2022-2023學(xué)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》知識(shí)點(diǎn)歸納及例題演練 新人教版選修4

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1、2022-2023學(xué)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》知識(shí)點(diǎn)歸納及例題演練 新人教版選修4 1．電解池組成“三條件”： ①外接電源；②電解質(zhì)溶液；③閉合回路。 2．離子放電“兩順序”(惰性電極)： 陽極：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－； 陰極：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Sn2＋＞Zn2＋＞Fe2＋＞H＋(H2O)＞Al3＋。 3．電解池陰、陽極“四特點(diǎn)”： 陽極：外接直流電源正極——流出電子——發(fā)生氧化反應(yīng)——陰離子移向 陰極：外接直流電源負(fù)極——流入電子——發(fā)生還原反應(yīng)——陽離子移向 電解原理 [自學(xué)教材·填要點(diǎn)]

2、 1．電解CuCl2溶液 (1)通電前，CuCl2溶液中存在的離子是CuCl2電離產(chǎn)生的Cu2＋和Cl－，以及水電離產(chǎn)生的H＋、OH－。 (2)工作原理： 總反應(yīng)：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。 (3)CuCl2溶液導(dǎo)電的過程，就是CuCl2電解的過程，就是在陰陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程。 2．電解和電解池 (1)電解：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)電解池：在外加電源的作用下，將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置。 (3)電解池的兩極：陽極——與電源正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)； 陰極——與電源負(fù)極相連，發(fā)生還原反應(yīng)。 (4)構(gòu)成電解池的條

3、件：①直流電源；②兩個(gè)電極；③電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)；④形成閉合回路。 (5)離子的定向移動(dòng)：陰離子移向陽極；陽離子移向陰極。 (6)電子的流向： 電源負(fù)極―→陰極陽極―→電源正極。 [師生互動(dòng)·解疑難] (1)惰性電極是指石墨、Au、Pt等電極，除Au、Pt以外的金屬電極是活性電極。 (2)陽極產(chǎn)物的判斷： ①首先看電極，如果是活性電極，則電極材料失去電子，被溶解。如果是惰性電極，根據(jù)陰離子的放電順序加以判斷。 ②陰離子的放電順序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。 (3)陰極產(chǎn)物的判斷： 直接根據(jù)陽離子放電順序進(jìn)行判斷。 陽離子放電順序：Ag＋>H

4、g2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(濃度大)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(濃度小)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋。 1．寫出用惰性電極電解下列溶液時(shí)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式： (1)電解HCl溶液： ①陽極：__________________________________________________________________； ②陰極：__________________________________________________________________； ③總反應(yīng)式：___________________________________

5、____________________________。 (2)電解CuSO4溶液： ①陽極：_________________________________________________________________； ②陰極：________________________________________________________________； ③總反應(yīng)式：_______________________________________________________________。 答案：(1)①2Cl－－2e－===Cl2↑ ②2H＋＋2e－===H2↑

6、 ③2HClH2↑＋Cl2↑ (2)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ ②2Cu2＋＋4e－===2Cu ③2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑ 使用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的類型 [自學(xué)教材·填要點(diǎn)] 類型 電解質(zhì)特點(diǎn) 實(shí)例 電極反應(yīng)式 電解方程式 電解對(duì)象 電解質(zhì)溶液濃度的變化 溶液pH變化 陰極 陽極 電解水型 含氧酸 H2SO 4H＋＋4e －===2H2↑ 4OH－－ 4e－===2H2O 2H2O ＋O2↑2H2↑＋O2↑ 水 增大 減小 可溶性強(qiáng)堿 NaOH 增大 活潑金屬含氧酸鹽 KNO3

7、 不變 s電解電解質(zhì)型 無氧酸 HCl 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2HClH2↑＋Cl2↑ 電解質(zhì) 減小 增大 不活潑金屬無氧酸鹽 CuCl2 Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑ CuCl2Cu＋Cl2↑ 放H2生堿型 活潑金屬無氧酸鹽 NaCl 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 電解質(zhì)和水 生成新電解質(zhì) 增大 放O2生酸型 不活潑金屬含氧酸鹽 CuSO4 2Cu2＋＋4e－===2Cu 4OH－－4

