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专题1第二单元第3课时
第3课时 电解池的工作原理
[学习目标定位]
知识内容
必考要求
加试要求
1.电解池的构造与工作原理。
2.电解池的电极反应式与电解反应方程式。
b
b
课时要求
1.会描述电解池的工作原理,能正确书写电解池的电极反应式和电解反应方程式。
2.熟悉电解规律和电解产物的判断方法。
一 电解池的工作原理
1.如图为工业上电解熔融氯化钠生产金属钠的装置示意图。
容器中盛有熔融的氯化钠,两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料,两个电极分别与电源的正极和负极相连。
(1)通电前,熔融NaCl中存在的微粒有Na+、Cl-,这些微粒的运动状态是自由移动。
(2)通电后离子运动方向:
阳离子Na+(填离子符号)移向铁电极,发生还原反应;阴离子Cl-(填离子符号)移向石墨电极,发生氧化反应。
电极上发生的反应是①铁电极:
2Na++2e-===2Na;②石墨电极:
2Cl--2e-===Cl2↑。
(3)由以上分析可知:
熔融的NaCl在直流电作用下发生了氧化还原反应,分解生成了Na和Cl2。
2.电解和电解池
(1)电解是在直流电作用下,在两个电极上发生氧化还原反应的过程。
(2)电解池是将电能转化为化学能的装置。
(3)电极名称
阴极:
与电源负极相连的电极,发生还原反应;
阳极:
与电源正极相连的电极,发生氧化反应。
(4)根据以上分析,你认为构成电解池的条件有哪些?
答案 电解池的构成条件:
具有与直流电源相连接的两个电极(阴极、阳极),插入电解质溶液或熔融电解质中,形成闭合回路。
电解池的工作原理
(1)电解池的工作原理示意图
(2)电解质导电的过程就是电解质的电解过程。
1.如下图所示装置中,属于电解池的是( )
答案 C
解析 A、B缺少外接电源,D未形成闭合回路。
规律总结
判断某装置是否为电解池,要以构成电解池的三个基本条件为标准。
构成电解池的三个条件:
①有与直流电源相连的两个电极;②有电解质溶液或熔融态电解质;③能形成闭合回路。
2.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,必然导致氧化还原反应的发生
A.①②③④B.②③⑤
C.③④D.①③④⑤
答案 D
解析 从能量角度看,电解是把电能转变成化学能的过程,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,③、⑤对;某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理也可以实现,如电解氯化铜得到铜和氯气,④对。
二 酸、碱、盐溶液的电解规律
1.按如图所示装置完成实验,并回答下列问题:
(1)实验过程中,观察到的现象是
①电流计指针发生偏转;②与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质;③与正极相连的a极一侧有刺激性气味的气体产生,能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。
(2)实验结论是电解质CuCl2溶液在导电过程中,有铜析出,有氯气生成。
(3)实验原理分析
①氯化铜溶液中的电离过程有a.CuCl2===Cu2++2Cl-,b.H2OH++OH-;溶液中存在的离子有Cu2+、Cl-、H+、OH-,通电前,这些离子在溶液中自由移动。
②通电时,在电场的作用下,溶液中的离子做定向移动,即Cl-、OH-趋向a极,Cu2+、H+趋向b极。
③a极电极反应式是2Cl--2e-===Cl2↑,b极电极反应式是Cu2++2e-===Cu,电解反应方程式是CuCl2Cu+Cl2↑。
2.有下列两组离子:
①Cu2+、Na+、H+、Ag+;②Cl-、I-、SO、OH-。
用惰性电极电解时,移向阳极的是②(填序号),放电先后顺序是I->Cl->OH->SO;移向阴极的是①(填序号),放电先后顺序是Ag+>Cu2+>H+>Na+。
3.用惰性电极电解下列酸、碱、盐电解质溶液:
①H2SO4;②HCl;③NaOH;④Na2SO4;⑤CuCl2;⑥NaCl;⑦CuSO4。
回答下列问题:
(1)阴极反应式与①相同的有②③④⑥(填序号,下同),其电极反应式是2H++2e-===H2↑;与⑤相同的有⑦,其电极反应式是Cu2++2e-===Cu。
(2)阳极反应式与①相同的有③④⑦,其电极反应式是4OH--4e-===O2↑+2H2O;与②相同的有⑤⑥,其电极反应式是2Cl--2e-===Cl2↑。
(3)写出下列电解反应的化学方程式:
③2H2O2H2↑+O2↑;
⑥2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑;
⑦2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑。
(4)只是水发生电解的是①③④,只是电解质本身发生电解的是②⑤,电解质和水都发生电解的是⑥⑦。
(5)电解后溶液的pH显著增大的是②③⑥,减小的是①⑦,不变的是④⑤。
(6)欲使电解的溶液复原,只加入水的是①③④,只加入电解质本身的是②⑤;欲使电解后的⑥复原需通入HCl气体,欲使电解后的⑦复原需加入CuO。
1.电极反应规律
(1)阴极:
无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应,发生反应的是溶液中的阳离子,放电顺序:
Ag+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+……。
(2)阳极:
溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。
其放电顺序:
金属阳极>S2->I->Cl->OH->含氧酸根。
2.惰性电极电解规律
类型
电解质溶液
电极反应特点
电解水型
含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐溶液
阴极:
4H++4e-===2H2↑
阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
电解电解质型
无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
放H2生碱型
活泼金属(K、Ca、Na)的无氧酸盐
阴极:
放出H2生成碱
阳极:
电解质阴离子放电
放O2生酸型
不活泼金属的含氧酸盐溶液
阴极:
电解质阳离子放电
阳极:
