第4章第2節(jié)-電解池(第1課時-電解原理)(教師版)

《2021-2022學年高二化學同步精品學案（新人教版選擇性必修1）》第四章化學反應與電能第二節(jié)電解池第1課時電解原理一、電解原理【實驗探究】〔實驗4—2〕按下圖所示裝置完成電解CuCl2溶液實驗，并填寫下表。實驗裝置實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明電解質(zhì)溶液導電，形成閉合回路與直流電源負極相連的石墨棒上逐漸覆蓋了一層紅色物質(zhì)析出金屬銅與直流電源正極相連的石墨棒上有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{產(chǎn)生了氯氣電極名稱電化學中規(guī)定：（1）陰極：與直流電源負極相連的電極；（2）陽極：與直流電源正極相連的電極。1．實驗原理分析：（1）通電前①電解質(zhì)的電離eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(氯化銅的電離：CuCl2Cu2＋＋2Cl－；,水的電離：H2OH＋＋OH－。))②故溶液中存在的離子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通電前離子在溶液中作自由運動。（2）通電時①在電場的作用下，溶液中的離子作定向運動，即Cl－、OH－趨向陽極，Cu2＋、H＋趨向陰極。②離子的放電eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(陽極電極反應式：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反應)；,陰極電極反應式：Cu2＋＋2e－=Cu(還原反應)。))故總反應：CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑?！旧疃人伎肌吭诼然~溶液中除了Cu2＋和Cl－之外還有H＋和OH－，這兩種離子為什么沒有放電？電解時，溶液中離子的放電先后順序與離子的氧化性或還原性有關，氧化性強的陽離子先得電子被還原，還原性強的陰離子先失電子被氧化。Cu2＋比H＋更容易得電子，而Cl－比OH－更容易失電子。2．電解和電解池（1）電解：使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陽極、陰極引起氧化還原反應的過程。（2）電解池：將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置(也稱電解槽)。【思考與討論】請結(jié)合教材上圖4-10Ⅱ繪制反映電解池工作原理的示意圖。示意圖要求包括以下內(nèi)容：（1）注明電解池的組成。（2）標明氧化反應和還原反應發(fā)生的區(qū)域。（3）標明電子的運動方向和陰離子、陽離子的遷移方向。（4）總結(jié)歸納電解池的構(gòu)成條件【方法導引】電化學過程的系統(tǒng)思想與方法（1）由相互聯(lián)系、相互作用的若干部分組成并具有一定功能的整體稱為系統(tǒng)。（2）作為事物的一種普遍存在形式，系統(tǒng)無處不在。（3）基于系統(tǒng)思想的研究方法：注重分析與綜合、局部與整體、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與環(huán)境等方面的相互聯(lián)系和作用。例如，在比較原電池和電解池的異同時，可以認識到，作為一個系統(tǒng):①相同之處：ⅰ．原電池和電解池的裝置構(gòu)成是基本相同的：ⅱ．工作時，都涉及電極上發(fā)生的氧化還原反應及電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向遷移;②不同之處：?。姵厥窍到y(tǒng)發(fā)生化學反應對環(huán)境做電功；ⅱ．電解池則是環(huán)境對系統(tǒng)做電功并使其發(fā)生化學反應?！纠斫鈶谩咳缦聢D所示裝置中屬于電解池的是________(填序號)?！敬鸢浮竣邰?〔解析〕根據(jù)電解池的構(gòu)成條件判斷：①②⑤無外接直流電源，不能構(gòu)成電解池；④無電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)；⑦中蔗糖屬于非電解質(zhì)，不能構(gòu)成電解池；⑧沒有形成閉合回路，不能構(gòu)成電解池?！痉椒记伞侩姌O反應式的書寫步驟（1）分析離子種類：找全離子并分陰、陽兩組(包括水溶液中的H＋和OH－)。（2）排出陰、陽兩極的放電順序①陽極eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(活性電極：金屬做陽極(Pt、Au除外)，金屬電極放電（失電子）；,惰性電極(Pt、Au、石墨等)：還原性強的離子先放電：))eq\o(,\s\up15(放電順序：))eq\o(↓,\s\up15(S2－))eq\o(↓,\s\up15(>I－))eq\o(↓,\s\up15(>Br－))eq\o(↓,\s\up15(>Cl－))eq\o(↓,\s\up15(>OH－))eq\o(↓,\s\up15(>含氧酸根離子))eq\o(↓,\s\up15(>F－))電極產(chǎn)物：SI2Br2Cl2O2在水溶液中不放電②陰極：放電順序與電極材料無關，氧化性強的離子先放電（得電子）：放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。