2018-2019學年高中化學 第04章 電化學基礎 專題4.3.1 電解原理試題 新人教版選修4.doc

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4-3-1 電解池（第一課時） 一、電解CuCl2溶液 1．實驗現(xiàn)象和結(jié)論 實驗現(xiàn)象 結(jié)論 電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 說明電解質(zhì)溶液在導電，形成閉合回路 與負極相連的石墨棒上覆蓋了一層________ 析出__________________ 與正極相連的石墨棒上有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，濕潤的碘化鉀淀粉試紙____________ 產(chǎn)生了_________________ 2．實驗原理分析 （1）通電前，Cu2+、H+、Cl?以及OH?在溶液中作____________________，通電時，在電場的作用下，這些離子改作____________________。即Cl?、OH?趨向___________________，Cu2+、H+趨向________。 （2）兩個電極上的反應和總反應： 陽極：___________________________(_______________反應)； 陰極：___________________________(_______________反應)； 總反應：___________________________________。 （3）結(jié)論：電解質(zhì)溶液的導電過程，就是電解質(zhì)溶液的_________________過程。 二、電解原理 1．電解 使電流通過_____________________而在兩個電極上引起____________________的過程。 2．電解池 （1）定義：將_________________轉(zhuǎn)化為__________________________的裝置。 （2）構(gòu)成： ①_________________________電源； ②_________________________溶液或熔融_____________________； ③兩個電極： 陽極：與電源______________相連的電極， 陰極：與電源______________相連的電極； ④形成_______________________________。 （3）電子流向：電子從電源的____________極沿導線流入電解池的_____________極，經(jīng)過陰、陽離子定向運動形成的內(nèi)電路，再從電解池的____________極流出，并沿導線流回電源的_____________極。 一、1．紅色物質(zhì) 金屬銅 變藍 氯氣 2．（1）自由運動 定向運動 陽極 陰極 （2）2Cl??2e?Cl2↑ 氧化 Cu2++2e?Cu 還原 CuCl2Cu+Cl2↑ （3） 電解 二、1．電解質(zhì)溶液 氧化還原反應 2．（1）電能 化學能 （2）①直流 ②電解質(zhì) 電解質(zhì) ③正極 負極 ④閉合回路 （3）負陰 陽 正 一、電解池陰陽極的判斷及電極反應式的書寫 1．陰、陽極的判斷 （1）由電源的正、負極判斷：與電源負極相連的是電解池的陰極；與電源正極相連的是電解池的陽極。 （2）由電極現(xiàn)象確定：通常情況下，在電解池中某一電極若不斷溶解或質(zhì)量不斷減少，則該電極發(fā)生氧化反應，為陽極；某一電極質(zhì)量不斷增加或電極質(zhì)量不變，則該電極發(fā)生還原反應，為陰極。 （3）由反應類型判斷：失去電子發(fā)生氧化反應的是陽極；得到電子發(fā)生還原反應的是陰極。 2．電解池中電極反應式和總反應式的書寫 陽極→電子流出→失去電子→發(fā)生氧化反應；陰極→電子流入→得到電子→發(fā)生還原反應。 以石墨電極電解CuCl2溶液為例： 陽極：2Cl－－2e－Cl2↑(氧化反應)；陰極：Cu2＋＋2e－Cu(還原反應)； 總反應：CuCl2Cu＋Cl2↑。 注意啦：以惰性電極電解電解質(zhì)水溶液，除了要考慮電解質(zhì)溶液外，還要注意增加水電離的H＋和OH?，并對離子分組排序，即陽離子放電順序和陰離子放電順序兩組。按照各組首先放電的離子書寫電極方程式，合并兩個電極反應式得出電解反應的總化學方程式或離子方程式。 按下圖裝置進行實驗，并回答下列問題： （1）判斷裝置的名稱：A池為________，B池為__________________________。 （2）銅極為________極，電極反應式為________________________________。 （3）B裝置中，C1與C2均為石墨棒，石墨棒C1為_______________________ 極，電極反應式為_______________________________________________， 石墨棒C2附近發(fā)生的實驗現(xiàn)象為_________________________。 【參考答案】（1）原電池　電解池 （2）正　Cu2＋＋2e－===Cu （3）陽　2Cl－－2e－===Cl2↑　有無色氣體產(chǎn)生；附近溶液出現(xiàn)紅色 【試題解析】左邊的裝置可以構(gòu)成一個原電池，那么右邊的裝置就是一個電解池。 （1）判斷裝置的名稱：A池為原電池，B池為電解池。 （2）銅比鋅的活潑性弱，所以銅做正極，Cu2＋在正極反應，電極反應為：Cu2+＋2e－===Cu。 （3）C1接原電池的正極，作陽極，C2接原電池的負極做陰極。C1作陽極，陰離子在陽極放電，Cl－的放電能力比OH－強，故C1的電極反應為：2Cl－－2e－＝Cl2↑；陽離子在C2放電，H＋的放電能力比K＋強，故C2的電極反應為：2H＋ ＋2e－===H2↑，H＋放電后陰極附近的OH－濃度增大，溶液顯堿性，溶液中滴有酚酞，那么溶液就會變紅，所以看到的現(xiàn)象有：有無色氣體產(chǎn)生；附近溶液出現(xiàn)紅色。 二、電解產(chǎn)物的判斷 1．陽極產(chǎn)物的判斷 ①若陽極由活性材料（除Pt、Au外的其他金屬）做成，則陽極反應是陽極金屬失去電子而被氧化成陽離子的反應； ②若陽極由C、Pt、Au等惰性材料做成，則陽極反應是電解液中的陰離子在陽極失去電子被氧化的反應。陰離子失去電子能力的大小順序為S2?＞I?＞Br?＞Cl?＞OH?＞含氧酸根離子。 2．陰極產(chǎn)物的判斷 陰極反應一般是溶液中的陽離子得到電子的還原反應，陽離子得到電子能力的大小順序為Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。 陰、陽離子的放電順序不是絕對化的，放電情況與離子性質(zhì)、溶液濃度、電流強度和電極材料有關。在理解以上放電順序時要特別注意，如Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋在H＋濃度較小時放電能力排在H＋前面，在H＋濃度較大時放電能力排在H＋后面。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只在熔融狀態(tài)下放電，而在水溶液里不放電。 將含有KCl、CuBr2、Na2SO4三種物質(zhì)的水溶液（均為不飽和溶液）用鉑電極進行電解，且電解時間足夠長。有以下結(jié)論：①溶液中幾乎沒有Br?；②電解質(zhì)溶液為無色；③最終溶液顯堿性；④K+、Na和的濃度幾乎沒有變化。正確的是（假設Cl2、Br2全部從溶液中逸出） A．①②③ B．僅③ C．①④ D．均正確 【解析】溶液中存在的陰離子有Cl?、Br?、、OH?，陽離子有K+、Cu2+、Na+、H+。用鉑電極電解足夠長時間，陰離子首先放電的是Br?，其次是Cl?，最后是OH?，在溶液中不放電；陽離子先放電的是Cu2+，其次是H+。所以先電解CuBr2，陽極逸出Br2，陰極析出Cu；當CuBr2電解完畢時，繼續(xù)電解，相當于電解HCl；當Cl?被耗盡時，繼續(xù)電解水。由于Cu2+轉(zhuǎn)化為銅單質(zhì)，故電解質(zhì)溶液變?yōu)闊o色；Cl?放電時，水電離出的H+放電，使溶液中的c(OH?)＞c(H+)；又由于水別耗盡，故c(K+)、c(Na+)、c()會增大。 【答案】A 三、用惰性電極作陽極電解酸、堿、鹽水溶液的規(guī)律 物質(zhì) 代表物 參加電解的物質(zhì) 陰極(區(qū))產(chǎn)物 陽極(區(qū))產(chǎn)物 溶液pH 的變化 酸 含氧酸 H2SO4、HNO3 H2O H2 O2 減小 無氧酸 (除HF) HCl HCl H2 Cl2 增大 堿 強堿 NaOH、KOH H2O H2 O2 增大 鹽 不活潑金屬的無氧酸鹽 CuCl2 CuCl2 Cu Cl2 增大(若考慮Cl2的溶解，則pH減小) 活潑金屬的 無氧酸鹽 NaCl NaCl、H2O H2、NaOH Cl2 減小 不活潑金屬的含氧酸鹽 CuSO4、AgNO3 CuSO4、H2O AgNO3、H2O Cu；Ag O2、H2SO4 O2、HNO3 增大 活潑金屬的 含氧酸鹽 K2SO4、NaNO3 KNO3、Na2SO4 H2O H2 O2 不變 歸納：（1）電解含氧酸、強堿和活潑金屬含氧酸鹽的水溶液，實際上都是電解水，即：2H2O2H2↑+O2↑ （2）電解無氧酸(HF除外)、不活潑金屬無氧酸的水溶液，就是電解溶質(zhì)本身。