1、第第 2 节节 电能转化为化学能电能转化为化学能电解电解 第第 1 课时课时 电解的原理电解的原理 学业要求 素养对接 1.能分析、 解释电解池的工作原理。 2.能设计简单的电解池。 1.模型认知：电解池的构成条件和工作原理。 2.创新意识：会设计电解池。 知 识 梳 理 知识点一、熔融氯化钠的电解 1.实验现象 通电后，石墨片周围有气泡产生，铁片上生成银白色金属。 2.实验分析 (1)熔融的氯化钠中存在的微粒 Cl 、Na。 (2)通电后离子移动方向：Cl 向石墨电极移动，Na向铁电极移动。 (3)电极上的电极反应： 铁电极：2Na 2e=2Na；石墨电极：2Cl2e=Cl 2。 3.实验结
2、论 熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化，分解生成 Na_和_Cl2。从得失电子 角度分析：铁电极上发生还原反应，石墨电极上发生氧化反应。 知识点二、电解原理 1.电解 让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质， 而在两电极上分别发生氧化反应和还 原反应的过程叫做电解。 2.电解池 (1)定义：将电能转化为化学能的装置。 (2)组成：与直流电源相连的两个固体电极；电解质溶液或熔融的电解质；形成 闭合回路。 (3)电极名称与电极反应： 阳极：与电源正极相连，溶液中阴离子移向此极，失去电子，发生氧化反应。 阴极：与电源负极相连，溶液中阳离子移向此极，得到电子，发生还原反应。 (4)电子流向： 电源负极
3、导线电解池的阴极；电解池的阳极导线电源的正极。 (5)电解方程式：2NaCl_ = 通电 （熔融）2NaCl2。 自 我 检 测 1.判断正误，正确的打“”，错误的打“” (1)电解是把化学能转化为电能() (2)电解质溶液导电一定发生化学反应() (3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现() (4)任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生() (5)电解、电离均需要通电才能实现() (6)电解质溶液的导电过程就是该溶液的电解过程() 2.如图是电解熔融 NaCl 制备金属钠的装置示意图， 下列有关判断正确的是( ) A.通过该装置可以将化学能转化为电能 B.石墨电极为正极
4、C.Na 在铁电极上得到电子被还原为钠单质 D.电流从负极流出，流入铁电极 解析 电解装置是把电能转化为化学能，A 错；石墨电极连接电源正极为阳极， B 错；铁电极是阴极，Na 在铁电极上得到电子被还原，C 正确；电子从负极流 出，进入铁电极，电流方向与电子流向相反，D 错。 答案 C 3.工业制镁是采用电解熔融氯化镁的方法。试分析电解熔融 MgCl2的原理，写出 有关的电极反应式及总反应方程式。 电极反应式 阳极：2Cl 2e=Cl 2； 阴极：Mg2 2e=Mg。 电解方程式：MgCl2= 通电 （熔融）MgCl2。 学习任务一、电解时两电极产物的判断与电极反应式的书写 【情境材料】 18
5、07 年 10 月 6 日，戴维将表面湿润的氢氧化钾放在铂制器皿里，并用导线将铂 制器皿以及插在氢氧化钾里的电极相连，整套装置都暴露在空气中。通电以后， 氢氧化钾开始熔化。戴维发现在阴极附近有带金属光泽的酷似水银的颗粒生成， 并生成紫色火焰，这是钾元素的发现过程。这其中的奥秘是什么呢？电解时，物 质的变化是如何发生的？ 提示 在通电条件下，氢氧化钾发生了电解，分别在两个电极上生成了不同的物 质。 【名师点拨】 1.阳极产物的判断 (1)活性金属电极(除 Pt、Au 外的金属材料)：电极金属失电子，生成对应的金属 阳离子，阴离子不放电。 (2)惰性电极(Au、Pt、石墨)：溶液中的阴离子失电子，
6、生成对应的非金属单质或 高价化合物。 阴离子放电顺序：S2 IBrClOH高价态含氧酸根F。 2.阴极产物的判断 (1)与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，溶液中的阳离子得电 子生成对应的单质或低价化合物。 (2)阳离子的放电顺序：Ag Hg2Fe3Cu2HPb2Sn2Ni2Fe2 Zn2 Mn2较活泼金属阳离子(注意 Fe3的顺序)。 3.电极反应式与电解反应式的书写 以石墨电极电解 CuCl2溶液为例 (1)电极反应式的书写： 确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。 分别写出两极上出现的离子。阴极：Cu2 、H，阳极：Cl、OH。 判断阴、阳极放电顺序。
7、阴极：Cu2 H，阳极： ClOH。 写电极反应式。列物质标得失选离子、配电荷配原子个数。 阴极：Cu2 2e=Cu，阳极：2Cl2e=Cl 2。 (2)电解反应方程式的书写： 通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。 把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“通电”。 电解 CuCl2溶液总反应方程式为 CuCl2= 通电 CuCl2。 【关键提醒】 1.若是水电离出的 H (或 OH)得(或失)电子，在总反应式中应有 H 2O 参与反应。 2.由电极反应式相加得总电解方程式前，必须使两电极反应式中得失电子数相 等。 【典例 1】 如图是电解 CuCl2溶液的装置，其中 c、d 为
