高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池学案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池学案，共14页。学案主要包含了电解，电解池的基本规律，电极方程式的书写，常见电解类型的电解规律等内容，欢迎下载使用。


知识精讲
实验探究——电解CuCl2溶液
一、电解、电解池、放电
1．电解：使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而引起氧化还原反应的过程叫做电解。
2．电解池：把电能转化为化学能的装置，叫做电解池，也叫电解槽。
3. 放电：当离子到达电极时，失去/获得电子，发生氧化/还原反应的过程，称为放电。
二、电解池的基本规律
【答案】正极氧化负极还原阳极阴极负阴阳正
三、阴、阳极的放电顺序
1. 阳极放电顺序
（1）若是活性电极做阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应；
（2）若是 Pt、Au、C等惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电。
即：活泼金属＞S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞SO42-等（含氧酸根离子）＞F-。
2. 阴极放电顺序
（1）阴极上放电的总是溶液(或熔融电解质)中的阳离子，与电极材料无关；
（2）氧化性强的离子先放电，放电顺序如下：
Ag+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。
四、电极方程式的书写
1. 写出溶液中存在的离子并比较放电顺序
2. 根据氧化还原或题目信息，判断产物并写出电极反应
五、常见电解类型的电解规律
【答案】
对点训练
题型一：放电顺序与放电产物的判断
【变2】（2019·福建·泉州第十六中学高二月考）采用惰性电极从、、Cl-、Cu2+、Ba2+、Ag+、H+选出适当离子组成的电解质（非熔融态下），并电解，
(1)若两极分别放出H2和O2，电解质可能为___。
(2)若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质可能为___。
(3)若两极分别放出气体，且体积比为1：1，电解质可能为___。
(4)若既无O2也无H2放出，则电解质可能为___。
【答案】Ba(NO3)2、H2SO4、HNO3AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4HCl、BaCl2CuCl2
题型二：电极方程式的书写
【例3】（2021·宁夏·银川市第六中学高二月考）用情性电极电解下列溶液
（1）电解KNO3溶液阳极反应___________
（2）电解CuCl2溶液阴极反应___________
（3）电解氢氧化钠溶液的总反应___________
（4）电解CuSO4与NaCl混合溶液开始时阳极反应___________，阴极反应___________
【答案】
（1）4OH--4e-=O2↑+2H2O或2H2O-4e-=O2↑+4H+
（2）Cu2++2e-=Cu
（3）2H2OO2↑+2H2↑
（4）2Cl--2e-=Cl2↑Cu2++2e-=Cu
题型三：电解池中的计算
【例4】（2019·陕西·渭南市三贤中学高二期中）如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 ml·L−1的CuCl2溶液，B池中加入0.1 ml·L−1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是
A．2∶2∶4∶1B．1∶1∶2∶1
C．2∶1∶1∶1D．2∶1∶2∶1
【答案】A
题型四：电解池的基本原理
【例6】（2021·陕西金台·高二期末）在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。请回答下列问题：
(1)Y电极为直流电源的___________极。
(2)B中阳极的电极反应式为___________。
(3)C中pH变化：___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)A中反应的方程式为___________。若A中KCl溶液的体积是200mL，电解后，溶液的pH为___________(设电解前后溶液体积不变)。
【答案】正极2H2O-4e-=O2↑+4H+不变2KCl+2H2OCl2↑+H2↑+2KOH13
题型五：电解池的分段电解
【变9-2】（2021·黑龙江实验中学高二期中）400 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)=0.6 ml·L-1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为400 mL，下列说法正确的是
A．原混合溶液中c(K+)为0.1 ml·L-1
B．上述电解过程中共转移0.2 ml电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 ml
D．电解后溶液中c(H+)为0.2 ml·L-1
【答案】A
题型六：电解质溶液的复原
【变10-2】（2020·江西南昌·高二期中）用惰性电极电解硫酸铜溶液，整个过程转移电子的物质的量与产生气体总体积的关系如图所示(气体体积均在相同状况下测定)。欲使溶液恢复到起始状态，向溶液中加入( )
A．0.1 ml CuOB．0.1 ml CuCO3
C．0.075 ml Cu(OH)2D．0.05 ml Cu2(OH)2CO3
【答案】D
题型七：原电池与电解池串联