例如：2HClH2↑+Cl2↑；CuCl2 Cu+Cl2↑ （3）電解活潑金屬無氧酸鹽溶液時，電解的總化學方程式的通式可表示為：溶質(zhì)+H2OH2↑+堿+鹵素單質(zhì)X2(或S) （4）電解不活潑金屬含氧酸鹽的溶液時，電解的總化學方程式的通式可表示為：溶質(zhì)+H2OO2↑+酸+金屬單質(zhì) （5）電解時，若只生成H2，pH增大。若只生成O2，則pH減小。若同時生成H2和O2，則分為三種情況：電解酸的溶液，pH減??；電解堿的溶液，pH增大；電解鹽的溶液，pH不變。 用惰性電極電解CuCl2和NaCl的混合溶液，陰極和陽極上最先析出的物質(zhì)分別是 A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 【答案】B 【解析】移向陰極的離子有Cu2+和Na+，根據(jù)陰極放電順序可知Cu2+放電：Cu2++2e?Cu；移向陽極的離子為Cl?和OH?，根據(jù)陽極放電順序可知Cl?放電：2Cl??2e?Cl2↑，故陰極和陽極最先析出的物質(zhì)是Cu和Cl2。 四、電解質(zhì)溶液的恢復 解決電解質(zhì)溶液恢復原狀的問題，可以按照下面兩個步驟進行： （1）首先確定電極產(chǎn)物，如果是活性電極（金屬活動性順序中Ag以前的金屬），則電極材料失去電子，電極溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極，則應按照陰、陽離子在溶液中的放電順序進行判斷。 （2）恢復電解質(zhì)溶液，應遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則。一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的化合物。如用惰性電極電解CuSO4溶液，要恢復電解質(zhì)溶液，可向電解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3。但不能加入Cu(OH) 2，因Cu(OH)2能與生成的H2SO4反應使水的量增加。加入物質(zhì)的物質(zhì)的量需根據(jù)電路中的電子守恒進行計算。 用惰性電極電解硫酸銅溶液，整個過程轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量與產(chǎn)生氣體總體積的關系如圖所示(氣體體積均在相同狀況下測定)。欲使溶液恢復到起始狀態(tài)，可向溶液中加入 A．0.1 mol CuO B．0.1 mol CuCO3 C．0.1 mol Cu(OH)2 D．0.05 mol Cu2(OH)2CO3 【答案】D 【解析】根據(jù)圖像和電解原理，O～P段電解反應的化學方程式為：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，P～Q段電解反應的化學方程式為：2H2O2H2↑＋O2↑，所以溶液中應加入CuO： ＝0.1 mol，H2O：＝0.05 mol，分析四個選項，加入0.05 mol Cu2(OH)2CO3合適。 1．下列有關電解池的說法正確的是 A．在電解池中與外接電源負極相連的電極是陽極 B．無論電解何種物質(zhì)，陽極上失電子數(shù)都與陰極上得電子數(shù)相等 C．電解氯化銅溶液時，在陰極上有氣體生成 D．電解NaCl、CuCl2兩種溶液，參加反應的物質(zhì)是相同的 2．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)過一段時間后，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 3．電解CuCl2與NaCl的混合溶液，陰極上和陽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 4．如圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關判斷正確的是 A．a(chǎn)為負極，b為正極 B．a(chǎn)為陽極，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 5．用石墨作電極電解0.1 molL?1的NaCl溶液，通電一段時間后發(fā)現(xiàn)，相同條件下兩極收集的氣體體積之比為4∶3，下列說法正確的是 A．在電解后的溶液中注入一定量的濃鹽酸可以使溶液恢復到電解前狀態(tài) B．在電解后的溶液中通入標準狀況下的氯化氫氣體4.48 L，并注入0.2 mol水可以使溶液恢復到電解前狀態(tài) C．陰極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量是陽極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量的 D．