同步蘇教化學(xué)選修四新突破講義：專題1 第2單元 第3課時(shí) 電解池的工作原理及應(yīng)用 Word版含答案

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1、 第3課時(shí)　電解池的工作原理及應(yīng)用 目標(biāo)與素養(yǎng)：1.了解電解池的結(jié)構(gòu)，理解電解原理。能夠正確書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。(宏觀辨識(shí)與微觀探析)2.了解電解熔融氯化鈉、電解飽和食鹽水、電鍍等電解原理的應(yīng)用。(科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任)3.掌握電解原理的有關(guān)計(jì)算。(證據(jù)推理與模型認(rèn)知) 1．熔融氯化鈉的電解 (1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：通電后，在陽(yáng)極周圍有氣泡產(chǎn)生，在陰極上生成銀白色金屬。 (2)實(shí)驗(yàn)分析： ①熔融氯化鈉中存在的微粒Na＋、Cl－。 ②通電后離子的運(yùn)動(dòng)： 陽(yáng)離子Na＋(填離子符號(hào))移向陰極； 陰離子Cl－(填離子符號(hào))移向陽(yáng)極。 ③電極上發(fā)生的變化： 陰極：2N

2、a＋＋2e－===2Na， 陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑。 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：熔融的氯化鈉在電流作用下發(fā)生了化學(xué)變化，分解生成了鈉和氯氣。 微點(diǎn)撥：工業(yè)上活潑金屬的制備通常用電解法。如NaCl(熔融)Na，MgCl2(熔融)Mg，Al2O3(熔融)Al。 2．電解池的基本概念 (1)電解 在直流電的作用下，在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過(guò)程。 (2)電解池 ①定義：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。 ②組成：直流電源，固體電極材料，電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)，構(gòu)成閉合回路。 (3)電極及電極反應(yīng) 陽(yáng)極：與電源正極相連的電極，發(fā)生氧化反應(yīng)。 陰極：與電源負(fù)極相連的電極

3、，發(fā)生還原反應(yīng)。 3．電解CuCl2溶液 裝置 現(xiàn)象 反應(yīng) 陰極 有紅色物 質(zhì)析出 Cu2＋＋2e－===Cu (還原反應(yīng)) 陽(yáng)極 有黃綠色 氣體生成 2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反應(yīng)) 電池總反應(yīng) CuCl2Cu＋Cl2↑ 微點(diǎn)撥：電解CuCl2溶液時(shí)，Cl－、OH－向陽(yáng)極移動(dòng)，還原性強(qiáng)的Cl－優(yōu)先失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；Cu2＋、H＋向陰極移動(dòng)，氧化性強(qiáng)的Cu2＋優(yōu)先得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。 4．電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè)的基礎(chǔ) (1)裝置 (2)現(xiàn)象 陽(yáng)極上有黃綠色氣體產(chǎn)生；陰極上有無(wú)色氣體產(chǎn)生，陰極附近溶液變紅色。 (3)原理分

4、析及電極反應(yīng) 電解時(shí)，Cl－、OH－移向陽(yáng)極，H＋、Na＋移向陰極。 ①陽(yáng)極離子放電順序：Cl－>OH－， 電極反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應(yīng)) ②陰極離子放電順序H＋>Na＋， 電極反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應(yīng))。 ③電池反應(yīng) 化學(xué)方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑， 離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 微點(diǎn)撥：陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，阻止陰離子和氣體通過(guò)。既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH反應(yīng)影響燒堿質(zhì)量。 5．電鍍 (1)定義：應(yīng)用電解原理

