高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四章 电化学基础第三节 电解池导学案

电解池

1. 了解电解、电解池的概念，会描述电解池的工作原理。
2. 能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。

3.理解并掌握电解规律和电解产物的判断方法，理解并掌握电解饱和食盐水、电镀、电解精炼

铜，电冶金的原理，会书写电极反应式及化学方程式。

4.学会电解的有关计算。

一、电解原理

1．写出下列物质的电离方程式。

(1)H2SO4　 H2SO4===2H＋＋SO42－

(2)NaCl　 ____NaCl===Na＋＋Cl－ 

(3)CuSO4　 _CuSO4===Cu2＋＋SO42－ 

(4)H2O　  H2O==H++OH-

2．(1)金属Zn、Fe、Cu的还原性逐渐_减弱，Zn2＋、Fe2＋、Cu2＋的氧化性逐渐_增强 ，即得电子能力逐渐_增强 。

(2)Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱，Cl－、Br－、I－的还原性逐渐增强  ，即失电子的能力逐渐增强 。

3．判断下列说法的正误

 (1)金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动      ( √    )

 (2)电解质是在熔融或溶于水时能够导电的物质       (  ×  )

 (3)金属导电是物理变化，电解质溶液导电是化学变化   ( √   )

 (4)硫酸铜溶于水后，能发生电离产生自由移动的Cu2＋和SO42－ ( √   )

 (5)氯化钠溶液中只存在Na＋和Cl－             (  ×   )

4. 电解池:将电能转化为化学能的装置。
5. 它的构成条件:①外接电源；②电解质溶液(或熔融盐)；③两个电极；④形成闭合回路。

6.电解池的工作原理:接通外界电流后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。

规律方法

(1)根据电源正、负极、离子移动方向、发生反应的类型判断，具体如下：

(2)依据电极质量变化——如果电极质量减轻，它一定是阳极；如果质量增加，它一定是阴极。

(3)依据电极产物——如果电极上析出Cl2或O2，它一定是阳极；如果电极上产生H2，它一定是阴极。

(4)依据溶液变化——如果电解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)时某极附近溶液能使酚酞呈红色，则它是阴极(H＋放电，OH－浓度增大)。

7.电解时溶液中的离子有多种，判断多种离子在溶液中的电解产物及放电顺序(电极为惰性电极，如C、Pt或Au等)

(1)思维程序：写电离方程式―→找全离子分成两

(2)阳极上阴离子的放电顺序为：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。

(3)阴极上阳离子的放电顺序为：K＋＜Ca2＋＜Na＋＜Mg2＋＜Al3＋＜(H＋浓度较小时)＜Zn2＋＜Fe2＋＜Sn2＋＜Pb2＋＜(H＋浓度较大时)＜Cu2＋＜Fe3＋＜Hg2＋＜Ag＋。

二、酸、碱、盐的电解规律

1．有下列两组离子：①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋；②Cl－、 I－、SO42－、OH－。电解时，移向阳极的是_②_，放电先后顺序是I－＞Cl－＞OH－＞SO42－；移向阴极的是①，放电先后顺序是Ag＋＞Cu2＋＞H＋＞Na＋。

2．用惰性电极电解酸、碱、盐溶液，填写下表：

1.  电解水型(惰性电极)的，一段时间后，电解质溶液的浓度一定增大吗？试举例说明。

 答案　不一定，如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后，会析出硫酸钠晶体，剩余溶液还是该温度下的饱和溶液，此时电解质溶液浓度保持不变。

2．电解盐酸，一段时间后，加入浓盐酸能使电解质溶液复原，这种认识对吗？为什么？

 答案　这种认识不对，应加入阳极产物和阴极产物的化合物，即通入HCl气体，若加入浓盐酸，会低于原来的浓度。

4．电解CuSO4溶液(惰性电极)，有的同学认为只有加入CuO才能使原溶液复原，而有的同学认为加入Cu(OH)2也能复原，你是怎样认为的？

 答案　加入CuO、Cu(OH)2均可以使电解质溶液复原，若Cu2＋没有完全放电，要使电解质溶液复原，必须加入CuO或CuCO3；若Cu2＋完全放电后，又电解了一段时间，此时实质是电解水，应加入CCu(OH)2或Cu2(OH)2CO3才能使原电解质溶液复原。

