2019-2020年高中化學第一章化學反應與能量轉化第二節(jié)電能轉化為化學能-電解第1課時學案魯科版.doc
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2019-2020年高中化學第一章化學反應與能量轉化第二節(jié)電能轉化為化學能-電解第1課時學案魯科版 [課標要求] 1．了解電解池的構成。 2．了解電解池的電極名稱，會寫電極反應方程式。 3．掌握電解池工作時，溶液中陰陽離子的放電順序。 1．電解池組成“三條件” (1)外接電源以及與電源相連的兩個電極； (2)電解質溶液； (3)閉合回路。 2．電解池陰、陽極“四特點” 陽極—外接直流電源正極—流出電子—發(fā)生氧化反應—陰離子移向； 陰極—外接直流電源負極—流入電子—發(fā)生還原反應—陽離子移向。 3．離子放電“兩順序”(惰性電極) 陽極：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－； 陰極：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Sn2＋>Zn2＋>H＋水>Al3＋。 1．電解熔融NaCl (1)實驗現(xiàn)象：通電后，在石墨片周圍有氣泡產生，在鐵片上生成銀白色金屬。 (2)實驗分析：①熔融氯化鈉中存在的微粒Na＋、Cl－。 ②通電后離子的運動方向：陽離子Na＋(填離子符號)移向鐵電極，陰離子Cl－(填離子符號)移向石墨電極。 ③電極上發(fā)生的變化：鐵電極：2Na＋＋2e－===2Na， 石墨電極：2Cl－－2e－===Cl2↑。 (3)實驗結論：熔融的氯化鈉在電流作用下發(fā)生了化學變化，分解生成了鈉和氯氣。 2．電解 讓直流電通過電解質溶液或熔融電解質，在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。 3．電解池 (1)概念：將電能轉化為化學能的裝置。 (2)構成條件 ①直流電源以及與電源相連的兩電極； ②電解質溶液或熔融狀態(tài)的電解質； ③形成閉合回路。 (3)電極及電極反應 ①陽極：發(fā)生氧化反應的電極； 陰極：發(fā)生還原反應的電極。 ②電極反應：在電極上進行的半反應，它可以表示電極上物質的變化情況和電子的轉移情況。 4．電解池工作原理 (1)電極反應類型 陽極→氧化反應；陰極→還原反應。 (2)電子流向：電源負極→陰極；陽極→電源正極。 (3)電流方向：電源正極→陽極；陰極→電源負極。 (4)離子流向：陽離子→陰極；陰離子→陽極。 用石墨作電極電解CuCl2溶液。 (1)通電前溶液中存在哪些離子？這些離子怎樣運動？ 提示：由CuCl2電離出的Cu2＋、Cl－、H2O電離出的少量H＋、OH－，這些離子作自由移動。 (2)通電后離子怎樣移動？ 提示：Cu2＋、H＋向陰極移動，Cl－、OH－向陽極移動。 (3)在兩極各是什么離子發(fā)生反應？產物分別是什么？ 提示：Cu2＋、H＋應在陰極發(fā)生還原反應，由于氧化性Cu2＋>H＋，則Cu2＋首先被還原生成銅：Cu2＋＋2e－===Cu；Cl－、OH－應在陽極發(fā)生氧化反應，由于還原性Cl－>OH－，Cl－首先被氧化生成氯氣：2Cl－－2e－===Cl2↑，即陰極產物是銅，陽極產物是氯氣。 1．電解池電極的判斷 2．電解池的工作原理 接通外界電源后，電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極，經過陰、陽離子的定向運動形成內電路，再從電解池的陽極流出，并沿導線流回電源的正極，如圖所示。 3．電解產物的判斷方法 (1)陽極產物的判斷：首先看電極材料。 ①若為活性電極(除Au、Pt石墨以外的金屬材料)，則電極材料失電子，電極溶解生成相應的金屬陽離子。 ②若為惰性電極(Au、Pt、石墨)，則依據溶液中陰離子的失電子能力加以判斷。 離子放電(失電子)順序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>SO(等含氧酸根離子)。 (2)陰極產物的判斷 直接根據陽離子放電(得電子)順序判斷，生成相應的金屬單質(或氫氣)Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。 [特別提醒]?、佼斎芤褐械腪n2＋的濃度遠大于水溶液中H＋濃度時，得電子能力為 Zn2＋>H＋。 ②K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋只在熔融狀態(tài)下放電，在水溶液中不放電。 1.如圖是電解熔融NaCl制備金屬鈉的裝置示意圖，下列有關判斷正確的是( ) A．通過該裝置可以將化學能轉變?yōu)殡娔? B．石墨電極為正極 C．Na＋在鐵極上得到電子被還原為鈉原子 D．鐵電極為陽極 解析：選C 該裝置為電解裝置，電能轉化為化學能，石墨電極作陽極，鐵電極為陰極。 2.如圖所示是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關判斷正確的是( ) A．a為負極、b為正極 B．a為陽極、b為陰極 C．電解過程中，d電極質量增加 D．電解過程中，氯離子濃度不變 解析：選C 電流從電源的正極流出，因此a為電源正極，b為負極，則c為陽極，d為陰極；電解CuCl2溶液電極反應為陽極(c電極)2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極(d電極)Cu2＋＋ 2e－===Cu，故C項正確。 1．電解方程式的書寫步驟 以用石墨作電極電解CuSO4溶液為例。 第一步：明確溶液中存在的離子。陽離子：Cu2＋、H＋；陰離子：OH－、SO。 第二步：判斷陰陽兩極附近離子種類及離子放電順序。陰極：Cu2＋>H＋；陽極：OH－>SO。 第三步：寫出電極反應式和總的電解方程式。 陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu； 陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 根據得失電子數(shù)相等，兩極反應式相加得總方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。 2．電解規(guī)律 類型 電解質類別 電極反應 電解質 復原 電解 水型 含氧酸， 如H2SO4 陰極：4H＋＋4e－===2H2↑ 陽極：4OH－－4e－=== 2H2O＋O2↑ 電解化學方程式： 2H2O2H2↑＋O2↑ 加水 可溶性強堿， 如NaOH 活潑金屬 含氧酸鹽， 如KNO3 電解 電解 質自 身型 無氧酸， 如HCl 陰極：2H＋＋2e－===H2↑ 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ 電解化學方程式： 2HClH2↑＋Cl2↑ 加溶質 (如HCl) 不活潑金屬 無氧酸鹽， 如CuCl2 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ 電解化學方程式： CuCl2Cu＋Cl2↑ 加溶質 (如CuCl2) 放H2 生堿 型 活潑金屬 無氧酸鹽， 如NaCl 陰極：2H＋＋2e－===H2↑ 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ 電解離子方程式： 2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－ 加HCl 放O2 生酸 型 不活潑金屬 含氧酸鹽， 如CuSO4 陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu 陽極：4OH－－4e－=== 2H2O＋O2↑ 電解離子方程式： 2Cu2＋＋2H2O 2Cu＋O2↑＋4H＋ 加CuO 1．用鉑做電極電解下列物質的水溶液，電解方程式正確的是( ) A．CuSO4溶液：2H2O2H2↑＋O2↑ B．稀硫酸：2H2O2H2↑＋O2↑ C．CuCl2溶液：2CuCl2＋2H2O2Cu＋O2↑＋4HCl D．NaCl溶液：2NaCl2Na＋Cl2↑ 解析：選B 當電解池的電極是惰性電極時，陽極不溶解。A項，正確的電解方程式為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4；B項，實質是電解水，電解方程式正確；C項，正確的電解方程式為CuCl2Cu＋Cl2↑；D項，電解的是NaCl溶液，而不是熔融NaCl，正確的電解方程式為2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。 2．用惰性電極電解下列溶液，一段時間后，再加入一定量的另一種物質(括號內物質)，電解液基本不變的是( ) A．CuCl2(CuSO4) B．NaOH(NaOH) C．NaCl(HCl) D．CuSO4[Cu(OH)2] 解析：選C C中電解NaCl溶液時NaOH仍留在原溶液中，H2、Cl2逸出，則損失了H、Cl兩種元素，且物質的量之比是1∶1，故加入HCl是正確的；A中電解CuCl2溶液時，損失了Cu和Cl兩種元素，加入CuSO4不能彌補Cl－，而多了SO；B中電解NaOH溶液時，損失了H、O兩種元素，若加入NaOH則增加了Na；D中電解CuSO4溶液時，損失了Cu、O兩種元素，若加入Cu(OH)2則增加了H2O。 3．寫出用惰性電極電解下列溶液的電極反應式和總反應方程式： (1)電解NaCl溶液： 陽極：______________________________________________________________； 陰極：_______________________________________________________________。 總反應式：_____________________________________________________________。 (2)電解CuSO4溶液： 陽極：_______________________________________________________________； 陰極：_________________________________________________________________。 總反應式：______________________________________________________________。 答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ 2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH (2)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2Cu2＋＋4e－===2Cu 2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4 [三級訓練節(jié)節(jié)過關] 1．下列是電解不同物質的電極反應，其中錯誤的是( ) A．電解飽和食鹽水 陰極：Na＋＋e－===Na B．電解Na2SO4溶液 陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．電解熔融NaCl 陰極：Na＋＋e－===Na D．電解NaOH溶液 陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 解析：選A A項中電解飽和食鹽水時，陰極應是H2O電離出的H＋得電子放出H2。 2．