5、在某些金屬或非金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程。 (2)目的：①增強(qiáng)材料的抗腐蝕能力；②美觀或增加表面硬度。 (3)電鍍池構(gòu)成 如：在餐具上鍍銀時(shí)，餐具作陰極，銀作陽(yáng)極，含有銀離子的溶液作電解液。發(fā)生的反應(yīng)如下： 陰極：Ag＋＋e－===Ag(還原反應(yīng))。 陽(yáng)極：Ag－e－===Ag＋(氧化反應(yīng))。 微點(diǎn)撥：電鍍過(guò)程中電鍍液濃度基本不變。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。 (1)電解池中與直流電源正極相連的電極是電解池的陽(yáng)極。(　　) (2)惰性電極電解飽和食鹽水時(shí)，能使酚酞溶液變紅的是陽(yáng)極。(　　) (3)在鍍件上電鍍銅時(shí)，可用銅作陽(yáng)極，鍍件

6、作陰極。(　　) (4)工業(yè)上用電解熔融氯化鋁的方法制取金屬鋁。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)× 2．用石墨電極電解CuCl2溶液(如圖)。下列分析正確的是(　　) A．a(chǎn)端是直流電源的負(fù)極 B．通電使CuCl2發(fā)生電離 C．陰極上發(fā)生的反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑ D．通電一段時(shí)間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體 A　[電解過(guò)程中，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，陰極與直流電源的負(fù)極相連，陽(yáng)極與直流電源的正極相連，A項(xiàng)正確；電解質(zhì)在溶液中的電離是水分子的作用，與是否通電無(wú)關(guān)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電解過(guò)程中陽(yáng)極上發(fā)生的反應(yīng)為氧化反應(yīng)，陽(yáng)極反應(yīng)為2Cl－

7、－2e－===Cl2↑，在陽(yáng)極附近可觀察到黃綠色氣體，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。] 3．下列描述中，不符合實(shí)際生產(chǎn)的是(　　) A．電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極 B．電解法精煉粗銅，用純銅作陰極 C．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽(yáng)極 D．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽(yáng)極 C　[電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，陽(yáng)極反應(yīng)為6O2－－12e－===3O2↑，陰極反應(yīng)：4Al3＋＋12e－===4Al，若用鐵作陽(yáng)極，則陽(yáng)極反應(yīng)為Fe－2e－=== Fe2＋，電解一段時(shí)間后，F(xiàn)e2＋在陰極上得電子被還原成Fe，而得不到Al。] 電解池中電極及電極產(chǎn)物的判斷 1．電解池的陰極、陽(yáng)極的

8、判斷方法 2．電解產(chǎn)物的判斷方法 3．電解池電極反應(yīng)式、電池總反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 書(shū)寫(xiě) 步驟 具體操作 判斷 兩極 陽(yáng)極：與電源正極相連 陰極：與電源負(fù)極相連 判斷 反應(yīng) 微粒 活性電極：電極材料本身失電子 溶液中的較易得電子的陽(yáng)離子反應(yīng) 惰性電極：溶液中較易失去電子的陰離子反應(yīng) 書(shū)寫(xiě) 電極 反應(yīng)式 活性電極：M－ne－===Mn＋ Mn＋＋ne－===M 惰性電極：mRn－－mne－===Rm 書(shū)寫(xiě) 電解總 方程式 根據(jù)得失電子數(shù)相等，將陰陽(yáng)極電極反應(yīng)式相加得電解總反應(yīng)式，注意若是水電離的H＋或OH－參與電極反應(yīng)，寫(xiě)總反應(yīng)式時(shí)要寫(xiě)成H2

9、O (1)書(shū)寫(xiě)電解池中電極反應(yīng)式時(shí)，可以用實(shí)際放電的離子表示，但書(shū)寫(xiě)總電解反應(yīng)方程式時(shí)，弱電解質(zhì)要寫(xiě)成化學(xué)式。 (2)書(shū)寫(xiě)兩極電極反應(yīng)式時(shí)，要確保兩極得失電子數(shù)目相等。 (3)鐵作陽(yáng)極時(shí)，鐵失去電子生成Fe2＋而不是Fe3＋。 (4)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)，要判斷陽(yáng)極溶解生成的陽(yáng)離子是否和電解質(zhì)溶液中的陰離子發(fā)生反應(yīng)。 【例1】　如圖所示，甲是剛浸過(guò)NaCl溶液的石蕊試紙，A、B兩銅片通過(guò)導(dǎo)線連接電源兩極，在銅片間的濾紙上滴一滴KMnO4溶液，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)A、B間的紫紅色圓點(diǎn)向A極移動(dòng)了一段距離。 (1)與A相連的是電源的________極。 (2)B電極上的

