第4课第3课时　电解原理-【帮课堂】2023-2024学年高二同步学与练（人教版选择性必修第一册）（原卷版）.docx

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1、第4课 第3课时电解原理 01目标任务课程标准学习目标1能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。2认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。1能从宏观与微观相结合的角度认识电解池的工作原理，分析电极上放电的微粒并书写电极反应式。2利用电解池的理论模型、建立对电解池装置系统分析的思维模板，并应用于实际问题的解决。02预习导学自主梳理一、电解氯化铜溶液的实验探究1按如图所示装置完成实验，并填写下表实验现象实验结论电流表指针发生偏转 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸 2实验原理分析(1)氯化铜溶液中存在的离子有 ，通电

2、前这些离子在溶液中作自由运动。(2)通电时在电场的作用下，溶液中自由运动的离子作 ，即 趋向a极， 趋向b极。(3)a极电极反应式是 ，b极电极反应式是 ，总反应式是 。(4)结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的 过程。二、电解和电解池1电解的概念使 通过电解质溶液而在阴、阳两极引起 的过程。2电解装置电解池(1)概念：将 能转变为 的装置。(2)构成条件两个电极：阳极与电源 极连接；阴极与电源 极连接。电解质溶液或 。直流电源。构成 。(3)工作原理电极反应类型阳极 反应；阴极 反应。电子流向：电源 极 极； 极电源 极。电流方向：电源 极 极； 极电源 极。离子流向：阳离子 极；阴

3、离子 极。预习检测1下列有关电解的说法错误的是A与电源正极相连的是阳极B与电源负极相连的是阴极C在阴极上发生氧化反应D阴离子向阳极方向移动2下列关于原电池和电解池的叙述正确的是A原电池中失去电子的电极为正极B原电池的负极、电解池的阳极都发生氧化反应C原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成的D电解时电解池的阳极一定是阴离子放电3电解溶液的装置如图所示，a、b均为惰性电极。下列说法不正确的是Aa极上发生的反应为：B移向b极C转移2 mol ，理论上阳极产生11.2 L气体(标准状况下)D电解总反应：4用石墨电极电解一定浓度的溶液(足量)，一段时间后，要使电解质溶液恢复原状，可向溶液中加入一定

4、质量的AB固体C固体D蒸馏水5下列说法正确的是A工业制镁电解熔融MgCl2时，阳极的电极反应为：2Cl2e=Cl2B氢氧燃料电池的负极反应：O2+2H2O+4e=4OHC粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应为：Cu2e=Cu2+D钢铁发生电化学腐蚀的正极反应：Fe2e=Fe2+6用石墨作电极，电解1mol/L的下列物质的溶液，溶液的pH减小的是ANaClBNaOHCD探究提升03环节一 电解原理【情境材料】1实验目的：通过实验认识电解池装置及其工作原理，理解电能转化为化学能的现象与应用。2实验装置3实验步骤：在U形管中注入质量分数为25%的CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极，把湿润的

5、碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒(与电源正极相连的电极叫阳极)附近。接通直流电源，观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。4实验现象阴极：石墨棒上覆盖一层红色固体；阳极：有气泡冒出并闻到刺激性气味，湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。【问题探究】1通电前，CuCl2溶液中存在的离子有哪些？2阳极石墨棒上产生的气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，说明产生的气体是什么？写出电极反应式并判断发生反应的类型(氧化反应或还原反应)。3阴极石墨棒上覆盖了一层红色固体物质，该物质是什么？写出电极反应式并判断发生反应的类型(氧化反应或还原反应)。4通电后，CuCl2溶液中阴、阳离子的迁移方向及电子运动的方向是

6、什么？写出电解CuCl2溶液的总化学方程式。5在氯化铜溶液中除了Cu2 和Cl之外还有H和OH，这两种离子为什么没有得到或失去电子？要点归纳1电解池工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)2电解池的阴、阳极的判断方法(1)电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。(2)常见的惰性电极指石墨、铂(Pt)、金(Au)，活性电极是指金属活动性顺序中Ag和Ag之前的金属。(3)电解过程是化学变化，而金属的导电是物理变化；书写电解总反应时要注明“电解”或“通电”这一反应条件。(4)原电池装置和电解池装置的最大区别是看有无外接直流电源，有外接直流电源的是电解池。(5)解答电解类题目时首先判断阳极材料，

