【步步高】2021-2021学年高中化学 第1章 第2节 第1课时 电解的原理对点训练 鲁科版选修4.doc

第2节 电能转化为化学能电解第1课时电解的原理目标要求1.了解电解池的工作原理。2.能写出电解池的电极反应式。一、电解概念及电解池的组成1电解让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。在日常生活中，人们常常需要通过电解使许多不能自发进行的反应顺利进行，电解过程中电能转化为化学能。人们把将电能转化为化学能的装置称为电解池。2构成电解池的条件(1)两个相同或不同的电极；(2)外接直流电源；(3)电解质溶液或熔融的电解质。以上三部分形成闭合回路。二、电解的原理1原理(1)电子从外接电源的负极流出，经导线到达电解池的阴极，电解质溶液中的阳离子移向阴极，氧化性强的离子在阴极获得电子而被还原，发生还原反应；与此同时，电解质溶液中的阴离子移向阳极，其中还原性强的离子在阳极上失去电子(也可能是阳极很活泼而本身失去电子)而被氧化，发生氧化反应，这样电子又从电解池的阳极流出，沿导线流回外接直流电源的正极。(2)电解池工作示意图(以电解CuCl2溶液为例)2电极的判断及电极反应(1)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。(2)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。三、离子的放电顺序及电解的规律1放电阳离子得到电子而阴离子失去电子的过程叫放电。2离子的放电顺序(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活泼电极(金属活动性顺序表中在Ag之前)，则电极本身失电子被氧化，阴离子不放电；如果是惰性电极(Au、Pt、石墨)，则要看溶液中阴离子失电子能力强弱，谁强谁放电，阴离子放电顺序为：S2>I>Br>Cl>OH>高价态含氧酸根>F。(2)阴极产物的判断不用考虑电极本身，直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子的放电顺序与金属活动性顺序相反，顺序为AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Ni2Fe2Zn2Mn2较活泼金属阳离子(注意Fe3的顺序)。3电解的规律类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH值电解质溶液复原应加物质电解水型阴极：4H4e2H2阳极：4OH2H2OO24eNaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小增大氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小氧化铜知识点一电解原理1.如图是电解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() Aa为负极，b为正极Ba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。在电解过程中，因为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，导致溶液中氯离子浓度降低。2如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，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。符合这一情况的是附表中的()a极板b极板X电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2答案A解析由题意知，通电后a极板质量增加，说明有金属析出，由此可知，a极为电解池的阴极，则X为电源负极，B、C均不符合；又b极放出的是无色无味的气体，可淘汰D。知识点二电解规律3用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内的物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是()AAgNO3AgNO3 BNaOHH2O CKClKCl DCuSO4Cu(OH)2答案B解析A项：4AgNO32H2O4AgO24HNO3，脱离反应体系的物质是4AgO2，相当于2Ag2O，所以应当加入适量Ag2O才能复原(加入AgNO3，会使NO的量增加)；B项：2H2O2H2O2，脱离反应体系的是2H2O2，相当于2H2O，加入适量水可以复原；C项：2KCl2H2O2KOHH2Cl2，脱离反应体系的是H2Cl2，相当于2HCl，应通入适量HCl气体才能复原(加入盐酸时，同时也增加了水)；D项：2CuSO42H2O2H2SO42CuO2，脱离反应体系的是2CuO2，相当于2CuO，加入适量CuO可以复原。4用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子的物质的量为()A0.1 mol B0.2 mol C0.3 mol D0.4 mol答案D解析由电解CuSO4溶液的反应的化学方程式2CuSO42H2O2CuO22H2SO4知，电解过程中只析出Cu和放出O2，故电解后加入CuO就可以复原。但本题提示加入0.1 mol Cu(OH)2可以复原，说明电解过程中不仅有CuSO4被电解，还有H2O被电解。0.1 mol Cu(OH)2相当于0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，由电子守恒0.1 mol CuO0.1 mol Cu0.2 mol e，0.1 mol H2O0.1 mol H20.2 mol e，共计0.4 mol e。练基础落实1用铂电极(惰性)电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是()A稀NaOH溶液 BHCl溶液CCuSO4溶液 D酸性AgNO3溶液答案A2在水中加等物质的量的Ag、Pb2、Na、SO、NO、Cl，该溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为()A35.5108 B16207 C81 D10835.5答案C解析溶液中的六种离子，有四种发生反应生成沉淀，AgCl=AgCl、Pb2SO=PbSO4，最后溶液就成了NaNO3溶液；而电解NaNO3溶液，实质上就是电解水，电解方程式为2H2O2H2O2。