第四章第二節(jié)第1課時(shí)電解原理_第1頁(yè)
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第1課時(shí)電解原理1.宏觀辨識(shí)與微觀探析從宏觀和微觀的角度理解電解池中電子的某著名企業(yè)、陰陽(yáng)離子的某著名企業(yè)、陰陽(yáng)兩極上的反應(yīng)及其變化、電流形成的過程和原理。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知建立電解過程的思維模型,理解電解的規(guī)律,判斷電解的產(chǎn)物,書寫電解的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)課時(shí)對(duì)點(diǎn)練內(nèi)容索引一、電解原理二、電解規(guī)律一、電解原理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論原因分析電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明電解質(zhì)溶液導(dǎo)電,形成__________自由運(yùn)動(dòng)離子發(fā)生定向某著名企業(yè)1.實(shí)驗(yàn)探究:電解CuCl2溶液按如圖所示裝置完成實(shí)驗(yàn),并填寫下表。閉合回路與負(fù)極相連的b極上逐漸覆蓋了一層____________________陰極:__________

(

反應(yīng))與正極相連的a極上有_______氣味的氣體產(chǎn)生,能使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙________________陽(yáng)極:___________

(

反應(yīng))紅色物質(zhì)析出金屬銅還原刺激性變藍(lán)產(chǎn)生了氯氣氧化Cu2++2e-===Cu2Cl--2e-===Cl2↑2.電解和電解池(1)電解:使電流通過

而在陽(yáng)極、陰極引起

反應(yīng)的過程。(2)電解池:將

轉(zhuǎn)化為

的裝置(也稱

)。(3)電解池的構(gòu)成條件①直流電源;②兩個(gè)電極;③電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì);④形成閉合回路。電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))氧化還原電能化學(xué)能電解槽3.電解原理正極氧化陰負(fù)極還原陽(yáng)(1)電解池的兩個(gè)電極必須是兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極(

)(2)在電解池中與直流電源負(fù)極相連的電極是陰極(

)(3)在電解池中,電子從陽(yáng)極流入電源正極(

)(4)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)發(fā)生化學(xué)變化(

)(5)電解池的陽(yáng)極發(fā)生還原反應(yīng)(

)×√√√正誤判斷×特別提醒金屬導(dǎo)電是物理變化;電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化,就是電解的過程。如圖所示是電解稀鹽酸的裝置,其中c、d為石墨電極。試回答下列問題:(1)a電極為______,b電極為______。(2)c電極為_____,電極反應(yīng)式為_______________________,發(fā)生了_____反應(yīng)。d電極為______,深度思考電極反應(yīng)式為__________________,發(fā)生了_____反應(yīng)。(3)電解過程中,氫離子向____(填“陰”或“陽(yáng)”,下同)極某著名企業(yè),氯離子向____極某著名企業(yè)。電解總方程式為:_______________________。正極負(fù)極陽(yáng)極2Cl--2e-===Cl2↑氧化陰極2H++2e-===H2↑還原陰陽(yáng)如下圖所示裝置中屬于電解池的是________(填序號(hào))。應(yīng)用體驗(yàn)③⑥解析根據(jù)電解池的構(gòu)成條件逐個(gè)判斷。①②⑤無(wú)外接直流電源,不能構(gòu)成電解池;④無(wú)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì);⑦中蔗糖屬于非電解質(zhì),不能構(gòu)成電解池;⑧沒有形成閉合回路,不能構(gòu)成電解池。電解池陰極和陽(yáng)極的判斷依據(jù)方法指導(dǎo)返回二、電解規(guī)律1.電解池電極反應(yīng)式的書寫(1)常見微粒的放電順序陰極:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>……陽(yáng)極:活性電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根特別提醒①活性電極一般指Pt、Au以外的金屬電極。②電解的離子方程式中,若參與電極反應(yīng)的H+或OH-是由水電離出來(lái)的,用H2O作為反應(yīng)物。(2)電極反應(yīng)式的書寫方法以惰性電極碳棒電解CuSO4溶液為例①辨電極:陰極與電源負(fù)極相連,陽(yáng)極與電源正極相連。④電極式:陰極:Cu2++2e-===Cu,陽(yáng)極:2H2O-4e-===O2↑+4H+。⑤總反應(yīng):依據(jù)得失電子守恒,調(diào)整各電極計(jì)量數(shù),然后相加,標(biāo)上反應(yīng)條件電解質(zhì)H2SO4NaOHNa2SO4陽(yáng)極反應(yīng)式2H2O-4e-===O2↑+4H+__________________________2H2O-4e-===O2↑+4H+陰極反應(yīng)式____________________2H2O+4e-===2H2↑+4OH-pH變化_______________復(fù)原加入物質(zhì)加入_____2.電解后溶液的復(fù)原規(guī)律用惰性電極電解下列酸、堿、鹽溶液,請(qǐng)?zhí)顚懴卤恚?1)電解H2O型4OH--4e-===O2↑+2H2O4H++4e-===2H2↑減小增大不變H2O電解質(zhì)HClCuCl2陽(yáng)極反應(yīng)式__________________陰極反應(yīng)式___________________________________pH變化_____