7、确定是活性电极还是惰性电极，若为活性电极，则电极材料本身失去电子生成金属阳离子，而溶液中所有阴离子不再放电；若为惰性电极，则按电解质溶液中阴离子的放电顺序放电。(6)金属活动性顺序中银前面的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。(7)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液。典例精讲【例1】（2022高二单元测试）下列叙述正确的是电解池是将化学能转变成电能的装置原电池是将电能转变成化学能的装置金属和石墨

8、导电均为物理变化，电解质溶液导电是化学变化电解池两个电极材料可以相同ABCD【例2】（2022秋上海闵行高二上海市七宝中学校考阶段练习）观察如图装置，下列说法正确的是Aa、b接电流表，该装置为原电池Ba、b接直流电源，该装置为电解池Ca、b接直流电源，铁可能不易被腐蚀Da、b接电流表或接直流电源，铁都可能是负极【例3】（2023秋广西玉林高二统考期末）如图是用惰性电极电解足量饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是A该装置是将电能转化为化学能B装置中出口处的物质是氯气，出口处的物质是氢气C装置中发生反应的离子方程式为D电解一段时间后，再加入一定量的盐酸能使电解后的溶液与原来溶液一样环节二

9、 电解规律及电极反应式书写【情境材料】实验1：将两根碳棒分别插进U形管内的CuCl2溶液中，如图。图图图实验2：将两根碳棒用导线连接后，浸入U形管内的CuCl2溶液中，如图。实验3：将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连接，浸入U形管内的CuCl2溶液中，再接通直流电，如图。过一段时间后，再把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极附近。【问题探究】1实验1、实验2和实验3的现象有什么不同？实验3的两电极的现象是什么？2实验3中CuCl2溶液中通电前离子如何运动？通电后离子如何运动？根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。3在氯化铜溶液中除了Cu2和C

10、l之外还有H和OH，这两种离子为什么没有得或失电子？4溶液中有多种离子时，怎样判断电极产物？要点归纳1电解产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前的金属)，则电极材料失电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则看溶液中的阴离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序加以判断(放电顺序即为得、失电子能力顺序)。阳极上阴离子的放电顺序：S2IBrClOHNOSOF。即：活性阳极(金属)无氧酸根离子OH含氧酸根离子F。注意：在溶液中含氧酸根离子不放电，常指最高价(中心原子)含氧酸根离子不放电，但非最高价(中心原子)含氧酸根离

11、子的放电能力比OH的强，如SO、MnO等。(2)阴极产物的判断阴极阳离子的放电顺序 阳离子的放电顺序基本上符合金属活动性顺序，在阳离子放电能力由强到弱排列时，一般将H的位置放在Cu2之后。但在电镀条件下，H的位置放在Zn2之后，Fe2、Zn2与H顺序颠倒，即在水溶液中Fe2、Zn2的得电子能力比H强，可认为是由水电离产生的c(H)很小之故。2电解后溶液的变化及恢复原组成的措施类型电极反应特点实例电解对象电解质溶液浓度变化pH电解质溶液复原电解水型阴极：4H4e=2H2阳极：4OH4e=2H2OO2NaOHH2O增大增大加水H2SO4H2O增大减小加水Na2SO4H2O增大不变加水电解质分解型电

12、解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大通HClCuCl2电解质减小增大加CuCl2放氢生碱型阴极：H2O放出H2生成OH阳极：电解质阴离子放电KCl电解质和水生成新电解质增大通HCl放氧生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放出O2生成HCuSO4电解质和水生成新电解质减小加CuO或CuCO33电解池电极反应式及电解总反应式的书写步骤书写步骤具体操作判断两极阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连判断反应微观粒子活性电极：电极材料本身失电子溶液中的较易得电子的阳离子反应惰性电极：溶液中的较易失去电子的阴离子反应书写电极反应式活性电极：Mne=MnMnne=M惰性电极：mRn

13、mne=Rm书写电解总方程式根据得失电子数相等，将阴、阳极电极反应式相加得电解总反应式，注意若是水电离的H或OH参与电极反应，写总反应式时要写成H2O1电解池中方程式书写的3个关键点(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写电解反应方程式时，弱电解质一定要写成化学式。(2)书写电极反应式时，首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物，然后根据“阴(极)得(e)阳(极)失(e)”加上得、失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H、OH或H2O，依据电荷守恒定律配平反应式。(3)要确保两极得、失电子数目相等，且电解反应方程式注明条件“电解”或“通电”。2判断电解后溶液酸、碱

