学年高中化学 第四章 电化学基础 第三节 第1课时《电解原理》知识点归纳及例题演练.docx
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学年高中化学第四章电化学基础第三节第1课时《电解原理》知识点归纳及例题演练
第一课时 电解原理
1.电解池组成“三条件”:
①外接电源;②电解质溶液;③闭合回路。
2.离子放电“两顺序”(惰性电极):
阳极:
S2->I->Br->Cl->OH-;
阴极:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Sn2+>Zn2+>Fe2+>H+(H2O)>Al3+。
3.电解池阴、阳极“四特点”:
阳极:
外接直流电源正极——流出电子——发生氧化反应——阴离子移向
阴极:
外接直流电源负极——流入电子——发生还原反应——阳离子移向
电解原理
[自学教材·填要点]
1.电解CuCl2溶液
(1)通电前,CuCl2溶液中存在的离子是CuCl2电离产生的Cu2+和Cl-,以及水电离产生的H+、OH-。
(2)工作原理:
总反应:
Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑。
(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。
2.电解和电解池
(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。
[师生互动·解疑难]
(1)惰性电极是指石墨、Au、Pt等电极,除Au、Pt以外的金属电极是活性电极。
(2)阳极产物的判断:
①首先看电极,如果是活性电极,则电极材料失去电子,被溶解。
如果是惰性电极,根据阴离子的放电顺序加以判断。
②阴离子的放电顺序:
S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。
(3)阴极产物的判断:
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+(浓度大)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(浓度小)>Al3+>Mg2+>Na+。
1.写出用惰性电极电解下列溶液时的电极反应式和总反应方程式:
(1)电解HCl溶液:
①阳极:
__________________________________________________________________;
②阴极:
__________________________________________________________________;
③总反应式:
_______________________________________________________________。
(2)电解CuSO4溶液:
①阳极:
_________________________________________________________________;
②阴极:
________________________________________________________________;
③总反应式:
_______________________________________________________________。
答案:
(1)①2Cl--2e-===Cl2↑
②2H++2e-===H2↑
③2HCl
H2↑+Cl2↑
(2)①4OH--4e-===2H2O+O2↑
②2Cu2++4e-===2Cu
③2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑
使用惰性电极电解电解质溶液的类型
[自学教材·填要点]
类型
电解质特点
实例
电极反应式
电解方程式
电解对象
电解质溶液浓度的变化
溶液pH变化
阴极
阳极
电解水型
含氧酸
H2SO
4H++4e
-===2H2↑
4OH--
4e-===2H2O
2H2O
+O2↑2H2↑+O2↑
水
增大
减小
可溶性强碱
NaOH
增大
活泼金属含氧酸盐
KNO3
不变
s电解电解质型
无氧酸
HCl
2H++2e-===H2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
2HCl
H2↑+Cl2↑
电解质
减小
增大
不活泼金属无氧酸盐
CuCl2
Cu2++2e-===Cu
2Cl--2e-===Cl2↑
CuCl2
Cu+Cl2↑
放H2生碱型
活泼金属无氧酸盐
NaCl
2H++2e-===H2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
电解质和水
生成新电解质
增大
放O2生酸型
不活泼金属含氧酸盐
CuSO4
2Cu2++4e-===2Cu
4OH--4e-===2H2O+O2↑
2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑
电解质和水
生成新电解质
减小
[师生互动·解疑难]
(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,根据两极的电极反应式写出反应的总方程式。
(2)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、阳极分别同时有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)。
(3)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,需要加入适量的某物质,该物质一般是阴极与阳极产物的化合物。
2.用石墨作电极,分别电解下列各物质的溶液:
①CuCl2 ②CuSO4 ③NaCl ④NaNO3 ⑤盐酸
⑥H2SO4 ⑦KOH
其中只有水被电解的有( )
A.①②⑤ B.②④⑥⑦
C.④⑥⑦D.③⑤⑥⑦
解析:
只有水被电解,即在阴极上H+放电(溶液中阳离子是较活泼的金属离子),在阳极上OH-放电(溶液中含有含氧酸根离子或F-),符合这一要求的是④⑥⑦。
答案:
C
主题1:
如何判断某一装置是原电池还是电解池?
