人教版 选择性必修1 化学反应原理 第1课时 电解原理(01).DOCX
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1、第二节第二节电解池电解池 第第 1 课时课时电解原理电解原理 【课程标准要求】 1.了解电解池的工作原理。 2.能分析、解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。 一、电解氯化铜溶液 1.电解氯化铜溶液实验探究 (1)按如图所示装置完成实验,并填写下表。 实验现象实验结论 电流计指针发生偏转 说明电解质溶液导 电 与负极相连的 b 极上逐渐覆盖了一层红色物质析出金属铜 与正极相连的 a 极上有刺激性气味的气体产生, 能使湿润的 碘化钾淀粉试纸变蓝 产生氯气 (2)实验原理分析 氯化铜溶液中存在的离子有 Cu2 、Cl、H、OH,通电前这些离子在溶液中 作自由运动。 通电时在电场的作用下,溶液中
2、的离子作定向运动,即 Cl 、OH向 a 极迁移, Cu2 、H向 b 极迁移。 a 极电极反应式是 2Cl 2e=Cl2,b 极电极反应式是:Cu22e=Cu, 总反应式是:CuCl2= 电解 CuCl2。 实验结论: 电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程。 【微自测】 1.判断下列叙述的正误(正确的打“”,错误的打“”) (1)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现() (2)直流电源跟电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极() (3)电解 CuCl2溶液,阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。() (4)用石墨作电极电解 CuCl2溶液,与电源正极相连一
3、极的电极反应式为 Cu2 2e =Cu() 二、电解和电解池 1.电解 使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 2.电解池 (1)概念:将电能转化为化学能的装置。 (2)构成条件 有外接直流电源 有与电源相连的两个电极,其中与直流电源正极相连的叫阳极,与直流电源负 极相连的叫阴极。 电解质溶液或熔融电解质。 闭合电路 (3)示例 (4)电子和离子的移动方向 电子:从电源的负极流向电解池的阴极,从电解池的阳极流向电源的正极。 离子:阳离子移向电解池的阴极;阴离子移向电解池的阳极。 【微自测】 2.判断下列说法的正误(正确的打“”,错误的打“”) (1)电解池能
4、将化学能转化为电能() (2)电解池的阳极与电源的负极相连() (3)电解池中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动() (4)原电池的负极和电解池的阳极均发生氧化反应() (5)电解池中,电子的流向是负极阴极电解质溶液阳极正极() 一、电解池的工作原理和电解规律一、电解池的工作原理和电解规律 【活动探究】 用下列装置电解不同电解质溶液,结合教材中“电解原理”知识,交流讨论。 (1)写出实验 1 中阴极和阳极的电极反应式,对比和,说明电极材料对电极产 物的影响。 提示:阴极:Cu2 2e=Cu;阳极:2Cl2e=Cl2;阴极:Cu22e =Cu;阳极:Cu2e=Cu2;电极材料对阴极无影响,若阳
5、极材料是活性电 极,则电极本身放电,溶液中的离子不放电。 (2)判断实验 2 中的阴极和阳极产物,说明判断电极产物要考虑哪些因素? 提示:阴极:H2、阳极:O2;阴极:H2、阳极:O2;判断电极产物要考虑阳 极材料和电解质溶液中离子的氧化性或还原性的强弱。 (3)实验3中持续电解分两个阶段, 分别写出两个阶段的电极反应和电解总反应式。 提示:第一阶段:阳极:2H2O4e =O24H,阴极:Cu22e=Cu,电 极总反应:2CuSO42H2O= 电解 2Cu2H2SO4O2。第二阶段:阳极:2H2O 4e =O24H,阴极:2H2e=H2, 电池总反应:2H2O=电解 2H2 O2。 【核心归纳
