2018届高考一轮复习人教版电解池学案

2018届高考一轮复习人教版电解池学案

第三节　电解池 第1课时　电解原理 ‎[学习目标定位]　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总反应方程式。2.熟悉电解规律和电解产物的判断方法。‎ ‎1．用氧化还原反应的观点分析判断下列各组微粒具有的性质，填写下表 组别 微粒 性质 强弱顺序 第1组 ‎①Zn2＋、②Na＋、③Cu2＋、④H＋‎ 氧化性 ‎③>④>①>②‎ 第2组 ‎①Cu、②Fe、③OH－、④Cl－‎ 还原性 ‎②>①>④>③‎ ‎2.判断下列说法的正误，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动(√)‎ ‎(2)电解质是在熔融或溶于水时能够导电的物质(×)‎ ‎(3)金属导电是物理变化，电解质溶液导电是化学变化(√)‎ ‎(4)硫酸铜溶于水后，能发生电离产生自由移动的Cu2＋和SO(√)‎ ‎(5)氯化钠溶液中只存在Na＋和Cl－(×)‎ ‎3.右图为电解水的实验装置图。根据图示回答下列问题：‎ ‎(1)A端为电源的正极，C试管中收集到的气体是O2，‎ D试管中收集到的气体是H2。‎ ‎(2)写出电解水的化学方程式：2H2O2H2↑＋O2↑。‎ 探究点一　电解原理 ‎1．按下图所示装置完成实验，并填写下表。‎ 实验现象 实验结论 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b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 产生了氯气 ‎2.实验原理分析 ‎(1)氯化铜溶液中的电离过程有①CuCl2===Cu2＋＋2Cl－，②H2OH＋＋OH－；溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前，这些离子在溶液中做自由移动。‎ ‎(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。‎ ‎(3)a极电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，b极电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式是CuCl2Cu＋Cl2↑。‎ ‎(4)结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。‎ ‎[归纳总结]‎ ‎(1)电解是使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起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)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。‎ ‎[活学活用]‎ ‎1．如下图所示装置中，属于电解池的是(　　)‎ 答案　C 解析　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. 如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，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，d电极质量增加 D．电解过程中，氯离子浓度不变 答案　C 解析　根据图示电流方向，先确定a是电源正极，b是电源负极；则c是电解池的阳极，电极反应为2Cl－－2e－‎ ‎===Cl2↑，溶液中氯离子不断减少；d是电解池的阴极，电极反应为 Cu2＋＋2e－===Cu，d电极质量不断增加。‎ 探究点二　酸、碱、盐溶液的电解规律 ‎1．有下列两组离子：①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋；②Cl－、I－、SO、OH－。电解时，移向阳极的是②，放电先后顺序是 I－>Cl－>OH－>SO；移向阴极的是①，放电先后顺序是 Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋。‎ ‎2．用惰性电极电解酸、碱、盐溶液，填写下表： ‎ 电解质及类别 电极反应式 电解 物质 pH变化 溶液复原 方法 电解 水型 H2SO4‎ 含氧酸 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O H2O 减小 加入H2O NaOH 强碱 增大 Na2SO4‎ 活泼金属的 含氧酸盐 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 不变 电解电解质型 HCl 无氧酸 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ HCl 增大 加入 HCl CuCl2‎ 不活泼金属 的无氧酸盐 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu ‎ 加入 CuCl2‎ 放H2生碱型 NaCl 活泼金属的 无氧酸盐 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ NaCl、‎ H2O 增大 加入 HCl 放O2生酸型 CuSO4‎ 不活泼金属的含氧酸盐 阳极：4OH－－4e－===‎ O2↑＋2H2O 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu CuSO4、‎ H2O 减小 加入CuO 或CuCO3‎ ‎[归纳总结]‎ ‎1．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。‎ ‎2．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。