8、e－===2H2O＋O2↑ 2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑ 電解質(zhì)和水 生成新電解質(zhì) 減小 [師生互動(dòng)·解疑難] (1)用惰性電極電解電解質(zhì)水溶液時(shí)，首先要全面分析電解質(zhì)溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組，然后排出陰、陽離子的放電順序，寫出兩極上的電極反應(yīng)式，根據(jù)兩極的電極反應(yīng)式寫出反應(yīng)的總方程式。 (2)若陰極為H＋放電，則陰極區(qū)c(OH－)增大；若陽極區(qū)OH－放電，則陽極區(qū)c(H＋)增大；若陰、陽極分別同時(shí)有H＋、OH－放電，相當(dāng)于電解水，電解質(zhì)溶液濃度增大(飽和溶液例外)。 (3)電解后要恢復(fù)原電解質(zhì)溶液的濃度，需要加入適量的某物質(zhì)，該物質(zhì)一般是

9、陰極與陽極產(chǎn)物的化合物。 2．用石墨作電極，分別電解下列各物質(zhì)的溶液： ①CuCl2?、贑uSO4?、跱aCl?、躈aNO3?、蓰}酸 ⑥H2SO4　⑦KOH 其中只有水被電解的有(　　) A．①②⑤　　　　　 　　B．②④⑥⑦ C．④⑥⑦ D．③⑤⑥⑦ 解析：只有水被電解，即在陰極上H＋放電(溶液中陽離子是較活潑的金屬離子)，在陽極上OH－放電(溶液中含有含氧酸根離子或F－)，符合這一要求的是④⑥⑦。 答案：C 主題1：如何判斷某一裝置是原電池還是電解池？ 甲 單一裝置中，若有外接的直流電源，且符合電解裝

10、置的其他三個(gè)條件(兩個(gè)電極，電解質(zhì)溶液，閉合回路)，則該裝置為電解裝置 乙 單一裝置中，若無外接直流電源，且符合原電源裝置的三個(gè)條件(兩個(gè)活潑性不同的電極、電解質(zhì)溶液、閉合回路)，則該裝置為原電池裝置 丙 若多個(gè)裝置相互串聯(lián)，有外接直流電源時(shí)，則串聯(lián)的裝置為電解池；若無外接直流電源，則能發(fā)生自發(fā)氧化還原反應(yīng)的裝置為原電池，其余裝置為電解池 主題2：將CuSO4和NaCl按物質(zhì)的量之比1∶3混合，然后用惰性電極進(jìn)行電解，請(qǐng)與同學(xué)共同探討電解的過程分為幾個(gè)階段？并書寫出每一階段的電極反應(yīng)式。 甲 第一階段相當(dāng)于電解CuCl2溶液 陽極反應(yīng)式：2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰

11、極反應(yīng)式：Cu2＋＋2e－===Cu 乙 第二階段于電解NaCl溶液 其中陽極反應(yīng)式：2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極反應(yīng)式：2H＋＋2e－===H2↑ 丙 第三階段相當(dāng)于電解水 陽極反應(yīng)式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 陰極反應(yīng)式：4H＋＋4e－===2H2↑ 電解池陰、陽極的判斷 [例1]　 如圖所示，甲是剛浸過NaCl溶液的石蕊試紙，A、B兩銅片通過導(dǎo)線連接電源兩極，在銅片間的濾紙上滴一滴KMnO4溶液，通電一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)A、B間的紫紅色圓點(diǎn)向A極移動(dòng)了一段距離，則與A相連的是電源的________極，可發(fā)現(xiàn)濾紙的B極邊沿附近有_

