鲁科版选修4 第一单元第二节 电能转化为化学能——电解(第1课时) 学案

第二节电能转化为化学能——电解
第1课时电解的原理
目标与素养：1.理解电解原理及电解池的组成。

(证据推理与模型认知)2.了解电解规律及其应用。

(宏观辨识)
1．电解熔融氯化钠实验
(1)实验装置
(2)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。

(3)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－(填离子符号)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↑。

(4)实验结论
熔融氯化钠在电流作用下发生了化学变化分解生成了Na和Cl2。

2．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：将电能转化为化学能的装置。

②构成条件：直流电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融的电解质并构成闭合回路。

(3)电极
阳极——发生氧化反应的电极(与电源正极相连)
阴极——发生还原反应的电极(与电源负极相连)
(4)电极反应
在电极上进行的半反应，可以用电极反应式表示。

3．电解池的工作原理
微点拨：电解质的导电过程是被电解的过程，属于化学变化；金属导电过程是电子的定向移动，属于物理变化。

1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。

)
(1)与电源正极相连的是电解池的阴极。

()
(2)用惰性电极电解NaCl溶液时可以得到Na和Cl2。

()
(3)电解池工作时，阳极发生还原反应，失去电子。

()
(4)电解池工作时，阳极上的电子通过电解质溶液移向阴极。

()
(5)电解AgNO3溶液时，Ag＋移向阳极，NO－3移向阴极。

()
[提示](1)×电解池的阳极连接电源的正极。

(2)×用惰性电极电解NaCl溶液得H2、Cl2、NaOH。

(3)×电解过程中，阳极发生氧化反应。

(4)×电解池中电子不通过电解质溶液。

(5)×电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

2．将下面的电极反应与对应的电极名称连线。

①Na＋＋e－===Na
②氧化反应A．阳极
③还原反应
④4OH－－4e－===2H2O＋O2↑B．阴极
[答案]①—B②—A③—B④—A
3．用石墨棒作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是() A．石墨棒周围有大量的Na＋
B．铁棒质量增加
C．电子通过熔融电解质由石墨棒流向铁棒
D．阴极发生氧化反应
B[阴离子移向阳极(石墨棒)，发生氧化反应2Cl－－2e－===Cl2↑，阳离子移向阴极，发生还原反应2Na＋＋2e－===2Na，A、D项错误，B项正确；电子不能
通过熔融电解质，熔融的电解质是由于其内部自由移动的离子定向移动而导电的，C项错误。

]
电极产物的判断与电极反应式的书写
2．电极反应式的书写
【例1】分别写出用惰性电极电解下列足量溶液时的电极反应式以及总反应方程式。

(1)Na2SO4溶液：阴极：_____________________________；
阳极：____________________________________________；
总反应方程式：___________________________________。

(2)CuCl2溶液：阴极：______________________________；
阳极：___________________________________________；
总反应方程式：____________________________________。

(3)CuSO 4溶液：阴极：______________________________； 阳极：_____________________________________________； 总反应方程式：_____________________________________。

(4)KCl 溶液：阴极：_________________________________； 阳极：_____________________________________________； 总反应方程式：______________________________________。

[答案] (1)4H ＋＋4e －===2H 2↑ 4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑ 2H 2O=====通电
2H 2↑＋O 2↑
(2)Cu 2＋＋2e －===Cu 2Cl －－2e －===Cl 2↑ CuCl 2=====通电
Cu ＋Cl 2↑
(3)2Cu 2＋＋4e －===2Cu 4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑ 2CuSO 4＋2H 2O=====通电
2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4
(4)2H ＋＋2e －===H 2↑ 2Cl －－2e －===Cl 2↑ 2KCl ＋2H 2O=====通电
2KOH ＋H 2↑＋Cl 2↑
(1)若是水电离出的H ＋(或OH －)得(或失)电子，在总反应式中应有H 2O 参与反应。

(2)由电极反应式相加得总电解方程式前，必须使两电极反应式中得失电子数相等。

1．如图是电解CuCl 2溶液的装置，其中c 、d 为石墨电极。

则以下有关此电
解池的判断正确的是()
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，氯离子浓度保持不变
C[依据电流的方向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。

d极上的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，c极上的电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中的Cl－浓度减小。

]
2．用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是()
A．H2和Cl2B．Cu和Cl2
C．H2和O2D．Cu和O2
B[溶液中的离子有H＋、Cu2＋、Na＋及SO2－4、NO－3、Cl－、OH－七种离子，得电子能力：Cu2＋＞H＋＞Na＋，失电子能力：Cl－＞OH－＞含氧酸根，所以电解初期阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，故选B。

