人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池第1课时导学案及答案

这是一份人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池第1课时导学案及答案，共10页。学案主要包含了学习目标，自主预习，参考答案，效果检测，合作探究，核心归纳，典型例题，随堂检测等内容，欢迎下载使用。
【学习目标】
1.通过实验探究了解电解池的构成,理解电解池的工作原理,知道原电池与电解池的区别。
2.通过交流讨论理解电解的规律,学会判断电解的产物,学会书写电解的电极反应和总反应,提升证据推理与模型认知的学科素养。
【自主预习】
一、电解原理
实验探究:电解CuCl2溶液
1.通电前
(1)电解质的电离氯化铜的电离: 水的电离:
(2)溶液中存在的离子有 ,通电前离子在溶液中作 运动。
2.通电时(两电极材料均为石墨)
(1)在电场的作用下,溶液中的离子作 运动,即Cl-、OH-移向 极,Cu2+、H+移向 极。
(2)离子的放电阴极反应: ( 反应)阳极反应: ( 反应)
总反应: 。
二、电解和电解池
1.电解:使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起 的过程。
2.电解池
(1)将 转化为 的装置(也称电解槽)。
(2)两个电极
阴极:与电源 极相连的电极,在该电极上发生 反应。
阳极:与电源 极相连的电极,在该电极上发生 反应。
3.电解池的构成条件
(1) ;(2) ;(3)电解质溶液或熔融电解质;(4)形成闭合回路。
4.电解原理
5.阴、阳两极上放电顺序
(1)阴极:与电极材料无关,氧化性强的先放电。放电顺序:
(2)阳极:若是活性电极作阳极,则活性电极首先失电子,发生氧化反应。若是惰性电极作阳极,放电顺序:
【参考答案】一、金属铜 Cu2++2e-Cu 氯气 2Cl--2e-Cl2↑ 1.(1)CuCl2Cu2++2Cl- H2OH++OH- (2)Cu2+、Cl-、H+、OH- 自由 2.(1)定向 阳 阴
(2)Cu2++2e-Cu 还原 2Cl--2e-Cl2↑ 氧化 CuCl2Cu+Cl2↑
二、1.氧化还原反应 2.(1)电能 化学能 (2)负 还原 正 氧化 3.(1)直流电源 (2)两个电极
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。( )
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现。( )
(3)电解池的阳极发生还原反应。( )
(4)电解时,电子的移动方向:电源负极→阴极→阳极→电源正极。( )
(5)用惰性电极电解氯化钠溶液,Na+不放电,说明Na+的氧化性弱。( )
(6)电解池中,若用活动性不同的金属作电极,活动性强的为阳极。( )
(7)要想实现Cu+H2SO4(稀)CuSO4+H2↑的反应,需在电解池中进行,且Cu为阳极。( )
(8)用惰性电极电解1 L 1 ml·L-1CuSO4溶液,加入1 ml CuO恢复,电路中转移了2 ml电子。( )
【答案】(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√ (8)√
2.什么是电解?电解有什么特点?
【答案】(1)概念:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
(2)特点:①电解是最强有力的氧化还原手段,是不可逆的;②电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程。
3.如何判断一套装置是原电池还是电解池?
【答案】看有无外接直流电源,有外接直流电源的是电解池,无外接直流电源的是原电池。
【合作探究】
任务1：电解原理
情境导入 1807年,当英国化学家戴维将铂电极插入熔融的氢氧化钾并接通直流电源时,奇迹发生了,在阴极附近产生一种银白色的金属,随即形成紫色的火焰。这就是发现钾元素的主要过程,当时在社会上引起轰动。这其中的奥妙是什么?下面就让我们一起探讨吧!
问题生成
1.电解熔融的氢氧化钾过程中能量的转化形式是什么?
【答案】电能转化为化学能。
2.从氧化还原反应角度分析,电解熔融的氢氧化钾的过程中阴极发生的反应类型是什么?阳极发生的反应类型是什么?
【答案】阴极附近生成钾,钾元素化合价降低,发生还原反应,则阳极发生氧化反应。
3.分析电解熔融的氢氧化钾过程中电子的流向;电子通过熔融电解质吗?
