鲁科版高中化学选择性必修第一册第1章第3节第1课时电解的原理基础课课件

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第1课时　电解的原理(基础课)第1章　化学反应与能量转化 第3节　电能转化为化学能——电解1．能通过对电解熔融氯化钠的探究，了解电解池的构成、工作原理，能正确书写电极反应式、电解总反应式。2．通过对常见物质的电解产物的分析，归纳出电极放电规律。1．固体氯化钠不能导电，但NaCl在水溶液或熔融状态下可发生电离，其电离方程式为NaCl===Na＋＋Cl－，因此熔融的NaCl中含有的离子是Na＋和Cl－。水是一种极弱的电解质，可发生微弱的电离产生极少量的H＋和OH－，因此NaCl溶液中含有Na＋、Cl－、H＋、OH－四种离子。2．根据金属活动性顺序表，可得还原性顺序Zn>Fe>Sn> Pb>H2>Cu>Ag，则对应离子Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+、H＋、Cu2+、Ag＋氧化性由强到弱的顺序为Ag＋>Cu2+>Pb2+ >Sn2+>Fe2+>Zn2+。3．常见非金属单质的氧化性Cl2>Br2>I2>S，则对应阴离子的还原性由强到弱的顺序为S2->I－>Br－>Cl－。一、电解熔融氯化钠实验1．实验装置必备知识　自主预习2．实验现象及分析 阳离子(Na＋)阴离子(Cl－)2Na＋＋2e－===2Na2Cl－－2e－===Cl2↑还原反应氧化反应判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)熔融NaCl中，Na＋、Cl－处于自由运动状态。 (　　)(2)电解熔融NaCl的装置中，Na＋向阳极移动，Cl－向阴极移动。 (　　)(3)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。 (　　) √×√二、电解和电解池 氧化还原电化学正极氧化负极还原负阴阳正阳阴想一想　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图中。请你分析电极a、b、c、d的名称以及Q离子是阴离子还是阳离子？提示：根据题图知，该装置有外接电源，所以属于电解池，根据电子流向知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q离子是阳离子，P离子是阴离子。关键能力　情境探究实验目的：以电解氯化铜溶液为例研究电解的基本原理。实验步骤：在U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极(如图)，把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近，接通电源。实验现象：阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜，在阳极石墨棒上有刺激性气味气体产生，且使湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色。 电解池工作原理1．分析上述电解池工作时，电子的流向、离子的运动方向，并在上图的基础上，绘制出电解池工作时，是如何构成闭合回路的？提示：接通外接电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，阳离子向阴极移动，在阴极上得电子，发生还原反应，阴离子向阳极移动，在阳极上失去电子，发生氧化反应，电子从阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。2.根据上述实验现象分析，电解过程中在阴极、阳极上各发生什么反应？其电极反应分别是什么？电解的总反应是什么？  1．电解池的工作原理2．电解时电极产物的判断──“阳失阴得” 3．电解池的阴极、阳极的判断方法 4．电解池电极反应及电解总反应的书写步骤 1．用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是(　　)A．H2和Cl2　　　B．Cu和Cl2　　C．H2和O2　　D．Cu和O2 √2．(双选)图a～c分别为氯化钠在不同状态下的导电实验(X、Y均表示石墨电极)微观示意图。下列说法正确的是(　　)A．图示中的 代表的离子的电子式为B．图a中放入的是氯化钠固体，该条件下能导电C．能导电的装置中，X上均有气体产生D．能导电的装置中，Y的电极产物相同√√AC　[图a表示NaCl固体，NaCl固体中含有Na＋和Cl－，由于Cl－半径大于Na＋半径，因此图示中的 　代表的离子为Cl－，电子式为 　　　 ，A正确；氯化钠固体中离子不能自由移动，固体不导电，B错误；图b和图c装置中，电解质都能导电，X为阳极，都发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，均有气体产生，C正确；图b和图c装置都能导电，图b中Y的电极产物为Na，图c中Y的电极产物为H2等，D错误。][教材　知识支持]将等物质的量的KI和CuCl2溶于水，用惰性电极电解，该电解反应可分为______个阶段(填表不一定填满)。4CuI2 CuCl2 KCl KOH  用惰性电极电解电解质水溶液的规律1．利用图中装置分别电解Na2SO4溶液、NaOH溶液和稀硫酸能产生装置中的现象吗？为什么？提示：能。因为电解Na2SO4溶液、NaOH溶液、稀硫酸实质上都是电解水。阳极(A试管内)发生：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极(B试管内)发生：4H＋＋4e－===2H2↑。2．利用图中装置分别电解饱和NaCl溶液、NaNO3溶液产生的现象相同吗？为什么？提示：不相同。因为电解饱和NaCl溶液，阳极(A试管内)发生：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(B试管内)发生：2H＋＋2e－===H2↑，若不考虑Cl2、H2的溶解，理论上气体体积相同；电解NaNO3溶液实质是电解水，阳极(A试管内)发生：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极(B试管内)发生：4H＋＋4e－===2H2↑，两者的体积比为1∶2。易错提醒对于电解水型的电解池，阳极OH－放电，剩余H＋，故阳极附近溶液中c(H＋)大于c(OH－)，溶液显酸性；阴极H＋放电，剩余OH－，故阴极附近溶液中c(OH－)大于c(H＋)，溶液显碱性。因此，一般阳极OH－放电产生O2时，阳极附近溶液显酸性，阴极H＋放电产生H2时，阴极附近溶液显碱性。