【例11】（2021·福建三明·高二期中）液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图甲所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。以该燃料电池为电源电解足量饱和CuCl2溶液的装置如图乙所示。下列说法错误的是
A．甲中b电极为正极
B．理论上当燃料电池消耗0.15mlO2时，乙中c电极增重19.2g
C．a电极的电极反应式为：N2H4-4e−+4OH−=N2+4H2O
D．燃料电池甲中OH−通过阴离子交换膜向a电极方向移动
【答案】B
提分特训
【题1】（2021·全国·高二）用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是
A．H2和Cl2B．H2和O2C．Cu和Cl2D．Cu和O2
【答案】C
【题2】（2021·山东·高二期末）如图所示电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c、d均为铂电极，在电解过程中b电极有气体逸出，d电极质量增大。符合上述实验结果的一项是
A．AB．BC．CD．D
【答案】D
【题3】（2021·河南南阳·高二期中）用惰性电极电解下列各组中的三种溶液，电解过程中，溶液中pH依次为减小、不变、增大的是
A．HCl、HNO3、K2SO4B．AgNO3、CuCl2、 Cu(NO3)2
C．CaCl2、 KOH、NaNO3D．CuSO4、Na2SO4、KCl
【答案】D
【题4】（2020·云南·会泽县第一中学校高二期末）用石墨电极完成下列电解实验。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是
A．a为电解池的阴极B．b处有氯气生成，且与水反应生成了盐酸和次氯酸
C．c处发生了反应：Fe-3e－= Fe3+D．d处：2H2O+2e－=H2↑+2OH－
【答案】C
【题5】（2021·黑龙江·哈师大附中高一期末）在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况下)，则原混合液中Cu2＋的物质的量浓度为
A．0.1 ml·L-1B．0.2 ml·L-1C．1 ml·L-1D．2 ml·L-1
【答案】C
【题6】（2021·宁夏·固原一中高三月考）用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是
A．P点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态
B．电解过程中N电极表面始终有红色物质生成，无气泡产生
C．P-Q电解过程为电解水，N极产生H2，M极产生O2
D．若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变
【答案】B
【题7】（2018·黑龙江·伊美区第二中学高二期末）如图所示，A、B、C三个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。
(1)A、B、C三个装置中属于电解池的是__。
(2)A池中Zn是__极，Cu极的电极反应式为__。
(3)B池中Pt棒上的电极反应为__。B池中的总反应化学方程式为__。
(4)C池中Cu极电极反应式为__。
【答案】BC负Cu2++2e-=Cu2Cl--2e-=Cl2↑CuCl2Cu+Cl2↑Cu-2e-=Cu2+
【题9】（2021·福建·三明一中高二开学考试）回答下列问题
（1）请你将反应设计成原电池，并回答下列问题：
①该电池的正极材料可以是___________，也可选用___________等代替。
②画出你所设计的双液原电池的装置图，并标注出电极材料和电解质溶液。___________
③写出电极反应式：负极___________，正极___________。
④该电池负极材料质量减重3.2g，则电路中通过的电子的数目为___________。
（2）从、、Na+、Cu2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。(注意：请填写满足条件的所有电解质的化学式)
①若两极分别放出H2和O2时，电解质可能为___________(填化学式，下同)。
②若阴极析出金属，阳极放出气体，电解质可能为___________。
③若两极分别放出气体，且气体体积比为1∶1时，电解质只能为___________。
【答案】
（1）Ag石墨(C)或Pt或
（2）、、、、NaCl
提分作业
【练1】（2020·全国·高二课时练习）用惰性电极电解CuSO4和NaCl 的混合溶液，开始时阴极和阳极上分别
析出的物质是
A．H2和Cl2B．Cu和Cl2C．H2和O2D．Cu和O2
【答案】B
【练2】（2021·全国·高二课时练习）在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是（）
A．电解质溶液是稀硫酸B．金属M是阳极，金属N是阴极
C．M和N都是石墨电极D．M是阴极，N是阳极
【答案】B
【练3】（2019·山西阳泉·高二期末）用石墨电极电解稀硫酸的过程中，溶液pH的变化情况为
A．逐渐减小B．逐渐增大C．不改变D．先减小，后增大
【答案】A
【练4】（2017·贵州凯里·高二期末）用惰性电极电解饱和食盐水，下列说法正确的是
A．电解过程中，Cl－向阳极方向移动，发生还原反应
B．电解一段时间后，阴极附近溶液pH增大
C．电解池中的总反应为：2H++2Cl－＝H2↑+Cl2↑
D．欲使电解池中的溶液恢复到电解前状态，应加入适量浓盐酸
【答案】B
【练5】（2017·湖北·高二月考）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是
A．AB．BC．CD．D
【答案】D