【答案】电子从电源负极流出,流入电解池阴极,从电解池阳极流回电源正极;不通过。
4.若戴维将熔融的氢氧化钾换成氢氧化钾溶液,他还能制得钾单质吗?为什么?若不能,得到的产物是什么?并写出阴、阳极反应和总反应。
【答案】不能;因为溶液中存在H+,H+放电顺序优先于K+。得到的产物是H2和O2;
阳极反应:2H2O-4e-O2↑+4H+;
阴极反应:4H2O+4e-2H2↑+4OH-;
总反应:2H2O2H2↑+O2↑。
5.若将铂电极换成铜电极,电解氢氧化钾溶液,电解产物和问题4相同吗?若不同,请写出阴、阳极反应和总反应。
【答案】不同。阳极反应:Cu-2e- Cu2+;
阴极反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-;
总反应:2H2O+CuCu(OH)2+H2↑。
【核心归纳】
1.电解池阴、阳极的判断
2.电极产物的判断及有关反应式的书写
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(勿忘记水溶液中的H+和OH-)。
(3)排出阴、阳两极的放电顺序
(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒、电荷守恒和电子守恒。
(5)写出电解总反应,在两极转移电子数目相同的前提下,两极反应相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。
【典型例题】
【例1】下图所示装置中,属于电解池的是 (填序号)。
【答案】③⑥
【解析】根据电解池的构成条件判断:①②⑤无外接直流电源,不能构成电解池;④无电解质溶液或熔融电解质;⑦中蔗糖属于非电解质,不能构成电解池;⑧没有形成闭合回路,不能构成电解池。
【例2】某同学按如图所示的装置进行电解实验,下列说法正确的是 (填序号)。
①电解过程中,铜电极上的电极反应式:Cu-2e-Cu2+
②电解初期,主反应:Cu+H2SO4CuSO4+H2↑
③电解一定时间后,石墨电极上有铜析出
④整个电解过程中,H+的浓度不断增大
【答案】①②③
【解析】阳极反应为Cu-2e-Cu2+,电解初期,阴极上是溶液中的H+放电,电极反应式为2H++2e-H2↑,溶液中的H+浓度不断降低,总反应为Cu+H2SO4CuSO4+H2↑,随着反应的进行,溶液中Cu2+数目增多,此时在阴极上Cu2+得电子,电极反应式为Cu2++2e-Cu,此时溶液中H+浓度不变,故溶液中的H+浓度先减小后不变。
方法技巧：原电池与电解池的区别
任务2：电解规律的探究
【核心归纳】
1.惰性电极电解电解质溶液的四种类型
2.用惰性电极电解电解质溶液前后溶液pH的变化规律
有氢无氧增碱性,有氧无氢增酸性,有氢有氧增原性,无氢无氧减原性。
【典型例题】
【例3】用惰性电极进行电解,下列说法正确的是( )。
A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀NaOH溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解NaNO3溶液,在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为1∶2
D.电解CuCl2溶液,在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为1∶1
【答案】D
【解析】电解稀硫酸,实质上是电解水,溶剂的质量减小,溶质的质量不变,所以溶液的浓度增大,H+的浓度增大,溶液的pH变小,A项错误;电解稀NaOH溶液,实质上是电解水,溶剂的质量减小,溶质的质量不变,所以溶液的浓度增大,OH-的浓度增大,溶液的pH变大,B项错误;电解NaNO3溶液,实质上是电解水,阴极上H+得电子生成氢气,阳极上OH-失电子生成氧气,根据得失电子守恒,在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为2∶1,C项错误;电解CuCl2溶液时,阴极上Cu2+得电子生成铜,阳极上Cl-失电子生成氯气,根据得失电子守恒,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1,D项正确。
【例4】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( )。(已知原溶液中电解质未完全电解)
A.AgNO3[AgNO3] B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl] D.CuSO4[Cu(OH)2]
【答案】B
【解析】A项,4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3,脱离溶液的物质是4Ag+O2,相当于2Ag2O,所以应当加入适量Ag2O才能复原;B项,2H2O2H2↑+O2↑,脱离溶液的是2H2+O2,相当于2H2O,加入适量水可以复原;C项,2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑,脱离溶液的是H2+Cl2,相当于2HCl,应通入适量HCl气体才能复原;D项,2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑,脱离溶液的是2Cu+O2,相当于2CuO,加入适量CuO可以复原。
灵犀一点：电解后溶液的复原,从溶液中放出的气体和生成的固体,按照原子个数之比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原则。
【随堂检测】
课堂基础
1.用石墨作电极电解CuCl2溶液,下列说法正确的是( )。
A.在阳极上析出金属铜
B.在阴极上析出金属铜
C.在阴极上产生有刺激性气味的气体
D.阳极上发生还原反应
【答案】B
【解析】根据电解原理,阳极发生氧化反应:2Cl--2e-Cl2↑,阴极发生还原反应:Cu2++2e-Cu。因此在阳极上产生有刺激性气味的氯气,在阴极上析出铜。
2.用石墨作电极完全电解含1 ml溶质X的溶液后,向溶液中加入一定量的物质Y能使电解液恢复到起始状态的是( )。
【答案】D
