2018年高中化學(xué) 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 第1課時(shí) 電解原理學(xué)案 新人教版選修4.doc

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第1課時(shí)　電解原理 [目標(biāo)要求]　1.理解電解原理，初步掌握一般電解反應(yīng)產(chǎn)物的判斷方法。2.掌握電解電極反應(yīng)方程式的書寫。3.了解電解反應(yīng)的一般規(guī)律。 一、電解 1．概念 使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。 2．特點(diǎn) (1)電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段，是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的。 (2)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程，就是電解質(zhì)溶液的電解過(guò)程。 二、電解池 1．定義 把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的裝置。 2．形成條件 (1)直流電源； (2)兩個(gè)電極：與電源正極相連的一極是陽(yáng)極；與電源負(fù)極相連的一極是陰極； (3)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)； (4)形成閉合回路。 3．裝置及電極反應(yīng) 以電解CuCl2溶液為例 (1)裝置 (2)電極反應(yīng) 陰極 Cu2＋＋2e－===Cu發(fā)生還原反應(yīng) 陽(yáng)極 2Cl－－2e－===Cl2發(fā)生氧化反應(yīng) 總反應(yīng) CuCl2Cu＋Cl2↑ 4.電子流向和離子流向 (1)電子流向 電源負(fù)極―→電解池陰極 電解池陽(yáng)極―→電源正極 (2)離子流向 陽(yáng)離子―→電解池陰極 陰離子―→電解池陽(yáng)極 　　　　　　　　　　　　　　　　　 知識(shí)點(diǎn)一　電解池 1.如圖是電解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(chǎn)為負(fù)極，b為正極 B．a(chǎn)為陽(yáng)極，b為陰極 C．電解過(guò)程中，d電極質(zhì)量增加 D．電解過(guò)程中，氯離子濃度不變 答案　C 解析　電流從電源的正極流出，故a為電源的正極，b為負(fù)極；與電源正極相連的c為陽(yáng)極，與電源負(fù)極相連的d為陰極。在電解過(guò)程中，因?yàn)镃u2＋是陽(yáng)離子，移向陰極d，在陰極放電析出Cu，所以d電極質(zhì)量增加；Cl－是陰離子，移向陽(yáng)極c，在陽(yáng)極放電析出Cl2，導(dǎo)致溶液中氯離子濃度降低。 2．下列有關(guān)電解池的說(shuō)法正確的是(　　) A．在電解池中與外接電源負(fù)極相連的電極是陽(yáng)極 B．無(wú)論電解何種物質(zhì)，陽(yáng)極上失電子數(shù)都與陰極上得電子數(shù)相等 C．電解氯化銅溶液時(shí)，在陰極上有氣體生成 D．電解NaCl、CuCl2兩種溶液，參加反應(yīng)的物質(zhì)是相同的 答案　B 解析　與負(fù)極相連的是陰極。電解氯化銅時(shí)，陽(yáng)極上有氯氣生成，陰極上有銅析出；電解NaCl溶液時(shí)，水參加了反應(yīng)，而電解CuCl2溶液時(shí)，水沒(méi)有參加反應(yīng)。 知識(shí)點(diǎn)二　電解原理 3．如圖所示，X、Y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加，b極板處有無(wú)色、無(wú)味氣體放出。符合這一情況的是附表中的(　　) a極板 b極板 X電極 Z溶液 A 鋅 石墨 負(fù)極 CuSO4 B 石墨 石墨 負(fù)極 NaOH C 銀 鐵 正極 AgNO3 D 銅 石墨 負(fù)極 CuCl2 答案　A 解析　由題意知，通電后a極板質(zhì)量增加，說(shuō)明有金屬析出，由此可知，a極為電解池的陰極，則X為電源負(fù)極，B、C均不符合；又b極放出的是無(wú)色無(wú)味的氣體，可淘汰D。 4．在25℃時(shí)，將2個(gè)銅電極插入到一定的Na2SO4飽和溶液中，通直流電電解并不斷攪拌，當(dāng)陰極上收集到a mol氣體時(shí)，溶液中析出了b mol的結(jié)晶水合物Na2SO410H2O，若保持溫度不變，則所剩溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是(　　) A. B. C. D. 答案　C 解析　電解發(fā)生的電極反應(yīng)：陽(yáng)極為Cu－2e===Cu2＋，陰極為2H＋＋2e===H2↑。電解時(shí)總的化學(xué)反應(yīng)方程式為Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑，陰極逸出a mol H2，水被電解了2a mol，根據(jù)溶解度知識(shí)，不難求出答案為C。如果將題中的銅電極換作鉑電極，只改一個(gè)字，其電解的總反應(yīng)方程式即為2H2O2H2↑＋O2↑，陰極逸出a mol H2，水被電解了a mol?？梢?jiàn)因一字之差(“銅”與“鉑”)，答案各異。