《電解原理》目標素養1.了解電解池的構造和工作原理。2.會寫電解池的電極反應式和總反應方程式。3.認識電解在實現物質轉化和儲存能量中的具體應用。4.能夠運用電子守恒的觀點進行電化學計算。5.能設計簡單的電解池。知識概覽自主預習一、電解CuCl2溶液1.通電前,CuCl2溶液中存在的離子有

Cu2+、Cl-、H+、OH-

。

2.工作原理:3.總反應:CuCl2Cu+Cl2↑。微思考電解質溶液導電與金屬導電有什么不同?提示:電解質溶液導電實際上是電解過程,發生氧化還原反應,是化學變化。金屬導電是因為在外加電場作用下,自由電子發生定向移動,是物理變化。二、電解和電解池1.電解的定義:使

電流

通過電解質溶液(或熔融電解質)而在陽極、陰極引起

氧化還原反應

的過程。

2.電解裝置——電解池。(1)定義:將

電

能轉化為

化學

能的裝置,也稱電解槽。(2)構成條件。①兩個電極:陽極——與電源

正

極連接;

陰極——與電源

負

極連接。

②電解質溶液或

熔融電解質

。

③直流電源。④用導線連接形成

閉合回路

。

(3)裝置中電子和離子的移動方向。①電子:從電源

負

極流出后,流向電解池

陰

極;從電解池的

陽

極流出后流向電源的

正

極。

②離子:陽離子移向電解池的

陰

極,陰離子移向電解池的

陽

極。

預習檢測1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)電解與電離均需要通電才可發生。(

)(2)電解CuCl2溶液,Cu2+放電發生氧化反應。(

)(3)電解池的陽極與原電池的負極電極反應類型相同。(

)(4)電解過程中電子流向為負極→陰極→陽極→正極。(

)(5)電解池是將化學能轉化成電能的裝置。(

)(6)電解池兩個電極材料可以相同。(

)××√××√2.下列關于如圖所示①②兩個裝置的敘述,正確的是(

)。A.裝置名稱:①是原電池,②是電解池B.c(H2SO4)變化:①增大,②減小C.電極反應式:①中陽極反應為4OH--4e-══2H2O+O2↑,②中正極反應為Zn-2e-══Zn2+D.離子移動方向:①中的H+向陰極方向移動,②中的H+向負極方向移動答案:B解析:①中有外加電源,為電解池,②為原電池,A項錯誤;①中電解水,c(H2SO4)增大,②中正極消耗H+,生成H2,c(H2SO4)減小,B項正確;②中正極反應為2H++2e-══H2↑,C項錯誤;②中H+向正極移動,D項錯誤。3.用石墨電極電解CuCl2溶液(見右圖)。下列分析正確的是(

)。A.a端是直流電源的負極B.通電使CuCl2發生電離C.陽極上發生的反應:Cu2++2e-══CuD.通電一段時間后,在陰極附近觀察到黃綠色氣體答案:A解析:根據溶液中陽離子Cu2+移向,左邊電極為陰極,則a端是直流電源的負極,A項正確;CuCl2發生電離不需要通電,B項錯誤;Cu2+在陰極上反應,C項錯誤;通電一段時間后,Cl-在陽極附近放電生成氯氣,D項錯誤。一

電解原理重難歸納1.電解原理示意圖。2.電解池的陰極、陽極的判斷方法。

3.原電池與電解池的比較。

電解過程中發生的化學反應與原電池中的化學反應有什么區別?提示:電解過程中發生的化學反應是在“被迫狀態下”發生的,因此非自發發生的氧化還原反應可通過電解來實現。如Cu與H+不反應,但在電解條件下可實現反應:Cu+2H+Cu2++H2↑。原電池中的化學反應均可自發進行。典例剖析如圖所示是電解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為負極、b為正極B.a為陽極、b為陰極C.電解過程中,d電極質量增大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,因此a為正極,b為負極,則c為陽極,d為陰極。電解CuCl2溶液電極反應為陽極(c電極):2Cl--2e-══Cl2↑,陰極(d電極):Cu2++2e-══Cu,C項正確。【拓展延伸】

在氯化銅溶液中除了Cu2+和Cl-之外還有H+和OH-,這兩種離子為什么沒有得到或失去電子?答案:電解過程實質上發生了氧化還原反應,一般來說氧化性強的陽離子先得電子被還原,還原性強的陰離子先失電子被氧化。Cu2+比H+更容易得電子,而Cl-比OH-更容易失電子。學以致用1.如下圖所示裝置中,屬于電解池的是(

)。答案:C解析:根據電解池的構成條件進行判斷。裝置A、B、D中無直流電源,且裝置D中不能形成閉合回路,A、B、D不屬于電解池。2.如圖所示,X、Y分別是直流電源的兩極,通電后發現a極板質量增大,b極板處有無色、無臭氣體放出。符合這一情況的是下表中的(