10、電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________，B電極附近有________色出現(xiàn)。 解析：(1)當(dāng)通電一段時(shí)間后，A、B間的紫紅色圓點(diǎn)向A極移動(dòng)了，由于紫紅色是MnO的顏色，即MnO向A極移動(dòng)，因陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，所以A為電解池的陽(yáng)極(浸有NaCl溶液的石蕊試紙相當(dāng)于電解池)，則與A相連的是電源的正極。(2)B為陰極，H＋放電，B電極附近OH－增多，顯堿性，有藍(lán)色出現(xiàn)。 答案：(1)正　(2)2H＋＋2e－===H2↑　藍(lán) 1．如圖X是直流電源。Y槽中c、d為石墨棒，Z槽中e、f是質(zhì)量相同的銅棒。接通電路后，發(fā)現(xiàn)d附近顯紅色。 (1)①電源上b為_(kāi)____極(用“正”“負(fù)”“陰

11、”或“陽(yáng)”填空)。 ②Z槽中e為_(kāi)_______極(用“正”“負(fù)”“陰”或“陽(yáng)”填空)。 ③連接Y、Z槽線路中，電子流動(dòng)的方向是d________e(用“→”或“←”填空)。 (2)①寫(xiě)出c極上反應(yīng)的電極反應(yīng)式：______________________。 ②寫(xiě)出Y槽中總反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________ ______________________________________________________。 ③寫(xiě)出Z槽中e極上反應(yīng)的電極反應(yīng)式：__________________。 解析：d極附近顯紅色，說(shuō)明d為陰極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e

12、－===H2↑，c為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑，Y槽電解NaCl溶液的總反應(yīng)方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流電源中a為正極，b為負(fù)極，Z槽中f為陰極，e為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋，電子流動(dòng)方向由e→d。 答案：(1)①負(fù)?、陉?yáng)?、邸? (2)①2Cl－－2e－===Cl2↑ ②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ ③Cu－2e－===Cu2＋ 惰性電極電解電解 質(zhì)溶液的規(guī)律 類型 電極反應(yīng)特點(diǎn) 實(shí)例 電解 對(duì)象 電解質(zhì) 溶液濃度 pH 電解質(zhì)溶 液復(fù)原 電解 水型 陰

13、極：2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋ 2e－===2OH－＋H2↑) 陽(yáng)極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑) NaOH 水 增大 增大 加水 H2SO4 水 增大 減小 加水 Na2SO4 水 增大 不變 加水 電解 電解 質(zhì)型 電解質(zhì)電離出的陰、陽(yáng)離子分別在兩極放電 HCl 電解質(zhì) 減小 增大 通氯 化氫 CuCl2 電解質(zhì) 減小 － 加氯 化銅 放H2 生堿 型 陰極：H2O放H2生堿 陽(yáng)極：電解質(zhì)陰離子放電 NaCl 電解質(zhì) 和水 生成 新電 解

14、質(zhì) 增大 通氯 化氫 放O2 生酸 型 陰極：電解質(zhì)陽(yáng)離子放電 陽(yáng)極：H2O放O2生酸 CuSO4 電解質(zhì) 和水 生成 新電 解質(zhì) 減小 加氧 化銅 或碳 酸銅 【例2】　用惰性電極進(jìn)行下列電解，有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) ①電解稀硫酸?、陔娊釩u(NO3)2溶液 ③電解KOH溶液?、茈娊釴aCl溶液 A．電解進(jìn)行一段時(shí)間后四份溶液的pH均增大 B．反應(yīng)②中電解一段時(shí)間后，向溶液中加入適量的CuO固體可使溶液恢復(fù)到電解前的情況 C．反應(yīng)③中陽(yáng)極消耗OH－，故溶液濃度變小 D．反應(yīng)④中陰、陽(yáng)兩極上產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2∶1 B　[A項(xiàng)，①②電解

