高中化学苏教版选修4 化学反应原理第二单元 化学能与电能的转化第3课时课后测评

第3课时　电解池的工作原理及应用

目标与素养：1.了解电解池的结构，理解电解原理。能够正确书写电极反应式和总反应式。(宏观辨识与微观探析)2.了解电解熔融氯化钠、电解饱和食盐水、电镀等电解原理的应用。(科学态度与社会责任)3.掌握电解原理的有关计算。(证据推理与模型认知)

1．熔融氯化钠的电解

(1)实验现象：通电后，在阳极周围有气泡产生，在阴极上生成银白色金属。

(2)实验分析：

①熔融氯化钠中存在的微粒Na＋、Cl－。

②通电后离子的运动：

阳离子Na＋(填离子符号)移向阴极；

阴离子Cl－(填离子符号)移向阳极。

③电极上发生的变化：  

阴极：2Na＋＋2e－===2Na，

阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。

(3)实验结论：熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。

微点拨：工业上活泼金属的制备通常用电解法。如NaCl(熔融)Na，MgCl2(熔融)Mg，Al2O3(熔融)Al。

2．电解池的基本概念

(1)电解

在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

(2)电解池

①定义：将电能转化为化学能的装置。

②组成：直流电源，固体电极材料，电解质溶液或熔融电解质，构成闭合回路。

(3)电极及电极反应

阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。

阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。

3．电解CuCl2溶液

微点拨：电解CuCl2溶液时，Cl－、OH－向阳极移动，还原性强的Cl－优先失去电子发生氧化反应；Cu2＋、H＋向阴极移动，氧化性强的Cu2＋优先得到电子发生还原反应。

4．电解饱和食盐水——氯碱工业的基础

(1)装置

(2)现象

阳极上有黄绿色气体产生；阴极上有无色气体产生，阴极附近溶液变红色。

(3)原理分析及电极反应

电解时，Cl－、OH－移向阳极，H＋、Na＋移向阴极。

①阳极离子放电顺序：Cl－>OH－，

电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)

②阴极离子放电顺序H＋>Na＋，

电极反应：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)。

③电池反应

化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，

离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

微点拨：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH反应影响烧碱质量。

5．电镀

(1)定义：应用电解原理在某些金属或非金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

(2)目的：①增强材料的抗腐蚀能力；②美观或增加表面硬度。

(3)电镀池构成

如：在餐具上镀银时，餐具作阴极，银作阳极，含有银离子的溶液作电解液。发生的反应如下：

阴极：Ag＋＋e－===Ag(还原反应)。

阳极：Ag－e－===Ag＋(氧化反应)。

微点拨：电镀过程中电镀液浓度基本不变。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)电解池中与直流电源正极相连的电极是电解池的阳极。 (　　)

(2)惰性电极电解饱和食盐水时，能使酚酞溶液变红的是阳极。 (　　)

(3)在镀件上电镀铜时，可用铜作阳极，镀件作阴极。 (　　)

(4)工业上用电解熔融氯化铝的方法制取金属铝。 (　　)

答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×

2．用石墨电极电解CuCl2溶液(如图)。下列分析正确的是(　　)

A．a端是直流电源的负极

B．通电使CuCl2发生电离

C．阴极上发生的反应：2Cl－－2e－===Cl2↑

D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体

A　[电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，阴极与直流电源的负极相连，阳极与直流电源的正极相连，A项正确；电解质在溶液中的电离是水分子的作用，与是否通电无关，B项错误；电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，在阳极附近可观察到黄绿色气体，C、D项错误。]

3．下列描述中，不符合实际生产的是(　　)

A．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极

B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

C．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极

C　[电解熔融的氧化铝制取金属铝，阳极反应为6O2－－12e－===3O2↑，阴极反应：4Al3＋＋12e－===4Al，若用铁作阳极，则阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋，电解一段时间后，Fe2＋在阴极上得电子被还原成Fe，而得不到Al。]

1.电解池的阴极、阳极的判断方法

2．电解产物的判断方法

3.电解池电极反应式、电池总反应式的书写

1书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成化学式。

2书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。

3铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2＋而不是Fe3＋。

4书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。

【例1】　如图所示，甲是刚浸过NaCl溶液的石蕊试纸，A、B两铜片通过导线连接电源两极，在铜片间的滤纸上滴一滴KMnO4溶液，经过一段时间后，发现A、B间的紫红色圆点向A极移动了一段距离。

(1)与A相连的是电源的________极。

(2)B电极上的电极反应式为________________，B电极附近有________色出现。

解析：(1)当通电一段时间后，A、B间的紫红色圆点向A极移动了，由于紫红色是MnO的颜色，即MnO向A极移动，因阴离子向阳极移动，所以A为电解池的阳极(浸有NaCl溶液的石蕊试纸相当于电解池)，则与A相连的是电源的正极。(2)B为阴极，H＋放电，B电极附近OH－增多，显碱性，有蓝色出现。

答案：(1)正　(2)2H＋＋2e－===H2↑　蓝

1．如图X是直流电源。Y槽中c、d为石墨棒，Z槽中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。

(1)①电源上b为________极(用“正”“负”“阴”或“阳”填空)。

②Z槽中e为________极(用“正”“负”“阴”或“阳”填空)。

③连接Y、Z槽线路中，电子流动的方向是d________e(用“→”或“←”填空)。

(2)①写出c极上反应的电极反应式：____________________。

②写出Y槽中总反应的化学方程式：____________________

____________________________________________________。

③写出Z槽中e极上反应的电极反应式：_________________。

解析：d极附近显红色，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槽电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流电源中a为正极，b为负极，Z槽中f为阴极，e为阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电子流动方向由e→d。

