高中化学 431 电解原理教案 新人教版选修4Word文件下载.docx
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先让学生自主总结本课时学习的主要知识,然后对照【课堂小结】明确掌握已学的内容、并课下完成【课后知能检测】。
课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解电解、电解池的概念。
2.理解电解池的原理。
3.能够正确书写电解池的电极反应方程式。
1.通过实验探究加深对电解池工作原理的理解。
(重点)
2.比较离子在电解池中的放电顺序。
3.原电池与电解池比较。
(重难点)
电解CuCl2溶液
1.装置
CuCl2溶液的电解
2.实验现象和结论
实验现象
结论
电流表指针发生偏转
说明电解质溶液在导电,形成闭合回路
与负极相连的石墨棒上逐渐覆盖了一层红色固体
析出金属铜
与正极相连的碳棒一侧有刺激性气味的气体产生,湿润的KI淀粉试纸变蓝
产生了氯气
3.实验原理分析
(1)通电前,Cu2+、H+、Cl-以及OH-在溶液中作自由运动通电时,在电场的作用下,这些自由运动的离子改作定向运动即Cl-、OH-等阴离子趋向阳极,Cu2+、H+等阳离子趋向阴极。
(2)两个电极上的反应和总反应:
阳极(与电源正极相连):
2Cl--2e-===Cl2↑。
阴极(与电源负极相连):
Cu2++2e-===Cu。
总反应:
CuCl2电解,Cu+Cl2↑。
(3)结论:
电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程。
1.溶液中含有Cu2+、H+为什么是Cu2+去阴极得电子,而不是H+呢?
【提示】 阴极上的物质,发生还原反应,本身是氧化剂应具有氧化性,而氧化性Cu2+>
H+,故Cu2+先得电子。
电解原理
1.电解
使电流通过电解质溶液在两个电极上引起氧化还原反应的过程。
2.电解池
(1)定义:
将电能转化为化学能的装置。
(2)
构成有外加电源电解质溶液或熔融电解质两个
电极阴极:
与电源负极相连,发生还原反应阳极:
与电源正极相连,发生氧化反应形成闭合回路
2.
(1)电解CuCl2溶液产生Cl2的两电极能用铁吗?
(2)电解质溶液导电时,一定会有化学反应发生吗?
【提示】
(1)阴极可以用,但阳极不能用,否则阳极发生反应为Fe-2e-===Fe2+,而不放出Cl2。
(2)一定。
电解池电极及电极产物判断
【问题导思】
①电解池中,阴、阳两极的材料与电解产物有关系吗?
【提示】 阳极产物与材料有关,阴极无关。
②电解CuSO4与NaCl的混合液,首先在阴、阳两极产生什么物质(用惰性电极)?
【提示】 阳极―→Cl2 阴极——Cu。
1.电解池的电极和电极反应
2.电解时电极产物的判断
(1)阳极产物的判断
①活性金属电极
金属电极失电子,被溶解,生成对应金属阳离子。
②惰性电极(Pt、Au、C)
阴离子失电子,生成对应非金属单质。
阴离子放电顺序:
S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根>
F-。
(2)阴极产物的判断
与电极材料无关,直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序:
Ag+>
Hg2+>
Fe3+>
Cu2+>
H+>
Pb2+>
Sn2+>
Fe2+>
Zn2+>
Al3+>
Mg2+>
Na+>
Ca2+>
K+。
根据两极产物也可判断电极,一般情况下
(1)析出金属(质量增重)或有气体(H2)放出——阴极。
(2)有非金属单质生成,是气态的有Cl2、O2或电极本身减轻——阳极。
现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol/L的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是
( )
A.电解开始时阴极有H2放出
B.电解开始时阳极上发生:
Cu2++2e-===Cu
C.当电路中通过电子的量超过0.1mol时,此时阴极放电的离子发生了变化
D.整个电解过程中,SO
不参与电极反应
【解析】 依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2。
故A、B错;
由阴极反应Cu2++2e-===Cu,n(Cu2+)=0.1mol,当电路中通过电子的量达到0.2mol时,此时Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,所以C错;
阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电,SO
不参与电极反应。
【答案】 D
判断电解池中的产物步骤
1.对于电解池,首先要考虑阳极材料,若为惰性电极,溶液中的阴离子被氧化;
若为金属电极,则被氧化的是电极本身。
过于活泼的金属不能作电极材料(K、Na)。
2.若溶液中的阴、阳离子有多种,则根据离子放电顺序判定什么离子先放电,什么离子后放电,并写出电极方程式。
3.注意根据电子流向和电流流向判断电极是相反的。
1.关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是( )
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液呈无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
【解析】 电解食盐水时发生的反应为:
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
2H++2e-===H2↑
2NaCl+2H2O电解,2NaOH+H2↑+Cl2↑
对照分析选项,A错误;
阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2,滴加KI溶液后发生反应:
Cl2+2I-===I2+2Cl-,溶液呈棕色,B正确;
阴极附近产生大量的OH-,滴加酚酞后变红色,C错误;
电解后生成NaOH,溶液呈碱性,D错误。
【答案】 B
用惰性电极电解电解质溶液的规律
①电解H2SO4溶液与盐酸溶液(惰性电极)的产物相同吗?