8、石墨电极，则下列有关 判断正确的是( ) A.a 为负极，b 为正极 B.a 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 解析 电流从电源的正极流出，故 a 为正极，b 为负极；c 为阳极， d 为阴极。 电解时，因 Cu2 移向阴极 d，在阴极放电析出 Cu，故 d 电极质量增加；Cl移向 阳极 c，在阳极放电逸出 Cl2，导致溶液中 Cl 浓度降低。 答案 C 【深度思考】 用图表表示电解池的原理 变式训练 1 下图所示装置中，a、b 都是惰性电极，通电一段时间后，b 电极附 近溶液呈红色。下列说法正确的是( ) A.X 是负极，Y 是正极 B.P
9、t 是阴极，Cu 是阳极 C.CuSO4溶液的 pH 逐渐减小 D.CuSO4溶液的 pH 不变 解析 b 电极附近溶液呈现红色，说明 b 电极处生成了氢氧根离子。电解食盐水 阳极发生氧化反应产生氯气，阴极发生还原反应产生氢气同时生成氢氧化钠，因 此 b 电极是阴极，与电源的负极相连，则 Y 为负极，X 为正极；铂电极与电源 的正极相连，作阳极，铜电极作阴极；电解硫酸铜溶液时，阳极发生氧化反应； 水电离出的氢氧根离子放电，阴极发生还原反应：铜离子放电，这样溶液中不断 产生 H ，溶液显酸性，pH 变小。 答案 C 学习任务二、惰性电极电解电解质溶液的规律 【合作交流】 1.电解 H2SO4溶液
10、与盐酸溶液(惰性电极)的产物相同吗？溶液 pH 有何变化？ 提示 阴极产物相同(H2)，阳极产物不同H2SO4O2，HClCl2，电解 H2SO4 溶液 pH 减小，电解盐酸溶液 pH 增大。 2.若以惰性电极电解 CuSO4溶液，试分析电极产物并写出电极反应式及总反应 式。 提示 在 CuSO4溶液中含有 Cu2 、H、OH、SO2 4四种离子，在阴极上 Cu2 放电得 Cu；在阳极上 OH 放电得 O 2，电极反应式：阴极为 2Cu2 4e=2Cu， 阳极为 4OH 4e=O 22H2O；总反应式：2CuSO42H2O= 电解 2H2SO4 2CuO2。 【名师点拨】 类型 实例 电解质
11、特点 电极反应特点 电解质 浓度 pH 电解质 溶液复 原方法 阴极 阳极 电解 水型 NaOH 可溶性 强碱 4H 4e = 2H2 4OH 4e = 2H2O O2 增大 增大 加水 H2SO4 含氧酸 增大 减小 加水 Na2SO4 活泼金 属含氧 酸盐 增大 不变 加水 电解 电解 质型 HCl 无氧酸 2H 2e =H2 2Cl 2e = Cl2 减小 增大 通氯 化氢 CuCl2 不活泼 金属无 Cu2 2e = 减小 加氯 化铜 氧酸盐 Cu 放 H2 生碱 型 NaCl 活泼金 属无氧 酸盐 2H 2e = H2 生成新 电解质 增大 通氯 化氢 放 O2 生酸 型 CuSO4
12、 不活泼 金属 含氧 酸盐 Cu2 2e = Cu 4OH 4e = 2H2O O2 生成新 电解质 减小 加氧 化铜 【关键提醒】 惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适 量的某物质时，遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则，所加物质可以是 阴极与阳极产物的化合物。 【典例 2】 右图为直流电源电解稀 Na2SO4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( ) A.逸出气体的体积，a 电极的小于 b 电极的 B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C.a 电极附近呈红色，b 电极附近呈蓝色 D.a 电极附近呈蓝
13、色，b 电极附近呈红色 解析 电解 Na2SO4溶液时，a 为阴极：4H 4e=2H 2，b 为阳极：4OH 4e =O 22H2O；a 极周围由于 H 放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b 极周围 由于 OH 放电溶液呈酸性，石蕊显红色。 答案 D 【深度思考】 判断电解后溶液酸、碱生成的方法 (1)若电解产物只有 H2，而无 O2，则阴极生成碱。 (2)若电解产物只有 O2，而无 H2，则阳极生成酸。 (3)若电解产物既有 O2， 又有 H2， 且二者物质的量之比为 12， 则实质是电解水， 阳极生成酸，阴极生成碱，最终溶液中无酸和碱生成。 变式训练 2 下图中 X、 Y 分别是直流电源的两极，