電極產(chǎn)物：eq\o(Ag,\s\up11(↓))eq\o(Fe2＋,\s\up11(↓))eq\o(Cu,\s\up11(↓))eq\o(H2,\s\up11(↓))eq\o(Fe,\s\up11(↓))eq\o(H2,\s\up11(↓))eq\o(在水溶液中不放電,\s\up11(↓))（3）寫出兩極電極反應式（4）寫出電解總反應式：調(diào)平兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)目后，將兩極反應式相加即可得總反應方程式?！怖斫鈶谩骋远栊噪姌O“電解KCl溶液”為例第一步：寫出溶液中存在的離子K+H+Cl-OH-第二步：比較放電順序陽極Cl-優(yōu)先放電，在陽極生成Cl2。陰極H+優(yōu)先放電，在陰極生成H2。第三步：寫出電極反應陽極2Cl－－2e－=Cl2↑陰極2H2O＋2e－H2↑＋2OH－第四步：寫出電解方程式2KCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2KOH【拓展延伸】用惰性電極電解下列電解質(zhì)溶液，完成表格各項。（1）電解H2O型電解質(zhì)H2SO4NaOHNa2SO4陽極反應式2H2O－4e－O2↑＋4H＋陰極反應式4H2O＋4e－H2↑＋4OH－電解方程式2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑pH變化減小增大不變復原加入物質(zhì)加入H2O（2）電解電解質(zhì)型電解質(zhì)HClCuCl2陽極反應式2Cl－－2e－Cl2↑陰極反應式2H＋＋2e－H2↑Cu2＋＋2e－Cu電解方程式2HCleq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑pH變化增大復原加入物質(zhì)加入HCl加入CuCl2（3）電解質(zhì)和水都發(fā)生電解型電解質(zhì)NaClCuSO4陽極反應式2Cl－－2e－Cl2↑2H2O－4e－O2↑＋4H＋陰極反應式2H2O＋2e－H2↑＋2OH－2Cu2＋＋4e－2Cu電解方程式2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2SO4＋2Cu＋O2↑pH變化增大減小復原加入物質(zhì)加入HCl加入CuO或CuCO3〔方法技巧〕電解后溶液的復原，從溶液中放出的氣體和生成的沉淀，按照原子個數(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?！绢A習檢驗】1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。（1）電解質(zhì)溶液的導電過程就是電解質(zhì)溶液被電解的過程 (√)（2）某些不能自發(fā)進行的氧化還原反應，通過電解可以實現(xiàn) (√)（3）電解池的陽極發(fā)生還原反應(×)（4）電解時，電子的移動方向為：電源負極→陰極→陽極→電源正極（×）（5）用惰性電極電解氯化鈉溶液，Na＋不放電，說明Na＋的氧化性弱 (√)（6）電解池中，若用活潑性不同的金屬作電極，活潑性強的為陽極（×）（7）用石墨作電極電解熔融氯化鈉的陰極反應式為Na＋＋e－Na(√)（8）電化學規(guī)定：失去電子發(fā)生氧化反應的是陽極，所以原電池的負極也可以稱為陽極(√)（9）電解時，電極質(zhì)量減少的電極必為陽極；電極質(zhì)量增加的電極必為陰極（√）2．關于如圖所示①②兩個裝置的敘述正確的是()A．裝置名稱：①是原電池，②是電解池B．硫酸濃度變化：①增大，②減小C．電極反應式：①中陽極：2H2O－4e－O2↑＋4H＋，②中正極：Zn－2e－=Zn2＋D．離子移動方向：①中H＋向陰極方向移動，②中H＋向負極方向移動【答案】B 〔解析〕①為電解池，電解水，陽極反應式為2H2O－4e－O2↑＋4H＋，硫酸的濃度增大；②為原電池，溶液中的氫離子移向正極，正極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，硫酸的濃度減小。3．用石墨電極電解CuCl2溶液(如圖)。下列分析正確的是()A．a(chǎn)端是直流電源的負極B．通電使CuCl2發(fā)生電離C．陽極上發(fā)生的反應：Cu2＋＋2e－=CuD．通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體【答案】A〔解析〕可利用電解質(zhì)溶液中離子的移動方向判斷出電源的正負極，并寫出電極反應式和反應現(xiàn)象。A項，Cu2＋移向的電極為陰極，則a為負極，正確；B項，CuCl2發(fā)生電離是在水分子的作用下完成的，并非通電才能發(fā)生，錯誤；C項，反應Cu2＋＋2e－=Cu應在陰極上發(fā)生，陽極上發(fā)生的反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，錯誤；D項，通電一段時間后，應在陽極附近觀察到黃綠色氣體，錯誤。4．