14、生成的方法(1)若电解产物只有H2，而无O2，则阴极生成碱。(2)若电解产物只有O2，而无H2，则阳极生成酸。(3)若电解产物既有O2，又有H2，且二者物质的量之比为12，则实质是电解水，阳极生成酸，阴极生成碱，最终溶液中无酸和碱生成。但溶液浓度可能变大。3惰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。典例精讲【例4】（2023秋吉林白城高二校联考期末）用惰性电极电解足量的溶液，下列说法中不正确的是A阴极发生的电极反应为B阳极发生的电极反应为C恰好电解完时，加入一定量的可恢复到原浓度D若有6

15、.4g金属Cu析出，放出的为0.05mol【例5】（2021秋甘肃武威高二校考期中）用惰性电极电解下列溶液一段时间后，再加入一定量的某种纯净物(括号内物质)，不能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是AKCl(HCl)BAgNO3(HNO3)CH2SO4(H2O)DCuSO4(CuO)04课堂总结05强化训练探究提升一、单选题1（2022高二单元测试）下列有关电化学的说法正确的是A原电池的金属负极质量一定减小B待充电电池的负极应与电源正极相连C电解池的电解质溶液质量一定减小D原电池工作时在溶液中电流由负极到正极2（2022秋广东茂名高二统考期末）下列各项装置中，工作一段时间后电解质溶液的成分及浓度均

16、未改变的是ABCD3（2022高二课时练习）如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电顺序都可能在阳极放电，下列分析正确的是AC1电极处溶液首先变棕黄色B反应一段时间后，往溶液中加一定量的盐酸可复原CC2电极上可依次发生的电极反应为Fe2+-e-=Fe3+、2Cl-2e-=Cl2D当C1电极上有2g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液发生转移4（2022春四川成都）图a、b、c分别为氯化钠在不同状态下的导电实验的微观示意图(X、Y均表示石墨电极，且与直流电源连接方式相同，表示水分子)。下列说法正确的是AY电极为阳

17、极B能导电的装置中，Y电极产物不相同CNaCl是电解质，三种状态下都能导电D图b说明通电后发生了电离5（2023春云南保山高二校考期末）某电解池内盛有Cu(NO3)2溶液，插入两根电极，接通直流电源后，欲达到如下要求：(1)阳极质量不变；(2)阴极质量增加；(3)电解液pH减小，则应选用的电极是A阴阳两极都用石墨B铜作阳极铁作阴极C铁作阳极铜作阴极D铂作阴极铜作阳极6（2023春辽宁朝阳高二校联考阶段练习）某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，装置如图所示。其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法错误的是A通入O2的Pt极为正极，该电极反应式为O2-4e-+2H2O=4

18、OH-B乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-C反应一段时间后，乙装置中在铁电极区生成氢氧化钠溶液D反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度可能减小7（2023全国高二假期作业）科研团队开创了海水原位直接电解制氢的全新技术(如图所示)。该研究的关键点是利用海水侧和电解质侧的水蒸气压力差使海水自发蒸发，并以蒸汽形式通过透气膜扩散到电解质侧重新液化，即“液-气-液”水迁移机制，为电解提供淡水。下列叙述错误的是A直接电解海水存在阳极易腐蚀问题B液态水、阴离子分别不能通过膜a、膜bC铅酸蓄电池做电源时，电极与N电极相连D电解过程中，阴极区溶液可能不变8（2023春广东汕头高二

19、金山中学校考期中）以熔融盐(、)为电解液，以石墨为阳极，电解和获取电池材料，下列说法正确的是A阳极上被还原B阴极发生的反应为C电解时，阳离子向阳极移动D理论上每生成电路中转移电子9（2022秋广西高二玉林市第一中学校考期末）用石墨作电极电解500 mL K2SO4和CuSO4的混合溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是A阳极析出0.1molCuB上述电解过程中共转移0.2 mol电子C往电解后得到的溶液加入0.1molCuO可恢复原来的浓度D电解后溶液中c(H)为0.4molL-110（2022春四川成都高二成都

