反應(yīng)原理：放電：陽離子得到電子或陰離子失去電子。離子放電的順序取決于_____的本性，也與離子濃度和__________有關(guān)。(1)陽極產(chǎn)物的判斷先看電極，若是活潑電極(金屬活動(dòng)順序表Ag以前，包含Ag)，電極放電，溶液中的陰離子不放電；若是惰性電極(如鉑、石墨等)，則看溶液中陰離子的失電子能力。在惰性電極上，陰離子放電順序?yàn)椋?2)陰極產(chǎn)物的判斷：直接根據(jù)陽離子放電順序進(jìn)行判斷，陽離子放電順序?yàn)椋鹤⒁猓焊邇r(jià)含氧酸根離子一般不放電。電解池的工作原理示意圖1．(1)金屬活動(dòng)性順序中銀前面的金屬(含銀)作電極時(shí)，由于金屬本身可以參與陽極反應(yīng)，稱為金屬電極或活性電極(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金屬活動(dòng)性順序中銀以后的金屬或非金屬作電極時(shí)，稱為惰性電極，主要有鉑(Pt)、石墨等。(2)電解時(shí)，在外電路中有電子通過，而在溶液中是靠離子移動(dòng)導(dǎo)電，即電子不通過電解質(zhì)溶液。2．電解池的陰、陽極的判斷方法1．什么是電解？有什么特點(diǎn)？答：2．如何判斷一套裝置是原電池還是電解池?答：3．用氧化還原反應(yīng)的觀點(diǎn)分析判斷下列各組微粒的性質(zhì)，填寫下表。組別微粒性質(zhì)強(qiáng)弱順序第1組Zn2+、Na+、Cu2+、H+、Ag+

第2組Cu、Fe、OH、Cl、S2、I

答：4．電解時(shí)電子通過電解質(zhì)溶液嗎?答：5．電解氯化銅溶液時(shí)，為什么起始一段時(shí)間在電極上僅有Cu2+、Cl發(fā)生電子的得失?而H2O電離產(chǎn)生的H+、OH卻只有離子的移動(dòng)無電子的得失?答：6．寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式，并注明電極反應(yīng)的類型。答：7．離子在電極表面得到或失去電子的過程通常叫作“放電”。從氧化還原的角度總結(jié)離子的放電順序：用石墨電極電解含有Ag+、Cu2+、H+、Pb2+、Fe2+、Zn2+的溶液，試判斷這些陽離子在陰極上的放電先后順序；用石墨電極電解含有S2、I、Cl、OH、SO42的溶液，試判斷這些陰離子在陽極上的放電先后順序。若用金屬(鉑、金等惰性金屬除外)電極電解上述溶液，放電順序有何變化?答：判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液被電解的過程()(2)某些不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過電解可以實(shí)現(xiàn)()(3)與電源負(fù)極相連的是電解槽的陰極()(4)原電池的正極和電解池的陽極均發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)()(5)電解時(shí)，電子的移動(dòng)方向?yàn)椋弘娫簇?fù)極→陰極→陽極→電源正極()(6)電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)線流入電解槽的陰極()(7)用惰性電極電解氯化鈉溶液，Na＋不放電，說明Na＋的氧化性弱()(8)電解池中，若用活潑性不同的金屬作電極，活潑性強(qiáng)的為陽極()(9)要想實(shí)現(xiàn)Cu+H2SO4(稀)=CuSO4+H2↑的反應(yīng)，需在電解池中進(jìn)行，且Cu為陽極()知識(shí)02電解規(guī)律的探究1．以惰性電極“電解KCl溶液”為例，完成下列表格：第一步：寫出溶液中存在的離子____________________第二步：比較放電順序陽極Cl優(yōu)先放電，在陽極生成_____。陰極H+優(yōu)先放電，在陰極生成_____。第三步：寫出電極反應(yīng)陽極____________________陰極____________________第四步：寫出電解方程式________________________________________2．用惰性電極電解下列電解質(zhì)溶液，完成表格各項(xiàng)。