2020高中化学 电解原理（提高）知识讲解学案 新人教版选修4

2020高中化学 电解原理（提高）知识讲解学案 新人教版选修4

电解原理 ‎【学习目标】‎ ‎1、了解电解池的工作原理；‎ ‎2、初步掌握一般电解反应产物的判断方法。‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一、电解原理 ‎ 1．定义：使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。‎ ‎ 2．装置特点：电能转化为化学能。‎ ‎ 3．形成条件：（1）与电源两个电极相连；（2）电解质溶液（或熔融的电解质）；（3）形成闭合回路。‎ ‎ 4．阴阳极的判断及反应原理（以电解熔融NaCl、CuCl2溶液为例）‎ ‎【高清课堂：电解原理#电解反应类型】‎ 要点二、电解反应类型 ‎ 1．只有电解质参加的反应（电解CuCl2溶液）‎ ‎ ‎ ‎ 阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑（氧化反应） 阴极：Cu2++2e－＝Cu（还原反应）‎ 总反应：CuCl2Cu+Cl2↑‎ ‎2．只有水参加的反应（电解稀硫酸）‎ 阳极：4OH--4e－=2H2O+O2 阴极：2H++2e－=H2 总反应：2H2O2H2+O2 ‎3．水和电解质均参加的反应（电解饱和食盐水）‎ 5‎ 阳极：2Cl--2e－=Cl2 阴极：2H++2e－=H2 ‎ 总反应：2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH ‎ ‎4．电极参加的反应 阳极反应：Cu-2e－=Cu2+ 阴极反应：2H+-2e－=H2 总反应：Cu+2H+Cu2++H2 要点三、电解时电极反应式的书写 ‎ 1．看电极。‎ ‎ 主要是看阳极是何类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化发生氧化反应。阴极一般不参与电极反应。‎ ‎ 2．看离子。‎ ‎ 搞清电解质溶液中存在哪些阴离子、阳离子，根据放电顺序书写电极反应式。‎ ‎3．水溶液中始终有H+和OH－，放电顺序中H+、OH－之后的离子一般不参与电极反应。‎ ‎ 例如：电解CuSO4（aq）的电极反应分析：‎ ‎ 如图所示：（1）看电极。石墨作阳极，Fe作阴极，所以两电极都不反应。‎ ‎ （2）看离子。‎ ‎ 阳离子放电顺序：Cu2+＞H+，故Cu2++2e－＝Cu ‎ 阴离子放电顺序：OH－＞SO42－，故4OH－－4e－＝2H2O+O2↑‎ 总方程式为：‎ ‎2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+或2CuSO4+2H2OCu+O2↑+2H2SO4‎ ‎ 要点诠释：书写电极反应式的步骤一般分为四步：‎ ‎（1）列物质、标得失；‎ ‎（2）选离子、配电荷；‎ ‎（3）配个数、巧用水；‎ ‎（4）两式加、验总式。‎ ‎【典型例题】‎ 5‎ 类型一、电化学中电极及电极反应的判断 例1 蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应： 　　 　　下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是： 　　A．放电时，Fe是负极，NiO2是正极 　　B．蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中 　　C．充电时，阴极上的电极反应为：Fe(OH)2+2e－=Fe+2OH－ 　　D．放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动 　　【答案】B、D。‎ ‎【解析】蓄电池放电时起原电池作用，原电池的负极是较活泼的金属，A正确。放电时，Fe是原电池的负极，Fe失电子被氧化成Fe2+离子。由于负极——Fe的附近聚集较多的Fe2+离子，电解质溶液中的阴离子向负极移动，D不正确。充电时蓄电池起电解池作用，充电时电源的负极应与蓄电池的负极（Fe，此时作为电解池的阴极）相连接，发生还原反应：Fe(OH)2+2e－=Fe+2OH－。C正确。该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是： 　　放电：负极　  Fe-2e－+ 2OH－=Fe(OH)2 　　正极　NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH- 　　充电：阴极　 Fe(OH)2+2e－=Fe+2OH－ 　　阳极　Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O 　　可见反应是在碱性溶液中进行的，B不正确。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是( ) ‎ A．逸出气体的体积：a电极的小于b电极的 B．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电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 ‎【答案】D ‎【解析】Na2SO4＝2Na＋＋SO42－，H2OH＋＋OH－，SO42－和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极 上：4OH－-4e－ ＝ 2H2O＋O2↑，在a电极上：4H＋＋4e－ ＝ 2H2↑，所以a电极产生的气体体积大于b电极；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c(OH－)＞c(H＋)，滴加石蕊试液a电极附近变蓝色，同理，b电极附近变红色。 ‎ ‎【高清课堂：电解原理#例3】‎ ‎【变式2】如下图装置，A、B中电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a、b两极。‎ 5‎ 若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，闭合K2、K3通直流电，则： ‎ ‎（1）标出电源的正、负极，a为______极，b为_____极。 ‎ ‎（2）在湿的Na2SO4滤纸条中心的KMnO4液滴，有什么现象__________。 ‎ ‎（3）写出电极反应式：A中____________，B中__________。 ‎ ‎（4）若电解一段时间，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则电流表的指针是否移动(填是或否)_________。 ‎ ‎（5）若电流表指针不移动说明理由，若指针移动也说明理由___________。 ‎ ‎【答案】（1）a为负极，b为正极 ‎ ‎（2）紫色液滴向D处移动 ‎ ‎（3）A中：4OH——4e－=2H2O+O2 B中：2H++2e－=H2 ‎（4）是 ‎ ‎（5）H2、O2、KOH在A、B两极可以形成原电池 类型二、电解原理 ‎ 例2 右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，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 ‎ 【答案】C ‎ 【解析】电流从电源的正极流出，故a为电源的正极，b为负极；与电源正极相连的c为阳极，与电源负极相连的d为阴极。A、B均不正确。在电解过程中，因Cu2+是阳离子，移向阴极d，在阴极放电析出Cu，所以d电极质量增加；Cl－是阴离子，移向阳极c，在阳极放电析出Cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。故C对D错。‎ ‎【总结升华】电解池与原电池最根本的区别是有无外加电源，有外加电源的装置是电解池。电解池中两极名称为阴、阳极，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应；而原电池中的两极名称为正、负极，一般不称为阴、阳极。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（ ）。‎ ‎ A．原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应 ‎ B．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应 ‎ C．原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应 ‎ D．原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应 ‎【答案】B、C ‎【高清课堂：电解原理#例1】‎ 5‎ ‎【变式2】下图中能验证氯化钠溶液电解产物的装置是 ‎ ‎【答案】D ‎【变式3】如图电解池中装有硫酸铜溶液，选用不同材料的电极进行电解。下列叙述中正确的是 电极材料 通电后的变化 阳极 阴极 A 石墨 石墨 阴极质量增加，溶液的pH 增大 B 铜 铜 阳极质量减小，阴极质量增加 C 铁 铁 两极的质量不发生变化 D 铂 铁 阴极质量增加，溶液的pH 不变 ‎【答案】B 5‎