4.2.1  電解原理（學(xué)案）1．了解電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)的方程式。2．了解常見電解池及其工作原理。1．電解池電極反應(yīng)的方程式的書寫。電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣時為了增強誰的導(dǎo)電性，向水中加入__________、___________。知識點一、電解CuCl2溶液的實驗探究1．實驗操作如圖所示，在U形管中注入CuCl2溶液，插入兩根石墨棒電極，把濕潤的KI-淀粉試紙放在與直流電源正極相連的電極(陽極)附近。接通直流電源。2．實驗現(xiàn)象陰極石墨棒上逐漸覆蓋一層紅色物質(zhì)，陽極石墨棒上有氣泡逸出，并可聞到刺激性的氣味，同時看到濕潤的KI-淀粉試紙變藍(lán)色。3．原理分析CuCl2是強電解質(zhì)且易溶于水，H2O是弱電解質(zhì)，微弱電離生成H＋和OH－，因此溶液中存在Cu2＋、H＋、Cl－和OH－等4種離子。通電前，離子做自由移動；通電后，Cl－和OH－向陽極移動，Cu2＋和H＋向陰極移動。在陽極，OH－、Cl－均可能被氧化，由于Cl－的放電能力比OH－強，Cl－優(yōu)先于OH－在陽極上發(fā)生反應(yīng)；在陰極，Cu2＋和H＋都可能被還原，但Cu2＋的放電能力比H＋強，Cu2＋優(yōu)先于H＋在陰極上發(fā)生反應(yīng)。電極反應(yīng)為陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應(yīng))；陰極：Cu2＋＋2e－===Cu(還原反應(yīng))。電解反應(yīng)：CuCl2Cu＋Cl2↑。4．實驗結(jié)論在直流電的作用下，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，CuCl2被電解為Cu和Cl2(Cu在陰極生成，Cl2在陽極生成)。二、電解原理1．電解讓直流電通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))，而在兩電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程叫電解。2．電解池(1)定義：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。(2)組成：與直流電源相連的兩個固體電極；電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)；形成閉合回路。(3)陰、陽極的判斷：判斷依據(jù)陰極陽極1、產(chǎn)生氣體性質(zhì)  2、反應(yīng)類型  3、電子流動方向  4、電解質(zhì)溶液中離子流向  5、電流方向  6、反應(yīng)現(xiàn)象  7、pH變化  8、電源正負(fù)極  規(guī)律方法(1)根據(jù)電源正、負(fù)極、離子移動方向、發(fā)生反應(yīng)的類型判斷，具體如下：(2)依據(jù)電極質(zhì)量變化——如果電極質(zhì)量減輕，它一定是陽極；如果質(zhì)量增加，它一定是陰極。(3)依據(jù)電極產(chǎn)物——如果電極上析出Cl2或O2，它一定是陽極；如果電極上產(chǎn)生H2，它一定是陰極。(4)依據(jù)溶液變化——如果電解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)時某極附近溶液能使酚酞呈紅色，則它是陰極(H＋放電，OH－濃度增大)。4．電解時溶液中的離子有多種，判斷多種離子在溶液中的電解產(chǎn)物及放電順序(電極為惰性電極，如C、Pt或Au等)(1)思維程序：(2)陽極上陰離子的放電順序為：_________________________。(3)陰極上陽離子的放電順序為：__________________________________________________。二、酸、堿、鹽的電解規(guī)律1．用惰性電極電解酸、堿、鹽溶液，填寫下表：電解質(zhì)及類別電極反應(yīng)式溶液復(fù)原方法H2SO4含氧酸陽極：_________________________________________陰極：_____________________________________________________NaOH強堿陽極：_________________________________________陰極：_____________________________________________________Na2SO4活潑金屬的含氧酸鹽陽極：_________________________________________陰極：_____________________________________________________HCl無氧酸，除HF外陽極：_________________________________________陰極：_____________________________