(1)電解H2O型電解質(zhì)H2SO4NaOHNa2SO4陽極反應(yīng)式_________________________陰極反應(yīng)式_________________________電解方程式_________________________pH變化_______________復(fù)原加入物質(zhì)____________________(2)電解電解質(zhì)型電解質(zhì)HClCuCl2陽極反應(yīng)式_________________________陰極反應(yīng)式_____________________________________________電解方程式_____________________________________________pH變化___________復(fù)原加入物質(zhì)________________________(3)電解質(zhì)和水都發(fā)生電解型電解質(zhì)NaClCuSO4陽極反應(yīng)式_____________________________________________陰極反應(yīng)式_____________________________________________電解方程式_______________________________________________________________pH變化__________復(fù)原加入物質(zhì)______________________________電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷用惰性電極分別電解硫酸溶液和鹽酸，電解一段時(shí)間后，怎樣使溶液復(fù)原到原來的濃度?答：判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)用惰性電極電解氫氧化鈉溶液，要消耗OH，故溶液pH減小()(2)用惰性電極電解稀硫酸溶液，實(shí)質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變()(3)用惰性電極電解1mol/LCuSO4溶液，加入1molCuO恢復(fù)，電路中轉(zhuǎn)移了2mol電子()(4)用惰性電極電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：1()(5)用惰性電極電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：2()(6)用石墨作電極電解CuSO4溶液：2Cu2++2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu+O2↑+4H+()題型一電解原理【典例1】用如圖所示裝置用石墨電極電解氯化銅溶液，Y電極上產(chǎn)生能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍(lán)的黃綠色氣體。下列判斷正確的是()A．a(chǎn)為電源正極B．X電極質(zhì)量增加C．Y電極若換成Cu，電極反應(yīng)質(zhì)量不變D．X電極表面發(fā)生氧化反應(yīng)【答案】B【解析】Y電極上產(chǎn)生能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍(lán)的黃綠色氣體，即產(chǎn)生氯氣，則Y為陽極，與Y相連的b為電源正極，X為陰極，與X相連的a為電源負(fù)極。A項(xiàng)，根據(jù)分析可知a為電源負(fù)極，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，X為陰極，銅離子在陰極被還原生成銅單質(zhì)，所以X電極質(zhì)量增加，故B正確；C項(xiàng)，Y為陽極，若換成Cu，則Cu被氧化生成銅離子，電極質(zhì)量減小，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，X為陰極，電極表面得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故D錯(cuò)誤；故選B?！咀兪?】用電解法制取KIO3的方法是以石墨和鐵為電極電解KI溶液，反應(yīng)方程式為KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列說法中正確的是()A．電解時(shí)石墨作陰極B．電解時(shí)陽極上產(chǎn)生H2C．電解過程中陰極溶液pH升高D．陰極的電極反應(yīng)式：I6e+3H2O=IO3+6H+分析電解問題的基本思路：通電前：電解質(zhì)溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的H＋和OH－)。通電時(shí)：陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，結(jié)合放電順序分析誰優(yōu)先放電。寫電極反應(yīng)式，并結(jié)合題目要求分析電解結(jié)果，如兩極現(xiàn)象、水的電離平衡移動(dòng)、離子濃度的變化、pH變化等。