2022届高中化学新教材同步选择性必修第一册 第4章 第二节 第1课时 电解原理.docx

1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 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 核心素养发展目标1.宏观辨识与微观探析：从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳 离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。2.证据推理与模型认知：建立对电解 过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反 应式。 一、电解原理 1实验探究：电解 CuCl2溶液 (1)按下图所示装置完成实验，并填写下表。 实验现象实验结论原因分析 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液 导电，形成闭合回路 电解质溶液导电的过程就是被电 解的过程

2、与负极相连的 b 极上逐 渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜阴极：Cu2 2e=Cu(还原反应) 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 产生了氯气 阳极：2Cl 2e=Cl2(氧化反 应) 2.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：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 (3)电解池的构成条件 直流电源；两个电极；电解质溶液或熔融电解质；形成闭合回路。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 3电解原理 (1)电解池的两个电极必须是两个活动性不同的电极() (2)在电解池中与

3、外接电源负极相连的电极是阴极() (3)电解池中，电子从阳极流入电源正极() (4)电解质溶液的导电实验发生化学变化() (5)电解池的阳极发生还原反应() 1如下图所示装置中属于电解池的是_(填序号)。 答案 解析根据电解池的构成条件逐个判断。无外接直流电源，不能构成电解池；无电解质溶液 或熔融电解质；中蔗糖属于非电解质，不能构成电解池；没有形成闭合回路，不能构成电解池。 2如图所示是电解稀盐酸的装置，其中 c、d 为石墨电极。试回答下列问题： (1)a 电极为_，b 电极为_。 (2)c 电极为_，电极反应式为_，发生了_反应。 d 电极为_，电极反应式为_，发生了_反应。 (3)电解过程

4、中，氢离子向_(填“阴”或“阳”，下同)极移动，氯离子向_极移动。电解总方程 式为：_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 答案(1)正极负极(2)阳极2Cl 2e=Cl2 氧化阴极2H 2e=H2 还原(3)阴 阳2HCl= 电解 H2Cl2 电解池阴极和阳极的判断依据 二、电解规律 1电解池的分析方法与规律 (1)判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 (2)分析电解质水溶液的全部离子并分为阴、阳两组。 (3)根据放电顺序写出电极反应式 阴极(与电极材料无关)： Ag Fe3Cu2H酸Fe2Zn2Al3Mg2NaCa2K 得到电子由易到难 阳极(与电极材料有关)： 活泼电极

5、S2 IFe2BrClOH含氧酸根离子F 失去电子由易到难 (4)总化学方程式或离子方程式 书写反应的总离子方程式时，要注意：若参与电极反应的 H (或 OH)是由水电离出来的，应用水的分 子式表示。 提醒“活泼电极”一般指 Pt、Au 以外的金属。 最常用的放电顺序：阳极：活泼金属Cl OH；阴极：AgFe3Cu2H。 2电解后溶液的复原规律 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： (1)电解 H2O 型 电解质H2SO4NaOHNa2SO4 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 加入 H2O (2)电解电解质型

6、2022 高中化学新教材同步讲义资料 电解质HClCuCl2 阳极反应式2Cl 2e=Cl2 阴极反应式2H 2e=H2 Cu2 2e=Cu pH 变化增大 复原加入物质加入 HCl加入 CuCl2 (3)电解质和水都发生电解型 电解质NaClCuSO4 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 加入 HCl加入 CuO 或 CuCO3 特别提醒电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再 加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。

7、(1)用石墨作电极电解氯化钠和硫酸铜的混合液， 最初一段时间阴极和阳极生成的物质分别是铜和氯气 () (2)用石墨作电极电解熔融氯化钠的阴极反应式为 Na e=Na() (3)用石墨作阴极、铜作阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为 4OH 4e=O22H2O() (4)用石墨作电极电解硝酸银溶液的离子方程式为 4Ag 2H2O= 电解 4Ag4H O2() (5)铜作阳极电解盐酸的化学方程式为 Cu2HCl= 电解 CuCl2H2() 1为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从 H 、Cu2、Na、SO2 4、Cl 5 种 离子中两两恰当的组成电解质，按下列要求进行电解： (1)以碳棒