15、后溶液酸性增強(qiáng)，pH減??；B項(xiàng)，反應(yīng)②為2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，故加入適量CuO固體可使溶液恢復(fù)到電解前的情況；C項(xiàng)，反應(yīng)③為2H2O2H2↑＋O2↑，故KOH濃度增大；D項(xiàng)，反應(yīng)④為2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－，陰極產(chǎn)生H2，陽(yáng)極產(chǎn)生Cl2，二者物質(zhì)的量之比為1∶1。] 2．用碳棒作電極，在Na＋、Cu2＋、Cl－、SO等離子中選出適當(dāng)離子組成電解質(zhì)，電解其溶液，寫(xiě)出符合條件的一種電解質(zhì)的化學(xué)式： (1)當(dāng)陰極放出H2，陽(yáng)極放出O2時(shí)，電解質(zhì)是________。 (2)當(dāng)陰極析出金屬，陽(yáng)極放出O2時(shí)，電解質(zhì)是______________。 (3

16、)當(dāng)陰極放出H2，陽(yáng)極放出Cl2時(shí)，電解質(zhì)是________。 (4)通過(guò)的電子的物質(zhì)的量與陰極析出的金屬的物質(zhì)的量、陽(yáng)極放出的氣體的物質(zhì)的量之比為4∶2∶1時(shí)，電解質(zhì)的化學(xué)式是________。 解析：(1)陰極放H2生成堿，陽(yáng)極放O2生成酸，所以(1)實(shí)質(zhì)是電解水，故電解質(zhì)是活潑金屬的含氧酸鹽，即Na2SO4。(2)實(shí)質(zhì)是放氧生酸型，即電解質(zhì)是不活潑金屬的含氧酸鹽，即CuSO4。(3)實(shí)質(zhì)是放氫生堿型(或電解鹽酸，但鹽酸不符合題意)，即NaCl。(4)陽(yáng)極放出的氣體是O2，生成1 mol O2轉(zhuǎn)移4 mol電子，故金屬是＋2價(jià)，即為銅，故電解質(zhì)是CuSO4。 答案：(1)Na2SO4

17、　(2)CuSO4　(3)NaCl　(4)CuSO4 1．能用電解原理說(shuō)明的問(wèn)題是(　　) ①電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能?、陔娊馐前鸦瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變成電能?、垭娊赓|(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化，金屬導(dǎo)電是物理變化?、懿荒茏园l(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過(guò)電解的原理可以實(shí)現(xiàn)?、萑魏稳芤罕浑娊鈺r(shí)，必將導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生 A．①②③④　　　　　 B．②③⑤ C．③④ D．①③④⑤ D　[本題主要考查了電解原理。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過(guò)程，故①對(duì)、②錯(cuò)；電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程，必將伴隨著兩個(gè)電極上氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)生成新的物質(zhì)，故③、⑤對(duì)；某些不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過(guò)電解

18、供給電能可以實(shí)現(xiàn)，故④對(duì)。所以①③④⑤選項(xiàng)都符合題意。故正確答案為D。] 2．關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是(　　) A．電解時(shí)在陽(yáng)極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉 B．若在陽(yáng)極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色 C．若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈無(wú)色 D．電解一段時(shí)間后，將全部電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到燒杯中充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行? B　[電解NaCl水溶液時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑，在陽(yáng)極附近的溶液中滴入KI溶液，發(fā)生反應(yīng)：Cl2＋2KI===2KCl＋I(xiàn)2，陽(yáng)極附近的溶液呈棕色；陰極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，由于該極H＋放電而促進(jìn)了水的電離，使陰極附