復(fù)原加入物質(zhì)加入_____加入______(2)電解電解質(zhì)型2Cl--2e-===Cl2↑2H++2e-===H2↑Cu2++2e-===Cu增大HClCuCl2電解質(zhì)NaClCuSO4陽(yáng)極反應(yīng)式_________________________________________陰極反應(yīng)式__________________________________________pH變化__________復(fù)原加入物質(zhì)加入____加入_____________(3)電解質(zhì)和水都發(fā)生電解型2Cl--2e-===Cl2↑2H2O-4e-===O2↑+4H+2H2O+2e-===H2↑+2OH-2Cu2++4e-===2Cu增大減小HClCuO或CuCO33.電解池中的守恒規(guī)律同一電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)是相等的,利用電子守恒使各電極得失電子均相等,在各極反應(yīng)式某著名企業(yè)立聯(lián)系。(1)用石墨作電極電解氯化鈉和硫酸銅的混合液,最初一段時(shí)間陰極和陽(yáng)極生成的物質(zhì)分別是銅和氯氣(

)(2)用石墨作電極電解熔融氯化鈉的陰極反應(yīng)式為Na++e-===Na(

)(3)用石墨作陰極、銅作陽(yáng)極電解硫酸銅溶液的陽(yáng)極反應(yīng)式為2H2O-4e-===O2↑+4H+(

)(4)用石墨作電極電解硝酸銀溶液的離子方程式為4Ag++2H2O4Ag+4H++O2↑(

)(5)銅作陽(yáng)極電解鹽酸的化學(xué)方程式為Cu+2HClCuCl2+H2↑(

)√√×√正誤判斷√如圖所示的電解池中,a、b、c、d都是石墨電極,通電一段時(shí)間后,a、b、c、d各電極反應(yīng)式分別是:a:________________,b:___________________,c:__________________,d:_________________________,并計(jì)算各電極生成的氣體或固體的物質(zhì)的量之比是____________。深度思考Cu2++2e-===Cu2Cl--2e-===Cl2↑4Ag++4e-===4Ag2H2O-4e-===O2↑+4H+2∶2∶4∶11.為探究電解的放電規(guī)律,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):應(yīng)用體驗(yàn)序號(hào)陽(yáng)極材料陰極材料電解質(zhì)陽(yáng)極產(chǎn)物陰極產(chǎn)物①石墨石墨0.1mol·L-1CuCl2溶液Cl2Cu②石墨石墨0.1mol·L-1NaCl溶液Cl2H2③石墨石墨0.2mol·L-1CuSO4溶液O2Cu④銅石墨0.2mol·L-1CuSO4溶液Cu2+Cu⑤石墨石墨熔融NaClCl2Na下列說法不正確的是A.對(duì)比①②可知,陰極放電順序:Cu2+>H+>Na+B.對(duì)比①③可知,陽(yáng)極放電順序:Cl->OH->C.對(duì)比③④可知,陽(yáng)極是銅時(shí),會(huì)先于溶液中的離子放電D.對(duì)比①⑤可知,電解得到金屬只能用熔融態(tài),不能用水溶液√解析根據(jù)①知道銅離子的氧化性強(qiáng)于氫離子,根據(jù)②知道氫離子的氧化性強(qiáng)于鈉離子,得電子能力強(qiáng)(氧化性強(qiáng))的離子優(yōu)先放電,所以對(duì)比①②可知,陰極放電順序:Cu2+>H+>Na+,故A正確;根據(jù)①知道,離子放電順序:Cl->OH-,根據(jù)③知道離子放電順序是:OH->,故B正確;電解池的陽(yáng)極若是活潑電極,則金屬電極本身失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),對(duì)比③④可知,陽(yáng)極是銅時(shí),會(huì)優(yōu)先于溶液中的離子放電,故C正確;①⑤用到的電解質(zhì)成分不一樣,銅離子優(yōu)先于鈉離子放電,但是電解得到金屬不一定只能用熔融態(tài),電解氯化銅溶液也能得到金屬銅,故D錯(cuò)誤。2.用石墨作電極電解0.1mol·L-1的CuSO4溶液,當(dāng)有0.4mol電子通過電路時(shí),發(fā)現(xiàn)陰極增重6.4g,則要使電解后的溶液恢復(fù)到電解前狀態(tài),則可向電解后的溶液中加入A.0.1molCu(OH)2B.0.1molCuOC.0.2molCuOD.0.1molCuO和0.2molH2O√解析該過程轉(zhuǎn)移0.4mol電子,則陽(yáng)極應(yīng)該生成0.1mol氧氣,理論上陰極應(yīng)該生成0.2mol銅,但實(shí)際上陰極生成的銅為