用惰性電極電解下列溶液，電解一段時間后，陰極質量增加，電解液的pH下降的是( ) ①CuSO4?、贏gNO3 ③BaCl2?、蹾2SO4 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 解析：選A 陰極質量增加，應是金屬陽離子在陰極放電；電解液pH下降，應是OH－在陽極放電。 3．用惰性電極電解物質的量濃度相同、體積比為1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能發(fā)生的反應有( ) ①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑ ②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ ③2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ ④2H2O2H2↑＋O2↑ A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．②④ 解析：選C 陰極陽離子的放電先后順序為Cu2＋、H＋，陽極陰離子放電的先后順序為Cl－、OH－，通電時首先發(fā)生的反應為Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑，Cu2＋全部還原后，Cl－還有剩余，此時陰極放電的離子是H2O電離產生的H＋，因此反應為：2Cl－＋2H2O 2OH－＋H2↑＋Cl2↑，當Cl－全部氧化后，溶液中的溶質為Na2SO4、NaOH，繼續(xù)通電實質是電解水：2H2O2H2↑＋O2↑，故正確選項為C。 4．用惰性電極電解足量的Cu(NO3)2溶液，下列說法中不正確的是( ) A．陰極發(fā)生的電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu B．陽極發(fā)生的電極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．若有6.4 g金屬Cu析出，放出的O2為0.05 mol D．恰好電解完時，加入一定量的Cu(NO3)2溶液可恢復到原來的濃度 解析：選D 惰性電極電解足量的Cu(NO3)2溶液，陰極的電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，陽極的電極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，若有6.4 g金屬Cu(即0.1 mol)析出，轉移電子0.2 mol，放出的O2為0.2 mol4＝0.05 mol，恰好電解完時，應加入一定量的CuO溶液可恢復到原來的濃度，A、B、C正確，D錯誤。 5．從NO、SO、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等離子中選出適當?shù)碾x子組成電解質，采用惰性電極對其溶液進行電解。 (1)兩極分別放出H2和O2時，電解質的化學式可能是 _________________________________________________(至少答一種，下同)； (2)若陰極析出金屬、陽極放出O2時，電解質的化學式可能是_____________________________________________________________； (3)兩極分別放出氣體，且體積比為1∶1，電解質的化學式可能是________________________________________________________________________。 解析：(1)該題找兩極分別放出H2和O2的電解質，其陽離子是H＋或比H＋放電能力弱的Ba2＋；陰離子是OH－或比OH－放電能力弱的SO、NO，則分別由陽離子和陰離子組成的可溶性電解質符合題意。(2)陰極上的陽離子應是比H＋放電能力強的Cu2＋、Ag＋，陽極上陰離子應是放電能力弱于OH－的NO、SO，由陽離子和陰離子組成的可溶性電解質，即符合題意。(3)陰極放出的是H2，陽極是Cl－放電生成Cl2。 答案：(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2 (2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3 (3)HCl、BaCl2 1．下列裝置中屬于電解池的是( ) 解析：選C A項裝置是原電池；B項裝置既不能構成原電池(兩電極相同)也不能構成電解池(無直流電源)；C項裝置是電解池；D項裝置不能形成閉合回路，故不能構成原電池。 2．電解池中，陽極一定( ) A．發(fā)生氧化反應 B．與電源正極相連 C．是鉑電極 D．得電子 解析：選B 陽極材料若為活潑金屬則直接發(fā)生氧化反應；若為惰性電極，則最易失電子的陰離子發(fā)生氧化反應。 3．電解CuCl2和NaCl的混合溶液，陰極和陽極上首先析出的物質分別是( ) A．Cu和Cl2 B．H2和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 解析：選A 在CuCl2和NaCl溶液中，Cu2＋、Na＋、H＋向陰極移動，因Cu2＋氧化性最強，則陰極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，而Cl－、OH－向陽極移動，因Cl－的還原性比OH－強，所以陽極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，故電解時陰極、陽極首先析出的物質分別為Cu和Cl2。 4．某同學欲完成2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑反應，設計了下列四個實驗，你認為可行的是( ) 解析：選C 銀在金屬活動性順序中位于氫之后，因此Ag不能直接與鹽酸反應，可利用電解的方式使反應得以進行。