精修版高中化學(xué) 第1章 第2節(jié) 第1課時 電解的原理對點(diǎn)訓(xùn)練 魯科版選修4

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1、 精品資料 第2節(jié) 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解　　　　　　　　　　　　 第1課時　電解的原理 [目標(biāo)要求]　1.了解電解池的工作原理。2.能寫出電解池的電極反應(yīng)式。 一、電解概念及電解池的組成 1．電解 讓直流電通過電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)，在兩電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程叫電解。在日常生活中，人們常常需要通過電解使許多不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)順利進(jìn)行，電解過程中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。人們把將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置稱為電解池。 2．構(gòu)成電解池的條件 (1)兩個相同或不同的電極；(2)外接直流電源； (3)電解質(zhì)溶液

2、或熔融的電解質(zhì)。 以上三部分形成閉合回路。 二、電解的原理 1．原理 (1)電子從外接電源的負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線到達(dá)電解池的陰極，電解質(zhì)溶液中的陽離子移向陰極，氧化性強(qiáng)的離子在陰極獲得電子而被還原，發(fā)生還原反應(yīng)；與此同時，電解質(zhì)溶液中的陰離子移向陽極，其中還原性強(qiáng)的離子在陽極上失去電子(也可能是陽極很活潑而本身失去電子)而被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，這樣電子又從電解池的陽極流出，沿導(dǎo)線流回外接直流電源的正極。 (2)電解池工作示意圖(以電解CuCl2溶液為例) 2．電極的判斷及電極反應(yīng) (1)陽極：與電源正極相連，溶液中陰離子移向此極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。 (2)陰極：與電源負(fù)極

3、相連，溶液中陽離子移向此極，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。 三、離子的放電順序及電解的規(guī)律 1．放電 陽離子得到電子而陰離子失去電子的過程叫放電。 2．離子的放電順序 (1)陽極產(chǎn)物的判斷 首先看電極，如果是活潑電極(金屬活動性順序表中在Ag之前)，則電極本身失電子被氧化，陰離子不放電；如果是惰性電極(Au、Pt、石墨)，則要看溶液中陰離子失電子能力強(qiáng)弱，誰強(qiáng)誰放電，陰離子放電順序?yàn)椋篠2－>I－>Br－>Cl－>OH－>高價態(tài)含氧酸根>F－。 (2)陰極產(chǎn)物的判斷 不用考慮電極本身，直接根據(jù)陽離子放電順序進(jìn)行判斷，陽離子的放電順序與金屬活動性順序相反，順序?yàn)锳g＋＞Hg2＋＞Fe3

4、＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Mn2＋＞較活潑金屬陽離子(注意Fe3＋的順序)。 3．電解的規(guī)律 類型 電極反應(yīng) 特點(diǎn) 實(shí)例 電解 對象 電解質(zhì) 濃度 pH值 電解質(zhì) 溶液復(fù) 原應(yīng)加 物質(zhì) 電解 水型 陰極：4H＋＋4e－―→2H2↑ 陽極：4OH－―→2H2O＋O2↑＋4e－ NaOH 水 增大 增大 水 H2SO4 水 增大 減小 水 Na2SO4 水 增大 不變 水 電解 電解 質(zhì)型 電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 HCl 電解質(zhì) 減小 增大 氯化氫 Cu

5、Cl2 電解質(zhì) 減小 增大 氯化銅 放H2 生堿 型 陰極：H2O放H2生堿 陽極：電解質(zhì)陰離子放電 NaCl 電解質(zhì) 和水 生成新 電解質(zhì) 增大 氯化氫 放O2 生酸 型 陰極：電解質(zhì)陽離子放電 陽極：H2O放O2生酸 CuSO4 電解質(zhì) 和水 生成新 電解質(zhì) 減小 氧化銅 知識點(diǎn)一　電解原理 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(　　) A．a(chǎn)為負(fù)極，b為正極 B．a(chǎn)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