由此再次強(qiáng)調(diào)提高審題的準(zhǔn)確性是多么的必要。 知識(shí)點(diǎn)三　電解規(guī)律應(yīng)用 5．用惰性電極電解下列溶液一段時(shí)間后再加入一定量的某種純凈物(方括號(hào)內(nèi)的物質(zhì))，能使溶液恢復(fù)到原來(lái)的成分和濃度的是(　　) A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O] C．KCl[KCl] D．CuSO4[Cu(OH)2] 答案　B 解析　A項(xiàng)：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3脫離反應(yīng)體系的物質(zhì)是4Ag＋O2，相當(dāng)于2Ag2O，所以應(yīng)當(dāng)加入適量Ag2O才能復(fù)原。(加入AgNO3，會(huì)使NO的量增加)；B項(xiàng)：2H2O2H2↑＋O2↑　脫離反應(yīng)體系的是2H2＋O2，相當(dāng)于2H2O，加入適量水可以復(fù)原。C項(xiàng)：2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑　脫離反應(yīng)體系的是H2＋Cl2，相當(dāng)于2HCl，應(yīng)通入適量HCl氣體才能復(fù)原。(加入鹽酸時(shí)，同時(shí)也增加了水)　D項(xiàng)：2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑　脫離反應(yīng)體系的是2Cu＋O2，相當(dāng)于2CuO，加入適量CuO可以復(fù)原。 6．用鉑作電極電解某種溶液，通電一段時(shí)間后，溶液的pH變小，并且在陽(yáng)極得到0.56 L氣體，陰極得到1.12 L氣體(兩種氣體均在相同條件下測(cè)定)。由此可知溶液可能是(　　) A．稀鹽酸 B．KNO3溶液 C．CuSO4溶液 D．稀硫酸 答案　D 解析　陽(yáng)極與陰極產(chǎn)生的氣體體積比為＝，相當(dāng)于電解水，pH變小說(shuō)明電解了含氧酸。 練基礎(chǔ)落實(shí) 1．把鋅片和鐵片放在盛有稀食鹽水和酚酞試液混合溶液的玻璃皿中(如圖所示平面圖)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是(　　) A．Ⅰ和Ⅲ附近 B．Ⅰ和Ⅳ附近 C．Ⅱ和Ⅲ附近 D．Ⅱ和Ⅳ附近 答案　B 解析　此題將電解知識(shí)與原電池知識(shí)融合在一起。要解決此問(wèn)題，必須要從概念、模型、電極名稱、電極反應(yīng)式等方面去區(qū)分，這些知識(shí)都弄清楚了，才能順利解答此題，達(dá)到“在應(yīng)用中理解、在理解中應(yīng)用”的效果。左圖為電解池，F(xiàn)e為陽(yáng)極，陽(yáng)極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋；Zn為陰極，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，因此Ⅰ區(qū)域c(OH－)變大，堿性增強(qiáng)使酚酞變紅；右圖為原電池，F(xiàn)e為正極，正極反應(yīng)式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，因此Ⅳ區(qū)域c(OH－)變大，堿性增強(qiáng)使酚酞變紅。 2．用惰性電極實(shí)現(xiàn)電解，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．電解稀硫酸溶液，實(shí)質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變 B．電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH－，故溶液pH減小 C．電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽(yáng)極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2 D．電解氯化銅溶液，在陰極上和陽(yáng)極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1 答案　D 解析　電解稀H2SO4，其實(shí)質(zhì)是電解水，因溶劑減少，H2SO4濃度將增大，故溶液的pH變小；電解稀NaOH溶液，雖然OH－在陽(yáng)極放電，但H＋同時(shí)也在陰極放電，其實(shí)質(zhì)同樣是電解水，溶液的濃度也將變大，故溶液的pH變大；電解Na2SO4溶液，其實(shí)質(zhì)也是電解水，在陰極和陽(yáng)極分別析出H2和O2，二者的物質(zhì)的量之比為2∶1，而非1∶2；電解CuCl2溶液，在陰、陽(yáng)兩極上分別析出Cu和Cl2，二者的物質(zhì)的量之比為1∶1。 3．電解CuCl2與NaCl的混合溶液，陰極上和陽(yáng)極上最先析出的物質(zhì)為(　　) A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 答案　B 解析　溶液中Cu2＋、H＋、Na＋移向陰極，Cu2＋先放電得到Cu；Cl－、OH－移向陽(yáng)極，Cl－先放電得到Cl2。 4．