8、为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是_。若要恢 复到电解前的状态，应加入的物质是_。 (2)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是_。若要恢 复到电解前的状态，应加入的物质是_。 (3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是_。若要恢 复到电解前的状态，应加入的物质是_。 答案(1)HCl、CuCl2HCl、CuCl2 (2)Na2SO4、H2SO4H2O (3)CuSO4、NaClCuO 或 CuCO3、HCl 2022 高中化学新教材同步讲义资料 解析(1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则阳

9、离子只能为 H 、Cu2，阴离子只 能是 Cl ，其电解质是 HCl、CuCl2。 (2)实质上是电解水，H 、OH分别在两极上放电，因此，其电解质是 Na2SO4、H2SO4。 (3)电解质是 CuSO4,2CuSO42H2O= 电解 2H2SO42CuO2，若恢复到原状态，可加入 CuO，也可 加入 CuCO3。电解质是 NaCl,2NaCl2H2O= 电解 2NaOHH2Cl2，要恢复到原状态可通入 HCl。 2如图所示的电解池中，a、b、c、d 都是石墨电极，通电一段时间后，a、b、c、d 各电极反应式分 别是：a：_，b：_，c：_，d：_， 并计算各电极生成的气体或固体的物质的量之

10、比是_。 答案Cu2 2e=Cu 2Cl 2e=Cl2 4Ag 4e=4Ag 2H2O4e =O24H 2241 解析依据电解池分析方法，各电极转移的电子数均相等，设为 a mol，各电极反应式： a：Cu2 2e=Cu a a 2 b：2Cl 2e=Cl2 a a 2 c：2Ag 2e=2Ag aa d：2H2O4e =O24H a a 4 则：n(Cu)n(Cl2)n(Ag)n(O2)2241。 书写电极反应式的方法 以电解 Cu(NO3)2溶液为例： 2022 高中化学新教材同步讲义资料 随堂演练知识落实 1以石墨为电极，电解 KI 溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()

11、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 变小 答案D 解析以石墨为电极电解 KI 溶液类似于电解 NaCl 溶液， 阳极反应式为 2I 2e=I2， 阴极反应式为 2H2O2e =H22OH。阴极逸出氢气，且阴极附近溶液(含酚酞)显碱性而呈红色，A、B 项都正确； 阳极生成 I2，使阳极附近溶液(含淀粉)变蓝，C 项正确；由于电解生成了 OH ，故溶液的 pH 变大，D 项错 误。 2如图中 X、Y 分别是直流电源的两极，通电后发现 a 极板质量增加，b 极板处有无色无味气体放出。 符合这一情况的是表中的() 选 项 a 极板 b 极板 X 电极 Z 溶 液

12、 A锌 石 墨 负 极 CuS O4 B 石 墨 石 墨 负 极 Na OH C银铁正Ag 2022 高中化学新教材同步讲义资料 极NO3 D铜 石 墨 负 极 CuC l2 答案A 解析由 a 极板质量增加知，溶液中阳离子在 a 极板处析出，则 a 为阴极，X 为负极，因 B 中 a 极板 处不析出金属、C 中 X 为正极可知 B、C 均错误；又由 b 极板处有无色无味气体放出可知 D 错误。 3用石墨作电极电解 0.1 molL 1的 CuSO4溶液，当有 0.4 mol 电子通过电路时，发现阴极增重 6.4 g， 则要使电解后的溶液恢复到电解前状态，则可向电解后的溶液中加入() A0.1

13、 mol Cu(OH)2 B0.1 mol CuO C0.2 mol CuO D0.1 mol CuO 和 0.2 mol H2O 答案A 解析该过程转移 0.4 mol 电子，则阳极应该生成 0.1 mol 氧气，理论上阴极应该生成 0.2 mol 铜，但 实际上阴极生成的铜为 6.4 g 64 gmol 10.1 mol，故铜离子不足，阴极生成 0.1 mol 铜后，氢离子继续放电，生 成氢气 0.1 mol。因此应该补充 0.1 mol CuO 和 0.1 mol H2O，或补充 0.1 mol Cu(OH)2，A 项正确。 4用如图所示的装置进行电解。通电后发现湿润的淀粉KI 试纸的