三、电解原理的应用

1．电解饱和食盐水

(1)电极反应：

阳极：发生氧化反应，电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑。

阴极：发生还原反应，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑ 。

(2)总反应式：

化学方程式：

离子方程式：

工业上习惯把电解饱和食盐水叫做氯碱工业。

电解饱和食盐水时阴极区溶液变红，检验阳极产物 

　(1)因为电解饱和食盐水时，由于H＋在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水的继续电离，结果阴极区溶液中的OH－的浓度增大而呈碱性。

 (2)把湿润的KI淀粉试纸靠近阳极“U”形管口，若变蓝，证明有Cl2产生。

2．电镀

(1)根据图示，书写电极反应式：

阳极：Cu-2e－===Cu2＋

阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。

(2)电镀的概念是应用电化学原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

(3)电镀池的构成：一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；待镀金属制品_与直流电源的负极相连，作阴极。

(4)电镀的目的主要是增强金属抗腐蚀能力，增强美观和表面硬度。

3．电解精炼铜

电解精炼铜时，粗铜中的Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质：

  当粗铜在阳极不断溶解时，位于金属活动顺序表中铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋。但是Zn2＋、Ni2＋、Fe2＋比Cu2＋更难被还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序表中铜之后的金属如银、金等杂质，因为失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，而是以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。

4．电冶金

(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－===M。

 (2)电解熔融的氯化钠可制取金属钠：

 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑

 阴极反应式：2Na＋＋2e－===2Na

 总反应：

5．冶炼镁和铝，写出电极反应式。

 在工业上用电解熔融的MgCl2，熔融的Al2O3的方法制得镁和铝，其电极反应式分别为：

 冶炼镁　阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑

 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg

 冶炼铝　阳极：6O2－－12e－===3O2↑

 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。

四、电解的有关计算

有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：

(1)得失电子守恒法计算：用于串联电路、根据通过阴阳两极的电量相等进行计算。

(2)总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。

(3)关系式计算：借助得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的关系式进行计算。

1．将两支惰性电极插入下列电解质溶液中，电解一段时间，回答下列问题。

(1)Na2SO4溶液，当阳极上生成a mol气体时，转移电子数为________，阴极生成的气体的物质的量为________。

答案　4a NA　2a mol

(2)NaCl溶液，100 mL的NaCl溶液，当pH＝13时，转移电子的物质的量为________。

答案　0.01 mol

知识点一：1．突破电解池中阴、阳极的判断

例1．判断下列各电解池的阴极，标注在装置示意图上

解析　①依据电源符号，易判断出B为阴极；②依据电流方向，易判断出C为阴极；③依据E电极溶液变红色的现象可知，E为阴极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑；④中装置本质上为电解水型，再依据试管中气体的多少可知，H为阴极，电解产生的氢气是G中氧气的2倍。

答案　①B为阴极　②C为阴极　③E为阴极　④H为阴极

知识点二：电解池中电极反应式的书写

例2.根据下装置图书写电极反应式和总反应离子方程式。

解析：方法技巧电解池电极反应式及电解总反应式书写技能

(1)先判断出阴、阳极；再看阳极材料。(若为除Pt、Au外的金属，则先氧化溶解)

(2)再依据阴、阳离子的放电顺序书写电极反应式；最后写电解总反应式。(注意溶液中H＋和OH－)

提醒：注意判断阳极溶解生成的阳离子是否和介质中的阴离子发生反应。

知识点三：“突破电解池串联”的有关计算

例3． 如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：

(1)电源中X极是________(填“正”或“负”)极。

(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝________。

(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的pH为_____。

解析　(1)铜极增重，说明银在铜极上析出，则铜极为阴极，X为负极。

答案　(1)负　(2)0.025 mol·L－1　(3)13

知识点四：电解原理的“不寻常”应用

例4.　工业上为了处理有Cr2O72－的酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水中加入适量NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准。请回答下列问题：