在水中加等物質(zhì)的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，該溶液放在用惰性電極作電極的電解槽中，通電片刻，則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物質(zhì)量比為(　　) A．35.5∶108 B．16∶207 C．8∶1 D．108∶35.5 答案　C 解析　溶液中的六種離子，有四種發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，Ag＋＋Cl－===AgCl↓、Pb2＋＋SO===PbSO4↓，最后溶液就成了NaNO3溶液；而電解NaNO3溶液，實(shí)質(zhì)上就是電解水，電解方程式為2H2O2H2↑＋O2↑。氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為m(O2)∶m(H2)＝(1 mol32 gmol－1)∶(2 mol2 gmol－1)＝8∶1，即C項(xiàng)正確。 5．下列說(shuō)法正確的是(　　) ①電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過(guò)程?、陔娊馐腔瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的過(guò)程?、垭娊赓|(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化，金屬導(dǎo)電是物理變化?、懿荒茏园l(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過(guò)電解的原理可以實(shí)現(xiàn)?、萑魏稳芤罕浑娊鈺r(shí)，必然導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生 A．①②③④ B．②③⑤ C．③④ D．①③④⑤ 答案　D 解析　從能量角度看，電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過(guò)程，故①對(duì)、②錯(cuò)；電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程，必將伴隨著兩個(gè)電極上氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)生成新的物質(zhì)，故③、⑤對(duì)；某些不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過(guò)電解的原理供給電能也可以實(shí)現(xiàn)，故④對(duì)。所以D選項(xiàng)符合題意。 練方法技巧 6．在100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液中，用石墨作電極進(jìn)行電解，兩極均收集到2.24 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則原混合溶液中Cu2＋的物質(zhì)的量濃度為(　　) A．1 molL－1 B．2 molL－1 C．3 molL－1 D．4 molL－1 答案　A 解析　兩極均收集到氣體時(shí)，陰極是Cu2＋放電后，H＋又放電生成氫氣；陽(yáng)極是OH－放電生成氧氣。n(H2)＝n(O2)＝2.24 L/22.4 Lmol－1＝0.1 mol，由電子守恒得n(Cu2＋)2＋ n(H2)2＝n(O2)4，即：c(Cu2＋)0.1 L2＋0.1 mol2＝0.1 mol4，解得：c(Cu2＋)＝1 molL－1。本題考查陽(yáng)離子在陰極的放電順序：Cu2＋>H＋。 7．用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時(shí)間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH。則電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為(　　) A．0.1 mol B．0.2 mol C．0.3 mol D．0.4 mol 答案　D 解析　由電解CuSO4溶液的反應(yīng)的化學(xué)方程式2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4知，電解過(guò)程中只析出Cu和放出O2，故電解后加入CuO就可以復(fù)原。但本題提示加入0.1 mol Cu(OH)2可以復(fù)原，說(shuō)明電解過(guò)程中不僅有CuSO4被電解，還有H2O被電解。0.1 mol Cu(OH)2相當(dāng)于0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，由電子守恒0.1 mol CuO～0.1 mol Cu～0.2 mol e－，0.1 mol H2O～0.1 mol H2～0.2 mol e－，共計(jì)0.4 mol e－。 8．鉛蓄電池的工作原理為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。研讀下圖，下列判斷不正確的是(　　) A．K閉合時(shí)，d電極反應(yīng)式：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO B．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時(shí)，Ⅰ中消耗的H2SO4為0.2 mol C．K閉合時(shí)，Ⅱ中SO向c電極遷移 D．