【同步讲义】高中化学（鲁科版2019）选修第一册--第03讲 电解的原理 讲义

第03讲  电解的原理

知识点01  电解熔融氯化钠实验

1．实验装置

2．实验现象：通电后，在石墨片周围有____产生，在铁片上生成________________。

3．实验分析

（1）熔融氯化钠中存在的微粒________。

（2）通电后离子的运动方向

①阳离子Na+移向____电极；

②阴离子Cl－移向____电极。

（3）电极上发生的变化

①铁电极：____________________

②石墨电极：________________

（4）实验结论

①熔融氯化钠在电流作用下分解生成了____和____。

②方程式：____________________

【即学即练1】工业上用电解熔融的氯化钠的方法制取金属钠，试回答下列问题：

（1）金属钠在_________极上产生。

（2）写出产生氯气的电极方程式___________________。

（3）该反应是否是离子反应______（填“是”或“不是”），若是则该反应的离子方程式为________________________（若表示则该空不填）。

【解析】离子反应发生的前提条件是电解质必须电离出自由移动的离子，氯化钠在熔融状态下，能够电离出自由移动的离子Cl－和Na+离子，所以该反应属于离子反应。其阳极反应方程式为：2Cl－－2e－＝Cl2↑，阴极反应方程式为：2Na++2e－＝2Na，总反应式为：2Na++2Cl－2Na+Cl2↑。

【答案】（1）阴  （2）2Cl－－2e－＝Cl2↑（3）是  2Na++2Cl－2Na+Cl2↑

知识点02  电解的基本概念和原理

1．基本概念

（1）电解：让________通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生____反应和____反应的过程。

（2）电解池

①定义：将____转化为________的装置。

②构成条件：____电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融的电解质并构成________。

（3）电极

①阳极：与电源____相连，发生____反应

②阴极：与电源____相连，发生____反应

（4）电极反应：在电极上进行的半反应，可以用电极反应式表示。

3．电解池的工作原理

【特别提醒】电解质的导电过程是被电解的过程，属于化学变化；金属导电过程是电子的定向移动，属于物理变化。

【即学即练2】下列关于电解池的叙述中不正确的是（     ）。

    A．阳离子移向与电源正极相连的电极

    B．与电源负极相连的是电解池的阴极

    C．在电解池的阳极发生氧化反应

    D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极

考法01  电极产物的判断与电极反应式的书写

【典例1】（2021·运城高二检测）如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是（     ）。

    A．x是正极，y是负极

    B．a极产生氢气，b极生成I2

    C．a极和 Pt电极都有气泡产生

    D．U 形管中溶液的碱性增强

【知识拓展】电极产物的判断与电极反应式的书写

1．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（与电极材料有关）：

①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。

②若是惰性电极作阳极，放电顺序为：

（3）三注意

①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。

②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag+＞Cu2+＞H+。

③阳极OH－放电的电极反应式：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑

2．电极反应式的书写（以惰性电极电解食盐水为例）

（1）阳极：列出在阳极放电的阴离子及其氧化产物，中间用“”连接，在“”左边用“－”标出阴离子失电子的数目，如：2Cl－－2e－Cl2↑。

（2）阴极：列出在阴极放电的阳离子及其还原产物，中间用“”连接，在“”左边用“+”标出阳离子得到电子的数目，如：2H++2e－H2↑（H+来自水）。

（3）总电解方程式：

①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数目相等。

②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“通电”。

③若是水电离出的H+或OH－得或失电子，在总反应式中应是H2O参与反应，即：2Cl－+2H2OCl2↑+H2↑+2OH－。

考法02  用惰性电极电解溶液

【典例2】（2021·东莞高二上学期期中检测）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，故溶液的pH不变

    B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液的pH降低

    C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2

    D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1

【知识拓展】用惰性电极电解电解质水溶液的类型总结

题组A  基础过关练

1．（2021·济宁高二检测）下列说法不正确的是（     ）。

    A．不能自发进行的氧化还原反应一般可以通过电解实现

    B．电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化

    C．电解池和原电池中均发生氧化还原反应

    D．电解、电离、原电池均需要通电

2．用惰性电极电解下列物质的水溶液时，在阳极无气体放出的是（     ）。

    A．AgNO3    B．CuCl2    C．NaOH    D．Na2S

3．（2021·新乡高二检测）用石墨电极电解CuCl2溶液（见下图）。下列分析正确的是（     ）。

    A．a端是直流电源的负极

    B．通电使CuCl2发生电离

    C．阳极上发生的反应：Cu2++2e－Cu

    D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体

4．如图为直流电源电解Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液。下列实验现象中正确的是（     ）。

    A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的

    B．一电极逸出无味气体，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

5．以石墨为电极，电解KI溶液（其中含有少量酚酞和淀粉），下列说法错误的是（     ）。

    A．阴极附近溶液呈红色    B．阴极逸出气体

    C．阳极附近溶液呈蓝色    D．溶液的pH变小

6．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、无味的气体放出，符合这一情况的是（     ）。

7．根据如图所示装置回答：

（1）当X为Pt，Y为Fe，Z为AgNO3时，阳极反应式为___________________，阴极反应式为________________，电解反应式为________________。

（2）X为Cu，Y为Fe，Z为CuSO4时，阳极反应式为__________________________，阴极反应式为____________________________________________。

8．取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的石蕊试纸，平铺在一块金属板上，按如图所示的方法连接电路。

（1）若金属板为一铂片，B处为一直流电源，接通电源后。

    ①若试纸为红色石蕊试纸，用铅笔在试纸上写字，出现蓝色字迹。则a电极为电源的________（填“正极”或“负极”），铅笔芯与试纸接触的电极反应为________________。