用石墨作電極，電解稀Na2SO4溶液的裝置如圖所示，通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列有關敘述正確的是()A．逸出氣體的體積：A電極＜B電極B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體C．A電極附近呈紅色，B電極附近呈藍色D．電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性【答案】D〔解析〕用石墨作電極，電解稀Na2SO4溶液，實質(zhì)是電解水：2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑，B電極為陽極，OH－放電產(chǎn)生O2，B電極附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液變紅；A電極為陰極，H＋放電產(chǎn)生H2，A電極附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液變藍，C項錯誤、D項正確；A電極產(chǎn)生的氣體體積大于B電極，A項錯誤；兩種氣體均為無色無味的氣體，B項錯誤。5．如圖中X、Y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a電極質(zhì)量增加，b電極處有無色無味氣體放出，符合這一情況的是表中的()abX溶液A鋅石墨負極CuSO4B石墨石墨負極NaOHC銀鐵正極AgNO3D銅石墨負極CuCl2【答案】A〔解析〕由a電極質(zhì)量增加可知溶液中金屬陽離子在a電極析出，則a為陰極，X為負極，B中Na＋不放電，a電極不析出金屬，錯誤；C中X為正極，錯誤；D中Cl－放電生成黃綠色氯氣，錯誤。6．某同學按如圖所示的裝置進行電解實驗。下列說法不正確的是()A．電解過程中，銅電極上有H2產(chǎn)生B．電解初期，總反應方程式為Cu＋H2SO4eq\o(=,\s\up10(電解))CuSO4＋H2↑C．電解一段時間后，石墨電極上有銅析出D．電解過程中，H+的濃度減小【答案】A〔解析〕Cu電極為陽極，電極反應式為Cu-2e-===Cu2+，A項錯誤。電解初期，陰極反應為2H++2e-===H2↑，總反應方程式為Cu＋H2SO4eq\o(=,\s\up10(電解))CuSO4＋H2↑，溶液中H+的濃度減小，B、D兩項正確。電解一段時間后，溶液中Cu2+的濃度較大，此時陰極反應為Cu2++2e-=Cu，C項正確。7．為了加深對電解規(guī)律的理解，某同學做了以下探究，要求從H＋、Cu2＋、Na＋、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－5種離子中兩兩恰當?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)及復原方法填寫在表格內(nèi)。電解情況采用的電解質(zhì)復原的物質(zhì)電解質(zhì)質(zhì)量減少，水量不變HCl、CuCl2HCl、CuCl2電解質(zhì)質(zhì)量不變，水量減少Na2SO4、H2SO4H2O電解質(zhì)和水量都減少CuSO4、NaClCuO或CuCO3、HCl〔解析〕＋，陰離子只能是Cl－，其電解質(zhì)是HCl、CuCl2。（2）電解質(zhì)質(zhì)量不變，水量減少：實質(zhì)上是電解水，H＋、OH－分別在兩極上放電，因此，其電解質(zhì)是Na2SO4、H2SO4。（3）電解質(zhì)和水量都減少：若電解質(zhì)是CuSO4，2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2SO4＋2Cu＋O2↑，若恢復到原狀態(tài)，可加入CuO，也可加入CuCO3；若電解質(zhì)是NaCl，2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，要恢復到原狀態(tài)可通入HCl。8．按下圖裝置進行實驗，并回答下列問題。（1）判斷裝置的名稱：A池為________________；B池為________________。（2）銅極為________極，電極反應式為________________________________。（3）B裝置中，C1與C2均為石墨棒，石墨棒C1為________極，電極反應式為___________________，石墨棒C2附近發(fā)生的實驗現(xiàn)象為_________________________________________________。【答案】（1）原電池電解池（2）正Cu2＋＋2e－Cu（3）陽2Cl－－2e－=Cl2↑有無色氣體產(chǎn)生，附近溶液出現(xiàn)紅色〔解析〕左邊的裝置可以構(gòu)成一個原電池，那么右邊的裝置就是一個電解池。（1）判斷裝置的名稱：A池為原電池，B池為電解池。（2）銅比鋅的活潑性弱，所以銅作正極，Cu2＋在正極反應，電極反應式為：Cu2＋＋2e－=Cu。（3）C1接原電池的正極，作陽極，C2接原電池的負極作陰極。C1作陽極，陰離子在陽極放電，Cl－的放電能力比OH－強，故C1的電極反應式為：2Cl－－2e－=Cl2↑；陽離子在C2放電，H＋的放電能力比K＋強，故