K閉合一段時(shí)間后，Ⅱ可單獨(dú)作為原電池，d電極為正極 答案　C 解析　當(dāng)K閉合時(shí)，裝置Ⅰ中的電極為Pb和PbO2，應(yīng)為原電池，b極(Pb)作負(fù)極，a極(PbO2)作正極；Ⅱ中的電極均為PbSO4，應(yīng)為電解池，c極為陰極，d極為陽(yáng)極。A項(xiàng)：K閉合時(shí)，d極發(fā)生氧化反應(yīng)：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，正確；B項(xiàng)：電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時(shí)，Ⅰ中消耗0.2 mol H2SO4和0.1 mol Pb，正確；C項(xiàng)：Ⅱ中SO向陽(yáng)極(d極)遷移，錯(cuò)誤；D項(xiàng)：K閉合一段時(shí)間后，c極表面生成Pb，d極表面生成PbO2，裝置Ⅱ可單獨(dú)作為原電池，d電極為正極，正確。 練綜合拓展 9．在50 mL 0.2 molL－1 CuSO4溶液中插入兩個(gè)電極，通電電解(不考慮水分蒸發(fā))。則： (1)若兩極均為銅片，試說(shuō)明電解過(guò)程中CuSO4溶液的濃度________(填“增大”、“減小”或“不變”)。 (2)若陽(yáng)極為純鋅，陰極為銅片，陽(yáng)極反應(yīng)式是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (1) 若陽(yáng)極為純鋅，陰極為銅片，如不考慮H＋在陰極上放電，當(dāng)電路中有0.04 mol e－通過(guò)時(shí)，陰極增重________g，陰極上的電極反應(yīng)式是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)不變　(2)Zn－2e－===Zn2＋ (3)1.28　Cu2＋＋2e－===Cu 解析　(1)兩極均為銅片，電解液為CuSO4溶液，這是一個(gè)電鍍裝置，電解過(guò)程中電解質(zhì)溶液的濃度不變。 (2)陽(yáng)極為純鋅，為活潑金屬，通電電解時(shí)，鋅發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn－2e－===Zn2＋。 (3)若陽(yáng)極為純鋅，陰極為銅片，不考慮H＋在陰極上放電，則陰極反應(yīng)為Cu2＋得電子的還原反應(yīng)：Cu2＋＋2e－===Cu。當(dāng)電路中有0.04 mol電子通過(guò)時(shí)，有0.04 mol/264 gmol－1＝1.28 g銅析出。 10．下圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極，電極c、d都是石墨電極。通電一段時(shí)間后，在c、d兩極上共收集到336 mL (標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體?；卮穑? (1)直流電源中，M為__________極。 (2)Pt電極上生成的物質(zhì)是________，其質(zhì)量為__________________________g。 (3)電源輸出的電子，其物質(zhì)的量與電極b、c、d分別生成的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2∶______∶______∶________。 (4)AgNO3溶液的濃度________(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，AgNO3溶液的pH______，硫酸的濃度___________________________________，硫酸的pH________。 (5)若硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5.00%變?yōu)?.02%，則原有5.00%的硫酸________g。 答案　(1)正　(2)Ag　2.16　(3)2　　1 (4)不變　不變　增大　減小　(5)45.18 解析　電解5.00%的稀硫酸溶液，實(shí)際上是電解其中的水。因此在該電解池中發(fā)生反應(yīng)：2H2O2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。據(jù)此可確定d極為陰極，則電源的N極為負(fù)極，M極為正極。在336 mL氣體中，V(H2)＝336 mL＝224 mL，為0.01 mol；V(O2)＝336 mL＝112 mL，為0.005 mol。說(shuō)明電路上有0.02 mol電子，因此在b極(Pt、陰極)產(chǎn)生Ag：0.02 mol108 gmol－1＝2.16 g，即0.02 mol的Ag。則n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶∶1。由Ag(陽(yáng))電極、Pt(陰)電極和AgNO3溶液組成的電解池，在通電一定時(shí)間后，在Pt電極上放電所消耗溶液中Ag＋的物質(zhì)的量等于Ag電極被還原給溶液補(bǔ)充的Ag＋的物質(zhì)的量，因此AgNO3溶液的濃度不變，溶液的pH也不變。電解5.00%的稀硫酸溶液時(shí)，由于其中的水發(fā)生電解，因此硫酸的濃度增大，H＋的濃度增大，故溶液的pH減小。設(shè)原5.00%的硫酸為x g，電解時(shí)消耗水0.01 mol18 gmol－1＝0.18 g，則5.00%x＝5.02%(x－0.18)，解得x＝45.18 g。