14、 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。符合这一情况的是下表中的( ) 选项 a 电极 b 电极 X 电极 溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3 D 铜 石墨 负极 CuCl2 解析 由 a 极板质量增加，知溶液中阳离子在 a 极板析出，则 a 为阴极，X 为负 极；因 B 中 a 极板不析出金属，C 中 X 为正极，故 B、C 错；又由 b 极板有无色 无味气体放出，知 D 错。 答案 A 1.以石墨为电极， 电解 KI 溶液(含有少量的酚酞和淀粉)， 下列说法错误的是( ) A.阴极附近溶液呈红色 B.阴
15、极逸出气体 C.阳极附近溶液呈蓝色 D.溶液的 pH 变小 解析 以石墨为电极， 电解KI溶液， 发生的反应为2KI2H2O= 通电 2KOHH2 I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是 H2和 KOH，阳极产物是 I2。由于溶 液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极 附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C 正确；由于电解产物有 KOH 生成， 所以溶液的 pH 逐渐增大，D 错误。 答案 D 2.用石墨作电极，电解下列物质的溶液，其实质不是电解水的是( ) A.NaNO3 B.NaOH C.Na2SO4 D.NaCl 答案 D 3.用惰性电极电解下列溶
16、液， 其中随着电解的进行， 溶液 pH 逐渐减小的是( ) 氯化钠溶液 硫酸铜溶液 氢氧化钠溶液 稀硫酸 稀盐酸 硫 酸钠溶液 A. B. C. D. 答案 C 4.用惰性电极电解足量下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内 物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( ) A.AgNO3AgNO3 B.NaOHH2O C.KClKCl D.CuSO4Cu(OH)2 答案 B 5.从 NO 3、SO2 4、H 、Cu2、Ba2、Ag、Cl等离子中选出适当的离子组成电 解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。 (1)两极分别放出 H2和 O2时，电解质的化学式可能是 _ (至少答一种，下
17、同)； (2) 若 阴 极 析 出 金 属 、 阳 极 放 出O2时 ， 电 解 质 的 化 学 式 可 能 是 _； (3) 两 极 分 别 放 出 气 体 ， 且 体 积 比 为 11 ， 电 解 质 的 化 学 式 可 能 是 _。 解析 (1)该题找两极分别放出 H2和 O2的电解质， 其阳离子是 H 或比 H放电能 力弱的 Ba2 ；阴离子是 OH或比 OH放电能力弱的 SO2 4、NO 3，则分别由阳离 子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。(2)阴极上的阳离子应是比 H 放电能 力强的 Cu2 、Ag，阳极上阴离子应是放电能力弱于 OH的 NO 3、SO2 4，由阳 离子和阴离子
18、组成的可溶性电解质，即符合题意。(3)阴极放出的是 H2，阳极是 Cl 放电生成 Cl 2。 答案 (1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2 (2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3 (3)HCl、BaCl2 课时作业 基 础 练 1.某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中， 下列有关分析完全正确的是( ) A B C D a 电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d 电极 正极 正极 负极 负极 Q 离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 解析 电子由电源的负极流出，故 a 是阴极、d 是正极，溶液中阳离子移向阴极。 答案 B 2.电解池中，阳极的电极材料一定(
19、) A.发生氧化反应 B.与电源正极相连 C.是铂电极 D.得电子 解析 阳极材料为活泼金属，将直接发生氧化反应；若为惰性电极，则最易失电 子的阴离子发生氧化反应。 答案 B 3.把等物质的量的 Na2SO4、NaCl、AgNO3混合物放入足量水中，经充分搅拌后， 将所得溶液用石墨作电极进行电解，阳极生成的物质是( ) A.H2 B.Ag C.Cl2 D.O2 解析 本题考查电解的实质，Na2SO4、NaCl、AgNO3三种物质混合放入水中， 经搅拌后，生成 AgCl 沉淀，溶液中的离子是 Na 、SO2 4、NO 3，通电时阳极是 OH 放电，放出氧气。 答案 D 4.将等物质的量的 AgN
