2020-2021学年鲁科版化学选修4学案：1.2第1课时 电解的原理含解析

第2节电能转化为化学能——电解
第1课时电解的原理
1．了解电解的工作原理，能够正确判断电解池的阴、阳极。

2．根据阴、阳离子在电极上的放电顺序，能够准确书写电极反应式和电解方程式。

(重点) 3．初步掌握关于电解的简单计算。

授课提示：对应学生用书第8页
知识点一实验探究熔融氯化钠的电解
1．实验现象
通电后，在石墨片周围有气泡产生，在铁片上生成银白色金属。

2．实验分析
(1)熔融氯化钠中存在的微粒Na＋、Cl－。

(2)通电后离子的运动方向：阳离子Na＋(填离子符号)移向铁电极，阴离子Cl－移向石墨电极。

(3)电极上发生的变化：铁电极：2Na＋＋2e－===2Na，石墨电极：2Cl－－2e－===Cl2↑。

3．实验结论
熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化分解生成了Na和Cl2。

[自我诊断]
电解熔融NaCl时，在两个电极上Na＋、Cl－从得失电子角度分别发生什么反应？
[提示]Na＋得电子生成金属钠发生还原反应，Cl－失电子生成氯气，发生氧化反应。

知识点二电解的工作原理
1．基本概念
(1)电解：让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

(2)电解池：
①定义：将电能转化成化学能的装置。

②构成条件：直流电源、电解质溶液或熔融状态的电解质、两个电极、形成闭合回路。

(3)电极及电极反应：
①阳极：发生氧化反应的电极。

阴极：发生还原反应的电极。

②电极反应。

在电极上进行的半反应，电极反应式可以表示电极上物质的变化情况以及电子的转移情况。

2．工作原理
在通电的条件下，当使用惰性电极时，电解质溶液或熔融电解质中：阴离子移向阳极，失去电子，发生氧化反应；阳离子移向阴极，得到电子，发生还原反应。

在电解质溶液或熔融电解质中，由于阴阳离子发生了定向移动，所以可以导电。

电解质导电的过程，实质就是其电解过程。

[自我诊断]
电解质溶液完成导电过程时，一定发生化学反应吗？
[提示]一定，因为电解质溶液的导电过程是通过溶液中的阴阳离子分别向阳、阴极定向移动并在电极上失、得电子而实现的。

阴阳离子在两电极上失、得电子发生了氧化还原反应。

授课提示：对应学生用书第9页
要点一电解中的放电规律及电极反应式的书写
[典例1]用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO 4和NaCl 的混合溶液，不可能发生的反应有( )
A ．Cu 2＋
＋2e －
===Cu
B ．4OH －
－4e －
===O 2↑＋2H 2O C ．2Cu 2＋＋2H 2O=====电解
2Cu ＋4H ＋
＋O 2↑ D ．2Cl －＋2H 2O=====电解
2OH －
＋H 2↑＋Cl 2↑
解析：该溶液由CuSO 4、NaCl 、H 2O 三种物质组成，其中含有Cu 2＋、Na ＋、H ＋三种阳离
子和SO 2－4、Cl －、OH －三种阴离子。

阴极上阳离子的放电顺序为：Cu 2＋>H ＋>Na ＋，阳极上阴离子的放电顺序为Cl －>OH －>SO 2－4。

由题意知电解可分为以下几个阶段： 第一阶段：Cu 2＋＋2e －===Cu,2Cl －－2e －===Cl 2↑，即电解CuCl 2溶液； 第二阶段：2H ＋＋2e －===H 2↑，2Cl －－2e －===Cl 2↑，即电解盐酸； 第三阶段：4H ＋＋4e －===2H 2↑，4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑，即电解水。