________________________CuCl2不活潑金屬的無氧酸鹽，除氟化物外陽極：_________________________________________陰極：_____________________________________________________NaCl活潑金屬的無氧酸鹽陽極：_________________________________________陰極：_____________________________________________________CuSO4不活潑金屬的含氧酸鹽陽極：_________________________________________陰極：_____________________________________________________2、判斷溶液的pH變化：先分析原溶液的酸堿性，再看電極產(chǎn)物。（1）如果只產(chǎn)生氫氣而沒有氧氣，則pH____________；（2）如果只產(chǎn)生氧氣而沒有氫氣，則pH____________；（3）如果既產(chǎn)生氫氣又產(chǎn)生氧氣①若原溶液呈酸性則pH____________；②若原溶液呈堿性pH____________；③若原溶液呈中性pH____________。3、電極區(qū)域PH變化：（1）陰極H+放電產(chǎn)生H2，陰極區(qū)域pH____________；（2）陽極OH-放電產(chǎn)生O2，陽極區(qū)域pH____________。【練習(xí)】1．如圖為銅鋅原電池示意圖，下列說法正確的是（　?。?/span>A．銅片作正極 B．鋅片的質(zhì)量逐漸增加 C．電子從銅片流向鋅片 D．銅片表面上沒有氣泡【練習(xí)】2．下列敘述正確的是（　?。?/span>A．在原電池的負(fù)極和電解池的陰極上都是發(fā)生失電子的氧化反應(yīng) B．用惰性電極電解Na2SO4溶液，陰陽兩極產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1：2 C．用惰性電極電解飽和NaCl溶液，若有1mol電子轉(zhuǎn)移，則生成1mol NaOH D．鍍層破損后，鍍錫鐵板比鍍鋅鐵板更耐腐蝕【練習(xí)】3．以鉛蓄電池為電源，石墨為電極電解CuSO4溶液，裝置如圖。若一段時間后Y電極上有9.6g紅色物質(zhì)析出，停止電解。下列說法正確的是（　?。?/span>A．a為鉛蓄電池的負(fù)極 B．電解過程中SO42﹣向右側(cè)移動 C．電解結(jié)束時，左側(cè)溶液質(zhì)量增重約為12g D．鉛蓄電池工作時，正極電極反應(yīng)式為：PbO2+2e﹣+4H+═Pb2++2H2O【練習(xí)】4．醫(yī)用口罩的外層噴有丙烯的聚合物聚丙烯。某科硏機構(gòu)在酸性條件下，用石墨棒作電極，將CO2轉(zhuǎn)化為丙烯（CH2＝CH﹣CH3），原理如圖所示。下列有關(guān)敘述錯誤的是（　?。?/span>A．a為電源負(fù)極 B．左池的電極反應(yīng)式：3CO2+18e﹣+18H+═CH2＝CH─CH3+6H2O C．H+從右側(cè)通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入左側(cè) D．若制取過程中轉(zhuǎn)移3mol電子，則產(chǎn)生11.2L丙烯【練習(xí)】5．《JournalofEnergyChemistry》報道我國科學(xué)家設(shè)計CO2熔鹽捕獲與轉(zhuǎn)化裝置如圖所示。下列有關(guān)說法錯誤的是（　?。?/span>A．b為正極 B．①②中，捕獲CO2時碳元素的化合價未發(fā)生變化 C．d極電極反應(yīng)式為CO32﹣+4e﹣═C+3O2﹣ D．由a極反應(yīng)2C2O52﹣﹣4e﹣═4CO2↑+O2↑可知，每轉(zhuǎn)移1mol電子生成22.4L CO2【練習(xí)】6．如圖為CO2電甲烷化的裝置圖（MEC）其利用微生物催化驅(qū)動工作，該生物電催化技術(shù)既有助于降低溫室效應(yīng)，也可處理有機廢水，下列說法正確的是（　?。?/span>A．b電極為MEC的陽極 B．若b電極轉(zhuǎn)化1.5mol CO2，裝置中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)是15NA C．MEC工作時，質(zhì)子將從a電極室向b電極室遷移 D．b電極的反應(yīng)方程式為CO2+8e﹣+6H2O═CH4+8OH﹣1．我國科學(xué)家利用碳酸鈉和碳納米管為復(fù)合電極，以熔融的鈉鹽為電解質(zhì)，制備出無鈉預(yù)填裝的鈉﹣二氧化碳電池，反應(yīng)原理為4Na+3CO22Na2CO3+C．下列敘述錯誤的是（　?。?/span>A．該電池因無鈉預(yù)填裝，能有效降低電池的安全隱患 B．充電時電解質(zhì)中Na+向電池的正極聚集 C．放電時正極反應(yīng)為3CO2+4e﹣+4Na+═2Na2CO3+C D．火星大氣中含有95%的二氧化碳，該電池有望為火星探測提供電化學(xué)能源系統(tǒng)2．