氧化产物和还原产物的质量之比为m(O2)m(H2)(1 mol×32 g·mol1)(2 mol×2 g·mol1)81，即C项正确。3能用电解原理说明的问题是()电解是把电能转变成化学能电解是化学能转变成电能电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生A B C D答案D解析从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故对、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、对；某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可能实现，故对。所以D选项符合题意。4用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液，一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量相应的溶质能使溶液恢复到电解前浓度的是()AAgNO3 BNa2SO4 CCuCl2 DKCl答案C解析直接加入溶质就能使溶液恢复到电解前的浓度应属于电解溶质型，即选C；AgNO3发生的电解反应是：4AgNO32H2O4AgO24HNO3，可加Ag2O或Ag2CO3；电解Na2SO4的水溶液实际电解的是水；电解KCl水溶液实际电解的是溶质和溶剂，类似电解NaCl溶液，通HCl气体能恢复原状。5电解84.75 mL 16%的NaOH溶液(1.18 g·cm3)，用石墨作电极经过一段时间后溶液浓度为19.5%，这是因为()A溶质增加了3.5 gB放出了22.4 L H2和11.2 L O2CNaOH比水消耗少D消耗18 g水答案D解析计算型选择题，一般有一定的技巧性，不要先盲目计算，应先分析题干排除干扰：读题可知此NaOH溶液的电解实质是水被电解，则A、C错误，由于没指明条件无法计算气体的体积，B也错误。通过排除法，省去了计算的麻烦。练方法技巧6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()AF表示反应生成Cu的物质的量BE表示反应实际消耗H2O的物质的量CE表示反应生成O2的物质的量DF表示反应生成H2SO4的物质的量答案B解析电解实质为2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，则每通过4 mol e，生成Cu 2 mol，O2 1 mol，耗H2O 2 mol，生成H2SO4 2 mol。7在50 mL 0.2 mol·L1 CuSO4溶液中插入两个电极，通电电解(不考虑水分蒸发)。则：(1)若两极均为铜片，试说明电解过程中CuSO4溶液的浓度_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是_。(3)若阳极为纯锌，阴极为铜片，如不考虑H在阴极上放电，当电路中有0.04 mol e通过时，阴极增重_g，阴极上的电极反应式是_。答案(1)不变(2)ZnZn22e (3)1.28Cu22eCu解析(1)两极均为铜片，电解液为CuSO4溶液，这是一个电镀装置，电解过程中电解质溶液的浓度不变。(2)阳极为纯锌，为活泼金属，通电电解时，锌发生氧化反应：ZnZn22e。(3)若阳极为纯锌，阴极为铜片，不考虑H在阴极上放电，则阴极反应为Cu2得电子的还原反应：Cu22eCu。当电路中有0.04 mol电子通过时，有0.04 mol/2×64 g·mol11.28 g铜析出。练综合拓展8写出用惰性电极电解下列电解质溶液的电极反应式及电解反应的化学方程式(1)Ba(OH)2：_；(2)Na2CO3： _；(3)KCl： _；(4)AgNO3： _。答案(1)阳极：4OH2H2OO24e阴极：4H2O4e2H24OH总反应式：2H2O通电,2H2O2(2)阳极：4OH2H2OO24e阴极：4H2O4e2H24OH总反应式：2H2O通电,2H2O2(3)阳极：2ClCl22e阴极：2H2eH2总反应式：2KCl2H2O通电,2KOHH2Cl2(4)阳极：4OH2H2OO24e阴极：4Ag4e4Ag总反应式：4AgNO32H2O通电,4AgO24HNO39下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336 mL (标准状况)气体。回答：(1)直流电源中，M为_极。(2)Pt电极上生成的物质是_，其质量为_g。(3)电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2_。(4)AgNO3溶液的浓度_(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH_，硫酸的浓度_，硫酸的pH_。(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸_g。答案(1)正(2)Ag2.16(3)21 (4)不变不变增大减小(5)45.18解析电解5.00%的稀硫酸溶液，实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应：2H2O2H2O2，V(H2)V(O2)21。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。在336 mL气体中，V(H2)×336 mL224 mL，为0.01 mol；V(O2)×336 mL112 mL，为0.005 mol。说明电路上有0.02 mol电子转移，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02 mol×108 g·mol12.16 g，即0.02 mol的Ag。则n(e)n(Ag)n(O2)n(H2)0.020.020.0050.01221。由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电解池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag的物质的量等于Ag电极被还原给溶液补充的Ag的物质的量，因此AgNO3溶液的浓度不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的稀硫酸溶液时，由于其中的水发生电解，因此硫酸的浓度增大，H的浓度增大，故溶液的pH减小。设原5.00%的硫酸的质量为x，电解时消耗水0.01 mol×18 g·mol10.18 g，则5.00%x5.02%(x0.18 g)，解得x45.18 g。7