溶液pH有何变化?
【提示】 阴极产物相同(H2),阳极产物不同[H2SO4→O2,HCl→Cl2],pH都增大。
②用惰性电极电解食盐水一段时间后,若要使溶液复原,应加入什么物质?
【提示】 加入HCl。
类型
电解质
特点
实例
电极反应式
阴极
阳极
电解方程式
电解
对象
质溶
液浓
度的
变化
液复
原的
方法
水型
含氧酸
H2SO4
可溶性
强碱
NaOH
活泼金
属含氧
酸盐
KNO3
4H++4e-===2H2↑
4OH-
-4e-
===
2H2O
+O2↑
2H2↑+O2↑
水
增大
加水
质型
无氧酸
HCl
2H++
2e-===
H2↑
2Cl--2e-
Cl2↑
2HCl
H2↑+Cl2↑
不活泼
金属无
氧酸盐
CuCl2
Cu2++
Cu
Cu+Cl2↑
减小
加入
氯化
氢
铜
放H2
生碱型
属无氧
NaCl
===Cl2↑
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
和水
生成
新电
解质
放O2
生酸型
金属含
CuSO4
2Cu2++
4e-===
2Cu
===2H2O
2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑
质和
CuO
用惰性电极进行电解,下列说法正确的是
A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
【解析】 电解稀硫酸实质上是电解水,c(H+)增大,溶液pH减小,A项错误;
电解稀氢氧化钠溶液,实质上也是电解水,c(OH-)增大,溶液pH增大,B项错误;
电解硫酸钠溶液,在阴析上生成H2,阳极上生成O2,其物质的量之比为2∶1,C项错误。
D项正确。
电解产物判断
1.用惰性电极电解电解质水溶液时,首先要全面分析电解质溶液的组成,找全离子并分为阴、阳两组,然后排出阴、阳离子的放电顺序,写出两极上的电极反应式。
2.根据两极的电极反应式写出反应的总离子方程式时,要注意:
若参与电极反应的H+(或OH-)是由水电离出来的,应用水的分子式表示。
3.若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;
若阳极区OH-放电,则阳极区c(H+)增大;
若阴、阳极同时有H+、OH-放电,相当于电解水,电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)。
2.下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法正确的是( )
A.电解过程中阴极质量不断增加
B.电解过程中溶液的pH不断升高
C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体不能使溶液恢复至电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1
【解析】 用惰性电极电解AgNO3溶液,总的电解反应式为:
4AgNO3+2H2O电解,4Ag+O2↑+4HNO3,则阴极上析出银,阳极上放出氧气,A项正确,D项错误;
由于生成HNO3,溶液的pH应不断降低,B项错误;
要使溶液恢复到电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应:
2Ag2O+4HNO3===4AgNO3+2H2O,得到的物质恰好是反应掉的物质,可使溶液恢复至电解前的状况,C项错误;
故选A。
【答案】 A
【教师备课资源】
pH=a的某电解质溶液中,插入两支惰性电极,通直流电一段时间后,溶液的pH>
a,则该电解质可能是( )
A.NaOH B.H2SO4
C.AgNO3 D.Na2SO4
【解析】 由阴、阳离子的放电顺序可知,电解NaOH、H2SO4、Na2SO4溶液的实质都是电解水,电解质溶液的浓度都增大,故NaOH溶液的pH增大,H2SO4溶液的pH减小,Na2SO4溶液的pH不变;
AgNO3的电解方程式为:
4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3,故溶液的pH减小。
1.下列关于电解池的叙述中正确的是( )
A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的
B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阳极,从电解池的阴极流向电源的正极
C.在电解质溶液中,阴离子向阴极运动,阳离子向阳极运动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等