14、C 端变为蓝色。 (1)E 为电源的_极，F 为电源的_极。 (2)A 中发生反应的化学方程式为_。 (3)在 B 中观察到的现象是_。 (4)D 端的电极反应式为_。 答案(1)负正 (2)4AgNO32H2O= 电解 4Ag4HNO3O2 (3)铜片溶解，石墨电极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成 (4)2H 2e=H2 解析本题实质上是三个电解装置串联，由题中信息可知 C 为阳极、D 为阴极，则 E 为负极，F 为正 极。A 中是以 Pt 为阳极、Fe 为阴极电解 AgNO3溶液。B 中 Cu 为阳极，发生的反应为 Cu2e =Cu2， 石墨为阴极，发生的反应为 2H 2e=H2，由于水

15、电离出的 H放电，所以溶液中的 c(OH)增大，故 2022 高中化学新教材同步讲义资料 溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D 端为阴极，发生的电极反应为 2H2O2e =H22OH。 题组一电解及其装置(电解池) 1关于下图所示两个装置的叙述正确的是() A装置名称：是原电池，是电解池 B硫酸浓度变化：增大，减小 C电极反应式：中阳极：4OH 4e=2H2OO2，中正极：Zn2e=Zn2 D离子移动方向：中 H 向阴极方向移动，中 H向负极方向移动 答案B 解析为电解池，电解水，阳极反应式为 4OH 4e=2H2OO2，硫酸的浓度增大；为原电 池，溶液中的氢离子移向正极，正极反应式为 2H 2e

16、=H2，硫酸的浓度减小。 2用石墨作电极电解 CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入 适量的() ACuSO4BH2O CCuODCuSO45H2O 答案C 解析用石墨电极电解 CuSO4溶液，发生反应：2CuSO42H2O= 电解 2Cu2H2SO4O2，电解质溶 液的恢复依据“出什么，加什么”的原则，应向溶液中加入适量的 CuO，C 项正确。 3 (2019湖北公安三中高二上质量检测)若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反 应的离子方程式是 Cu2H =Cu2H2，则下列关于该装置的有关说法中正确的是( ) A该装置可能是原电池，也可能是

17、电解池 B该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极 C该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸 D该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸 答案B 解析铜和盐酸或稀硫酸不能自发地进行氧化还原反应，铜和硝酸能自发地进行氧化还原反应，但生 成的气体是氮氧化物而不是氢气，所以该反应只能是电解池反应而不是原电池反应，该装置只能构成电解 池不能构成原电池；该电解池中，铜作阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得电子发生还 2022 高中化学新教材同步讲义资料 原反应，所以该电解池的阳极必须是铜电极，故答案选 B。 4如图所示是电解 CuCl2溶液的装置，其中 c、d 为石墨电极。则下列有关判

18、断正确的是() Aa 为负极、b 为正极 Ba 为阳极、b 为阴极 C电解过程中，d 电极质量增加 D电解过程中，氯离子浓度不变 答案C 解析电流从电源的正极流出，因此 a 为正极，b 为负极，则 c 为阳极，d 为阴极。电解 CuCl2溶液电 极反应为阳极(c 电极)：2Cl 2e=Cl2，阴极(d 电极)：Cu22e=Cu，故 C 项正确。 5(2019运城高二检测)将一直流电源的正、负极(电极材料为 Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、 碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是() ABCD 阳 极 蓝白红蓝 阴 极 白蓝蓝蓝 答案D 解析阳极据

19、放电顺序发生的电极反应为 2I 2e=I2， I2遇淀粉变蓝。 阴极发生的电极反应为 2H2O 2e =H22OH，使石蕊溶液变蓝。 题组二电解规律及其应用 6用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为 31 的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的 反应有() A2Cu2 2H2O= 电解 2Cu4H O2 BCu2 2Cl= 电解 CuCl2 C2Cl 2H2O= 电解 2OH H2Cl2 D2H2O= 电解 2H2O2 答案C 解析设混合溶液的体积为 4 L，物质的量浓度均为 1 molL 1，溶液中硫酸铜和氯化钠的物质的量分 别为 3 mol 和 1 mol，根据转移电子守恒，第一阶段：