6、】 1.电解池的工作原理 接通外界电源后,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。 2.电解池阴、阳极的判断方法 3.电解时电极产物的判断 4.酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极) 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液: (1)电解水型 电解质 H2SO4 (含氧酸) NaOH (可溶性强碱) Na2SO4 (含氧酸强碱盐) 阳极反应式4OH 4e=O22H2O 阴极反应式4H 4e=2H2 pH 变化减小增大不变 复原加 入物质 H2O (2)电解电解质型 电解质HCl(非含氧酸) CuCl2 (非含氧
7、酸弱碱盐) 阳极反应式2Cl 2e=Cl2 阴极反应式2H 2e=H2 Cu2 2e=Cu pH 变化增大 复原加 入物质 HCl(g)CuCl2(s) (3)电解质和水都发生电解型 电解质NaClCuSO4 (非含氧酸强碱盐)(含氧酸弱碱盐) 阳极反应式2Cl 2e=Cl2 2H2O4e =O24H 阴极反应式2H2O2e =H22OH 2Cu2 4e=2Cu pH 变化增大减小 复原加 入物质 HCl(g)CuO 或 CuCO3 (1)若阴极为 H 放电,则阴极区 c(OH)增大;若阳极为 OH放电,则阳极区 c(H )增大;若阴极为 H放电,同时阳极为 OH放电,相当于电解水,电解质溶液
8、浓 度增大(饱和溶液例外)。 (2)电解质溶液恢复原状的方法:少什么加什么,少多少加多少。如用惰性电极电 解 CuSO4溶液,加入适量 CuO 可恢复到电解前的状况而不能加入 Cu(OH)2。 【实践应用】 1.用石墨作电极,电解碘化钾溶液(含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是 () A.阴极附近溶液呈红色 B.阴极逸出气体 C.阳极附近溶液呈蓝色 D.溶液的 pH 减小 答案D 解析用石墨作电极,电解碘化钾溶液类似于电解氯化钠溶液。阳极反应式为 2I 2e=I2,阳极附近溶液变蓝色;阴极反应式为 2H2O2e=H22OH, 阴极有氢气逸出,附近溶液氢氧根浓度逐渐增大呈碱性,溶液变红色。 2
9、.(2020龙岩高二检测)如图为直流电源电解稀 Na2SO4溶液的装置。 通电一段时间 后,在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加一滴酚酞溶液。则下列有关说法中正确的是 () A.a 电极产生 H2 B.两极产生的气体均有刺激性气味 C.通电一段时间后,稀 Na2SO4溶液酸性增强 D.a 电极附近呈无色,b 电极附近呈红色。 答案A 解析a 为阴极,电解时 a 电极上得电子发生还原反应生成氢气同时生成氢氧根 离子,电极反应式为 2H2O2e =H22OH,所以有氢气生成,A 正确;阴 极生成氢气、阳极生成氧气,所以生成的气体都是无色无味的,B 错误;阴极上 生成氢气、阳极生成氧气,所以实质上是
10、电解水,硫酸钠的物质的量不变,溶液 体积减小,则硫酸钠物质的量浓度增大,溶液仍然呈中性,溶液酸碱性不变,C 错误; a 电极附近生成氢氧根离子导致溶液呈碱性, b 电极附近生成氢离子导致溶 液呈酸性,所以 a 电极附近溶液变红色,b 电极附近溶液呈无色,D 错误。 二、电解池中电极反应式的书写二、电解池中电极反应式的书写 【核心归纳】 1.电极反应式的书写步骤 2.电解池中电极反应式书写的关键点 (1)书写电解池中电极反应式时,强电解质以实际放电的离子表示,弱电解质写成 化学式。 (2)电极反应式的书写首先根据题干要求及信息写出反应物和生成物,然后根据 “阴(极)得(e )阳(极)失(e)”加
11、上得失电子数目,最后根据电解质溶液酸碱性补 上 H 、OH或 H2O,依据电荷守恒配平。 (3)酸性溶液中不能出现 OH ,碱性溶液中不能出现 H。 (4)要确保两极得失电子数目相等,且总反应注明条件“电解”。 (1)铁作阳极,铁失电子生成 Fe2 而不是 Fe3。 (2)书写电极反应式要结合题目具体要求分析产物。如用铝作阳极制取氧化铝,则 阳极产物是 Al2O3而不是 Al3 。 (3)Fe3 在阴极上放电时生成 Fe2而不是单质铁。 【实践应用】 1.如下图所示的两个电解槽中,A、B、C、D 均为石墨电极。如果电解过程中共 有 0.02 mol 电子通过,下列叙述正确的是() A.甲电解槽