【解析】 在电解池中,外电路上是靠电子的定向移动形成电流,而电解质溶液中是靠阴、阳离子的定向移动而形成电流,因此A项错误;
在电解池中,电子由电源的负极流向电解池的阴极,由电解池的阳极流向电源的正极,因此B项错误;
在电解质溶液中,阴离子向着阳极移动,阳离子向着阴极移动,因此C项错误。
2.下列说法错误的是( )
A.电解质的导电过程是化学变化,而金属的导电是物理变化
B.电解质溶液导电的过程,就是电解质被电解的过程
C.电解质在任何条件下均可以导电
D.电解质溶液导电过程中一定有新物质生成
【解析】 电解质导电的过程就是被电解的过程,在电解过程中发生氧化还原反应,一定有新物质生成,所以是化学变化;
而金属导电是靠自由电子的定向移动,无新物质生成,是物理变化,故A、B、D项正确。
电解质要导电只有在电离的条件下,存在自由移动的离子时才能导电,所以C项错误。
【答案】 C
3.某学生欲完成2HCl+2Ag===2AgCl+H2↑反应,设计了下列四个实验,你认为可行的实验是( )
【解析】 反应不能自发进行,应设计成电解池,金属银失电子作阳极与电源的正极相连。
4.根据如图所示装置回答:
(1)当X为Pt,Y为Fe,Z为AgNO3时,阳极反应式为___________,
阴极反应式为__________,
电解反应式为_______________________。
(2)X为Cu,Y为Fe,Z为CuSO4时,阳极反应式为
______________________,
阴极反应式为__________________________。
【解析】 电解池中与电源正极相连的是阳极(X)与电源负极相连的是负极(Y)。
【答案】
(1)4OH--4e-===2H2O+O2↑
4Ag++4e-===4Ag
2H2O+4AgNO34Ag+O2↑+4HNO3
(2)Cu-2e-===Cu2+ Cu2++2e-===Cu
1.下列说法不正确的是( )
A.不能自发进行的氧化还原反应,一般可以通过电解实现
B.电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化
C.电解池和原电池中均发生氧化还原反应
D.电解、电离、原电池均需要通电
【解析】 电离不需要通电,而是在溶于水或熔化状态下发生的。
2.如图所示,铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里,电流表中有电流通过,则下列说法正确的是( )
A.锌片是负极
B.两个铜片上都发生氧化反应
C.石墨是阴极
D.两个番茄都形成原电池
【解析】 由于番茄汁显酸性,左侧番茄形成原电池,Zn作负极。
右侧番茄形成电解池,Cu作阴极。
故只有A选项正确。
3.能用电解原理说明的问题是( )
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是把化学能转变成电能 ③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时,必须导致氧化还原反应的发生
A.①②③④ B.②③⑤
C.③④D.①③④⑤
【解析】 本题主要考查了电解原理。
从能量转化的角度看,电解是把电能转变成化学能的过程,故①对、②错;
电解质溶液的导电过程,必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生,同时生成新的物质,故③、⑤对;
某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解供给电能可以实现,故④对。
所以①③④⑤选项都符合题意。
故正确答案为D。
4.将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt),用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊试液浸透的滤纸上,经过一段时间后,两极附近滤纸的颜色分别是( )
A
B
C
D
蓝
白
红
【解析】 阳极上I-放电生成I2,使淀粉变蓝,阴极上H+放电后,使溶液中的c(H+)<
c(OH-),呈碱性,使石蕊显蓝色,故D项正确。
5.同温、同压下,用惰性电极在U形管中电解下列物质的水溶液,消耗相同的电量,生成气体体积最大的是( )
A.饱和食盐水B.CuCl2溶液
C.CuSO4溶液D.NaOH溶液
【解析】 电解饱和食盐水,两极分别产生氢气和氯气,假设转移2mol电子,生成氢气和氯气各1mol,共2mol;
而电解CuCl2溶液产生的气体只有氯气,转移2mol电子,生成氯气1mol;
电解CuSO4溶液,产生的气体只有氧气,转移2mol电子,生成氧气0.5mol;
电解NaOH溶液,两极分别产生氢气和氧气,转移2mol电子,生成氢气1mol、氧气0.5mol,共1.5mol。
6.