題型二電解規(guī)律的探究【典例2】用惰性電極進(jìn)行電解，下列說法正確的是()A．電解稀硫酸，實(shí)質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變B．電解稀NaOH溶液，要消耗OH，故溶液pH減小C．電解Na2SO4溶液，在陰極上和陽極上生成氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：2D．電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：1【答案】D【解析】A項(xiàng)，電解稀硫酸時(shí)，實(shí)質(zhì)上是電解水，溶劑的質(zhì)量減少，溶質(zhì)的質(zhì)量不變，所以溶液的濃度增大，氫離子的濃度增大，溶液的pH變小，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，電解稀氫氧化鈉溶液時(shí)，實(shí)質(zhì)上是電解水，溶劑的質(zhì)量減少，溶質(zhì)的質(zhì)量不變，所以溶液的濃度增大，氫氧根離子的濃度增大，溶液的pH變大，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，電解硫酸鈉溶液時(shí)，實(shí)質(zhì)上是電解水，陰極上氫離子得電子生成氫氣，陽極上氫氧根離子失電子生成氧氣，根據(jù)得失電子守恒，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2：1，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，電解氯化銅溶液時(shí)，陰極上銅離子得電子生成銅，陽極上氯離子失電子生成氯氣，根據(jù)得失電子守恒，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：1，故D正確；故選D。【變式2】6．用石墨作電極完全電解含1mol溶質(zhì)X的溶液后，向溶液中加入一定量的物質(zhì)Y能使電解液恢復(fù)到起始狀態(tài)是()選項(xiàng)X溶液物質(zhì)YACuCl21molCu(OH)2BKOH1molKOHCNa2SO41molH2SO4DAgNO30.5molAg2O用惰性電極電解不同的電解質(zhì)溶液時(shí)：電解質(zhì)的組成無氧酸(除HF)、不活潑金屬的無氧酸鹽(F－除外)不活潑金屬的含氧酸鹽、活潑金屬的無氧酸鹽含氧酸、可溶性堿、活潑金屬的含氧酸鹽被電解的物質(zhì)電解質(zhì)本身電解質(zhì)和水都發(fā)生變化電解水實(shí)例CuCl2、HBr、HClNaCl、CuSO4、AgNO3H2SO4、NaOH、KNO3電解后溶液的復(fù)原，從溶液中放出的氣體和生成的沉淀，按照原子個(gè)數(shù)比組成具體物質(zhì)再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原則?！净A(chǔ)鞏固】1．下列關(guān)于電解池的敘述中不正確的是()A．與電源正極相連的是電解池的陰極B．與電源負(fù)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(yīng)D．電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)線流向電解池的陰極2．若某裝置發(fā)生反應(yīng)Cu+2H+=Cu2++H2↑，下列關(guān)于該裝置的有關(guān)說法正確的是()A．該裝置一定為原電池B．該裝置為電解池C．若為原電池，Cu為正極D．電解質(zhì)溶液可能是硝酸溶液3．電解CuCl2和NaCl的混合溶液，陰極和陽極上首先析出的物質(zhì)分別是()A．Cu和Cl2B．H2和Cl2C．H2和O2D．Cu和O24．用石墨做電極電解CuCl2溶液，下列說法正確的是()A．在陽極上析出金屬銅B．在陰極上析出金屬銅C．在陰極上產(chǎn)生有刺激性氣味的氣體D．陽極上發(fā)生還原反應(yīng)5．用石墨作電極，電解1mol·L－1下列物質(zhì)的溶液，溶液中的pH保持不變的是()A．HCl B．NaOHC．Na2SO4 D．NaCl6．若某裝置發(fā)生如下反應(yīng)：Cu＋2H＋=Cu2＋＋H2↑，關(guān)于該裝置的有關(guān)說法正確的是()A．該裝置一定為原電池B．該裝置為電解池C．若為原電池，Cu為正極D．電解質(zhì)溶液可能是硝酸溶液7．如圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。