=0.1mol,故銅離子不足,陰極生成0.1mol銅后,氫離子繼續(xù)放電,生成氫氣

0.1mol。因此應(yīng)該補(bǔ)充0.1molCuO和0.1molH2O,或補(bǔ)充0.1molCu(OH)2,A項(xiàng)正確。3.為了加深對(duì)電解規(guī)律的理解,某同學(xué)做了以下探究,要求從H+、Cu2+、Na+、

、Cl-5種離子中兩兩組成電解質(zhì),按下列要求進(jìn)行電解:(1)以碳棒為電極,電解過程中電解質(zhì)質(zhì)量減少,水量不變,則采用的電解質(zhì)是_______________。若要恢復(fù)到電解前的狀態(tài),應(yīng)加入的物質(zhì)是_____________。HCl、CuCl2HCl、CuCl2解析以碳棒為電極,電解過程中電解質(zhì)質(zhì)量減少,水量不變,則陽(yáng)離子只能為H+、Cu2+,陰離子只能是Cl-,其電解質(zhì)是HCl、CuCl2。(2)以碳棒為電極,電解過程中電解質(zhì)質(zhì)量不變,水量減少,則采用的電解質(zhì)是________________。若要恢復(fù)到電解前的狀態(tài),應(yīng)加入的物質(zhì)是_________。Na2SO4、H2SO4H2O解析實(shí)質(zhì)上是電解水,H+、OH-分別在兩極上放電,其電解質(zhì)是Na2SO4、H2SO4。(3)以碳棒為陽(yáng)極,鐵棒為陰極,電解過程中電解質(zhì)和水量都減少,則電解質(zhì)是______________。若要恢復(fù)到電解前的狀態(tài),應(yīng)加入的物質(zhì)是____________________。CuSO4、NaClCuO或CuCO3、HCl電解后溶液的復(fù)原,從溶液中放出的氣體和生成的沉淀,按照原子個(gè)數(shù)比組成具體物質(zhì)再加入溶液即可。遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原則。方法指導(dǎo)返回課時(shí)對(duì)點(diǎn)練題組一電解及其裝置(電解池)1.下列關(guān)于電解池工作原理的說法中,錯(cuò)誤的是A.電解池是一種將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的裝置B.電解池中發(fā)生的反應(yīng)是非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)C.電解池工作時(shí),陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),陰極發(fā)生還原反應(yīng)D.與原電池不同,電解池放電時(shí),電極本身不會(huì)參加電極反應(yīng)1234567891011121314對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練解析如果陽(yáng)極是活潑電極,電極本身失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)?!?.關(guān)于如圖所示①②兩個(gè)裝置的敘述正確的是A.裝置名稱:①是原電池,②是電解池B.硫酸濃度變化:①增大,②減小C.電極反應(yīng)式:①中陽(yáng)極:2H2O-4e-===

4H++O2↑,②中正極:Zn-2e-===Zn2+D.離子某著名企業(yè)方向:①中H+向陰極方向某著名企業(yè),②中H+向負(fù)極方向某著名企業(yè)√1234567891011121314解析