20、O3、Ba(NO3)2、NaCl、K2SO4混合均匀后加入到水中，取 适量混合溶液用惰性电极电解， 片刻后两极上析出的氧化产物与还原产物的质量 之比为( ) A.35.5108 B.12 C.10835.5 D.81 解析 这四种物质混合后， 生成沉淀的离子之间先反应生成AgCl和 BaSO4沉淀， 得到 NaNO3和 KNO3的混合溶液，实质是电解水。 答案 D 5.下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述，正确的是( ) A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的 B.金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源 的正极 C.在电解质溶液中，阴离子向阴极运动，阳离
21、子向阳极运动 D.相同时间内， 阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等 解析 电解池中的闭合回路是由两部分组成的： 在金属导线和电极中是由电子的 定向移动传导电流，电解质中是靠阴、阳离子的定向移动来导电的。电子从电源 的负极出发，流向电解池的阴极，在该电极上阳离子获得电子发生还原反应；与 此同时，阴离子在阳极上失去电子发生氧化反应，失去的电子再从电解池的阳极 流向电源的正极，从而在两部分导体中形成闭合回路。在电解质溶液或熔融电解 质中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，根据电子的得失守恒，相同时间 内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等。 答案 D
22、6.用惰性电极电解物质的量浓度相同、 体积比为 13 的 CuSO4和 NaCl 的混合溶 液，可能发生的反应有( ) 2Cu2 2H 2O= 通电 2Cu4H O 2 Cu2 2Cl=通电 CuCl2 2Cl 2H=通电 H2Cl2 2H2O= 通电 2H2O2 A. B. C. D. 解析 由 n(CuSO4)n(NaCl)13 得 n(Cu2 )n(Cl)13，根据放电顺序， 阴离子：Cl OHSO2 4，阳离子：Cu2 HNa，知该电解过程分为 3 个阶段： 第一阶段：电解 CuCl2溶液：Cu2 2Cl=通电 CuCl2； 第二阶段： 电解 NaCl 溶液： 阴极： 2H 2e=H
23、2， 阳极： 2Cl 2e=Cl 2， 两式相加得到总反应式：2Cl 2H=通电 H2Cl2，忽略了 H 来自于水，书 写总反应式时不能将两式简单相加，而应将 H 改写成 H 2O 而生成 OH ，即 2Cl 2H 2O= 通电 2OH H 2Cl2； 第三阶段：电解 H2O：2H2O= 通电 2H2O2。 答案 D 7.按图甲装置进行实验，若图乙中横坐标 x 表示通过电极的电子的物质的量。下 列叙述正确的是( ) A.F 表示反应生成 Cu 的物质的量 B.E 表示反应实际消耗 H2O 的物质的量 C.E 表示反应生成 O2的物质的量 D.F 表示反应生成 H2SO4的物质的量 解析 电解实
24、质为2CuSO42H2O= 通电 2CuO22H2SO4， 则每通过4 mol e ，生成 2 mol Cu、1 mol O 2，消耗 2 mol H2O，生成 2 mol H2SO4。 答案 B 8.用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有 H2和 O2生成，则电解一段时间后， 下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有( ) 该溶液的 pH 可能增大 该溶液的 pH 可能减小 该溶液的 pH 可能不变 该溶液的浓度可能增大 该溶液的浓度可能不变 该溶液的浓度可能减小 A. B. C. D.全部 解析 用惰性电极电解时两极只有 H2和 O2，则实质上电解的是水，电解质不参 与反应。该电解质
25、有 3 种可能，如电解 H2SO4溶液时，水被电解，H2SO4的浓度 变大，pH 减小；电解 NaOH 溶液时，水被电解，NaOH 浓度变大，pH 增大；电 解 Na2SO4溶液时，水被电解，Na2SO4的浓度变大，pH 不变，但若 NaOH 溶液、 Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变，故、正确，不正确。 答案 C 9.Cu2O 是一种半导体材料， 基于绿色化学理论设计的制取 Cu2O 的电解池示意图 如图，电解总反应为 2CuH2O= 通电 Cu2OH2。下列说法正确的是( ) A.石墨电极上产生氢气 B.铜电极发生还原反应 C.铜电极接直流电源的负极 D.当有 0.1 mol 电子转移时
