高中化学选择性必修一 4.2.1 电解原理 （学案）

4.2.1  电解原理（学案）

1．了解电解池的工作原理，能写出电极反应的方程式。

2．了解常见电解池及其工作原理。

1．电解池电极反应的方程式的书写。

电解水产生氢气和氧气时为了增强谁的导电性，向水中加入__________、___________。

知识点一、电解CuCl2溶液的实验探究

1．实验操作

如图所示，在U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒电极，把湿润的KI­淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)附近。接通直流电源。

2．实验现象

阴极石墨棒上逐渐覆盖一层红色物质，阳极石墨棒上有气泡逸出，并可闻到刺激性的气味，同时看到湿润的KI­淀粉试纸变蓝色。

3．原理分析

CuCl2是强电解质且易溶于水，H2O是弱电解质，微弱电离生成H＋和OH－，因此溶液中存在Cu2＋、H＋、Cl－和OH－等4种离子。通电前，离子做自由移动；通电后，Cl－和OH－向阳极移动，Cu2＋和H＋向阴极移动。在阳极，OH－、Cl－均可能被氧化，由于Cl－的放电能力比OH－强，Cl－优先于OH－在阳极上发生反应；在阴极，Cu2＋和H＋都可能被还原，但Cu2＋的放电能力比H＋强，Cu2＋优先于H＋在阴极上发生反应。电极反应为

阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)；

阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)。

电解反应：CuCl2Cu＋Cl2↑。

4．实验结论

在直流电的作用下，电能转化为化学能，CuCl2被电解为Cu和Cl2(Cu在阴极生成，Cl2在阳极生成)。

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)阴、阳极的判断：

规律方法

(1)根据电源正、负极、离子移动方向、发生反应的类型判断，具体如下：

(2)依据电极质量变化——如果电极质量减轻，它一定是阳极；如果质量增加，它一定是阴极。

(3)依据电极产物——如果电极上析出Cl2或O2，它一定是阳极；如果电极上产生H2，它一定是阴极。

(4)依据溶液变化——如果电解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)时某极附近溶液能使酚酞呈红色，则它是阴极(H＋放电，OH－浓度增大)。

4．电解时溶液中的离子有多种，判断多种离子在溶液中的电解产物及放电顺序(电极为惰性电极，如C、Pt或Au等)

(1)思维程序：

(2)阳极上阴离子的放电顺序为：_________________________。

(3)阴极上阳离子的放电顺序为：__________________________________________________。

二、酸、碱、盐的电解规律

1．用惰性电极电解酸、碱、盐溶液，填写下表：

2、判断溶液的pH变化：

先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。

（1）如果只产生氢气而没有氧气，则pH____________；

（2）如果只产生氧气而没有氢气，则pH____________；

（3）如果既产生氢气又产生氧气

①若原溶液呈酸性则pH____________；

②若原溶液呈碱性pH____________；

③若原溶液呈中性pH____________。

3、电极区域PH变化：

（1）阴极H+放电产生H2，阴极区域pH____________；

（2）阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH____________。

【练习】1．如图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是（　　）

A．铜片作正极 B．锌片的质量逐渐增加 

C．电子从铜片流向锌片 D．铜片表面上没有气泡

【练习】2．下列叙述正确的是（　　）

A．在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应 

B．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：2 

C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1mol电子转移，则生成1mol NaOH 

D．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀

【练习】3．以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如图。若一段时间后Y电极上有9.6g红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是（　　）

A．a为铅蓄电池的负极 

B．电解过程中SO42﹣向右侧移动 

C．电解结束时，左侧溶液质量增重约为12g 

D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：PbO2+2e﹣+4H+═Pb2++2H2O

【练习】4．医用口罩的外层喷有丙烯的聚合物聚丙烯。某科硏机构在酸性条件下，用石墨棒作电极，将CO2转化为丙烯（CH2＝CH﹣CH3），原理如图所示。下列有关叙述错误的是（　　）