陽極產(chǎn)生的氣體的平均摩爾質(zhì)量為58 g/mol 6．碘酸鉀在工業(yè)上可用電解法制取。以石墨和不銹鋼為電極，以KI溶液為電解液，在一定條件下電解，反應方程式為：KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列有關說法正確的是 A．電解時，石墨作陰極，不銹鋼作陽極 B．電解時，陽極反應是：I??6e?+3H2O+6H+ C．溶液調(diào)節(jié)至強酸性，對生產(chǎn)有利 D．電解過程中溶液的pH逐漸減小 7．電解原理在化學工業(yè)中有著廣泛的應用。下圖表示一個電解池示意圖，裝有電解質(zhì)溶液c；A、B分別是兩塊電極板，通過導線與直流電源相連。 （1）若A、B均是惰性電極，電解質(zhì)溶液c是NaCl飽和溶液，電解開始時，同時在U形管兩邊各滴入幾滴酚酞溶液，試判斷： ①a是　　　　(填“正”或“負”)極，B是　　　　(填“陰”或“陽”)極； ②電解池中A電極上發(fā)生的電極反應為　　　　　　　　，B電極上發(fā)生的電極反應為　　　　　　　??； ③檢驗A電極反應產(chǎn)物的方法是　 。 （2）若用電解法精煉粗銅，電解質(zhì)溶液c選用CuSO4溶液，則 ①A電極的材料是　　　　，電極反應為　　　　　　　　?。? ②B電極的材料是　　　　，電極反應為　　　　　　　　　。 （3）用惰性電極電解CuSO4溶液。若陰極上析出Cu的質(zhì)量為3.2 g，則陽極上產(chǎn)生的氣體在標準狀況下的體積為　　　??；常溫下，若將電解后的溶液稀釋至1 L，則溶液的pH約為　　　　。 1．【答案】B 【解析】與負極相連的是陰極。電解氯化銅時，陽極上有氯氣生成，陰極上有銅析出；電解NaCl溶液時，水參加了反應，而電解CuCl2溶液時，水沒有參加反應。 2．【答案】B 【解析】左圖為電解池，F(xiàn)e為陽極，陽極反應式為Fe－2e－===Fe2＋；Zn為陰極，陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，因此Ⅰ區(qū)域c(OH－)變大，堿性增強使酚酞變紅；右圖為原電池，F(xiàn)e為正極，正極反應式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，因此Ⅳ區(qū)域c(OH－)變大，堿性增強使酚酞變紅。 3．【答案】B 【解析】溶液中Cu2＋、H＋、Na＋移向陰極，Cu2＋先放電得到Cu；Cl－、OH－移向陽極，Cl－先放電得到Cl2。 4．【答案】C 5．【答案】D 【解析】分析電解過程，陽極產(chǎn)生氯氣，電極反應式為2Cl??2e?Cl2↑，陰極產(chǎn)生氫氣，電極反應式為2H2O+2e?H2↑+2OH?，根據(jù)電子守恒可知，氯氣和氫氣的體積相等，若兩極收集的氣體體積之比為4∶3，則說明發(fā)生了過度電解，假設電解過程中生成氯氣的物質(zhì)的量為a mol，則對應生成的氫氣的物質(zhì)的量也為 a mol，之后電解氫氧化鈉溶液的實質(zhì)是電解水，即陽極生成氧氣，陰極生成氫氣，二者的物質(zhì)的量之比為1∶2，故可分別設其為b mol和2b mol。根據(jù)題意得=，即b=。若要使電解后的溶液恢復至電解前狀態(tài)，則應向溶液中通入2a mol氯化氫氣體并注入2b mol(或a mol)水，即當n(HCl)∶n(H2O)=2∶1時，才有可能使溶液恢復到電解前狀態(tài)，B項錯誤。按照n(HCl)∶n(H2O)=2∶1配制所得到的鹽酸濃度遠遠大于濃鹽酸的濃度，故A項錯誤。陽極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量是陰極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量的，C項錯誤。陽極產(chǎn)生的氣體為a mol氯氣和 mol氧氣，則平均摩爾質(zhì)量為 g/mol =58 g/mol，D項正確。 6．【答案】B 【解析】電解時I?失電子生成，不銹鋼不能作陽極，A錯誤；陽極I?失電子生成，根據(jù)電子、電荷守恒、質(zhì)量守恒配平，B正確；溶液如果調(diào)節(jié)至強酸性，I?和在強酸性條件下會生成I2，對生產(chǎn)不利，C錯誤；電解一段時間，pH不變，D錯誤。 7．【答案】（1）①正 陰 ②2Cl??2e?Cl2↑ 2H++2e?H2↑ ③把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在A電極附近，試紙變藍(其他合理答案也可) （2）①粗銅 Cu?2e?Cu2+ ②精銅 Cu2++2e?Cu （3）0.56 L 1