综上所述，不可能发生的反应为C 。

答案：C
1．阳离子得电子顺序 (1)阳离子放电顺序：
Al 3＋
、Mg 2＋
、Na ＋
、Ca 2＋
、K ＋
在水溶液中不放电，只在熔融状态放电。

(2)注意事项：
①Fe 3＋
的位置在Cu 2＋
之前。

②电镀条件下Fe 2＋
与Zn 2＋
的浓度远大于水溶液中H ＋
浓度，所以得电子能力为Fe 2＋
>Zn 2
＋
>H ＋。

2．阴离子失电子顺序 (1)阴离子放电顺序：
(2)注意事项：F －
在水溶液中不能失电子形成氟气，只有熔融态的含有氟离子的化合物电解时才可以得到氟气。

3．电极反应式的书写
(1)判断阴阳极，并分析电极材料的性质，尤其是阳极材料。

(2)分析电解质溶液中的离子类别，明确离子的来源及放电顺序。

(3)写出阴阳极的电极反应式，电极反应式的书写可概括为：a.列物质、标得失；b.选离子、配电荷；c.配个数、巧用水。

1．如图所示，a 、b 、c 、d 均为石墨电极，通电进行电解，下列说法正确的是( )
A ．乙烧杯中d 的电极反应为2Cl －
－2e －
===Cl 2↑ B ．a 、c 两极产生气体的物质的量相等 C ．甲、乙两烧杯中溶液混合后溶液的pH ＝7
D ．乙烧杯中发生的反应为2NaCl ＋2H 2O=====电解
2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑
解析：根据电路图，可知a 是阳极、d 是阴极，d 电极反应式为2H ＋＋2e －===H 2↑，A 项不正确；a 极和c 极产生的气体分别是O 2和Cl 2，根据得失电子相等，二者体积之比是1∶2，B 项不正确；乙池中Cl 2在溶液中溶解，使NaOH 被消耗，故两池混合后，溶液的pH 略小于7，C 项不正确。

答案：D
要点二惰性电极电解电解质溶液的规律
[典例2]如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a 、b 、c 和d 均为Pt 电极。

电解过程中，电极b 和d 上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b<d ，符合上述实验结果的盐溶液是( )
选项 X Y A MgSO 4 CuSO 4 B AgNO 3 Pb(NO 3)2 C FeSO 4 Al 2(SO 4)3 D
CuSO 4
AgNO 3
解析：根据溶液中离子的放电顺序OH －2－4、NO －3
更容易失去电子被氧化，所以，电解池中a 极、c 极均发生4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑；A 项，Mg 2＋不能得电子，b 棒不增重；B 项，增重b>d ；C 项，Al 3＋不能得电子，d 棒不增重；D 项，电解时分别发生Ag ＋＋e －
===Ag ，Cu 2＋＋2e －===Cu ，转移相同数目的电子时析出Ag 的质量更大，综上所述应选D 项。

答案：D
A ．HCl 、CuCl 2、Ba(OH)2
B ．NaOH 、CuSO 4、H 2SO 4
C ．NaOH 、H 2SO 4、Ba(OH)2
D ．NaBr 、H 2SO 4、Ba(OH)2
解析：电解HCl 的方程式为2HCl=====电解
H 2↑＋Cl 2↑，电解CuCl 2的方程式为CuCl 2=====电解
Cu ＋Cl 2↑，A 项错误；电解CuSO 4的方程式为2CuSO 4＋2H 2O=====电解
2Cu ＋2H 2SO 4＋O 2↑，B 项错误；电解NaBr 的方程式为2NaBr ＋2H 2O=====电解
2NaOH ＋H 2↑＋Br 2，D 项错误。

答案：C
电解过程中电极产物的分析与检验[典例]如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。

(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸性—红色，碱性—黄色) 回答下列问题：
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填编号)。

①A管溶液由红变黄；②B管溶液由红变黄；③A管溶液不变色；④B管溶液不变色。

(2)写出A管中发生反应的反应式：______________________________。

(3)写出B管中发生反应的反应式：_____________________________________________。

(4)检验a管中气体的方法是___________________________________。

(5)检验b管中气体的方法是______________________________________。

(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

解析：A为阴极，B为阳极，电极反应式分别为：
A极：2H＋＋2e－===H2↑；
B极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。

则A极附近会产生OH－(水电离出来的)，并与Mg2＋形成沉淀，B极附近会产生H＋(水电离出来的)，所以A处溶液由红变黄，B处溶液不变色；电解一段时间后，溶液底部会产生Mg(OH)2沉淀，溶液中有H2SO4，切断电源后，Mg(OH)2会溶解。

答案：(1)①④
(2)2H＋＋2e－===H2↑，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰
(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃
(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解。