12、_______色出現(xiàn)。 [解析]　當(dāng)通電一段時(shí)間后，A、B間的紫紅色圓點(diǎn)向A極移動(dòng)了，由于紫紅色是MnO的顏色，即MnO向A極移動(dòng)，因陰離子向陽極移動(dòng)，所以A為電解池的陽極(浸有NaCl溶液的石蕊試紙相當(dāng)于電解池)，則與A相連的是電池的正極，B為陰極。陰極區(qū)H＋放電生成OH－，使石蕊試紙變藍(lán)。 [答案]　正　藍(lán) 陰、陽極的判斷方法 解決這一類電解有色離子的電解質(zhì)溶液(特別是含MnO的溶液)的問題時(shí)要牢記：在電解池中，陽離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng)。判斷方法歸納如下： 　　　　 1.用惰性電極電解浸有Na2SO4溶液的石蕊試紙，若發(fā)現(xiàn)A端試紙變藍(lán)，則A端為電解池的陽極

13、還是陰極？ 提示：試紙變藍(lán)的原因是A端液體呈堿性，其電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，破壞水的電離平衡，使得c(OH－)＞c(H＋)，即A端為電解池的陰極。 電解池電極產(chǎn)物的判斷 [例2]　用惰性電極電解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段時(shí)間陰極和陽極上分別析出的物質(zhì)分別是(　　) A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 [解析]　由題意知，溶液中存在H＋、Cu2＋、Na＋、SO、NO、Cl－、OH－，根據(jù)離子的放電順序：陽離子

14、：Cu2＋＞H＋＞Na＋，陰離子：Cl－＞OH－＞SO、NO，則陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑。 [答案]　B 判斷電極產(chǎn)物時(shí)的注意事項(xiàng) (1)對(duì)陽極，首先看陽極材料是否為活性電極，若為活性電極，則陽極材料被溶解；若為惰性電極，則依據(jù)陰離子的放電順序判斷誰先放電，且注意溶液中OH－的存在。 (2)對(duì)陰極，不論陰極材料是什么，均按照陽離子的放電順序判斷誰先放電，且注意溶液中H＋的存在。 　　 2.若將本題中NaCl改為Na2SO4， 則電解的初始階段陰極和陽極上析出的物質(zhì)分別是什么？ 　 提

15、示：若將NaCl改為Na2SO4，則溶液中存在H＋、Cu2＋、Na＋、SO、NO、OH－，離子的放電順序?yàn)?，陽離子：Cu2＋＞H＋＞Na＋，陰離子：OH－＞SO＞NO，則陰極反應(yīng)式：Cu2＋＋2e－===Cu，陽極反應(yīng)式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故陰極析出Cu，陽極產(chǎn)生O2。 電解后電解質(zhì)溶液的復(fù)原 [例3]　(2011·全國高考)用石墨作電極電解CuSO4溶液。通電一段時(shí)間后，欲使電解液恢復(fù)到起始狀態(tài)，應(yīng)向溶液中加入適量的(　　) A．CuSO4 B．H2O C．CuO

16、`D.CuSO4·5H2O [解析]　用石墨電極電解CuSO4溶液，發(fā)生反應(yīng)： 2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑， 根據(jù)電解液的恢復(fù)依據(jù)“出什么，加什么”的原則，應(yīng)向溶液中加入適量的CuO，C項(xiàng)正確。 [答案]　C 電解后要恢復(fù)原電解質(zhì)溶液的濃度，須加適量的某物質(zhì)，該物質(zhì)可以是陰極與陽極產(chǎn)物的化合物。如用惰性電極電解CuSO4溶液，要恢復(fù)原溶液的濃度，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?yàn)镃u(OH)2與H2SO4，反應(yīng)生成水，使水量增加。 用惰性電極電解下列溶液，一段時(shí)間后，加入一定質(zhì)量的另一種物質(zhì)(中括號(hào)內(nèi))，溶液能與原來溶液完全一樣的是(　　) A．CuCl2[CuSO4] B．NaOH[NaOH] C．NaCl[HCl] D．CuSO4[Cu(OH)2] 解析：電解NaCl溶液放出H2和Cl2，可通入HCl氣體；A項(xiàng)應(yīng)加CuCl2，B項(xiàng)應(yīng)加水，D項(xiàng)應(yīng)加CuO。 答案：C