20、外国语学校校考阶段练习）工业上利用电渗析法制取次磷酸钴Co(H2PO2)2的原理如图所示：已知：Co(H2PO2)2溶液在强碱性条件下通过自身催化发生氧化还原反应，可实现化学镀钴。下列说法正确的是Aa为电源的负极B阳极的电极反应：Co-2e-+2H2PO=Co(H2PO2)2C膜为阳离子交换膜，膜为阴离子交换膜DCo(H2PO2)2溶液化学镀钴过程中可能发生：Co2+H2PO+3OH-=Co+HPO+2H2O11（2023秋河北邯郸高二统考期末）用铂电极电解下列溶液，当耗电量相同时，阴极和阳极上同时都有气体产生，且溶液的pH下降的是ABCD12（2023春陕西渭南高二统考期末）用酸性氢氧燃料电

21、池电解苦卤水含、)的装置如图所示(、为石墨电极)。下列说法中，正确的是A电池工作时，正极反应式为：B忽略能量损耗，当电池中消耗时，极为阳极，理论上周围会产生C电解时，电子流动路径是：负极外电路阴极溶液阳极正极D电解时，电极周围首先放电的是而不是，说明当其他条件相同时前者的还原性强于后者二、填空题13（2023春四川绵阳高二三台中学校考阶段练习）电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.06.0，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，弃去浮渣层，即起到了浮选净化的作用。

22、某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计的装置示意图如图1所示。回答下列问题：(1)电解过程中，电解池阴极的电极反应式为 ；控制电流强度，可使电解池阳极同时发生两个电极反应：其中一个为，另一个电极反应式为 。(2)若电源为CH4燃料电池，KOH溶液为电解质溶液，则：负极的电极反应式为 。此电池工作较长的时间后，溶液的pH 。(填写“增大”，“减小”，“不变”)实验过程中，若在阴极产生了44.8L(标准状况)气体，则燃料电池理论上消耗CH4 L(标准状况)。14（2023秋广东揭阳高二统考期末）某化学兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合K时，观察到电流表的指针发生了偏转。请回答

23、下列问题。(1)甲装置的名称是 ，装置乙中Pt为 极。(2)石墨电极的电极反应式为 。(3)当甲中产生气体时，乙中产生的气体在标准状况下的体积为 L。(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，闭合K，一段时间后，乙中溶液的颜色 (填“变深”“变浅”或“无变化”)。(5)若乙中电极不变，将其溶液换成溶液，闭合K，一段时间后，乙中溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”)。15（2023春四川成都高二四川省成都市新都一中校联考期中）电化学原理在工农业生产中有重要应用。已知N2H4是一种重要的清洁高能燃料，根据如图所示装置回答下列问题(C1C6均为石墨电极，假设各装置在工作过程中溶液体积不变)

24、：(1)甲装置C2电极为 极(填“正”“负”“阳”或“阴”)，C1电极上的电极反应式为 。(2)乙装置 (填“是”或“不是”)电镀池，若乙装置中溶液体积为400 mL，开始时溶液pH为6，当电极上通过0.04 mol电子时，溶液pH约为 。(3)丙装置用于处理含高浓度硫酸钠的废水，同时获得硫酸、烧碱及氢气，膜X为 交换膜(填“阳离子”“阴离子”或“质子”)，当电极上通过0.04 mol电子时，中间硫酸钠废水的质量改变 g(假定水分子不能通过膜X和膜Y)。(4)电解一段时间后，丁装置的电解质溶液中能观察到的现象是 ，丁装置中电解反应的总化学方程式为 。16（2022秋河北邢台高二统考期末）随着科

25、学技术的发展，电化学已经渗透到我们生产生活的方方面面，几种生产生活中对电化学的应用的原理模型图如图所示：回答下列问题：(1)模型图甲戊中包含电解池装置的是 。(2)一种电化学制备的装置如图甲所示，其中质子传输陶瓷所起的作用是 ；Pd电极b的电极反应式为 。(3)我国科学家设计了一种能循环利用人体呼出的并提供的装置(如图乙所示)，总反应为。该装置的能量转化模式(涉及三种形式的能量转化)为 ；移向 (填“X”或“Y”)电极，该电极的产物为 (填化学式)。(4)如图丙所示，若a、b电极材料选择粗铜和纯铜。则该装置可应用于工业 ；若a、b电极选用惰性电极，电解硫酸铜溶液，当a电极产生2.24L(标准状况)气体时，停止电解，要使电解质溶液恢复到电解前的状态，则可加入 mol (填化学式)。