①為電解池,電解水,陽(yáng)極反應(yīng)式為2H2O-4e-===4H++O2↑,硫酸的濃度增大;②為原電池,溶液中的氫離子移向正極,正極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑,硫酸的濃度減小。12345678910111213143.若某電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化裝置(電解池或原電池)中發(fā)生的總反應(yīng)的離子方程式是Cu+2H+===Cu2++H2↑,則下列關(guān)于該裝置的有關(guān)說法中正確的是A.該裝置可能是原電池,也可能是電解池B.該裝置只能是電解池,且金屬銅為該電解池的陽(yáng)極C.該裝置只能是原電池,且電解質(zhì)溶液為硝酸D.該裝置只能是原電池,電解質(zhì)溶液不可能是鹽酸√12345678910111213141234567891011121314解析銅和鹽酸或稀硫酸不能自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng),銅和硝酸能自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng),但生成的氣體是氮氧化物而不是氫氣,所以該反應(yīng)只能是電解池反應(yīng)而不是原電池反應(yīng),該裝置只能構(gòu)成電解池不能構(gòu)成原電池;該電解池中,銅作陽(yáng)極,陽(yáng)極上銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng),陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),所以該電解池的陽(yáng)極必須是銅電極,故答案選B。4.如圖所示是電解CuCl2溶液的裝置,其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)判斷正確的是A.a為負(fù)極、b為正極B.a為陽(yáng)極、b為陰極C.電解過程中,d電極質(zhì)量增加D.電解過程中,氯離子濃度不變1234567891011121314√解析電流從電源的正極流出,因此a為正極,b為負(fù)極,則c為陽(yáng)極,d為陰極。電解CuCl2溶液的電極反應(yīng)分別為陽(yáng)極(c電極):2Cl--2e-===Cl2↑,陰極(d電極):Cu2++2e-===Cu,故C項(xiàng)正確。5.某同學(xué)將電解池工作時(shí)電子、離子流動(dòng)方向及電極種類等信息表示在圖中,下列有關(guān)分析完全正確的是1234567891011121314選項(xiàng)ABCDa電極陽(yáng)極陰極陽(yáng)極陰極d電極正極正極負(fù)極負(fù)極Q離子陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離子陰離子√解析根據(jù)題圖知,該裝置有外接電源,所以屬于電解池,根據(jù)電子流向知,c是負(fù)極,d是正極,a是陰極,b是陽(yáng)極,電解時(shí),電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向陰極某著名企業(yè),陰離子向陽(yáng)極某著名企業(yè),則Q離子是陽(yáng)離子,P離子是陰離子,故B正確。12345678910111213141234567891011121314題組二電解規(guī)律及其應(yīng)用6.用惰性電極電解物質(zhì)的量濃度相同、體積比為3∶1的硫酸銅和氯化鈉的混合溶液,不可能發(fā)生的反應(yīng)有√1234567891011121314解析設(shè)混合溶液的體積為4L,物質(zhì)的量濃度均為1mol·L-1,溶液中硫酸銅和氯化鈉的物質(zhì)的量分別為3mol和1mol,根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒,第一階段:陽(yáng)極上氯離子放電,陰極上銅離子放電,電解的方程式是Cu2++2Cl-

Cu+Cl2↑,氯離子完全反應(yīng)時(shí),剩余銅離子2.5mol;第二階段:陽(yáng)極上氫氧根離子放電,陰極上銅離子放電,電解的方程式是2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑;第三階段:陽(yáng)極上氫氧根離子放電,陰極上氫離子放電,電解的方程式是2H2O2H2↑+O2↑。7.用石墨作電極,電解1mol·L-1下列溶液,則電解前后溶液的pH保持不變的是A.硫酸

B.氫氧化鈉C.硫酸鈉

D.氯化鈉1234567891011121314解析用惰性電極電解硫酸、氫氧化鈉溶液、硫酸鈉溶液實(shí)質(zhì)是電解水,濃度增大,硫酸溶液的pH減小,氫氧化鈉溶液的pH增大,硫酸鈉溶液的pH不變;電解氯化鈉溶液時(shí)生成氫氧化鈉,溶液的pH增大?!?.如圖為直流電源電解稀硫酸鈉溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是A.電極a附近呈紅色,電極b附近呈藍(lán)色B.電極a附近呈藍(lán)色,電極b附近呈紅色C.逸出氣體的體積,電極a的小于電極b的D.一電極逸出無(wú)味氣體,另一電極逸出具有刺激性氣