下列說法正確的是()A．a(chǎn)為陽極，b為陰極B．a(chǎn)發(fā)生氧化反應(yīng)，b發(fā)生還原反應(yīng)C．溶液中Na＋向b極移動(dòng)D．a(chǎn)極產(chǎn)生H2，b極產(chǎn)生O28．用石墨作電極電解CuSO4溶液。通電一段時(shí)間后，欲使電解液恢復(fù)到起始狀態(tài)，應(yīng)向溶液中加入適量的()A．CuSO4B．H2OC．CuOD．CuSO4·5H2O9．用惰性電極電解AgNO3溶液，下列說法不正確的是()A.電解過程中陰極質(zhì)量不斷增加B.電解過程中溶液的pH不斷降低C.此時(shí)向溶液中加入適量的Ag2O固體可使溶液恢復(fù)到電解前的狀況D.電解后兩極產(chǎn)生的氣體體積比為2∶110．下列說法錯(cuò)誤的是()A．用惰性電極電解Na2SO4溶液，當(dāng)2mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，可加入18g水恢復(fù)B．用惰性電極電解1mol/LCuSO4溶液，加入1molCuO恢復(fù)，電路中轉(zhuǎn)移了2mol電子C．用惰性電極電解含1molNaOH的水溶液，溶液的pH不變D．要想實(shí)現(xiàn)Cu+H2SO4(稀)=CuSO4+H2↑的反應(yīng)，需在電解池中進(jìn)行，且Cu為陽極11．用惰性電極電解下列溶液一段時(shí)間后再加入一定量的某種純凈物(方括號(hào)內(nèi)的物質(zhì))，能使溶液恢復(fù)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]12．Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化學(xué)理論設(shè)計(jì)的制取Cu2O的電解池示意圖如圖，電解總反應(yīng)為2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列說法正確的是()。A．石墨電極上產(chǎn)生氫氣B．銅電極發(fā)生還原反應(yīng)C．銅電極接直流電源的負(fù)極D．當(dāng)有0.1mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，有0.1molCu2O生成13．過硫酸銨[(NH4)2S2O8]可用作氧化劑、漂白劑。利用電解法在兩極分別生產(chǎn)過硫酸銨和過氧化氫的裝置如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．a(chǎn)為外接電源的負(fù)極B．電解總反應(yīng)：O2+2H++2SO42H2O2+S2O82C．陰離子交換膜可用陽離子交換膜替代D．電解池工作時(shí)，I室溶液質(zhì)量理論上逐漸減小14．(2023·浙江省杭州地區(qū)(含周邊)重點(diǎn)中學(xué)高三聯(lián)考)科學(xué)家利用多晶銅高效催化電解CO2制乙烯，原理如圖所示。已知：電解前后電解液濃度幾乎不變。下列說法正確的是()A．鉑電極為陽極，產(chǎn)生的氣體是O2和CO2B．銅電極的電極反應(yīng)式為2CO2+12HCO3+12e=C2H4+12CO32+4H2OC．通電過程中，溶液中HCO3通過陰離子交換膜向右槽移動(dòng)D．當(dāng)電路中通過0.6mol電子時(shí)，理論上能產(chǎn)生C2H415．科學(xué)家最近采用石墨烯為電極材料設(shè)計(jì)一種新型綠色處理尾氣中NH3的方案，主要包括電化學(xué)過程和化學(xué)過程，如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()。A．上述裝置工作時(shí)，H+向陰極遷移，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．陰極區(qū)反應(yīng)包括Fe3++e=Fe2+、4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2OC．電解總反應(yīng)為4NH3+3O2=2N2+6H2OD．電路上轉(zhuǎn)移0.3mol電子，理論上處理3.4g氨氣16．(2023·浙江省寧波市高三下學(xué)期高考模擬)一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)SCR系統(tǒng)的電解尿素(H2NCONH2)混合裝置(X、Y為石墨電極，隔膜僅阻止氣體通過)如圖，下列說法不正確的是()A．裝置工作時(shí)，電子由Y極流入，X極流出B．Y極發(fā)生還原反應(yīng)C．