答案：(1)①负　②阳　③←

(2)①2Cl－－2e－===Cl2↑

②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

③Cu－2e－===Cu2＋

【例2】　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．电解进行一段时间后四份溶液的pH均增大

B．反应②中电解一段时间后，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、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1

B　[A项，①②电解后溶液酸性增强，pH减小；B项，反应②为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，故加入适量CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况；C项，反应③为2H2O2H2↑＋O2↑，故KOH浓度增大；D项，反应④为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－，阴极产生H2，阳极产生Cl2，二者物质的量之比为1∶1。]

2．用碳棒作电极，在Na＋、Cu2＋、Cl－、SO等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式：

(1)当阴极放出H2，阳极放出O2时，电解质是________。

(2)当阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质是___________。

(3)当阴极放出H2，阳极放出Cl2时，电解质是________。

(4)通过的电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1时，电解质的化学式是___。

解析：(1)阴极放H2生成碱，阳极放O2生成酸，所以(1)实质是电解水，故电解质是活泼金属的含氧酸盐，即Na2SO4。(2)实质是放氧生酸型，即电解质是不活泼金属的含氧酸盐，即CuSO4。(3)实质是放氢生碱型(或电解盐酸，但盐酸不符合题意)，即NaCl。(4)阳极放出的气体是O2，生成1 mol O2转移4 mol电子，故金属是＋2价，即为铜，故电解质是CuSO4。

答案：(1)Na2SO4　(2)CuSO4　(3)NaCl　(4)CuSO4

1．能用电解原理说明的问题是(　　)

①电解是把电能转变成化学能　②电解是把化学能转变成电能　③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化　④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现　⑤任何溶液被电解时，必将导致氧化还原反应的发生

A．①②③④　　　 B．②③⑤

C．③④ D．①③④⑤

D　[本题主要考查了电解原理。从能量转化的角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故①对、②错；电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故③、⑤对；某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解供给电能可以实现，故④对。所以①③④⑤选项都符合题意。故正确答案为D。]

2．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是(　　)

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色

D．电解一段时间后，将全部电解质转移到烧杯中充分搅拌后溶液呈中性

B　[电解NaCl水溶液时，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，发生反应：Cl2＋2KI===2KCl＋I2，阳极附近的溶液呈棕色；阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，由于该极H＋放电而促进了水的电离，使阴极附近的溶液中c(OH－)增大，滴入酚酞溶液，阴极附近的溶液呈红色；电解NaCl水溶液的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，最后溶液呈碱性，故正确答案为B。]

3．关于电镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(　　)

A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极

B．电解液的成分都保持不变

C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋

D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu

D　[A项电镀时镀件作阴极；B项电解精炼铜时电解液成分改变；C项电解精炼铜时，若有比铜活泼的金属杂质如锌，则阳极还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。]

4．用石墨作电极电解CuCl2和KCl混合溶液，电解初期阴极和阳极分别析出的物质是(　　)

A．H2、Cl2　　　　 B．Cu、Cl2

C．H2、O2 D．Cu、O2

B　[本题考查离子放电顺序，溶液中的离子有：Cu2＋、K＋、H＋及Cl－、OH－五种离子，得电子能力：Cu2＋>H＋>K＋，失电子能力：Cl－>OH－，所以电解初期，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，故选B。]

5．如图所示，A、B、C三个装置中的烧杯分别盛有足量的CuCl2溶液。

(1)A、B、C三个装置中属于原电池的是________(填标号，下同)，属于电解池的是________。

(2)B池中C是________极，发生________反应，电极反应为________________________________________________________________；

Pt是________极，发生________反应，电极反应为_________

____________________________________________________。

B池中总反应的化学方程式为_________________________。

(3)C池中Zn是________极，发生________反应，电极反应为________________________________________________________________；

Cu是________极，发生________反应，电极反应为__________________

____________________________________________________。

反应过程中溶液浓度________(填“变大”“变小”或“不变”)。

解析：(1)判断装置是原电池还是电解池，关键是看它有没有外接直流电源，有则为电解池，无则为原电池。由此可知A为原电池，B和C为电解池，且C较为特殊，实际为电镀铜的装置。

(2)在外电场的作用下，溶液中的H＋和Cu2＋均移向阴极C棒，但因盐溶液中阳离子得电子能力Cu2＋＞H＋，因而发生还原反应Cu2＋＋2e－===Cu。同时溶液中失电子能力较强的Cl－在阳极Pt表面被氧化，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑。总反应方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑。

(3)装置C中阳极为活性电极Cu，当阳极不是惰性电极时，电极本身会被强迫失电子而发生氧化反应Cu－2e－===Cu2＋，生成离子进入溶液，此时溶液中阴离子不能失电子。而阴极上发生还原反应Cu2＋＋2e－===Cu，两极反应速率相等，溶液中其他离子不发生反应，因而溶液浓度保持不变。

答案：(1)A　BC

(2)阴　还原　Cu2＋＋2e－===Cu

阳　氧化　2Cl－－2e－===Cl2↑

CuCl2Cu＋Cl2↑

(3)阴　还原　Cu2＋＋2e－===Cu

阳　氧化　Cu－2e－===Cu2＋　不变