19、近的溶液中c(OH－)增大，滴入酚酞溶液，陰極附近的溶液呈紅色；電解NaCl水溶液的總反應(yīng)為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，最后溶液呈堿性，故正確答案為B。] 3．關(guān)于電鍍銅和電解精煉銅，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．都用粗銅作陽(yáng)極、純銅作陰極 B．電解液的成分都保持不變 C．陽(yáng)極反應(yīng)都只有Cu－2e－===Cu2＋ D．陰極反應(yīng)都只有Cu2＋＋2e－===Cu D　[A項(xiàng)電鍍時(shí)鍍件作陰極；B項(xiàng)電解精煉銅時(shí)電解液成分改變；C項(xiàng)電解精煉銅時(shí)，若有比銅活潑的金屬雜質(zhì)如鋅，則陽(yáng)極還會(huì)發(fā)生Zn－2e－===Zn2＋的反應(yīng)。] 4．用石墨作電極電解CuCl2和KCl混合

20、溶液，電解初期陰極和陽(yáng)極分別析出的物質(zhì)是(　　) A．H2、Cl2　　　　　　 B．Cu、Cl2 C．H2、O2 D．Cu、O2 B　[本題考查離子放電順序，溶液中的離子有：Cu2＋、K＋、H＋及Cl－、OH－五種離子，得電子能力：Cu2＋>H＋>K＋，失電子能力：Cl－>OH－，所以電解初期，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑，故選B。] 5．如圖所示，A、B、C三個(gè)裝置中的燒杯分別盛有足量的CuCl2溶液。 (1)A、B、C三個(gè)裝置中屬于原電池的是________(填標(biāo)號(hào)，下同)，屬于電解池的是________。 (2)B池中C是____

21、____極，發(fā)生________反應(yīng)，電極反應(yīng)為_(kāi)______________ _________________________________________； Pt是________極，發(fā)生________反應(yīng)，電極反應(yīng)為_(kāi)_________________ _____________________________________________。 B池中總反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________。 (3)C池中Zn是________極，發(fā)生________反應(yīng)，電極反應(yīng)為_(kāi)___ _________________________________

22、________________________； Cu是________極，發(fā)生________反應(yīng)，電極反應(yīng)為_(kāi)________ _____________________________________________________。 反應(yīng)過(guò)程中溶液濃度________(填“變大”“變小”或“不變”)。 解析：(1)判斷裝置是原電池還是電解池，關(guān)鍵是看它有沒(méi)有外接直流電源，有則為電解池，無(wú)則為原電池。由此可知A為原電池，B和C為電解池，且C較為特殊，實(shí)際為電鍍銅的裝置。 (2)在外電場(chǎng)的作用下，溶液中的H＋和Cu2＋均移向陰極C棒，但因鹽溶液中陽(yáng)離子得電子能力Cu2＋＞H＋，

23、因而發(fā)生還原反應(yīng)Cu2＋＋2e－===Cu。同時(shí)溶液中失電子能力較強(qiáng)的Cl－在陽(yáng)極Pt表面被氧化，電極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑?？偡磻?yīng)方程式為CuCl2Cu＋Cl2↑。 (3)裝置C中陽(yáng)極為活性電極Cu，當(dāng)陽(yáng)極不是惰性電極時(shí)，電極本身會(huì)被強(qiáng)迫失電子而發(fā)生氧化反應(yīng)Cu－2e－===Cu2＋，生成離子進(jìn)入溶液，此時(shí)溶液中陰離子不能失電子。而陰極上發(fā)生還原反應(yīng) Cu2＋＋2e－===Cu，兩極反應(yīng)速率相等，溶液中其他離子不發(fā)生反應(yīng)，因而溶液濃度保持不變。 答案：(1)A　BC (2)陰　還原　Cu2＋＋2e－===Cu 陽(yáng)　氧化　2Cl－－2e－===Cl2↑ CuCl2Cu＋Cl2↑ (3)陰　還原　Cu2＋＋2e－===Cu 陽(yáng)　氧化　Cu－2e－===Cu2＋　不變