【解析】A项,电解氯化铜溶液,在两极上分别产生金属铜和氯气,电解质复原加入氯化铜即可,错误;B项,电解氢氧化钾溶液实际上是电解水,所以电解质复原加入水即可,错误;C项,电解硫酸钠溶液实际上是电解水,所以电解质复原加入水即可,错误;D项,电解硝酸银溶液两极上产生的是金属银和氧气,所以电解质复原加氧化银即可,电解含1 ml溶质的硝酸银溶液,会析出金属银1 ml和0.25 ml O2,根据元素守恒,加入0.5 ml Ag2O后即可复原,正确。
3.有下列两组电解池,电极均为惰性电极,实验时通电时间和电流强度都相同。
(1)电解后,溶液pH增大的是 (填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”,下同),溶液pH减小的是 。
(2)电解后电极上有固体析出的是 。
(3)电解时生成的气体在同温同压下总体积相等的是 。
【答案】(1)丙 甲、丁
(2)丁
(3)甲、乙、丙
对接高考
4.(2023·浙江1月选考,11)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置如图,下列说法正确的是( )。
A.石墨电极为阴极,发生氧化反应
B.电极A的电极反应:8H++TiO2+SiO2+8e-TiSi+4H2O
C.该体系中,石墨优先于Cl-参与反应
D.电解时,阳离子向石墨电极移动
【答案】C
【解析】由图可知,在外加电源下石墨电极上C转化为CO,失电子发生氧化反应,为阳极,与电源正极相连,则电极A作阴极,TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi),电极反应为TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-。A项,在外加电源下石墨电极上C转化为CO,失电子发生氧化反应,为阳极,错误;B项,电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-,错误;C项,根据图中信息可知,该体系中,石墨优先于Cl-参与反应,正确;D项,电解池中石墨电极为阳极,阳离子向阴极移动,错误。
5.(2022·山东卷,13)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCO2(s)转化为C2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )。
A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐增大
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCO2+2H2O+e-Li++C2++4OH-
D.若甲室C2+减少200 mg,乙室C2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【解析】A项,依据题意,右侧装置为原电池,左侧装置为电解池,电池工作时,甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体并生成H+,C2+在另一个电极上得到电子,被还原产生C单质,CH3COO-失去电子后,阳离子(包括H+)通过阳膜进入阴极室,溶液pH减小,错误;B项,对于乙室,正极上LiCO2得到电子,被还原为C2+,同时得到Li+,其中的O与溶液中的H+结合成H2O,因此电池工作一段时间后应该补充盐酸,正确;C项,电解质溶液为酸性,不可能大量存在OH-,乙室的电极反应为LiCO2+4H++e-Li++C2++2H2O,错误;D项,若甲室C2+减少200 mg,转移电子物质的量n(e-)=0.2g59g·ml-1×2≈0.0068 ml,乙室C2+增加300 mg,转移电子的物质的量n(e-)=0.3g59g·ml-1×1≈0.0051 ml,说明此时已进行过溶液转移,正确。
实验装置
实验现象
实验结论
原因分析
(a、b均为石墨)
电流表指针发生偏转
说明电解质溶液导电,形成闭合回路
电解质溶液导电的过程就是被电解的过程
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质
析出
阴极: (还原反应)
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
产生了
阳极: (氧化反应)
电极名称
(1)阴极:与直流电源负极相连的电极;
(2)阳极:与直流电源正极相连的电极
装置类别
原电池
电解池
能量转化
化学能转化为电能
电能转化为化学能
电极名称
负极
正极
阴极
阳极
电极判断
流出电子
流入电子
连电源负极
连电源正极
反应类型
氧化反应
还原反应
还原反应
氧化反应
电子流向
负极→外电路→正极
电解池阳极→电源正极;电源负极→电解池阴极
离子移动方向
阳离子向正极移动;阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动;阴离子向阳极移动
反应能否自发进行
能
不能
类型
电极反应特点
电解质溶液
电解对象
电解质浓度
pH
电解质溶液复原
电解
水型
阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-
阳极:2H2O-4e-O2↑+4H+
强碱(如NaOH)
水
增大
增大
加水
含氧酸(如H2SO4)
水
增大
减小
加水
活泼金属的最高价含氧酸盐(如Na2SO4)
水
增大
不变
加水
电解电
解质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
部分无氧酸(如HCl)
电解质
减小
增大
通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)
电解质
减小
-
加CuCl2
放H2
生碱型
阴极:H2O放H2生成碱
阳极:电解质阴离子放电
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
电解质和水
生成新
电解质
增大
通入HCl气体
放O2
生酸型
阴极:电解质阳离子放电
阳极:H2O放O2生成酸
不活泼金属的最高价含氧酸盐(如CuSO4)
电解质和水
生成新
电解质
减小
加CuO
选项
X溶液
物质Y
A
CuCl2
1 ml Cu(OH)2
B
KOH
1 ml KOH
C
Na2SO4
1 ml H2SO4
D
AgNO3
0.5 ml Ag2O