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概念使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。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)電過程，就是電解質(zhì)溶液的電解過程。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Cu22e=Cu發(fā)生還原反應(yīng)陽極2Cl2e=Cl2發(fā)生氧化反應(yīng)總反應(yīng)CuCl2CuCl24.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極電源正極(2)離子流向陽離子電解池陰極陰離子電解池陽極知識點(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() Aa為負(fù)極，b為正極Ba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為陽極，與電源負(fù)極相連的d為陰極。在電解過程中，因?yàn)镃u2是陽離子，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，移向陽極c，在陽極放電析出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(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)，水沒有參加反應(yīng)。知識點(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極板處有無色、無味氣體放出。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CuSO4B石墨石墨負(fù)極NaOHC銀鐵正極AgNO3D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極放出的是無色無味的氣體，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)：陽極為Cu2e=Cu2，陰極為2H2e=H2。電解時(shí)總的化學(xué)反應(yīng)方程式為Cu2H2OCu(OH)2H2，陰極逸出a mol H2，水被電解了2a mol，根據(jù)溶解度知識，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2H2O2H2O2，陰極逸出a mol H2，水被電解了a mol。可見因一字之差(“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(方括號內(nèi)的物質(zhì))，能使溶液恢復(fù)到原來的成分和濃度的是()AAgNO3AgNO3 BNaOHH2OCKClKCl DCuSO4Cu(OH)2答案B解析A項(xiàng)：4AgNO32H2O4AgO24HNO3脫離反應(yīng)體系的物質(zhì)是4AgO2，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)：2H2O2H2O2脫離反應(yīng)體系的是2H2O2，相當(dāng)于2H2O，加入適量水可以復(fù)原。C項(xiàng)：2KCl2H2O2KOHH2Cl2脫離反應(yīng)體系的是H2Cl2，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)：2CuSO42H2O2H2SO42CuO2脫離反應(yīng)體系的是2CuO2，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定)。由此可知溶液可能是()A稀鹽酸 BKNO3溶液 CCuSO4溶液 D稀硫酸答案D解析陽極與陰極產(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)過一段時(shí)間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是()A和附近 B和附近 C和附近 D和附近答案B解析此題將電解知識與原電池知識融合在一起。要解決此問題，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為陽極，陽極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2；Zn為陰極，陰極反應(yīng)式為2H2e=H2，因此區(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2H2OO24e=4OH，因此區(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，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為12D電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為11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??；電解稀NaOH溶液，雖然OH在陽極放電，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，在陰極和陽極分別析出H2和O2，二者的物質(zhì)的量之比為21，而非12；電解CuCl2溶液，在陰、陽兩極上分別析出Cu和Cl2，二者的物質(zhì)的量之比為11。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()AH2和Cl2 BCu和Cl2 CH2和O2 DCu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()A35.5108 B16207 C81 D10835.5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，AgCl=AgCl、Pb2SO=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2H2O2H2O2。氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為m(O2)m(H2)(1 mol32 gmol1)(2 mol2 gmol1)81，即C項(xiàng)正確。5下列說法正確的是()電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程電解是化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的過程電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化，金屬導(dǎo)電是物理變化不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過電解的原理可以實(shí)現(xiàn)任何溶液被電解時(shí)，必然導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生A B C D答案D解析從能量角度看，電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程，故對、錯(cuò)；電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，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、對；某些不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過電解的原理供給電能也可以實(shí)現(xiàn)，故對。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()A1 molL1 B2 molL1 C3 molL1 D4 molL1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；陽極是OH放電生成氧氣。n(H2)n(O2)2.24 L/22.4 Lmol10.1 mol，由電子守恒得n(Cu2)2n(H2)2n(O2)4，即：c(Cu2)0.1 L20.1 mol20.1 mol4，解得：c(Cu2)1 molL1。本題考查陽離子在陰極的放電順序：Cu2H。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。則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為()A0.1 mol B0.2 mol C0.3 mol D0.4 mol答案D解析由電解CuSO4溶液的反應(yīng)的化學(xué)方程式2CuSO42H2O2CuO22H2SO4知，電解過程中只析出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，說明電解過程中不僅有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 CuO0.1 mol Cu0.2 mol e，0.1 mol H2O0.1 mol H20.2 mol e，共計(jì)0.4 mol e。8鉛蓄電池的工作原理為PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。研讀下圖，下列判斷不正確的是()AK閉合時(shí)，d電極反應(yīng)式：PbSO42H2O2e=PbO24HSOB當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時(shí)，中消耗的H2SO4為0.2 molCK閉合時(shí)，中SO向c電極遷移DK閉合一段時(shí)間后，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；中的電極均為PbSO4，應(yīng)為電解池，c極為陰極，d極為陽極。A項(xiàng)：K閉合時(shí)，d極發(fā)生氧化反應(yīng)：PbSO42H2O2e=PbO24HSO，正確；B項(xiàng)：電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時(shí)，中消耗0.2 mol H2SO4和0.1 mol Pb，正確；C項(xiàng)：中SO向陽極(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 molL1 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，試說明電解過程中CuSO4溶液的濃度_(填“增大”、“減小”或“不變”)。(2)若陽極為純鋅，陰極為銅片，陽極反應(yīng)式是_。(1) 若陽極為純鋅，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通過時(shí)，陰極增重_g，陰極上的電極反應(yīng)式是_。答案(1)不變(2)Zn2e=Zn2 (3)1.28Cu22e=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，電解過程中電解質(zhì)溶液的濃度不變。(2)陽極為純鋅，為活潑金屬，通電電解時(shí)，鋅發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn2e=Zn2。(3)若陽極為純鋅，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)：Cu22e=Cu。當(dāng)電路中有0.04 mol電子通過時(shí)，有0.04 mol/264 gmol11.28 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。回答：(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)Ag2.16(3)21 (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)：2H2O2H2O2，V(H2)V(O2)21。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 mL224 mL，為0.01 mol；V(O2)336 mL112 mL，為0.005 mol。說明電路上有0.02 mol電子，因此在b極(Pt、陰極)產(chǎn)生Ag：0.02 mol108 gmol12.16 g，即0.02 mol的Ag。則n(e)n(Ag)n(O2)n(H2)0.020.020.0050.01221。由Ag(陽)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 gmol10.18 g，則5.00%x5.02%(x0.18)，解得x45.18 g。