(1)两极发生反应的电极反应式

(2)写出Cr2O72－变为Cr3＋的离子方程式：_________________

(3)工业废水由酸性变为碱性的原因是____________________

(4)________(填“能”或“不能”)改用石墨作电极，原因是

_____________________________________________________

解析　阳离子：Na＋、H＋，H＋在阴极上放电，由于Fe作阳极，所以铁被电解生成Fe2＋，Fe2＋具有还原性，而Cr2O72－具有强氧化性，二者在酸性条件下反应，Fe2＋被氧化为Fe3＋，Cr2O72－被还原成Cr3＋，由于溶液中碱性不断增强，生成Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀，降低铬元素的污染。

答案　(1)Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑

(2)Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

(3)H＋不断放电，Cr2O72－与Fe2＋的反应中消耗H＋，打破了水的电离平衡，使溶液中c(OH－)＞c(H＋)

(4)不能　用石墨作电极，阳极产生Cl2或O2，得不到Fe2＋，缺少还原剂，不能使Cr2O72－→Cr3＋→Cr(OH)3↓从而除去Cr2O72－

【基础演练】

1．关于原电池、电解池的电极名称，下列说法错误的是    (　　)

A．原电池中失去电子的一极为负极

B．电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极

C．原电池中相对活泼的一极为正极

D．电解池中发生氧化反应的一极为阳极

答案　C

2．有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是      (　　)

A．甲中负极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B．乙中阳极反应式为Ag＋＋e－===Ag

C．丙中H＋向碳棒方向移动

D．丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体

答案　C

3．(2015年高三一轮复习）下图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是：（    ）

A．分子组成为Cm(H2O)n的物质一定是糖类

B．微生物所在电极区放电时发生还原反应

C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区

D．正极反应式为：MnO2＋4H+＋2e—＝Mn2＋＋2H2O

答案   D

4．用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有                                                                      (　　)

①该溶液的pH可能增大；②该溶液的pH可能减小；

③该溶液的pH可能不变；④该溶液的浓度可能增大；

⑤该溶液的浓度可能不变；⑥该溶液的浓度可能减小

A．①②③        B．①②③④

C．①②③④⑤       D．全部

答案　C

【巩固提高】

5．（2016高三复习专题）关于下列装置的说法正确的是（    ）

A．装置①中盐桥内的K+移向CuSO4溶液

B．装置①将电能转变为化学能

C．若装置②用于铁棒镀铜，则N极为铁棒

D．若装置②用于电解精炼铜，溶液中的Cu2+浓度保持不变

答案：A

6.如图发生电解，已知电解不久后B电极附近溶液出现浅红色，试判断甲、乙、丙的阴、阳极。

答案　A——阳极　B——阴极　C——阳极　D——阴极　E——阳极　F——阴极

7．(2016高考考点突破练习）在如图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L－1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L－1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g，则

(1)电源E为________极，F为________极。

(2)A极的电极反应式为____________________________，析出物质________mol。

(3)B极的电极反应式为____________________________，析出气体________mL(标准状况)。

(4)C极的电极反应式为____________________________，析出的物质________mol。

(5)D极的电极反应式为____________________________，析出气体________mL(标准状况)。

(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，________(填“A”或“B”)极附近变红，如果继续电解，在甲烧杯中最终得到________溶液。

答案  (1)负　正   (2)4Ag＋＋4e－===4Ag　0.025     (3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　140

(4)Cu2＋＋2e－===Cu　0.012 5       (5)2Cl－－2e－===Cl2↑　280    (6)B　HNO3

8.电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3－的原理如下图所示。

①电源正极为________(填“A”或“B”)，阴极反应式为

 ________________________________________________。

②若电解过程中转移了2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为________g。

答案　①A　NO3－＋6H2O＋10 e－===N2↑＋12OH－　②14.4

1．电解池中，阳极的电极材料一定          (　　)