12、中 A 极最多可析出 0.64 g 铜 B.甲电解槽中 B 极的电极反应式为 2H2O4e =O24H C.乙电解槽中滴入酚酞溶液,D 极附近溶液变红 D.乙电解槽中 C 极的电极反应式为 2H2O2e =H22OH 答案C 解析A 极接直流电源的正极,为甲电解槽的阳极,不能析出 Cu,A 项错误;B 极为甲电解槽的阴极,不能发生氧化反应,B 项错误;D 极接直流电源的负极, 为乙电解槽的阴极,发生还原反应:2H2O2e =H22OH,产物有 OH, 滴加酚酞溶液,D 极附近溶液变红,C 项正确;C 极为乙电解槽的阳极,发生氧 化反应,生成 Cl2,D 项错误。 2.按要求书写电极反应式和总反
13、应式。 (1)用惰性电极电解 AgNO3溶液 阳极反应式: _; 阴极反应式: _; 总反应离子方程式: _。 (2)用惰性电极电解 MgCl2溶液 阳极反应式: _; 阴极反应式:_; 总反应离子方程式: _。 (3)用 Fe 作电极电解 NaCl 溶液 阳极反应式: _; 阴极反应式: _; 总反应化学方程式: _。 (4)以铝材为阳极,电解 H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜 阳极反应式: _; 阴极反应式: _; 总反应离子方程式: _。 答案(1)2H2O4e =O24H 4Ag 4e=4Ag 4Ag 2H2O=电解 4AgO24H (2)2Cl 2e=Cl2 2H2O2e Mg2=
14、H2Mg(OH)2 Mg2 2Cl2H2O=电解 Mg(OH)2Cl2H2 (3)Fe2e =Fe2 2H2O2e =H22OH Fe2H2O= 电解 Fe(OH)2H2 (4)2Al6e 3H2O=Al2O36H 6H 6e=3H2 2Al3H2O= 电解 Al2O33H2 核心体系建构 1.下列关于电解池工作原理的说法中,错误的是() A.电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B.电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C.电解池工作时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应 D.与原电池不同,电解池放电时,电极本身不会参加电极反应 答案D 解析如果阳极是活泼电极,电极本身失去电子,发生氧化
15、反应。 2.用石墨电极电解 CuCl2溶液(如图)。下列分析正确的是() A.a 端是直流电源的负极 B.通电使 CuCl2发生电离 C.阳极上发生的反应:Cu2 2e=Cu D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体 答案A 解析可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正、负极,并写出电极 反应式和反应现象。A.铜离子应移向阴极,则 a 为负极。B.CuCl2发生电离是在水 分子的作用下完成的,并非通电才能发生。C.反应 Cu2 2e=Cu 应在阴极上 发生,阳极上发生的反应式为 2Cl 2e=Cl2。D.通电一段时间后,应在阳极 附近观察到黄绿色气体。 3.下列有关用惰性电极电解
16、AgNO3溶液一段时间后的说法,正确的是() A.电解过程中阳极的质量不断增加 B.电解过程中溶液的 pH 不断升高 C.此时向溶液中加入适量的 Ag2O 固体可使溶液恢复到电解前的状况 D.电解后两极产生的气体体积比为 21 答案C 解析用惰性电极电解AgNO3溶液, 总的电解反应式为4AgNO32H2O= 电解 4Ag O24HNO3,阴极上析出 Ag,阳极上放出 O2,A、D 错误;由于生成 HNO3, 溶液的 pH 降低, B 错误; 要使溶液恢复到电解前的状况要加入的物质应是 Ag2O, C 正确。 4.如图所示为在直流电源的作用下电解 CuSO4溶液的装置,其中 A、B 为石墨电
17、极,a、b 为电源的两极,当接通电源,通电一段时间后,将 B 电极取出,洗干净 并干燥后称量,其质量增加了 3.2 g,则: (1)a 电极为电源的_极。 (2)写出电极反应式:A 极_,B 极_。 (3)若要使反应后的溶液恢复到原来状态, 则应该加入_, 加入_ g。 答案(1)正(2)2H2O4e =O24H Cu2 2e=Cu (3)CuO4.0 解析B 电极质量增加,则 B 电极为电解池的阴极,阴极发生还原反应,铜离子 得到电子转化为铜单质,阴极与电源的负极相连,因此 b 电极为电源的负极、a 电极为电源的正极。A 电极为电解池的阳极,发生氧化反应,水失去电子转化为 氧气和氢离子。应补
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