利用質(zhì)子傳導(dǎo)型固體氧化物電解池將乙烷轉(zhuǎn)化為乙烯，示意圖如圖。下列說法正確的是（　　）A．電極a與電源的負(fù)極相連 B．固體電解質(zhì)中質(zhì)子向a極移動 C．電極b的電極反應(yīng)式是CO2+2e﹣+2H+═CO+H2O D．電路中每通過2mol電子時理論上可產(chǎn)生22.4L乙烯3．電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率，從而實現(xiàn)節(jié)能。如圖是某電致變色器件的示意圖。當(dāng)通電時，Ag+注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈現(xiàn)藍(lán)色，對于該變化過程，下列敘述錯誤的是（　?。?/span>A．b為電源的負(fù)極 B．WO3在該過程中被氧化 C．銀電極反應(yīng)為Ag﹣e﹣＝Ag+ D．Ag+由銀電極向變色層遷移4．某興趣小組設(shè)計如下微型實驗裝置。實驗時，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產(chǎn)生；一段時間后，斷開K1，閉合K2，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)，下列有關(guān)描述正確的是（　?。?/span>A．?dāng)嚅_K2，閉合K1時，總反應(yīng)的離子方程式為：2H++2Cl﹣Cl2↑+H2↑ B．?dāng)嚅_K2，閉合K1時，石墨電極附近溶液pH變大 C．?dāng)嚅_K1，閉合K2時，石墨電極上的電極反應(yīng)為：Cl2+2e﹣═2Cl﹣ D．?dāng)嚅_K1，閉合K2時，電路中通過NA個電子時，兩極共產(chǎn)生NAmol氣體5．某同學(xué)按圖示裝置進(jìn)行實驗探究，電極材料為石墨，下列說法正確的是（　　）A．電極N為陰極，電極上有紅色物質(zhì)生成 B．電極M為正極，電極上有氣體產(chǎn)生 C．一段時間后，溶液質(zhì)量增加 D．該裝置是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能6．摩拜單車?yán)密嚮@處的太陽能電池板向智能鎖中的鋰離子電池充電，電池反應(yīng)原理為LiCoO2+6CLi1﹣xCoO2+LixC6，結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是（　?。?/span>A．放電時，正極質(zhì)量增加 B．充電時，鋰離子由右向左移動 C．該鋰離子電池工作時，正極鋰元素化合價降低 D．充電時，陽極的電極反應(yīng)式為：Li1﹣xCoO2+xLi++xe﹣═LiCoO27．鉛蓄電池是一種傳統(tǒng)的目前使用量最大的二次電池，其放電時的總反應(yīng)方程式為：PbO2+Pb+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，則充電時陽極反應(yīng)式為_________________________________．      【課前復(fù)習(xí)答案】【知識點填空答案】還原性氣體氧化性氣體還原反應(yīng)氧化反應(yīng)電子流入極電子流出極陽離子移向的電極陰離子移向的電極電流流出極電流流入極電極增重電極減輕升高降低連接電源負(fù)極連接電源正極活潑電極＞S2－＞SO32－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子＞F-；K＋＜Ca2＋＜Na＋＜Mg2＋＜Al3＋＜(H＋濃度較小時)＜Zn2＋＜Fe2＋＜Sn2＋＜Pb2＋＜(H＋濃度較大時)＜Cu2＋＜Fe3＋＜Hg2＋＜Ag＋。陰：_2H++2e-=H2___陽：__2H2O-4e-=O2+4H+___加水陰：__2H2O+2e-=H2+2OH-___陽：__4OH—-4e-=O 2+2H2O____加水陰：___2H2O+2e-=H2+2OH-_____陽：___2H2O-4e-=O2+4H+___加水陰：____2H++2e-=H2______陽：___2Cl—-2e-=Cl2______通HCl氣體陰：___2Cu2++2e-=Cu____陽：___2Cl—-2e-=Cl2______加CuCl2陰：___2H2O+2e-=H2+2OH-___陽：___2Cl—-2e-=Cl2_____通HCl氣體陰：___2Cu2++2e-=Cu_____陽：__2H2O-4e-=O2+4H+______加CuO或CuCO3變大；變??；減小；增大；不變；變大；變小【練習(xí)答案】ACCDDC【檢測反饋答案】BCBCAA,PbSO4+2H2O﹣2e﹣═PbO2+SO42﹣+4H+　

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第二節(jié) 電解池

版本： 人教版 (2019)

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