    ②若试纸为蓝色石蕊试纸，将铅笔芯放置在试纸上一段时间后，接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则a电极为电源的________（填“正极”或“负极”），铅笔芯与试纸接触处的电极反应为________________________。

（2）若试纸为红色石蕊试纸，金属板为一锌片，B处为一灵敏电流计，接通电路，将铅笔芯放置在试纸上一段时间，发现电流计指针发生偏转，则接触处将________（填“变白”、“变蓝”或“不变色”），铅笔芯与试纸接触处的电极反应为________________。

题组B  能力提升练

1．（2021·芜湖高二检测）如图，电解质溶液是NaCl的水溶液，通电一段时间后发现d极附近有黄绿色气体产生，以下说法正确的是（     ）。

    A．a是电源的正极

    B．电子流动的方向：d→b

    C．c极发生氧化反应

    D．如果将c、d两电极互换，则c上也会生成黄绿色气体

2．用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液（与电解前同温度）的说法中正确的有：①该溶液的pH可能增大；②该溶液的pH可能减小；③该溶液的pH可能不变；④该溶液的浓度可能增大；⑤该溶液的浓度可能不变；⑥该溶液的浓度可能减小（     ）。

   A．仅①②③         B．仅①②③④

    C．仅①②③④⑤    D．全部

3．（2021·雅安高二检测）如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是（     ）。

    A．x是正极，y是负极

    B．a极产生氢气，b极生成I2

    C．a极和Pt电极都有气泡产生

    D．U形管中溶液的碱性增强

4．如图所示，a、b、c均为石墨电极，d为碳钢电极，通电进行电解。假设在电解过程中产生的气体全部逸出，下列说法正确的是（     ）。

    A．甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变

    B．甲烧杯中a的电极反应式为4OH－－4e－O2↑+2H2O

    C．当电解一段时间后，将甲、乙两溶液混合，一定会产生蓝色沉淀

    D．当b极增重3.2g时，d极产生的气体为2.24L（标准状况）

5．（2021·宿迁高二检测）现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol·L－1的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是（     ）。

    A．电解开始时阴极有H2放出

    B．电解开始时阳极上发生：Cu2++2e－Cu

    C．当电路中通过电子的量超过0.1mol时，此时阴极放电的离子发生了变化

    D．整个电解过程中，SO42－不参与电极反应

6．采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是（     ）。

    A．阳极反应为2H2O－4e－＝4H++O2↑

    B．电解一段时间后，阳极室的pH未变

    C．电解过程中，H+由a极区向b极区迁移

    D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量

7．请从如图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积，并检验氯气。

（1）A极发生的电极反应式是________________，B极发生的电极反应式是________________________。

（2）设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序为：A接________、F接________；B接________、E接________。

（3）证明产物中有Cl2的实验现象是________________________________。

（4）已知电解后测得产生的H2的体积为44.8mL（已经折算成标准状况），电解后溶液的体积为50mL，此时溶液中NaOH的物质的量浓度为________________。

8．已知金属活动相差越大，形成原电池时越容易放电。请根据如图装置，回答下列问题：

（1）各装置名称是：A池______，B池______。

（2）写出电极上发生的反应：①____________，③____________。

（3）当电路上有1mol电子流过时，⑥极上质量变化______g。

题组C  培优拔尖练

1．（2021·上海崇明高二检测）右图是某学生制作的家用环保型消毒液发生器，玻璃管内是滴有酚酞的饱和食盐水，通电数分钟后，下列叙述中错误的是（     ）。

    A．用燃着的木柴点燃肥皂泡中的气体可能有爆鸣声

    B．从玻璃管中放出的消毒液的主要成份是NaClO和NaCl

    C．与电源a极相连的电极附近溶液的颜色变化无色、红色、无色

    D．与电源b极相连的电极上产生的气泡是氢气

2．（2021·全国乙卷）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极（如图所示），通入一定的电流。下列叙述错误的是（     ）。

    A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应

    B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO

    C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气

    D．阳极表面形成的Mg（OH）2等积垢需要定期清理

3．（2021·山东省德州市高二上学期期中）在Rh（铑）表面进行NRR（电催化反应）将N2转化为NH3的一种反应机理如图所示，下列说法不正确的是（     ）。

    A．Rh薄膜电极为电解池的阴极

    B．通过②③可知两个氮原子上的加氢过程分步进行

    C．上述所有过程都需铑电极提供电子才能进行

    D．反应⑤每转移2mol电子，生成22.4LN2（标准状况下）

4．（2021·四川省泸州市高二下学期期末）Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。如图用该水激活电池为电源电解NaCl溶液的实验中，X电极上有无色气体逸出。下列有关分析正确的是（     ）。

    A．II为正极，其反应式为Ag++e－＝Ag

    B．水激活电池内Cl－由正极向负极迁移

    C．每转移1mole－，U型管中消耗0．5molH2O

    D．开始时U型管中Y极附近pH逐渐增大

5．（2021·宁波高二检测）A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：

下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图如上。据此回答下列问题：

（1）M为电源的________极（填写“正”或“负”），b电极上发生的电极反应式为_____________________________________________；

（2）计算电极e上生成的气体在标准状态下的体积：____________；

（3）写出乙烧杯的电解池反应____________________________。

（4）如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？________________________________________________________。

（5）若经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g，要使丙恢复到原来的状态，操作是____________________________。

6．（2020·全国Ⅱ卷节选）CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：

（1）阴极上的反应式为___________________。

（2）若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为___________。