A．a为电源负极 

B．左池的电极反应式：3CO2+18e﹣+18H+═CH2＝CH─CH3+6H2O 

C．H+从右侧通过质子交换膜进入左侧 

D．若制取过程中转移3mol电子，则产生11.2L丙烯

【练习】5．《JournalofEnergyChemistry》报道我国科学家设计CO2熔盐捕获与转化装置如图所示。下列有关说法错误的是（　　）

A．b为正极 

B．①②中，捕获CO2时碳元素的化合价未发生变化 

C．d极电极反应式为CO32﹣+4e﹣═C+3O2﹣ 

D．由a极反应2C2O52﹣﹣4e﹣═4CO2↑+O2↑可知，每转移1mol电子生成22.4L CO2

【练习】6．如图为CO2电甲烷化的装置图（MEC）其利用微生物催化驱动工作，该生物电催化技术既有助于降低温室效应，也可处理有机废水，下列说法正确的是（　　）

A．b电极为MEC的阳极 

B．若b电极转化1.5mol CO2，装置中转移的电子数是15NA 

C．MEC工作时，质子将从a电极室向b电极室迁移 

D．b电极的反应方程式为CO2+8e﹣+6H2O═CH4+8OH﹣

1．我国科学家利用碳酸钠和碳纳米管为复合电极，以熔融的钠盐为电解质，制备出无钠预填装的钠﹣二氧化碳电池，反应原理为4Na+3CO22Na2CO3+C．下列叙述错误的是（　　）

A．该电池因无钠预填装，能有效降低电池的安全隐患 

B．充电时电解质中Na+向电池的正极聚集 

C．放电时正极反应为3CO2+4e﹣+4Na+═2Na2CO3+C 

D．火星大气中含有95%的二氧化碳，该电池有望为火星探测提供电化学能源系统

2．利用质子传导型固体氧化物电解池将乙烷转化为乙烯，示意图如图。下列说法正确的是（　　）

A．电极a与电源的负极相连 

B．固体电解质中质子向a极移动 

C．电极b的电极反应式是CO2+2e﹣+2H+═CO+H2O 

D．电路中每通过2mol电子时理论上可产生22.4L乙烯

3．电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。如图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是（　　）

A．b为电源的负极 

B．WO3在该过程中被氧化 

C．银电极反应为Ag﹣e﹣＝Ag+ 

D．Ag+由银电极向变色层迁移

4．某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表指针偏转，下列有关描述正确的是（　　）

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H++2Cl﹣Cl2↑+H2↑ 

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液pH变大 

C．断开K1，闭合K2时，石墨电极上的电极反应为：Cl2+2e﹣═2Cl﹣ 

D．断开K1，闭合K2时，电路中通过NA个电子时，两极共产生NAmol气体

5．某同学按图示装置进行实验探究，电极材料为石墨，下列说法正确的是（　　）

A．电极N为阴极，电极上有红色物质生成 

B．电极M为正极，电极上有气体产生 

C．一段时间后，溶液质量增加 

D．该装置是将化学能转化为电能

6．摩拜单车利用车篮处的太阳能电池板向智能锁中的锂离子电池充电，电池反应原理为LiCoO2+6CLi1﹣xCoO2+LixC6，结构如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．放电时，正极质量增加 

B．充电时，锂离子由右向左移动 

C．该锂离子电池工作时，正极锂元素化合价降低 

D．充电时，阳极的电极反应式为：Li1﹣xCoO2+xLi++xe﹣═LiCoO2

7．铅蓄电池是一种传统的目前使用量最大的二次电池，其放电时的总反应方程式为：PbO2+Pb+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，则充电时阳极反应式为_________________________________．

【课前复习答案】

【知识点填空答案】

活泼电极＞S2－＞SO32－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F-；K＋＜Ca2＋＜Na＋＜Mg2＋＜Al3＋＜(H＋浓度较小时)＜Zn2＋＜Fe2＋＜Sn2＋＜Pb2＋＜(H＋浓度较大时)＜Cu2＋＜Fe3＋＜Hg2＋＜Ag＋。

变大；变小；减小；增大；不变；变大；变小

【练习答案】ACCDDC

【检测反馈答案】BCBCAA,PbSO4+2H2O﹣2e﹣═PbO2+SO42﹣+4H+