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。‎ ‎[活学活用]‎ ‎3．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应注意电极材料，在此基础上写出电极反应和总的电解反应式，根据总的电解反应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，总的电极反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。可知：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，可以使溶液恢复电解前的状况，C正确。‎ ‎4．用石墨作电极电解CuCl2和KCl的混合溶液，电解初期阴极和阳极分别析出的物质是(　　)‎ A．H2、Cl2 B．Cu、Cl2‎ C．H2、O2 D．Cu、O2‎ 答案　B 解析　本题考查离子放电顺序，溶液中的离子有Cu2＋、K＋、H＋及Cl－、OH－五种离子，得电子能力：Cu2＋>H＋>K＋，失电子能力：Cl－>OH－，所以电解初期：阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，故选B。‎ ‎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．用石墨作电极，电解下列物质的溶液，其实质不是电解水的是(　　)‎ A．NaNO3 B．NaOH C．Na2SO4 D．NaCl 答案　D ‎3．用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液pH逐渐减小的是(　　)‎ ‎①氯化钠溶液　②硫酸铜溶液　③氢氧化钠溶液　④稀硫酸　⑤稀盐酸　⑥硫酸钠溶液 A．①③⑤ B．②④⑤ C．②④ D．②④⑥‎ 答案　C ‎4．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　　)‎ A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O]‎ C．KCl[KCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]‎ 答案　B ‎5．在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是(　　)‎ A．电解质溶液是稀硫酸 B．金属M是阳极，金属N是阴极 C．M和N是石墨电极 D．M是阴极，N是阳极 答案　B 解析　由题意可知，M极溶解，发生氧化反应，为阳极，N极质量增加，故有金属单质在N极上析出，发生还原反应，为阴极，电解质溶液为盐溶液，M为金属电极。‎ ‎6．用惰性电极电解CuSO4溶液。若阴极上析出Cu的质量为‎3.2 g，‎ 则阳极上产生气体在标准状况下的体积为_____________________________________________________________；‎ 常温下，若将电解后的溶液稀释至‎1 L，则溶液的pH约为______。‎ 答案　‎0.56 L　1‎ 解析　用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，根据电子守恒，n(O2)＝n(Cu)＝×＝0.025 mol，所以标准状况下V(O2)＝‎0.56 L；根据反应2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解后溶液中n(H＋)＝4n(O2)＝0.1 mol，所以c(H＋)＝0.1 mol·L－1，pH＝1。‎ ‎[基础过关]‎ 一、电解池的电极名称的判断 ‎1．关于原电池、电解池的电极名称，下列说法错误的是(　　)‎ A．原电池中失去电子的一极为负极 B．电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极 C．原电池中相对活泼的一极为正极 D．电解池中发生氧化反应的一极为阳极 答案　C 解析　根据两池的结构与反应原理可确定，原电池中相对活泼的一极为负极。‎ ‎2．电解池中，阳极的电极材料一定(　　)‎ A．发生氧化反应 B．与电源正极相连 C．是铂电极 D．得电子 答案　B 解析　阳极材料为活泼金属将直接发生氧化反应；若为惰性电极，则最易失电子的阴离子发生氧化反应。‎ ‎3．若某装置发生如下反应：Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，关于该装置的有关说法正确的是(　　)‎ A．该装置一定为原电池 B．该装置为电解池 C．若为原电池，Cu为正极 D．电解质溶液可能是硝酸溶液 答案　B 解析　已知反应为非自发的氧化还原反应，故该装置应为电解池，而非原电池，但电解质不能为HNO3，否则得电子的为NO，而非H＋得电子放出H2。‎ 二、电极反应式、电解方程式的书写 ‎4．有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是(　　) ‎ A．甲中负极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ B．乙中阳极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．丙中H＋向碳棒方向移动 D．丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体 答案　C 解析　由图知，甲、丙为原电池，甲中Zn为负极，负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A错；丙中Fe为负极，C为正极，H＋向正极移动，C正确；乙、丁为电解池，乙中Ag作阳极，本身失电子，B错；D中放电顺序：I－>Cl－，开始产生I2，D错。‎ ‎5．