26、，有 0.1 mol Cu2O 生成 解析 由电解总反应式可知，Cu 参加了反应，所以 Cu 作电解池的阳极，发生氧 化反应， B 选项错误；石墨作阴极，电极反应为 2H 2e=H 2，A 选项正确； 阳极与电源的正极相连，C 选项错误；阳极反应为 2Cu2OH 2e=Cu 2O H2O，当有 0.1 mol 电子转移时，有 0.05 mol Cu2O 生成，D 选项错误。 答案 A 10.下图所示的电解池 I 和中，a、b、c 和 d 均为 Pt 电极。电解过程中，电极 b 和 d 上没有气体逸出，但质量均增大，且增重 bd。符合上述实验结果的盐溶液 是( ) 选项 X Y A MgSO4
27、CuSO4 B AgNO3 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2(SO4)3 D AgNO3 CuSO4 解析 题意表明 b、d 没有气体逸出，所电解的盐溶液中金属元素，应该在金属 活动顺序表中(H)后，只有 D 符合题意。 答案 D 素 养 练 11.在如图中，A 为直流电源，B 为渗透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C 为 电镀槽。接通电路，断开 K 后，发现 B 上的 c 点显红色。请填空： (1)电源 A 的 a 为_极。 (2)滤纸 B 上发生的总反应方程式为_。 (3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通 K，使 c、d 两点短路，则电极 e 上发生的 反应为_， 电极 f 上发生的
28、反应为_， 槽中盛放的电镀液可以是_或_(只要求填两种电解质溶液)。 解析 c 点显红色，说明在 c 点产生了碱。根据电解饱和食盐水的原理可知 c 点 为阴极，则电源与之相连的一极为负极，所以 a 极为正极。B 上发生的即是电解 饱和食盐水的反应。根据电镀原理，镀层金属放在阳极，被镀物件放在阴极，再 确定所发生的反应。 在电解池中，阳极与电源正极相连，阴极与电源负极相连。在阳极，溶液中的阴 离子(惰性电极)或阳极本身失电子(非惰性电极)，发生氧化反应；在阴极，溶液 中的阳离子得电子，发生还原反应。 答案 (1)正 (2)2NaCl2H2O= 通电 H2Cl22NaOH (3)Zn2e =Zn2
29、 Zn2 2e=Zn ZnSO 4溶液 ZnCl2溶液 12.使用氯化钠作原料可以得到多种产品。 (1)实验室用惰性电极电解 100 mL 0.1 mol L 1 NaCl 溶液，若阴、阳两极均得到 112 mL 气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是_(忽略反应前后 溶液体积的变化)。 (2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠 溶液，通电时，为使 Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如 图的装置。 对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是_(填字母)。 A.a 为正极，b 为负极；NaClO 和 NaCl B.a 为负极，b 为正极；
30、NaClO 和 NaCl C.a 为阳极，b 为阴极；HClO 和 NaCl D.a 为阴极，b 为阳极；HClO 和 NaCl (3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的 Fe(OH)2沉淀。 某同学 利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的 Fe(OH)2沉淀，且较 长时间不变色。该同学换上的电解材料是_(用元素符号表示)，总的反应 式是_ _。 解析 (1)n(H2)n(Cl2)0.005 mol，参加反应的 n(NaCl)0.01 mol，说明 NaCl 恰好电解完毕，溶液变为 NaOH 溶液，n(NaOH)n(NaCl)0.01 mol，NaOH 0.1 mo
31、l L 1。 (2)电解饱和氯化钠溶液的总反应： 2NaCl2H2O= 通电 2NaOHH2Cl2， 题 目要求使 Cl2被完全吸收， 则氯气必须在下部的电极上产生， 下部的电极是阳极， 推出 b 为电源的正极，另一极为负极 a。生成的 Cl2与阴极区产生的 NaOH 反应： Cl22NaOH=NaClNaClOH2O，则消毒液的主要成分是 NaClO、NaCl。 (3)题目要求通过电解法制取 Fe(OH)2，电解质溶液是 NaCl 溶液，必须通过电极 反应产生 Fe2 和 OH。根据电极发生反应的特点，选择铁作阳极，铁发生氧化 反应产生 Fe2 ；溶液中的阳离子 Na、H向阴极移动，根据放电顺序，阴极 H 放电产生氢气，H 来源于水的电离，反应式：2H 2O2e =H 22OH 。在电 场作用下，阳极产生的 Fe2 与阴极产生的 OH在定向移动的过程中相遇，发生 复分解反应生成 Fe(OH)2沉淀。 将阳极反应式、 阴极反应式叠加得到总的反应式： Fe2H2O= 通电 Fe(OH)2H2。 答案 (1)0.1 mol L 1 (2)B (3)Fe Fe2H2O= 通电 Fe(OH)2H2