6、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．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 CuSO4 B 石墨 石墨 負(fù)極 NaOH C 銀 鐵 正極

7、AgNO3 D 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。 知識點(diǎn)二　電解規(guī)律 3．用惰性電極電解下列溶液一段時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(　　) A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O] C．KCl[KCl] D．CuSO4[Cu(OH)2] 答案　B 解析　A項(xiàng)：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，

8、脫離反應(yīng)體系的物質(zhì)是4Ag＋O2，相當(dāng)于2Ag2O，所以應(yīng)當(dāng)加入適量Ag2O才能復(fù)原(加入AgNO3，會使NO的量增加)；B項(xiàng)：2H2O2H2↑＋O2↑，脫離反應(yīng)體系的是2H2＋O2，相當(dāng)于2H2O，加入適量水可以復(fù)原；C項(xiàng)：2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑，脫離反應(yīng)體系的是H2＋Cl2，相當(dāng)于2HCl，應(yīng)通入適量HCl氣體才能復(fù)原(加入鹽酸時，同時也增加了水)；D項(xiàng)：2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，脫離反應(yīng)體系的是2Cu＋O2，相當(dāng)于2CuO，加入適量CuO可以復(fù)原。 4．用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol

9、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 (　　) A．0.1 mol B．0.2 mol C．0.3 mol D．0.4 mol 答案　D 解析　由電解CuSO4溶液的反應(yīng)的化學(xué)方程式2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4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

10、守恒0.1 mol CuO～0.1 mol Cu～0.2 mol e－，0.1 mol H2O～0.1 mol H2～0.2 mol e－，共計(jì)0.4 mol e－。 練基礎(chǔ)落實(shí) 1．用鉑電極(惰性)電解下列溶液時，陰極和陽極上的主要產(chǎn)物分別是H2和O2的是(　　) A．稀NaOH溶液 B．HCl溶液 C．CuSO4溶液 D．酸性AgNO3溶液 答案　A 2．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

11、質(zhì)量比為(　　) A．35.5∶108 B．16∶207 C．8∶1 D．108∶35.5 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，Ag＋＋Cl－===AgCl↓、Pb2＋＋SO===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2H2O2H2↑＋O2↑。氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為m(O2)∶m(H2)＝(1 mol×32 g·mol－1)∶(2 mol×2 g·mol－1)＝8∶1，即C項(xiàng)正確。 3．能用電解原理說明的問題是(　　) ①電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能?、陔娊馐腔?/p>

12、學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能?、垭娊赓|(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化，金屬導(dǎo)電是物理變化　④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)?、萑魏稳芤罕浑娊鈺r，必須導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生 A．①②③④ B．②③⑤ C．③④ D．①③④⑤ 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①對、②錯；電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，必將伴隨著兩個電極上氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，同時生成新的物質(zhì)，故③、⑤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能實(shí)現(xiàn)，故④對。所以D選項(xiàng)符合題意。 4．用惰性電極分別電解下列各物質(zhì)的水溶液，一段時間后，向剩余電解質(zhì)

13、溶液中加入適量相應(yīng)的溶質(zhì)能使溶液恢復(fù)到電解前濃度的是(　　) A．AgNO3 B．Na2SO4 C．CuCl2 D．KCl 答案　C 解析　直接加入溶質(zhì)就能使溶液恢復(fù)到電解前的濃度應(yīng)屬于電解溶質(zhì)型，即選C；AgNO3發(fā)生的電解反應(yīng)是：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，可加Ag2O或 Ag2CO3；電解Na2SO4的水溶液實(shí)際電解的是水；電解KCl水溶液實(shí)際電解的是溶質(zhì)和溶劑，類似電解NaCl溶液，通HCl氣體能恢復(fù)原狀。 5．電解84.75 mL 16%的NaOH溶液(ρ＝1.18 g·cm－3)，用石墨作電極經(jīng)過一段時