OH-放电生成酸
3.如图为直流电源电解稀Na2SO4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。
下列实验现象中正确的是( )
A.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
B.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
C.逸出气体的体积,a极的小于b极的
D.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
答案 B
解析 a极为阴极,H2O电离出的H+放电,促进H2O的电离平衡向右移动,c(OH-)增大,溶液变蓝色,b极为阳极,H2O电离出的OH-放电,c(H+)增大,溶液变红色,A项不正确、B项正确;a极产生H2,b极产生O2,H2的体积是O2体积的2倍,故C、D项不正确。
4.用惰性电极电解AgNO3溶液,下列说法不正确的是( )
A.电解过程中阴极质量不断增加
B.电解过程中溶液的pH不断降低
C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1
答案 D
解析 解决有关电解问题首先注意电极材料,在此基础上写出电极反应式和电解反应方程式,根据电解反应方程式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化,分析溶液的pH变化必须注意原溶液的pH情况。
用惰性电极电解AgNO3溶液,电解反应方程式为4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。
阴极上析出Ag,阳极上放出O2,故A正确、D错误;由于生成HNO3溶液,pH应不断降低,B正确;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,可以使溶液恢复到电解前的状况,C正确。
规律总结 分析电解问题的基本方法思路
(1)通电前:
电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH-)。
(2)通电时:
阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,结合放电顺序分析谁优先放电(注意活泼金属作阳极时优先放电)。
(3)正确书写电极反应式,要注意原子数、电荷数是否守恒。
(4)能结合题目要求分析电解时的各种变化情况,如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。
1.下列关于电解池工作原理的说法中,错误的是( )
A.电解池是一种将电能转变成化学能的装置
B.电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应
C.电解池工作时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应
D.与原电池不同,电解池放电时,电极本身不会参加电极反应
答案 D
2.如图是电解CuCl2溶液的装置,两个电极是石墨电极,则下列有关判断正确的是( )
A.a为负极、b为正极
B.a为阳极、b为阴极
C.电解过程中,Cl-浓度不变
D.电解过程中,d电极质量增加
答案 D
解析 电流的方向是从正极到负极,根据图中电流方向,可知a为电源的正极,b为电源的负极,A项错误;在电解池中c、d称为阳、阴极,B项错误;在电解过程中,阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑,阴极:
Cu2++2e-===Cu,所以溶液中的Cl-浓度减小,C项错误;c与电源正极相接是阳极,d与电源的负极相接是阴极,所以c电极上析出氯气,d电极上析出金属铜,质量增加,D项正确。
3.以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。
下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小
答案 D
解析 以石墨为电极,电解KI溶液,发生的反应为2KI+2H2O2KOH+H2↑+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。
由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C正确;由于电解产物有KOH生成,所以溶液的pH逐渐增大,D错误。
4.甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒,请回答下列问题:
(1)若两池中均为CuSO4溶液,反应一段时间后:
①有红色物质析出的是甲池中的棒,乙池中的棒。
②乙池中阳极的电极反应式是。
(2)若两池中均为饱和NaCl溶液:
①写出乙池中总反应的离子方程式
。
②甲池中碳棒电极上电极反应式是,
乙池中碳棒电极上电极反应属于(填“氧化反应”或“还原反应”)。
答案
(1)①碳(或C) 铁(或Fe) ②4OH--4e-===2H2O+O2↑
(2)①2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-
②2H2O+O2+4e-===4OH- 氧化反应
解析 甲为原电池,乙为电解池,
(1)若两池中均为CuSO4溶液,则有
甲
乙
(2)若均为NaCl溶液,则有
甲
乙
5.(2016·余杭中学月考)在25℃时,用石墨电极电解2.0L0.5mol·L-1CuSO4溶液。
5min后,在一个石墨电极上有6.4gCu生成。
试回答下列问题:
(1)发生氧化反应的是极,电极反应式为
。
(2)若电解后溶液的体积不变,则电解后溶液的pH为。
(3)若将溶液恢复到与电解前一样,则需加入mol的。
(4)若用等质量的两块铜片代替石墨作电极,电解后两铜片的质量相差g,电解液的pH(填“变小”“变大”或“不变”)。
答案
(1)阳 4OH--4e-===2H2O+O2↑
(2)1 (3)0.1 CuO (4)12.8 不变
解析
(1)n(CuSO4)=2.0L×0.5mol·L-1=1.0mol,而在阴极析出的Cu为=0.1mol,故CuSO4未完全电解,阳极发生氧化反应,电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑。
(2)总反应为
2CuSO4+2H2O2Cu
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