X極的電極反應(yīng)式為H2NCONH2+8OH2↑+CO32+6H2OD．若用鉛酸蓄電池為電源，理論上消耗49gH2SO4時(shí)，此裝置中有0.5molH2生成17．從H＋、Cu2＋、Na＋、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－五種離子中選擇并恰當(dāng)?shù)亟M成電解質(zhì)，按下列要求進(jìn)行電解：(1)以石墨為電極，使電解質(zhì)質(zhì)量減少，水質(zhì)量不變，進(jìn)行電解，則可采用的電解質(zhì)是____________。(2)以石墨為電極，使電解質(zhì)質(zhì)量不變，水質(zhì)量減少，進(jìn)行電解，則可采用的電解質(zhì)是__________。(3)以石墨為陽極，鐵棒為陰極，使電解質(zhì)和水的質(zhì)量都減少，進(jìn)行電解，則電解質(zhì)是____________。(4)以石墨為電極進(jìn)行電解，若陰極析出金屬，陽極放出O2，電解質(zhì)的化學(xué)式可能是____________。(5)以石墨為電極進(jìn)行電解，兩極分別放出氣體，且體積比為1∶1，電解質(zhì)的化學(xué)式可能是__________。18．為了加深對電解規(guī)律的理解，某同學(xué)做了以下探究，要求從H＋、Cu2＋、Na＋、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－5種離子中兩兩恰當(dāng)?shù)慕M成電解質(zhì)，用惰性電極電解，把符合情況的電解質(zhì)及復(fù)原方法填寫在表格內(nèi)。電解情況采用的電解質(zhì)復(fù)原的物質(zhì)(1)電解質(zhì)質(zhì)量減少，水量不變____________________________(2)電解質(zhì)質(zhì)量不變，水量減少____________________________(3)電解質(zhì)和水量都減少____________________________【培優(yōu)競賽】19．電化學(xué)修復(fù)技術(shù)是近年迅速發(fā)展的一種污染土壤綠色原位修復(fù)技術(shù)。處理土壤重金屬污染時(shí)，在污染土壤區(qū)域插入電極(下圖)，土壤中污染物定向遷移，富集在電極區(qū)域，再通過其他方法(電鍍、沉淀/共沉淀、抽出、離子交換樹脂等)去除。下列說法正確的是()A．H+在陽極區(qū)反應(yīng)B．土壤中膠體粒子不帶電C．陰極區(qū)抽提物發(fā)生的是陰離子交換D．金屬離子在堿性區(qū)域去除20．電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。下圖表示一個(gè)電解池，裝有電解液a，X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。請回答下列問題：(1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和QUOTENaClNaCl溶液，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則電解池中X極現(xiàn)象為______，電極反應(yīng)式為______，電解QUOTENaClNaCl溶液的離子方程式是______。(2)如要在鐵上鍍銀，電解液選用硝酸銀，則XQUOTEX電極的材料是______，電極反應(yīng)式是______。(3)若YQUOTEY極為銅鋅合金，X極為純銅，且電解質(zhì)溶液中含有足量的Cu2+，通電一段時(shí)間后，若陽極恰好完全溶解，此時(shí)陰極質(zhì)量增加，溶液質(zhì)量增加，則合金中Cu、Zn的物質(zhì)的量之比為______。21．某課外活動(dòng)小組利用石墨電極電解1mol·L1的FeCl2溶液，探究影響電解產(chǎn)物的因素，回答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)室配制1mol·L1的FeCl2溶液時(shí)，為了防止FeCl2被氧化常加入適量的_______(填試劑名稱)，若配制100mL此溶液，需要用托盤天平稱量FeCl2·4H2O的質(zhì)量為_______g。(2)探究裝置如圖所示：①濕潤淀粉KI試紙檢測的物質(zhì)是_______(填化學(xué)式)。②從價(jià)態(tài)角度分析，在兩極均有可能放電的離子是_______(填離子符號(hào)，下同)。③在無限稀釋的水溶液中部分離子的離子淌度如下表所示(注：淌度越大的離子向電極的遷移速率越快)：陽離子淌度(108m2·V1.s1)陰離子