【例题】　(双选)用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是(　　)①电解稀硫酸　②电解Cu(NO3)2溶液③电解KOH溶液　④电解NaCl溶液A．通电进行一段时间后四份溶液的pH均增大B．反应②中通电一段时间后，向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况C．反应③中阳极消耗OH－，故溶液浓度变小D．反应④中阴、阳两极上气体产物的物质的量之比为1∶1√√BD　[依据电解规律可知①为电解水型，②为放氧生酸型，③为电解水型，④为放氢生碱型，所以A、C错误；反应②电解产物为Cu和O2，所以加氧化铜固体可恢复，B正确；反应④阳极产生Cl2，阴极产生H2，物质的量之比为1∶1，D正确。][母题发散](1)反应③、④中需向溶液中加入什么物质可复原？(2)反应②中向溶液中加入Cu(OH)2可复原吗？提示：(1)③加H2O、④加HCl。(2)不可，因为Cu(OH)2和CuO相比，多了H2O，不能恢复到原浓度。方法技巧电解后溶液复原时遵循的原则少什么(元素的种类及原子个数比)加什么(按所少元素原子个数比组合成一种新物质加入)。1．用惰性电极电解Na2SO4、AgNO3、KCl的混合液，最先从阴极和阳极上析出的物质分别是(　　)A．H2和Cl2　　B．Ag和Cl2　　C．H2和O2　　D．Ag和O2 √2．用惰性电极电解下列各组中的三种溶液，电解过程中，溶液中pH依次为减小、不变、增大的是(　　)A．HCl、HNO3、K2SO4B．AgNO3、CuCl2、Cu(NO3)2C．CaCl2、KOH、NaNO3D．CuSO4、Na2SO4、KCl　√1．电解池：电能转化为化学能的装置。2．阳极：发生氧化反应、电子流出、阴离子移向的电极；阴极：发生还原反应、电子流入、阳离子移向的电极。3．阳极放电顺序：活性电极＞阴离子(还原性强的阴离子先放电)；阴极放电顺序：氧化性强的阳离子先放电。51．下列说法正确的是(　　)A．电解KCl溶液时，阴极上的电极反应为K＋＋e－===KB．电解熔融NaCl的装置中，Na＋向阳极移动、Cl－向阴极移动C．用石墨作电极电解熔融MgCl2，阴极上析出单质镁，阳极上会有气体产生D．在电解装置中，电子从阴极通过电解质溶液流向阳极学习效果　随堂评估√243题号15243题号1C　[电解KCl溶液时，根据离子的放电顺序，阴极上H＋得电子，即2H＋＋2e－===H2↑，A项错误；接通电源后阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，B项错误；用石墨作电极电解熔融MgCl2时，Mg2+在阴极上得电子，被还原，得到单质Mg，Cl－在阳极失电子被氧化，得到Cl2，C项正确；电解池中，电子不能通过电极进入电解质溶液，D项错误。]52．用石墨作电极，分别电解下列各物质的溶液：①CuCl2　②CuSO4　③NaCl　④NaNO3　⑤HCl　⑥H2SO4　⑦KOH。其中只有水被电解的有(　　)A．①②⑤　　 B．②④⑥⑦　　C．④⑥⑦　　D．③⑤⑥⑦23题号14√523题号14C　[用石墨作电极，离子的放电顺序，阳极：S2->I－>Br－>Cl－>　OH－>含氧酸根离子，阴极：Ag＋>Fe3+>Cu2+>H＋(酸)>Fe2+>Zn2+>H＋(水)，所以①CuCl2溶液中放电的是铜离子和氯离子，CuCl2被电解；②CuSO4溶液中放电的是铜离子和氢氧根离子，硫酸铜和水都被电解；③NaCl溶液中放电的是氯离子和氢离子，氯化钠和水都被电解；④NaNO3溶液中放电的是氢离子和氢氧根离子，只有水被电解；⑤HCl溶液中放电的是氢离子和氯离子，氯化氢被电解；⑥H2SO4溶液中放电的是氢离子和氢氧根离子，只有水被电解；⑦KOH溶液中放电的是氢离子和氢氧根离子，只有水被电解。故只有水被电解的是④⑥⑦。]53．(双选)如图，两电极上发生的电极反应为a极：Cu2+＋2e－===　Cu；b极：Fe－2e－===Fe2+。下列说法正确的是(　　)A．装置中电解质溶液一定含有Cu2+B．该装置一定是化学能转化为电能C．a、b可能是同种电极材料D．a极上一定发生氧化反应23题号41√√523题号41AC　[该装置既可构成原电池，也可构成电解池。当构成原电池时，a极材料是活动性比铁差的金属或石墨，b极材料为铁，电解质溶液含Cu2+；当构成电解池时，a极作阴极，b极作阳极且必须是铁电极，电解液中含Cu2+，A、C项符合题意。]5243题号14．某同学用如下装置进行实验①和②，在相同时间内，记录现象如下(溶液的温度变化均不明显)。5243题号1 √5243题号1D　[利用惰性电极电解饱和Ca(OH)2溶液，在阴极，水电离出的氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A错误；②中阳极区产生白色浑浊，分离出该白色固体，加酸溶解，产生气泡，说明该白色浑浊的主要成分为碳酸钙，B错误；②中阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，氧气与电极材料石墨反应生成二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙，这是产生白色浑浊的主要原因，C错误，D正确。]243题号15．如图是用铂丝做电极，电解稀MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色[指示剂变色范围的pH为6.8～8.0，酸性－红色，碱性－黄色，Mg(OH)2开始沉淀的pH＝9]。接通电源一段时间后A管产生白色沉淀，回答下列问题：5243题号1(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是______(填编号)。①A管溶液由红变黄　②B管溶液由红变黄　③A管溶液不变色　④B管溶液不变色(2)写出A管中发生的反应：_______________________________________________________________________________________。(3)写出B管中发生的反应：_______________________________________________________________________________________。5①④2H＋＋2e－===H2↑、Mg2+＋2OH－=== Mg(OH)2↓[或2H2O＋2e－＋Mg2+===H2↑ ＋Mg(OH)2↓]4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===O2↑ ＋4H＋)243题号1(4)检验b管中气体的方法是________________________________________________________________________________________。