]
用惰性电极电解电解质水溶液的类型总结
①电解稀硫酸②电解Cu(NO3)2溶液③电解KOH溶液④电解NaCl溶液
A．电解进行一段时间后四份溶液的pH均增大
B．反应②中电解一段时间后，向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况
C．反应③中阳极消耗OH－，故溶液浓度变小
D．反应④中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1
B[依据电解规律可知①为电解水型，②为放氧生酸型，③为电解水型，④为放氢生碱型，所以A、C错误；B项电解产物为Cu和O2，所以加氧化铜固体可恢复，正确；D项阳极产生Cl2，阴极产生H2，物质的量之比为1∶1，错误。

]
(1)反应③④中需向溶液中加入什么物质可复原？
(2)反应②中如向溶液中加入Cu(OH)2可复原吗？
[答案](1)③加H2O、④加HCl。

(2)不可，因为Cu(OH)2和CuO相比，多了H2O，不能恢复到原浓度。

性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质时，遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则，所加物质可以是阴极与阳极产物的化合物。

1．用惰性电极进行电解，下列说法正确的是()
A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液的pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液的pH降低
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2 D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
D[A项，电解稀H2SO4，实质是电解H2O，由于H2O的量减小，故c(H2SO4)增大，溶液的pH降低；B项，电解NaOH溶液，实质是电解H2O，由于H2O的量减少，故c(NaOH)增大，溶液的pH升高；C项，电解Na2SO4溶液，实质是电解H2O，阳极产生O2，阴极产生H2，n(H2)∶n(O2)＝2∶1；D项，电解CuCl2溶液时，发生反应CuCl2通电,Cu＋Cl2↑，阴极析出Cu，阳极产生Cl2，n(Cu)∶n(Cl2)＝1∶1。

本题选D。

]
2．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是()
A．AgNO3CuCl2Cu(NO3)2
B．KCl Na2SO4CuSO4
C．CaCl2KOH NaNO3
D．HCl HNO3K2SO4
[答案]B
1．下列关于电解池的叙述中不正确的是()
A．阳离子移向与电源正极相连的电极
B．与电源负极相连的是电解池的阴极
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
A[与电源正极相连的电极为阳极，电解质溶液中的阴离子移向阳极。

]
2．用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液，一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量相应的溶质能使溶液恢复到电解前浓度的是( )
A ．AgNO 3
B ．Na 2SO 4
C ．CuCl 2
D ．KCl
C [直接加入溶质就能使溶液恢复到电解前的浓度应属于电解溶质型，即选C ；AgNO 3发生的电解反应是：4AgNO 3＋2H 2O=====通电
4Ag ＋O 2↑＋4HNO 3，可加Ag 2O 或Ag 2CO 3；电解Na 2SO 4的水溶液实际电解的是水；电解KCl 水溶液实际电解的是溶质和溶剂，通HCl 气体能恢复原状。

]
3．按图甲装置进行实验，若图乙中横坐标x 表示通过电极的电子的物质的量。

下列叙述正确的是( )
A ．F 表示反应生成Cu 的物质的量
B ．E 表示反应实际消耗H 2O 的物质的量
C ．E 表示反应生成O 2的物质的量
D ．F 表示反应生成H 2SO 4的物质的量
B [由题意可知电解反应的化学方程式为2CuSO 4＋2H 2O 通电,2Cu ＋2H 2SO 4＋O 2↑，据反应中各物质与转移电子的关系：2Cu ～2H 2O ～2H 2SO 4～O 2～4e －可知，E 表示反应消耗H 2O 的物质的量或反应生成Cu 、H 2SO 4的物质的量，F 表示
反应生成O2的物质的量。

]
4．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是()
A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B．NaOH、CuSO4、H2SO4
C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
C[电解时只生成氧气和氢气，则电解质所含阳离子在金属活动性顺序表中位于铜之前，阴离子不是简单离子。

]
5．从NO－3、SO2－4、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。

(1)两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是________________________(至少答一种，下同)；
(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时，电解质的化学式可能是________________________；
(3)两极分别放出气体，且体积比为1∶1，电解质的化学式可能是________________________。

[解析](1)该题找两极分别放出H2和O2的电解质，其阳离子是H＋或比H＋放电能力弱的Ba2＋；阴离子是OH－或比OH－放电能力弱的SO2－4、NO－3，则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。

(2)阴极上的阳离子应是比H＋放电能力强的Cu2＋、Ag＋，阳极上阴离子应是放电能力弱于OH－的NO－3、SO2－4，
由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质，即符合题意。

(3)阴极放出的是H2，阳极是Cl－放电生成Cl2。

[答案](1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2
(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3
(3)HCl、BaCl2。