A．发生氧化反应       B．与电源正极相连

C．是铂电极        D．得电子

答案　B

2．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的应有              (　　)

①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑    ②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑

③2Cl－＋2H＋H2↑＋Cl2↑         ④2H2O2H2↑＋O2↑

A．①②③            B．①②④            C．②③④           D．②④

答案　D

3. 如图所示，铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里，电流表中有电流通过，则下列说法正确的是                            (　　)

A．锌片是负极

B．两个铜片上都发生氧化反应

C．石墨是阴极

D．两个番茄都形成原电池

答案　A

4．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是   (　　)

A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2

B．NaOH、CuSO4、H2SO4

C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2

D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2

答案　C

5．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是       (　　)

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色

D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

答案　B

6．如图所示：a、b、c、d均为铂电极，供选择的四组电解质溶液列表中，电解时要求满足的条件是①通电一段时间后，甲、乙两池的pH均下降，②电极a、c上得到电子形成的原子个数比为1∶2，则电解液的编号正确的是              (　　)

答案　C

7．(2013·天津)为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：

电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)

电解池：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑

电解过程中，以下判断正确的是(　　)

答案　D

7. 电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，请回答以下问题：

(1)电解池中X极上的电极反应式为______________。

在X极附近观察到的现象是_____________________

(2)Y电极上的电极反应式为_________________________________________，

检验该电极反应产物的方法是_______________________________________

答案　(1)2H＋＋2e－===H2↑      放出气体，溶液变红     (2)2Cl－－2e－===Cl2↑

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

1．一种充电电池放电时的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O；NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应              (　　)

A．H2O的还原       B．NiO(OH)的还原

C．H2的氧化        D．Ni(OH)2的氧化

答案　D

2．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是  (　　)

A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极

B．电解液的成分都保持不变

C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋

D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu

答案　D

3．下列有关电化学的示意图中正确的是  (　　)

答案　D

4．欲在金属表面镀银，应把镀件接在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是                            (　　)

A．Ag和AgCl溶液      B．Ag和AgNO3溶液

C．Fe和AgNO3溶液      D．Pt和Ag2SO4溶液

答案　B

5．三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍氧化为三价镍。以下说法不正确的是                            (　　)

A．可用铁作阳极材料

B．电解过程中阴极附近溶液的pH升高

C．阳极反应方程式为：2Cl－－2e－===Cl2↑

D．1 mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1 mol电子

答案　A

6．如图所示，通电5 min后，第③极增重2.16 g，此时CuSO4恰好电解完。设A池中原混合溶液的体积为200 mL。

(1)电源F为________极；第②极为________极；B池为________池。

(2)A池中第②极上的电极反应式为___________________________________。

(3)通电前A池中原混合溶液Cu2＋的浓度为________。

答案　(1)正　阳　电镀     (2)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑    (3)0.05 mol·L－1

7．如图所示X、Y分别是直流电源的两极，Z溶液可能为：①稀硫酸；②NaOH溶液；③Na2SO4溶液；④CuCl2溶液；⑤NaCl溶液；⑥稀盐酸；⑦CuSO4溶液。

(1)若通电后发现a、b两电极上均有气体产生，且V(a)∶V(b)＝2∶1，则电极a为________极，发生的电极反应式为________，电极b为________极，发生的电极反应式为________，Z溶液可能为________(写序号，下同)。

若产生的气体体积比1∶1，则阳极的电极反应式为________，Z溶液可能为________。

(2)若通电后出现a电极的质量增加，b电极上有无色无味气体产生，则电极a为________极，发生的电极反应式为________，Z溶液可能为________。

(3)若通电后出现a电极的质量减少，b电极质量增加，且质量变化值相等。则该装置可能为________装置，Z溶液可能为________，a电极反应式为________。

答案　(1)阴　2H＋＋2e－===H2↑　阳　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　①②③　2Cl－－2e－===Cl2↑　⑤⑥

(2)阴　Cu2＋＋2e－===Cu　⑦　(3)电镀　④⑦　Cu－2e－===Cu2＋