1819 第4章 第3节 课时1 电解原理.docx
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1819第4章第3节课时1电解原理
第三节 电解池
课时1 电解原理
学习目标:
1.通过探究电解原理的实验,了解电解池的构造和电解的概念。
(重点)2.以物质的变化视角,分析电解工作原理和规律,书写电极反应方程式。
(难点)
[自主预习·探新知]
一、电解CuCl2溶液
1.通电前,CuCl2溶液中存在的离子有Cu2+、Cl-、H+、OH-。
2.工作原理
(1)总反应:
CuCl2
Cu+Cl2↑。
(2)电流方向:
电源正极→阳极→阴极→电源负极。
(3)电子流向:
阳极→电源正极,电源负极→阴极。
3.CuCl2溶液导电的过程就是CuCl2电解的过程,就是在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程。
二、电解原理
1.电解:
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
2.电解池:
在外加电源的作用下,将电能转变成化学能的装置。
3.电解池的两极:
阳极——与电源正极相连,发生氧化反应。
阴极——与电源负极相连,发生还原反应。
4.构成电解池的条件:
①直流电源;②两个电极;③电解质溶液或熔融电解质;④形成闭合回路。
5.离子的定向移动:
阴离子移向阳极;阳离子移向阴极。
6.电子的流向:
电源负极―→阴极;阳极―→电源正极。
[基础自测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)电解池中阳极发生氧化反应。
( )
(2)电解CuCl2溶液时,Cu2+向阳极移动。
( )
(3)电解池的阳极与原电池的正极电极反应类型相同。
( )
(4)一定温度下,电解Na2SO4溶液过程中,溶液的pH保持不变。
( )
(5)电解过程中,电极产物O2一定在阳极上生成、H2一定在阴极上生成。
( )
【答案】
(1)√
(2)× (3)× (4)√ (5)√
2.用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。
下列分析正确的是( )
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:
Cu2++2e-===Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
A [可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正负极,并写出电极反应式和反应现象。
A.铜离子应移向阴极,则a为负极。
B.CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的,并非通电才能发生。
C.反应Cu2++2e-===Cu应在阴极上发生,阳极上发生的反应应为2Cl--2e-===Cl2↑。
D.通电一段时间后,应在阳极附近观察到黄绿色气体。
]
[合作探究·攻重难]
电解池工作原理
1.电解池构成条件
①直流电源;②固体电极;③电解质溶液或熔融电解质。
与电源正极相连的称为阳极,与电源负极相连的称为阴极。
2.电解池的工作原理
(1)接通直流电源后,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,经过阴、阳离子的定向运动形成内电路,再从电解池的阳极流出,并沿导线流回电源的正极,如图所示。
(2)电解池的阴极、阳极的判断方法
[对点训练]
1.利用如图装置电解硫酸铜溶液,下列说法正确的是( )
A.b电极上发生氧化反应
B.该装置能将化学能转变成电能
C.电解质溶液中Cu2+从b电极向a电极迁移
D.若a为铜,则a的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+
D [b与电源负极相连,b为阴极,阴极上发生还原反应,A项错误;该装置是电解池,将电能转化为化学能,B项错误;电解池中,阳离子(Cu2+)向阴极(b极)移动,C项错误;a为阳极,若a为Cu,属于活性电极,则阳极反应为Cu-2e-===Cu2+,D项正确。
]
2.电解某溶液时,某一电极上有一种刺激性气味的气体产生,下列有关此电解反应的说法不正确的是( )
A.产生这种气体的电极一定是阳极
B.若另一极上也有气体产生一定是氢气
C.产生刺激性气味的气体的电极反应是氧化反应
D.不能判断是哪一极
D [阴极只可能产生氢气这一种气体,所以产生刺激性气味气体的电极一定是阳极,此气体是氧化反应产物。
]
电解规律
[思考交流](教师备选)
(1)溶液中有多种离子时,怎样判断电极产物?
【提示】 据阳离子放电顺序判断阴极产物,据电极材料和阴离子放电顺序判断阳极产物。
(2)在氯化铜溶液中除了Cu2+和Cl-之外还有H+和OH-,这两种离子为什么没有得或失电子?
【提示】 电解时,溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关,氧化性强的阳离子先得电子被还原,还原性强的阴离子先失电子被氧化。
Cu2+比H+更容易得电子,而Cl-比OH-更容易失电子。
(3)若用Cu电极电解稀硫酸,开始电解时的电极反应式和总反应式如何书写?