(5)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是___________________________________________________。5 用拇指堵住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃白色沉淀溶解，溶液呈红色课时分层作业(七)　电解的原理题号135246879101112(选择题只有一个选项符合题目要求)1．用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，下列说法中不正确的是(　　)A．阴极发生的电极反应为Cu2+＋2e－===CuB．阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑C．若有6.4 g金属Cu析出，放出的O2为0.05 molD．恰好电解完时，加入一定量的Cu(NO3)2使溶液恢复到原来的浓度√1314题号135246879101112D　[用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，阴极发生的电极反应为Cu2+＋2e－===Cu，阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，若有6.4 g金属Cu(即0.1 mol)析出，转移电子是0.2 mol，放出的O2为0.05 mol，恰好电解完时，应加入一定量的CuO使溶液恢复到原来的浓度，A、B、C正确，D错误。]1314题号135246879101112 √1314题号135246879101112 1314题号1352468791011123．有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是(　　)√1314A．甲中负极反应为2H＋＋2e－===H2↑B．乙中阳极反应为Ag＋＋e－===AgC．丙中H＋向碳棒方向移动D．丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体题号135246879101112C　[由图知，甲、丙为原电池，甲中Zn为负极，负极反应为Zn－2e－===Zn2+，A错；丙中Fe为负极，C为正极，H＋向正极移动，C对；乙、丁为电解池，乙中Ag作阳极，本身失电子，B错；丁中放电顺序：I－>Cl－，电解开始时阳极产生I2，D错。]1314题号1352468791011124．电解100 mL含c(H＋)＝0.3 mol·L-1的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是(　　)A．0.10 mol·L-1 Ag＋B．0.20 mol·L-1 Cu2+C．0.30 mol·L-1 Mg2+D．0.40 mol·L-1 Ca2+√1314题号135246879101112B　[A．Ag＋在H＋之前放电，0.10 mol·L-1 Ag＋中Ag＋物质的量为0.01 mol，电路中通过0.04 mol电子时，Ag＋已经全部放电，析出金属银的质量是1.08 g；B．Cu2+在H＋之前放电，0.20 mol·L-1Cu2+中Cu2+的物质的量为0.02 mol，电路中通过0.04 mol电子时，Cu2+已经全部放电，析出金属铜的质量是1.28 g；C．Mg2+的放电顺序在H＋后面，所以含有这种阳离子的盐溶液中，阴极上放出H2，不会析出金属Mg；D．Ca2+的放电顺序在H＋后面，所以含有这种阳离子的盐溶液中，阴极上放出H2，不会析出金属Ca。]1314题号135246879101112 √1314题号135246879101112 1314题号1352468791011126．关于下图所示①、②两个装置的叙述，正确的是(　　)A．装置名称：①是原电池，②是电解池B．硫酸浓度变化：①增大，②减小C．电极反应：①中阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，②中正极：Zn－2e－===Zn2+D．离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动√1314题号135246879101112B　[①中有外加电源，为电解池，②为原电池，A项错误；①中电解水，硫酸浓度增大，②中消耗硫酸，硫酸浓度减小，B项正确；②中正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误；②中H＋向正极移动，D项错误。]1314题号1352468791011127．如图所示，甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH=== 2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是(　　)1314题号135246879101112 1314√题号135246879101112 1314题号1352468791011128．用Pt做电极，电解含c(Cu2+)∶c(Na＋)∶c(Cl－)＝1∶2∶4的混合溶液，在任何情况下，阴、阳两极下不可能同时发生的反应是(　　)A．阴极：2H＋＋2e－===H2↑　 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑B．阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑C．阴极：Cu2+＋2e－===Cu　 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑D．阴极：Cu2+＋2e－===Cu　 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑√1314题号135246879101112C　[阳离子的放电顺序：Cu2+> H＋；阴离子的放电顺序：Cl－> OH－；c(Cu2+)∶c(Cl－)＝1∶4；H＋、OH－来源于溶液中水的电离；Cu2+和OH－ 不能同时在阴极和阳极放电，C项符合题意。]1314题号1352468791011129．用如图所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉-KI试纸的C端变为蓝色。