下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是(　　)‎ A．电解饱和食盐水　阴极：Na＋＋e－===Na B．电解CuSO4溶液　阴极：Cu2＋＋2e－===Cu C．电解熔融NaCl　阴极：Na＋＋e－===Na D．电解NaOH溶液　阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 答案　A 解析　本题考查了电极反应式的书写和电极产物的判断。A中电解饱和食盐水时，阴极应是H2O电离出的H＋得电子放出H2。‎ ‎6．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有(　　)‎ ‎①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑‎ ‎②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑‎ ‎③2Cl－＋2H＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎④2H2O2H2↑＋O2↑‎ A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．②④‎ 答案　D 解析　由n(CuSO4)∶n(NaCl)＝1∶3得n(Cu2＋)∶n(Cl－)＝1∶3，根据放电顺序，‎ 阴离子：Cl－>OH－>SO，阳离子：Cu2＋>H＋>Na＋，知该电解过程分为3个阶段，‎ 第一阶段：电解CuCl2溶液：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑；‎ 第二阶段：电解NaCl溶液：阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，两式相加得到总反应式2Cl ‎－＋2H＋H2↑＋Cl2↑，忽略了H＋来自于水，书写总反应式时不能将两式简单相加，而应将H＋改写成H2O而生成OH－，即2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑；‎ 第三阶段：电解H2O：2H2O2H2↑＋O2↑。‎ 三、酸、碱、盐溶液的电解规律 ‎7．用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有(　　)‎ ‎①该溶液的pH可能增大；②该溶液的pH可能减小；‎ ‎③该溶液的pH可能不变；④该溶液的浓度可能增大；‎ ‎⑤该溶液的浓度可能不变；⑥该溶液的浓度可能减小 A．①②③ B．①②③④‎ C．①②③④⑤ D．全部 答案　C 解析　用惰性电极电解时两极只有H2和O2，则实质上电解的是水，电解质不参与反应。该电解质有3种可能，如电解H2SO4溶液时，水被电解，H2SO4浓度变大，pH减小；电解NaOH溶液时，水被电解，NaOH浓度变大，pH增大；电解Na2SO4溶液时，水被电解，Na2SO4浓度变大，pH不变，但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变，故①、②、③、④、⑤正确，⑥不可能。‎ ‎8. Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O 的电解池示意图如右，电解总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成 答案　A 解析　由电解总反应式可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D选项错误。‎ ‎9．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(　　)‎ 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 答案　A 解析　由a电极质量增加，知溶液中阳离子在a电极析出，则a为阴极，X为负极；因B中a电极不析出金属，C中X为正极可否定，又由b电极有无色无味气体放出，否定D。‎ ‎[能力提升]‎ ‎10．从H＋、Cu2＋、Na＋、SO、Cl－五种离子中选择并恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：‎ ‎(1)以石墨为电极，使电解质质量减少，水质量不变，进行电解，则可采用的电解质是_______。‎ ‎(2)以石墨为电极，使电解质质量不变，水质量减少，进行电解，则可采用的电解质是________。‎ ‎(3)以石墨为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水的质量都减少，进行电解，则电解质是________。‎ ‎(4)以石墨为电极进行电解，若阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质的化学式可能是_______。‎ ‎(5)以石墨为电极进行电解，两极分别放出气体，且体积比为1∶1时，电解质的化学式可能是__________。‎ 答案　(1)HCl、CuCl2　(2)H2SO4、Na2SO4、NaHSO4‎ ‎(3)CuSO4、NaCl　(4)CuSO4　(5)HCl、NaCl ‎11．如下图所示，当线路接通时，发现M(用石蕊试液浸润过的滤纸)a端显蓝色，b端显红色，且知甲中电极材料是锌、银，乙中电极材料是铂、铜，且乙中两极不发生变化。回答：‎ ‎(1)装置名称：甲是__________，乙是____________。‎ ‎(2)电极名称及电极材料：‎ A__________，__________；B__________，__________；C__________，__________；D__________，__________。‎ 答案　(1)原电池　电解池 ‎(2)负极　Zn　正极　Ag　阳极　Pt　阴极　Cu 解析　甲中可自发的发生氧化还原反应，乙不能。因此甲为原电池，乙为电解池。a端显蓝色，说明H＋反应余OH－，则a为电解池阴极。