【提示】 阳极:
Cu-2e-===Cu2+
阴极:
2H++2e-===H2↑
总反应式:
H2SO4+Cu
CuSO4+H2↑
(4)若将等物质的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水,对该溶液用惰性电极进行电解,试讨论两个电极可能生成的产物,并写出总反应式。
【提示】 在此混合溶液中,含有的阳离子放电顺序为Cu2+>H+>Mg2+,阴离子放电顺序为Cl->OH->SO
,故开始电解时,阴极上Cu2+放电得产物Cu,阳极上Cl-放电得Cl2,当Cu2+、Cl-放电完毕后,阴极上H+继续放电得产物H2,阳极上OH-放电得产物O2,所以该电解过程可分为两个阶段,总反应式为
第一阶段:
CuCl2
Cu+Cl2↑
第二阶段:
2H2O
2H2↑+O2↑
1.电解产物的判断方法
2.以惰性电极电解电解质溶液的类型
类型
电极反应特点
实例
电解
对象
电解质浓度
pH
电解质溶液复原
电解
水型
阴:
4H++4e-===2H2↑
阳:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
NaOH
水
增大
增大
加水
H2SO4
水
增大
减小
加水
Na2SO4
水
增大
不变
加水
电解
电解
质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
通氯化氢
CuCl2
电解质
减小
—
加氯化铜
放H2
生碱
型
阴极:
H2O放H2生碱
阳极:
电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
通氯化氢
放O2
生酸
型
阴极:
电解质阳离子放电
阳极:
H2O放O2生酸
CuSO4
电解质和水
生成新电解质
减小
加氧化铜
[对点训练]
3.下图中X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a电极质量增加,b电极处有无色无味气体放出,符合这一情况的是表中的( )
【导学号:
80192281】
a
b
X
溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
A [由a电极质量增加可知溶液中阳离子在a电极析出,则a为阴极,X为负极,A正确;B中a电极不析出金属,错误;C中X应为负极,错误;b电极有无色无味气体放出,D错误。
]
4.用惰性电极电解足量的下列溶液,一段时间后,再加入一定量的另一种物质(方括号内),不能使溶液与原来溶液一样的是( )
【导学号:
80192282】
A.CuCl2[CuCl2] B.NaOH[H2O]
C.NaCl[HCl]D.CuSO4[Cu(OH)2]
D [A项,CuCl2
Cu+Cl2↑,故加入CuCl2使CuCl2溶液复原;B项,实质电解水:
2H2O
2H2↑+O2↑,故加水复原;C项,2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,减少的n(H2)∶n(Cl2)=1∶1,故加入HCl复原;D项,2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4,减少Cu、O两种原子,故不能加入含H元素的Cu(OH)2。
]
[当堂达标·固双基]
1.下列有关电解池的说法正确的是( )
A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极
B.电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等
C.电解氯化铜溶液时在阴极上有气体生成
D.电解NaCl、CuCl2两种溶液参加反应的物质是相同的
B [在电解池中,与负极相连的是阴极,A项错误;电解氯化铜时阳极上有氯气生成,阴极上有铜析出,C项错误;电解NaCl溶液时水参加了反应,而电解CuCl2溶液水没有参加反应,D项错误。
]
2.电解下列物质的水溶液时,在阳极无气体放出的是( )
A.AgNO3B.CuCl2
C.NaOHD.Na2S
D [A、B、C项阳极分别放出O2、Cl2、O2,D项阳极生成S单质,故选D。
]
3.如图所示,铁片、铜片和CuSO4溶液可以构成原电池或电解池,下列说法正确的是( )
A.构成原电池时,Cu极反应式为Cu-2e-===Cu2+
B.构成电解池时,Cu极质量可能减少也可能增加
C.构成电解池时,Fe极质量一定减少
D.构成的原电池或电解池在工作时的反应原理一定不同
B [用导线将两极直接相连构成原电池,此时发生的反应为Fe+Cu2+===Fe2++Cu,Fe极作负极,发生的电极反应为Fe-2e-===Fe2+,Cu极作正极,发生的电极反应为Cu2++2e-===Cu,A项错误。
若接通直流电源构成电解池,有两种情况:
(1)铁与电源负极相连作阴极,阴极发生还原反应:
Cu2++2e-===Cu,铜与电源正极相连作阳极,阳极发生氧化反应:
Cu-2e-===Cu2+;
(2)铜与电源负极相连作阴极,阴极发生还原反应:
Cu2++2e-===Cu,铁与电源正极相连作阳极,阳极发生氧化反应:
Fe-2e-===Fe2+,此时的电解总反应为Fe+Cu2+
Fe2++Cu,反应的原理和构成原电池时一样。
综上分析,B项正确,C、D项错误。
]
[拓展延伸] 一个自发进行的氧化还原反应,既可被设计成原电池又可被设计成电解池,非自发进行的氧化还原反应只能被设计成电解池。
4.下图是一套电解装置,两U形管中均盛有50.0mL电解质溶液,a、b、c、d为Pt电极,通电一段时间后,d电极上析出金属Ag2.16g,没有气体产生,同时在b、c两极收集到标准状况下相同体积的气体。
请回答:
(1)c为________极,写出c电极上的电极反应式:
__________________,c极收集到的气体体积在标准状况下为________L。
(2)b为________极,写出b电极上的电极反应式:
开始时是__________________,后来是____________________。
(3)原CuCl2溶液中溶质的物质的量浓度为________mol·L-1。
【解析】
(1)连接电源负极的电极作阴极,连接电源正极的电极作阳极,则c作阳极,阴离子在阳极失电子,放电能力OH->NO
,则OH-先失电子,反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑或2H2O-4e-===4H++O2↑,d极作阴极,其反应式为Ag++e-===Ag,析出2.16g银单质,整个电路转移电子0.02mol,故产生氧气
×0.02mol=0.005mol,其在标准状况下的体积V(O2)=0.005mol×22.4L·mol-1=0.112L。
(2)b作阴极,阳离子在阴极上放电,Cu2+先得电子,其反应式:
Cu2++2e-===Cu,根据题目信息,此电极有气体产生,应是H+得电子,其反应式:
2H++2e-===H2↑或2H2O+2e-===H2↑+2OH-。
(3)bc两极产生气体体积相等,即产生氢气的物质的量为0.005mol,需得到电子0.01mol,但整个电路共通过0.02mol电子,推得n(Cu2+)=0.01/2mol=0.005mol,故c(CuCl2)=0.005/(50×10-3)mol·L-1=0.10mol·L-1。
【答案】
(1)阳 4OH--4e-===2H2O+O2↑ 0.112
(2)阴 Cu2++2e-===Cu 2H++2e-===H2↑或2H2O+2e-===H2↑+2OH- (3)0.10
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- 1819 第4章 第3节 课时1 电解原理 课时 电解 原理