1314题号135246879101112(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)D端的电极反应为_______________________________________。1314负正  4Ag＋4HNO3＋O2↑ 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑题号135246879101112[解析]　本题实质上是三个电解装置串联，首先判断电源的正、负极，根据C端变为蓝色可知，C端为阳极，D端为阴极，则E为负极，F为正极。A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液的电解池。D端为阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。1314题号135246879101112(选择题有一个或两个选项符合题目要求)10．用电解法可提纯含有某些含氧酸根离子杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　)1314A．阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑B．通电后阴极区附近溶液pH会减小C．K＋通过阳离子交换膜从阴极区移向阳极区D．提纯的KOH溶液从b出口导出√√题号135246879101112BC　[电解除杂过程相当于电解水，阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；电解时，阴极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，氢氧根离子浓度增大，氢离子浓度减小，溶液的pH增大，B项错误；K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；在阴极附近产生氢氧根离子，钾离子向阴极移动，所以除去杂质后氢氧化钾溶液从b出口导出，D项正确。]1314题号13524687910111211．用惰性电极电解含0.2 mol CuSO4的溶液一段时间后，阳极上生成标准状况下4.48 L气体，欲使电解质溶液恢复电解前的状况，应加入(　　)A．0.2 mol CuSO4　　 B．0.2 mol CuOC．0.2 mol Cu(OH)2 D．0.2 mol CuCO3√1314题号135246879101112 1314题号13524687910111212．为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源(左池)，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸(右池)，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：1314题号135246879101112 1314√√题号135246879101112 1314题号13524687910111213．如图所示，X和Y均为石墨电极：1314(1)若电解液为滴有酚酞溶液的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为___________________________________________________________________。电解过程中________(填“阴” 或“阳” )极附近会出现红色。 ＋H2↑ ＋2OH－阴题号135246879101112(2)若电解液为500 mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色固体生成，Y电极有无色气体生成。当溶液中原有溶质完全电解后，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6 g。①电解后溶液的c(H＋)＝___________。要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的_________________(填物质的化学式，假设电解前后溶液的体积不变)。13140.1 mol·L-1CuO(或CuCO3)题号135246879101112②请推测原溶液中所含的酸根离子可能是_______________。设计实验验证推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。1314  取少量待测液于试管中，滴加盐酸无明显现象，继续滴入氯化钡溶液，若有白色沉淀产生，则证明含有硫酸根离子(或取少量待测液于试管中，滴加浓硫酸，再加入铜粉，若有红棕色气体产生，则证明含有硝酸根离子)题号135246879101112 1314题号13524687910111214．A、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：1314题号135246879101112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，电极均为石墨电极。1314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：题号135246879101112(1)M为电源的______(填“正” 或“负” )极，电极b上发生的电极反应为_____________________________________________。(2)写出乙烧杯中的电池总反应：_______________________________________________________________________________________。1314负4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ O2↑ ＋2H2SO4题号135246879101112(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)若经过一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是_______________________________________________________。1314能，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应变为电解水的反应向丙烧杯中加入一定量水题号135246879101112 1314