)。選項a極板b極板X電極Z溶液A鋅石墨負極CuSO4B石墨石墨負極NaOHC銀鐵正極AgNO3D銅石墨負極CuCl2答案:A解析:由題意知,通電后a極板質量增大,說明有金屬析出,由此可知,a極為電解池的陰極,則X為電源負極,B、C兩項均不符合題意;又因為b極放出的是無色、無臭的氣體,D項不符合題意。二

電解規律重難歸納1.電解池中電解產物的判斷。電解池中的電解產物,與溶液中的離子的放電順序有關,陽極產物還與電極材料有關。(1)陽極產物。①若陽極為活性金屬電極,則金屬失電子溶解,一般生成相應金屬陽離子(Fe生成Fe2+而不是生成Fe3+),此時溶液中的離子不放電。②若陽極為惰性電極(Pt、C等),則溶液中的離子放電,放電的一般順序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-,即在水溶液中含氧酸根離子和F-不放電,陽極產物一般為對應非金屬單質。(2)陰極產物。陰極產物與電極材料無關,直接根據陽離子放電順序進行判斷。一般放電順序是Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。陽離子放電后的產物一般是相應單質,但是在水溶液中Fe3+放電后的產物一般是Fe2+。離子的放電順序也不是絕對的,放電情況與離子性質、溶液濃度、電流和電極材料等有關。①K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在水溶液中不放電,要使這些離子放電,需電解熔融電解質,如熔融NaCl、熔融MgCl2、熔融Al2O3等。②在水溶液中,當H+濃度較小時,放電能力Zn2+>H+;當H+濃度較大時,放電能力H+>Zn2+。2.酸、堿、鹽溶液的電解規律(惰性電極)。用惰性電極電解下列酸、堿、鹽溶液。(1)電解水型。電解質特點含氧酸可溶性強堿活潑金屬含氧酸鹽舉例H2SO4NaOHNa2SO4陽極反應式4OH--4e-══O2↑+2H2O陰極反應式4H++4e-══2H2↑pH變化減小增大不變電解質溶液復原的方法加入H2O(2)電解電解質型。

(3)電解質和水都發生電解型。

將物質的量濃度相同、體積之比為1∶3的CuSO4溶液和NaCl溶液混合,用惰性電極進行電解,可能發生的反應有哪些?典例剖析用惰性電極電解下列溶液,一段時間后,再加入一定質量的另一種物質(括號內),溶液能與電解前原來溶液完全一樣的是(

)。A.NaCl溶液(鹽酸)B.NaOH溶液(H2O)C.CuCl2溶液(HCl)D.CuSO4溶液[Cu(OH)2]答案:B解析:電解NaCl溶液時,陽極氯離子放電生成氯氣,陰極氫離子得到電子生成氫氣,所以應加HCl讓電解質溶液復原,A項錯誤;電解NaOH溶液時,陽極產生氧氣,陰極產生氫氣,所以應加水讓電解質溶液復原,B項正確;電解CuCl2溶液時,陽極氯離子放電生成氯氣,陰極析出銅,所以應加氯化銅讓電解質溶液復原,C項錯誤;電解硫酸銅溶液時,陽極產生氧氣,陰極產生金屬銅,所以應加CuO讓電解質溶液復原,加入氫氧化銅相當于多加入了水,D項錯誤。方法歸納電解注意事項。(1)電解池的陰極不管是惰性電極(Pt、石墨)還是活性電極,都是電解質溶液(或熔融電解質)中的陽離子放電,電極本身不可能溶解。(2)若陰極為H+放電,則陰極區c(OH-)增大;若陽極為OH-放電,則陽極區c(H+)增大;若陰極為H+放電,同時陽極為OH-放電,相當于電解水,電解質溶液濃度增大(飽和溶液例外)。(3)電解質溶液恢復原狀的方法:少什么加什么,少多少加多少。學以致用1.如圖為用直流電源電解稀Na2SO4溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實驗現象中正確的是(

)。A.逸出氣體的體積,a電極的小于b電極的B.一電極逸出無臭氣體,另一電極逸出有刺激性氣味的氣體C.a電極附近呈紅色,b電極附近呈藍色D.a電極附近呈藍色,b電極附近呈紅色答案:D解析:電解Na2SO4溶液時,a為陰極:4H++4e-══2H2↑,b為陽極:4OH--4e-══O2↑+2H2O;a極周圍由于H+放電溶液呈堿性,石蕊溶液顯藍色,b極周圍由于OH-放電溶液呈酸性,石蕊溶液顯紅色。2.用惰性電極電解下列各組物質的水溶液時,發生的電極反應完全相同的是(

)。A.NaOH、H2SO4