味的氣體1234567891011121314√1234567891011121314解析電極a為陰極,H2O電離出的H+放電,促進(jìn)H2O的電離平衡向右某著名企業(yè),c(OH-)增大,石蕊溶液變藍(lán)色;電極b為陽(yáng)極,H2O電離出的OH-放電,c(H+)增大,石蕊溶液變紅色,A項(xiàng)不正確,B項(xiàng)正確;電極a產(chǎn)生H2,電極b產(chǎn)生O2,H2的體積是O2體積的2倍,故C、D項(xiàng)不正確。9.(2020·石家莊月考)用陽(yáng)極X和陰極Y電解Z的水溶液,電解一段時(shí)間后,再加入W,能使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài),符合題意的一組是組號(hào)XYZWACFeNaClH2OBPtCuCuSO4CuSO4溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶體√解析據(jù)加入電解反應(yīng)方程式生成陰、陽(yáng)極產(chǎn)物化合后的物質(zhì),可復(fù)原溶液知,A應(yīng)通HCl,B加CuO,C加H2O,D不需加任何物質(zhì)。123456789101112131410.(2020·南京期末)利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2,并用陰極排出的溶液吸收NO2。下列說法正確的是1234567891011121314A.b為直流電源的正極B.將裝置中的陽(yáng)離子交換膜換成陰離子交換膜,電極反應(yīng)式不變C.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為SO2+2H2O-2e-===+4H+D.電解時(shí),H+由陰極室通過陽(yáng)離子交換膜到陽(yáng)極室√解析二氧化硫被氧化為硫酸根離子,所以二氧化硫所在的區(qū)為陽(yáng)極區(qū),陽(yáng)極與電源正極相連,則b為電源負(fù)極,故A錯(cuò)誤;1234567891011121314將裝置中的陽(yáng)離子交換膜換成陰離子交換膜,電極反應(yīng)式發(fā)生改變,故B錯(cuò)誤;陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為SO2+2H2O-2e-===+4H+,故C正確;電解時(shí),陽(yáng)離子移向陰極,所以H+由陽(yáng)極室通過陽(yáng)離子交換膜到陰極室,故D錯(cuò)誤。11.如圖是CO2經(jīng)電催化還原為CH4的裝置示意圖。下列說法不正確的是A.該過程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程B.銅電極的電極反應(yīng)式為CO2+C.一段時(shí)間后,①池中n(KHCO3)不變D.一段時(shí)間后,②池中溶液的pH一定下降√1234567891011121314解析該裝置連接有電源,則該過程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程,A項(xiàng)正確;二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)過程中,碳元素的化合價(jià)降低,在銅電極上發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為CO2+

+8e-===CH4+

+2H2O,B項(xiàng)正確;1234567891011121314由于①池溶液中的碳酸氫根離子被消耗,故一段時(shí)間后,碳酸氫鉀的物質(zhì)的量減少,C項(xiàng)錯(cuò)誤;①池中的銅電極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng),②池中的鉑電極為陽(yáng)極,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為2H2O-4e-===O2+4H+,該過程中有H+生成,故溶液的pH降低,D項(xiàng)正確。123456789101112131412.如圖所示為在直流電源的作用下電解CuSO4溶液的裝置,其中A、B為石墨電極,a、b為電源的兩極,當(dāng)接通電源,通電一段時(shí)間后,將B電極取出,洗干凈并干燥后稱量,其質(zhì)量增加了3.2g,則:綜合強(qiáng)化(1)a電極為電源的______極。(2)寫出電極反應(yīng)式:A極:______________________________,B極:_____________________。(3)若使反應(yīng)后的溶液恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài),則應(yīng)該加入______,質(zhì)量為___g。正2H2O-4e-===O2↑+4H+2Cu2++4e-===2CuCuO4.0123456789101112131413.如圖X是直流電源。Y池中c、d為石墨棒,Z池中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)①b為電源的_____極(填“正”“負(fù)”“陰”或“陽(yáng)”,下同)。②Z池中e為______極。③連接Y、Z池線路,電子流動(dòng)的方向是d_____e(用“→”或“←”填空)。負(fù)陽(yáng)←1234567891011121314(2)①寫出c極上反應(yīng)的電極反應(yīng)式:___________________。②寫出Y池中總反應(yīng)的化學(xué)方程式:______________________________________。③寫出Z池中e極上反應(yīng)的電極反應(yīng)式:_________________。2Cl--2e-===Cl2↑Cu-2e-===Cu2+1234567891011121314Cl2↑解析d極附近顯紅色,說明d為陰極,電極反應(yīng)式為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,c為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為2Cl--2e-===Cl2↑,Y池電解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池中f為陰極,e為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式分別為Cu2++2e-===Cu、Cu-2e-===Cu2+,電子流動(dòng)方向由e→d。1234567891011121314123456789101112131414.A、B、C為三種強(qiáng)電解質(zhì),它們?cè)谒须婋x出的

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