则A为原电池负极，B为正极，C为阳极，D为阴极。乙中两极不发生变化，则阳极为Pt，阴极为Cu。‎ ‎12．下图是一个电化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH2K2CO3＋6H2O ‎(1)请回答图中甲、乙两池的名称。‎ 甲池是__________装置，乙池是__________装置。‎ ‎(2)请回答下列电极的名称：‎ 通入CH3OH的电极名称是__________，B(石墨)电极的名称是____________。‎ ‎(3)写出电极反应式：通入O2的电极反应式是________________________________________。‎ A(Fe)电极的电极反应式为_______________________________________________。‎ ‎(4)乙池中反应的化学方程式为__________________________________________________。‎ 答案　(1)原电池　电解池　(2)负极　阳极 ‎(3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－　4Ag＋＋4e－===4Ag ‎(4)4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3‎ 解析　根据题意，甲池是一个燃料电池，则乙池为电解池，在甲池中CH3OH发生氧化反应，为原电池的负极，O2发生还原反应，为原电池的正极，A与CH3OH极相连，为电解池的阴极，B为阳极，电极反应式为 甲池：负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O 正极：3O2＋12e－＋6H2O===12OH－‎ 乙池：阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag 总反应：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3‎ ‎13．下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到 336 mL (标准状态)气体。回答：‎ ‎(1)直流电源中，M为__________极。‎ ‎(2)Pt电极上生成的物质是______，其质量为______g。‎ ‎(3)电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2∶______∶______∶_______。‎ ‎(4)AgNO3溶液的浓度________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH______，硫酸的浓度__________，硫酸的pH________。‎ ‎(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸________g。‎ 答案　(1)正　(2)Ag　2.16　(3)2　　1‎ ‎(4)不变　不变　增大　减小　(5)45.18‎ 解析　(1)电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。(2)在336 mL气体中，V(H2)＝×336 mL＝224 mL，为0.01 mol；V(O2)＝×336 mL＝112 mL，为0.005 mol。说明电路上有0.02 mol电子移动，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02 mol×‎108 g·mol－1＝‎2.16 g，即0.02 mol的Ag。(3)n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶∶1。(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag＋的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液补充的Ag＋的物质的量，因此AgNO3溶液的浓度不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的硫酸溶液，由于其中的水发生电解，因此硫酸浓度增大，由于H＋的浓度增大，故溶液的pH减小。(5)设原5.00%的硫酸为x g，电解时消耗水0.01 mol×‎18 g·mol－1＝‎0.18 g，则：5.00%x＝5.02%(x－0.18)，解得x＝‎45.18 g。‎ ‎[拓展探究]‎ ‎14．高氯酸铵(AP)受高温和猛烈撞击能引起爆炸，可用作火箭推进剂。目前制备高氯酸铵的流程如下：‎ ―→混合物AHClOHClO3HClO4NH4ClO4‎ ‎(1)写出Cl2和NaOH溶液反应的离子方程式：_______________________________________。‎ ‎(2)将HClO3加入到电解槽中，电解产生H2和O3，产生H2的电极名称为______，写出产生O3的电极反应式：________________________________________________。‎ ‎(3)O3与ClO反应生成ClO，O3与ClO反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________。‎ 答案　(1)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O ‎(2)阴极　6OH－－6e－===O3↑＋3H2O　(3)1∶3‎ 解析　从化合价的变化情况分析，H2是还原产物，因此必在电解池的阴极产生，O3是氧化产物，在阳极产生，阳极上阴离子放电，只有溶液中的OH－放电，由此可写出电极反应式。O3与ClO反应生成ClO时，氧化产物已明确，在酸性条件下O3的还原产物必为H2O，故根据得失电子守恒可得两者物质的量之比。‎