甲
单一装置中,若有外接的直流电源,且符合电解装置的其他三个条件(两个电极,电解质溶液,闭合回路),则该装置为电解装置
乙
单一装置中,若无外接直流电源,且符合原电源装置的三个条件(两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路),则该装置为原电池装置
丙
若多个装置相互串联,有外接直流电源时,则串联的装置为电解池;若无外接直流电源,则能发生自发氧化还原反应的装置为原电池,其余装置为电解池
主题2:
将CuSO4和NaCl按物质的量之比1∶3混合,然后用惰性电极进行电解,请与同学共同探讨电解的过程分为几个阶段?
并书写出每一阶段的电极反应式。
甲
第一阶段相当于电解CuCl2溶液
阳极反应式:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极反应式:
Cu2++2e-===Cu
乙
第二阶段于电解NaCl溶液
其中阳极反应式:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极反应式:
2H++2e-===H2↑
丙
第三阶段相当于电解水
阳极反应式:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
阴极反应式:
4H++4e-===2H2↑
电解池阴、阳极的判断
[例1]
如图所示,甲是刚浸过NaCl溶液的石蕊试纸,A、B两铜片通过导线连接电源两极,在铜片间的滤纸上滴一滴KMnO4溶液,通电一段时间后,发现A、B间的紫红色圆点向A极移动了一段距离,则与A相连的是电源的________极,可发现滤纸的B极边沿附近有________色出现。
[解析] 当通电一段时间后,A、B间的紫红色圆点向A极移动了,由于紫红色是MnO
的颜色,即MnO
向A极移动,因阴离子向阳极移动,所以A为电解池的阳极(浸有NaCl溶液的石蕊试纸相当于电解池),则与A相连的是电池的正极,B为阴极。
阴极区H+放电生成OH-,使石蕊试纸变蓝。
[答案] 正 蓝
阴、阳极的判断方法
解决这一类电解有色离子的电解质溶液(特别是含MnO
的溶液)的问题时要牢记:
在电解池中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。
判断方法归纳如下:
1.用惰性电极电解浸有Na2SO4溶液的石蕊试纸,若发现A端试纸变蓝,则A端为电解池的阳极还是阴极?
提示:
试纸变蓝的原因是A端液体呈碱性,其电极反应式为2H++2e-===H2↑,破坏水的电离平衡,使得c(OH-)>c(H+),即A端为电解池的阴极。
电解池电极产物的判断
[例2] 用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液,最初一段时间阴极和阳极上分别析出的物质分别是( )
A.H2和Cl2B.Cu和Cl2
C.H2和O2D.Cu和O2
[解析] 由题意知,溶液中存在H+、Cu2+、Na+、SO
、NO
、Cl-、OH-,根据离子的放电顺序:
阳离子:
Cu2+>H+>Na+,阴离子:
Cl->OH->SO
、NO
,则阴极:
Cu2++2e-===Cu,阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑。
[答案] B
判断电极产物时的注意事项
(1)对阳极,首先看阳极材料是否为活性电极,若为活性电极,则阳极材料被溶解;若为惰性电极,则依据阴离子的放电顺序判断谁先放电,且注意溶液中OH-的存在。
(2)对阴极,不论阴极材料是什么,均按照阳离子的放电顺序判断谁先放电,且注意溶液中H+的存在。
2.若将本题中NaCl改为Na2SO4,
则电解的初始阶段阴极和阳极上析出的物质分别是什么?
提示:
若将NaCl改为Na2SO4,则溶液中存在H+、Cu2+、Na+、SO
、NO
、OH-,离子的放电顺序为,阳离子:
Cu2+>H+>Na+,阴离子:
OH->SO
>NO
,则阴极反应式:
Cu2++2e-===Cu,阳极反应式:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,故阴极析出Cu,阳极产生O2。
电解后电解质溶液的复原
[例3] (2011·全国高考)用石墨作电极电解CuSO4溶液。
通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的( )
A.CuSO4B.H2O
C.CuO`D.CuSO4·5H2O
[解析] 用石墨电极电解CuSO4溶液,发生反应:
2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,
根据电解液的恢复依据“出什么,加什么”的原则,应向溶液中加入适量的CuO,C项正确。
[答案] C
电解后要恢复原电解质溶液的浓度,须加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。
如用惰性电极电解CuSO4溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与H2SO4,反应生成水,使水量增加。
用惰性电极电解下列溶液,一段时间后,加入一定质量的另一种物质(中括号内),溶液能与原来溶液完全一样的是( )
A.CuCl2[CuSO4]B.NaOH[NaOH]
C.NaCl[HCl]D.CuSO4[Cu(OH)2]
解析:
电解NaCl溶液放出H2和Cl2,可通入HCl气体;A项应加CuCl2,B项应加水,D项应加CuO。
答案:
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