【练6】（2021·陕西省黄陵县中学高二期末）如图所示，A、B、C三个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。
(1)A、B、C三个装置中属于电解池的是_______。
(2)A池中Zn是_______极，Cu极的电极反应式为_______。
(3)B池中的总反应化学方程式为_______，若将B池的溶液换成饱和的食盐水，当电路中通过1ml电子时两极共产生的气体体积为_______(标准状况)。
(4)C池中Cu极电极反应式为_______。
(5)某化学学习小组在学完原电池后，以Zn+Fe2+=Zn2++Fe为电池总反应设计电池，该电池的正极反应式为_______。
【答案】BC负Cu2++2e-=CuCuCl2Cu+Cl2↑22.4LCu-2e-=Cu2+Fe2++2e-=Fe
【练7】（2021·河北·唐山一中高二期中）某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时。观察到电流表的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
（1）甲池为___________(填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，通入电极的电极反应式为___________。
（2）乙池中A(石墨)电极的名称为___________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)。总反应的离子方程式为___________。
（3）当乙池中B极质量增加21.6g时，甲池中理论上消耗的体积为___________mL(标准状况下)，丙池中___________极析出___________g铜。
（4）若丙池中电极不变，将其溶液换成溶液，电键闭合一段时向后。甲中溶液的pH将___________(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】
（1）原电池
（2）阳极
（3）1120D6.4
（4）减小不变
实验操作
实验现象
实验分析
电流表指针发生偏转
电解质溶液导电，形成闭合回路
b极上逐渐覆盖了一层红色物质
析出金属铜，Cu2++ 2e-===Cu
a极上产生刺激性气味的气体，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
产生了氯气，2Cl-- 2e-===Cl2↑
电解CuCl2溶液的总反应：CuCl2eq \(=====,\s\up7(电解))Cu + Cl2↑
构成条件
①直流电源；②两个电极；③闭合回路；④电解质溶液或熔融电解质
电极
阳极
与电源_______相连，发生_______反应
阴极
与电源_______相连，发生_______反应
离子流向
阴离子移向______；阳离子移向______
电子流向
电源____极流向电解池____极；电解池____极流向电源____极
类型
电解质
反应式
溶液pH
复原方法
电解水型
H2SO4
阴极：_________________________
阳极：_________________________
总反应：_______________________
______
______
NaOH
______
Na2SO4
______
电解
电解质型
CuCl2
阴极：_________________________
阳极：_________________________
总反应：_______________________
______
______
放H2
生碱型
NaCl
阴极：_________________________
阳极：_________________________
总反应：_______________________
______
______
放O2
生酸型
CuSO4
阴极：_________________________
阳极：_________________________
总反应：_______________________
______
______
类型
电解质
反应式
溶液pH
复原方法
电解水型
H2SO4
阴极：4H++ 4e-=== 2H2↑
阳极：4OH-- 4e-=== 2H2O + O2↑
总反应：2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2H2↑+ O2↑
变小
加适
量水
NaOH
变大
Na2SO4
不变
电解
电解质型
CuCl2
阴极：Cu2++ 2e-=== Cu
阳极：2Cl-- 2e-=== Cl2↑
总反应：CuCl2eq \(=====,\s\up7(通电)) Cu + Cl2↑
变大
加CuCl2
放H2
生碱型
NaCl
阴极：2H++ 2e-=== H2↑
阳极：2Cl-- 2e-=== Cl2↑
总反应：2NaCl + 2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2NaOH + H2↑+ Cl2↑
变大
通HCl气体
放O2
生酸型
CuSO4
阴极：2Cu2++ 4e-=== 2Cu
阳极：4OH-- 4e-=== 2H2O + O2↑
总反应：2CuSO4 + 2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2Cu + 2H2SO4 + O2↑
变小
加CuO
X
Y
A
AgNO3
Na2CO3
B
Cu(NO3)2
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
MgSO4
CuSO4
实验装置
实验现象
a处试纸变蓝；
b处变红，局部褪色；
c处无明显变化；
d处试纸变蓝
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