高中化学第1章化学反应与能量转化第2节电能转化为化学能——电解学案鲁科版选修4

第2节电能转化为化学能——电解第1课时电解的原理1．理解电解原理及电解池的组成。

(重点)2．了解电解规律及其应用。

(难点)教材整理1 电解熔融氯化钠的实验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。

教材整理2 电解原理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。

2．电解池的工作原理用下列装置对X溶液进行电解问题思考：(1)若X为CuSO4，两电极上出现什么现象？解释原因。

【提示】通电后在石墨电极上产生气泡。

原因：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；铁电极上析出紫红色固体，原因：Cu2＋＋2e－===Cu。

(2)若X为Mg(NO3)2，两电极上出现什么现象？解释原因。

【提示】通电后在石墨电极上产生气泡，原因：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O或2H2O－4e－===O↑＋4H＋；铁电极上产生气泡，附近区域变浑浊，原因：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、Mg2 2＋＋2OH－===Mg(OH)↓21．电解反应两极产物的判断(1)阳极产物的判断①活性金属电极金属电极失电子，被溶解，生成对应金属阳离子。

②惰性电极(Pt、Au、C)阴离子失电子，生成对应非金属单质。

阴离子放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根＞F－。

(2)阴极产物的判断与电极材料无关，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＋(H＋浓度较大时)＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(H＋浓度较小时)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。

2．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：①列物质、标得失；②选离子、配电荷；③配个数、巧用水。

题组1 电解原理1．有关电解原理的说法正确的是 ( )①电解是把电能转变成化学能②电解是把化学能转变成电能③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生A．①②③④B．②③⑤C．③④D．①③④⑤【解析】电解是在电流的作用下强制进行的氧化还原反应，电解质溶液导电的过程就是电解质溶液被电解的过程。

【答案】 D2．下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述中，正确的是( )A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相同【解析】在电解池中，导线和电极上是由电子的定向移动，而溶液中则靠离子的定向移动，才使整个电解池形成一个闭合回路；导线中电子的方向与电流方向相反，故电子从电解池的阳极流向电源的正极，从电源的负极流向电解池的阴极；电解质溶液中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；不论如何，两极上转移的电子数总是相等的【答案】 D题组2 电解产物的判断3．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分别析出的物质分别是( )A．H2和Cl2B．Cu和Cl2C．H2和O2D．Cu和O2【解析】 溶液中的离子有H ＋、Cu 2＋、Na ＋及SO 2－4、NO －3、Cl －、OH －七种离子，得电子能力：Cu 2＋＞H ＋＞Na ＋，失电子能力：Cl －＞OH －＞含氧酸根，所以电解初期阴极：Cu 2＋＋2e －===Cu ，阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑，故选B 。

【答案】 B4．下图是电解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【解析】 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：Cu 2＋＋2e －===Cu ，c 极上的电极反应：2Cl －－2e －===Cl 2↑，溶液中的Cl －浓度减小。

【答案】 C5．某同学按如图所示的装置进行电解实验。

下列说法正确的是( )A ．电解过程中，铜电极上有H 2产生B ．电解初期，主反应：Cu ＋H 2SO 4=====通电CuSO 4＋H 2↑ C ．电解一定时间后，石墨电极上不可能有铜析出 D ．整个电解过程中，H ＋的浓度不断增大【解析】 由题目所给图示可知，活泼金属铜作阳极发生反应：Cu －2e －===Cu 2＋，同时溶液中的H ＋在阴极石墨上发生反应：2H ＋＋2e －===H 2↑，总反应方程式为Cu ＋H 2SO 4=====通电CuSO 4＋H 2↑，所以A 不正确，B 正确，D 不正确。

随着电解过程不断进行，溶液中的Cu 2＋浓度不断增大，一定时间后即当Cu 2＋移动到阴极附近时，由于Cu 2＋的氧化性大于H ＋，故此时阴极发生反应：Cu 2＋＋2e －===Cu ，所以C 错误。

【答案】 B根据电解原理填空采用惰性电极从NO－3、SO2－4、Cl－、Cu2＋、Ba2＋、H＋中选出适当的离子组成电解质，并对其溶液进行电解。

问题思考：(1)若两极分别放出H2和O2，则符合条件的电解质有哪些？【提示】HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2。

(2)若阴极析出金属、阳极放出O2，则符合条件的电解质有哪些？【提示】Cu(NO3)2、CuSO4。

(3)若两极分别放出气体，且体积比为1∶1，则符合此条件的电解质有哪些？【提示】BaCl2、HCl。

惰性电极电解电解质溶液的电解反应规律1．电解质溶液被电解时的不同类型(1)电解质本身被电解的，如CuCl2溶液。

(2)实质是电解水的，如Na2SO4、NaOH、H2SO4等。

(3)电解质和水同时被电解的，如CuSO4、AgNO3、NaCl等。

2．电解质溶液pH的变化(1)H＋放电、OH－不放电的，电解后溶液pH变大。

(2)H＋不放电、OH－放电的，电解后溶液pH变小。

(3)H＋、OH－都放电的，相当于电解水，电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)，酸性溶液pH减小，碱性溶液pH增大，中性溶液pH不变。

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。

题组1 电解规律1．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是( )A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小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∶2D．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【解析】电解稀硫酸，实质上是电解水，硫酸的物质的量不变，但溶液体积减小，浓度增大，故溶液pH减小，A不正确；电解稀NaOH溶液，阳极消耗OH－，阴极消耗H＋，实质也是电解水，NaOH溶液浓度增大，故溶液的pH增大，B不正确；电解Na2SO4溶液时，在阳极发生反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，在阴极发生反应：4H＋＋4e－===2H2↑，由于两电极通过电量相等，故析出H2与O2的物质的量之比为2∶1，C不正确；电解CuCl2溶液时，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，两极通过电量相等，Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1，D正确。

【答案】 D2．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Ag 2O 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【解析】 用惰性电极电解AgNO 3溶液，总的电极反应式为4AgNO 3＋2H 2O=====通电4Ag ＋O 2↑＋4HNO 3。

可知：阴极上析出Ag ，阳极上放出O 2，故A 正确、D 错误；由于生成HNO 3溶液，pH 应不断降低，B 正确；要使溶液恢复到电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应：2Ag 2O ＋4HNO 3===4AgNO 3＋2H 2O ，得到的物质恰好是反应掉的物质，可以使溶液恢复到电解前的状况，C 正确。

【答案】 D3．将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt)分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊试液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是 ( )【解析】 阳极上I －2c (H ＋)＜c (OH －)，呈碱性，使石蕊显蓝色，故D 项正确。

【答案】 D4．用石墨作电极电解：①稀硫酸、②K 2SO 4溶液、 ③CuCl 2溶液、④CuSO 4溶液、⑤KOH 溶液。

(1)阴极、阳极都有气体产生，且体积比(相同条件下)为2∶1的是________(填序号，下同)，其阳极的电极反应式都是_______________________________________________________________， 阴极的电极反应式都是_______________________________________________________________， 总的电极反应式都是__________________________。

(2)阴极、阳极都有气体产生，其中溶液pH 变小的是________，pH 变大的是________。

(3)一个电极析出金属，一个电极析出气体，且溶液pH 明显减小的是________，其总的电极反应式是______________________。

【解析】 阴极析出的气体只能是H 2，与H 2体积比为1∶2的气体应是O 2，H 2SO 4、K 2SO 4、KOH 溶液都是电解水析出H 2和O 2；只析出H 2的pH 变大，只析出O 2的pH 变小。