20、阳极上氯离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方 程式是 Cu2 2Cl= 电解 CuCl2，氯离子完全反应时，剩余铜离子 2.5 mol；第二阶段：阳极上氢氧根 2022 高中化学新教材同步讲义资料 离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方程式是 2Cu2 2H2O= 电解 2Cu4H O2；第三阶段：阳极上 氢氧根离子放电，阴极上氢离子放电，电解的方程式是 2H2O= 电解 2H2O2。 7用石墨作电极，电解 1 molL 1下列物质的溶液，则电解前后溶液的 pH 保持不变的是( ) A硫酸B氢氧化钠C硫酸钠D氯化钠 答案C 解析用惰性电极电解硫酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液实质是电解水，浓度增大，

21、硫酸溶液的 pH 减小，氢氧化钠溶液的 pH 增大，硫酸钠溶液的 pH 不变；电解氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶液的 pH 增 大。 8.如图为直流电源电解稀硫酸钠溶液的装置。通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加一滴石蕊溶液。 下列实验现象中正确的是() Aa 电极附近呈红色，b 电极附近呈蓝色 Ba 电极附近呈蓝色，b 电极附近呈红色 C逸出气体的体积，a 极的小于 b 极的 D一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 答案B 解析a 极为阴极，H2O 电离出的 H 放电，促进 H2O 的电离平衡向右移动，c(OH)增大，石蕊溶液 变蓝色；b 极为阳极，H2O 电离出的 OH 放电

22、，c(H)增大，石蕊溶液变红色，A 项不正确，B 项正确；a 极产生 H2，b 极产生 O2，H2的体积是 O2体积的 2 倍，故 C、D 项不正确。 9(2019郑州二中高二上学期第一次月考)用阳极 X 和阴极 Y 电解 Z 的水溶液，电解一段时间后，再 加入 W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的一组是() 组 号 XYZW AC F e NaClH2O B P t C u CuS O4 CuSO4 溶液 CCC H2S O4 H2O D A g F e AgN O3 AgNO3 晶体 2022 高中化学新教材同步讲义资料 答案C 解析据加入电解反应方程式生成阴、 阳极产物化合后的物质

23、， 可复原溶液知， A 应通 HCl， B 加 CuO， C 加 H2O，D 不需加任何物质。 10 (2020南京期末)利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2， 并用阴极排出的溶液吸收NO2。 下列说法正确的是() Ab 为直流电源的正极 B将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变 C阳极的电极反应式为 SO22H2O2e =SO2 44H D电解时，H 由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室 答案C 解析二氧化硫被氧化为硫酸根离子，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极相连，则 b 为电源负极，故 A 错误；将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式发生改变

24、，故 B 错误； 阳极的电极反应式为 SO22H2O2e =SO2 44H ，故 C 正确；电解时，阳离子移向阴极，所以 H由 阳极室通过阳离子交换膜到阴极室，故 D 错误。 11载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用 太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的 反应是 2CO24e 2H2O=2CO4OH。下列判断错误的是( ) A上述电化学装置相当于电解池 B上述装置进行的总反应为 2CO2=2COO2 C反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强 D失电子的电极发生的反应是 4OH 4e=2

25、H2OO2 答案C 解析该电化学装置是利用电能转化为化学能， 符合电解池原理， 所以题述电化学装置相当于电解池， 故 A 正确；该电池中，阴极的电极反应式为 2CO24e 2H2O=2CO4OH，阳极上 OH失电子生成氧 气，得失电子数相同条件下，将两个电极反应式相加即得电解池总反应式：2CO2=2COO2，故 B 正确； 阴极反应生成的 OH 在阳极完全反应，电解池总反应为 2CO2=2COO2，所以反应结束后该电化学装置 中的电解质溶液的碱性不变，故 C 错误；阳极上 OH 失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为 4OH4e =2H2OO2，故 D 正确。 12如图是 CO2经电催化还原为