如图所示为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置,通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。
下列实现现象中正确的是( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
【解析】 以石墨为电极电解Na2SO4溶液时,阳极(b极):
4OH--4e-===2H2O+O2↑,阴极(a极):
4H++4e-===2H2↑,则a极附近溶液显碱性,b极附近溶液显酸性,滴加石蕊试液后,a极附近呈蓝色,b极附近呈红色。
7.用石墨作电极电解1mol·
L-1CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5mol·
L-1时,停止电解,向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状况( )
A.CuSO4 B.CuO
C.Cu(OH)2D.CuSO4·
5H2O
【解析】 电解过程中的反应为:
2H2O-4e-===O2↑+4H+;
2Cu2++4e-===2Cu。
总反应为:
2H2SO4+2Cu+O2↑。
从溶液中析出的物质是Cu和O2,每放出1molO2,即析出2molCu,Cu与O的物质的量之比为1∶1,所以,加入CuO可使溶液恢复原状。
8.用Pt电极电解含有0.1molCu2+和0.1molX3+的溶液,阴极析出固体物质的质量m(g)与电路中通过电子的物质的量n(mol)的关系如图所示。
则离子的氧化能力由大到小的排列正确的是( )
A.Cu2+>
X3+>
H+B.H+>
Cu2+
C.X3+>
Cu2+D.Cu2+>
X3+
【解析】 有些同学没有认真分析,就将X3+与Fe3+联系起来,选择答案C。
这其实是简单记忆阳离子放电顺序导致定势思维而造成的结果。
本题的解题信息在图像中,一通电就有固体析出,且通过0.2mol电子后,就再没有固体析出了,说明是Cu2+放电的结果,X3+不放电。
9.如图所示中X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无味气体放出,符合这一情况的是( )
a极板
b极板
X电极
Z溶液
锌
石墨
负极
银
铁
正极
AgNO3
【解析】 根据题意,a为锌时,X为负极,则a为阴极,a极上有铜析出,质量增加,Y为正极,则b为阳极,b极处有O2放出,A选项符合题意;
B组中,两电极均为石墨时,实质为电解水,两极上都放出气体,电极质量不变,不符合题意;
C组中,当b极为Fe时,X为正极,b极Ag+得电子,铁极质量增加,a极银失电子,质量减轻,不符合题意;
D组中,a极为铜时,X为负极,a上析出铜,铜极质量增加,但b极上放出有刺激性气味的Cl2,不符合题意,因此只有A正确。
10.将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解,且电解时间足够长。
有以下结论:
①溶液中几乎没有Br-;
②电解质溶液为无色;
③最终溶液显碱性;
④K+、Na+和SO
的浓度几乎没有变化。
正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)( )
A.①②③ B.仅③ C.①④ D.均正确
【解析】 此题电解的是混合溶液,目的是考查学生对阴、阳离子放电顺序掌握的熟练性。
溶液中存在的阴离子有:
Cl-、Br-、SO
、OH-,阳离子有:
K+、Cu2+、Na+、H+。
因用Pt电极电解足够长的时间,阴离子首先放电的是Br-,其次是Cl-,最后是OH-,SO
在溶液中不放电,阳离子先放电的是Cu2+,其次是H+。
所以先电解CuBr2,阳极逸出Br2,阴极析出Cu,当CuBr2电解完毕后,相当于继续电解HCl(H+来自于水中),当Cl-被消耗尽后,则继续电解水。
由于Cu2+转化为单质铜,电解质溶液变为无色;
Cl-放电时,水电离出的H+放电,使溶液中的c(OH-)增大;
由于电解足够长时间,水被消耗,c(K+)、c(Na+)和c(SO
)会增大。
11.从NO
、SO
、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2,电解质的化学式可能为____________;
(2)若阴极析出金属,阳极放出O2,电解质的化学式可能为________________;
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