14、間后溶液濃度為19.5%，這是因?yàn)?　　) A．溶質(zhì)增加了3.5 g B．放出了22.4 L H2和11.2 L O2 C．NaOH比水消耗少 D．消耗18 g水 答案　D 解析　計(jì)算型選擇題，一般有一定的技巧性，不要先盲目計(jì)算，應(yīng)先分析題干排除干擾：讀題可知此NaOH溶液的電解實(shí)質(zhì)是水被電解，則A、C錯誤，由于沒指明條件無法計(jì)算氣體的體積，B也錯誤。通過排除法，省去了計(jì)算的麻煩。 練方法技巧 6．按圖甲裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若圖乙中橫坐標(biāo)x表示通過電極的電子的物質(zhì)的量。下列敘述正確的是(　　) A．F表示反應(yīng)生成Cu的物質(zhì)的量 B．E表示反應(yīng)實(shí)際消耗H2O的物質(zhì)的量 C

15、．E表示反應(yīng)生成O2的物質(zhì)的量 D．F表示反應(yīng)生成H2SO4的物質(zhì)的量 答案　B 解析　電解實(shí)質(zhì)為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，則每通過4 mol e－，生成Cu 2 mol，O2 1 mol，耗H2O 2 mol，生成H2SO4 2 mol。 7．在50 mL 0.2 mol·L－1 CuSO4溶液中插入兩個電極，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_____________________________

16、___________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)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，陰極增重________g，陰極上的電極反應(yīng)式是________________________________________________________________________ _________________________________

17、_______________________________________。 答案　(1)不變　(2)Zn―→Zn2＋＋2e－ (3)1.28　Cu2＋＋2e－―→Cu 解析　(1)兩極均為銅片，電解液為CuSO4溶液，這是一個電鍍裝置，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，鋅發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn―→Zn2＋＋2e－。 (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)：Cu2＋＋2e－―→Cu。當(dāng)電路中有0.04 mol電子通過時，有0.04 mol/2×64 g·mol－1＝1.28 g銅析出。

18、練綜合拓展 8．寫出用惰性電極電解下列電解質(zhì)溶液的電極反應(yīng)式及電解反應(yīng)的化學(xué)方程式 (1)Ba(OH)2：____________________________________________________________； (2)Na2CO3： __________________________________________________________； (3)KCl： ____________________________________________________________； (4)AgNO3： _____________________________

19、______________________________。 答案　(1)陽極：4OH－―→2H2O＋O2↑＋4e－ 陰極：4H2O＋4e－―→2H2↑＋4OH－ 總反應(yīng)式：2H2O通電,2H2↑＋O2↑ (2)陽極：4OH－―→2H2O＋O2↑＋4e－ 陰極：4H2O＋4e－―→2H2↑＋4OH－ 總反應(yīng)式：2H2O通電,2H2↑＋O2↑ (3)陽極：2Cl－―→Cl2↑＋2e－ 陰極：2H＋＋2e－―→H2↑ 總反應(yīng)式：2KCl＋2H2O通電,2KOH＋H2↑＋Cl2↑ (4)陽極：4OH－―→2H2O＋O2↑＋4e－ 陰極：4Ag＋＋4e－―→4Ag 總反應(yīng)式：

20、4AgNO3＋2H2O通電,4Ag＋O2↑＋4HNO3 9．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。通電一段時間后，在c、d兩極上共收集到336 mL (標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體?；卮穑? (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)，AgNO

21、3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)Ag　2.16　(3)2　　1 (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)：2H2O2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。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 mL＝224 mL，為0.01 mol

22、；V(O2)＝×336 mL＝112 mL，為0.005 mol。說明電路上有0.02 mol電子轉(zhuǎn)移，因此在b極(Pt、陰極)產(chǎn)生Ag：0.02 mol×108 g·mol－1＝2.16 g，即0.02 mol的Ag。則n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶∶1。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，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%的硫酸的質(zhì)量為x，電解時消耗水0.01 mol×18 g·mol－1＝0.18 g，則5.00%x＝5.02%(x－0.18 g)，解得x＝45.18 g。