26、CH4的装置示意图。下列说法不正确的是() 2022 高中化学新教材同步讲义资料 A该过程是电能转化为化学能的过程 B铜电极的电极反应式为 CO28HCO 38e =CH48CO2 32H2O C一段时间后，池中 n(KHCO3)不变 D一段时间后，池中溶液的 pH 一定下降 答案C 解析该装置连接有电源，则该过程是电能转化为化学能的过程，A 项正确；二氧化碳转化为甲烷的 反应过程中，碳元素的化合价降低，在铜电极上发生还原反应，电极反应式为 CO28HCO 38e =CH4 8CO2 32H2O，B 项正确；由于池溶液中的碳酸氢根离子被消耗，故一段时间后，碳酸氢钾的物质的 量减少，C 项错误；

27、池中的铜电极为阴极，发生还原反应，池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电 极反应式为 4OH 4e=O22H2O，该过程中有 H生成，故溶液的 pH 降低，D 项正确。 13如图所示装置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 2Cu2 4e=2Cu (3)C

28、uO4.0 14如图 X 是直流电源。Y 池中 c、d 为石墨棒，Z 池中 e、f 是质量相同的铜棒。接通电路后，发现 d 附近显红色。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (1)b 为电源的_极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)。 Z 池中 e 为_极。 连接 Y、Z 池线路，电子流动的方向是 d_e(用“”或“”填空)。 (2)写出 c 极上反应的电极反应式：_。 写出 Y 池中总反应的化学方程式：_。 写出 Z 池中 e 极上反应的电极反应式：_。 答案(1)负阳 (2)2Cl 2e=Cl2 2NaCl2H2O= 电解 2NaOHH2Cl2 Cu2e =Cu2 解析d 极附近显红色

29、，说明 d 为阴极，电极反应式为 2H 2e=H2，c 为阳极，电极反应式为 2Cl 2e=Cl2，Y 池电解 NaCl 溶液的总反应方程式为 2NaCl2H2O= 电解 2NaOHCl2H2；直 流电源中 a 为正极，b 为负极，Z 池中 f 为阴极，e 为阳极，电极反应式分别为 Cu2 2e=Cu、Cu2e =Cu2 ，电子流动方向由 ed。 15A、B、C 为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示： 阳 离子 Na 、 K、 Cu2 阴 离子 SO2 4、OH 图 1 所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的 A 溶液、足量的 B 溶液、足量的 C 溶液， 电极均为石墨电

30、极。 接通电源，经过一段时间后，测得乙中 c 电极质量增加。常温下各烧杯中溶液的 pH 与电解时间 t 的 关系如图 2 所示。据此回答下列问题： (1)M 为电源的_(填“正”或“负”)极，电极 b 上发生的电极反应为_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (2)写出乙烧杯中的反应方程式：_。 (3)如果电解过程中 B 溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ _。 (4)若经过这一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是_ _。 答案(1)负4OH 4e=2H2OO2 (2)2CuSO42H2O= 电解 2CuO22H2SO4 (3)能，因为硫酸铜溶液已转变为

31、硫酸溶液，反应变为电解水的反应 (4)向丙烧杯中加入一定量水 解析(1)乙中 c 电极质量增加，则 c 处发生的电极反应为 Cu2 2e=Cu，即 c 电极为阴极，由此可 推出 b 为阳极，a 为阴极，M 为负极，N 为正极。而 Cu2 只能和 SO2 4结合，可以确定 B 为硫酸铜；由常 温下各烧杯中溶液的 pH 与电解时间 t 的关系图，可以确定 A 为 KOH 或 NaOH，C 为 Na2SO4或 K2SO4。 甲中为 KOH 或 NaOH 溶液， 相当于电解 H2O， 阳极 b 处为阴离子 OH 放电， 即 4OH4e=2H2OO2。 (2)乙烧杯中是电解 CuSO4溶液，反应方程式为 2CuSO42H2O= 电解 2CuO22H2SO4。(3)乙中铜全部 析出后，电解质变为 H2SO4，所以电解反应仍能继续进行。