根據元素化合價的變化，Ag須失電子成為Ag＋，因此Ag為陽極。 5．用石墨電極電解某酸溶液時，在相同條件下，陰、陽兩極收集到的氣體的體積之比是2∶1，則下列結論正確的是( ) A．陰極上一定產生H2，陽極上一定產生O2 B．該酸可能是鹽酸 C．電解后溶液的酸性減弱 D．陽極的電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑ 解析：選A 電解酸溶液時，H＋在陰極上放電產生H2，又因陰、陽兩極收集到的氣體的體積之比是2∶1，可知陽極上一定產生O2，故該酸為含氧酸，電解該酸溶液的實質是電解水，則電解后溶液的酸性增強。 6.如圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實驗現(xiàn)象中正確的是( ) A．逸出氣體的體積(標準狀況下)，a電極的小于b電極的 B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出有刺激性氣味氣體 C．a電極附近呈紅色，b電極附近呈藍色 D．a電極附近呈藍色，b電極附近呈紅色 解析：選D 由圖可知a為陰極，b為陽極，由于電極為石墨，且在溶液中存在的微粒為Na＋、SO、H＋和OH－，故電極反應為陽極4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；陰極4H＋＋4e－===2H2↑，兩極均產生無色、無味氣體，且陽極氣體比陰極氣體少；由于陽極附近OH－減少，故溶液呈酸性，由于陰極附近H＋減少，故溶液呈堿性，故滴入石蕊溶液，陽極附近顯紅色，陰極附近顯藍色。 7．下列各組中，每種電解質溶液電解時只生成氫氣和氧氣的是( ) A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4 C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 解析：選C 電解時只生成氫氣和氧氣，則電解質所含的陽離子在H＋之后放電，陰離子應該在OH－之后放電。電解HCl溶液的方程式為2HClCl2↑＋H2↑，A項錯誤；電解CuSO4溶液的方程式為2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B項錯誤；電解NaBr溶液的方程式為2NaBr＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Br2，D項錯誤。 8．以石墨為電極，電解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列說法錯誤的是( ) A．陰極附近溶液呈紅色 B．陰極逸出氣體 C．陽極附近溶液呈藍色 D．溶液的pH變小 解析：選D 以石墨為電極，電解KI溶液時，陰離子在陽極的放電能力I－>OH－，陽離子在陰極的放電能力H＋>K＋，所以該電解反應為2KI＋2H2OI2＋H2↑＋2KOH。由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在陽極附近碘單質遇淀粉，溶液變?yōu)樗{色；在陰極由于產生氫氣，溶液顯堿性，遇酚酞，溶液變?yōu)榧t色。因為產生了堿，溶液堿性增強，所以溶液的pH變大。 9．如下圖裝置中，a、b都是惰性電極，通電一段時間后，a極附近溶液呈紅色。 (1)電源的負極是________，B中的陽極是________。 (2)電極質量增加的是________，A溶液的pH______________________________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (3)B裝置用U形管的原因是______________________________________________。 解析：題給裝置是電解裝置，根據現(xiàn)象推斷，a、b為惰性電極，a附近溶液顯紅色，即a附近溶液呈堿性。則a極析出H2，發(fā)生還原反應，是陰極。故電源X是負極，Y是正極。在A裝置中，鉑極是陰極，銅極是陽極。陽極活性電極本身放電，陰極是Cu2＋放電，即陽極：Cu－2e－===Cu2＋(氧化反應)，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu(還原反應)，故A裝置是典型的電鍍裝置，pH無變化，各離子濃度也無變化。B用U形管是為了讓H2和Cl2分開，防止爆炸。電解方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 答案：(1)X b (2)Pt 不變 (3)防止H2、Cl2混合后發(fā)生爆炸 10．用惰性電極電解下列電解質溶液：①硫酸；②鹽酸；③NaOH溶液；④Na2SO4溶液；⑤CuCl2溶液；⑥NaCl溶液；⑦CuSO4溶液。 請依據所學知識回答下列問題(填序號)： (1)陰極反應與①相同的有________，與⑤相同的有________。 (2)陽極反應與①相同的有________，與②相同的有________。 (3)寫出電解下列溶液的化學方程式： ③_____________________________________________________________________； ⑥_____________________________________________________________________； ⑦_____________________________________________________________________。 (4)只有水被電解的是________，只有電解質本身被電解的是________，電解質和水都被電解的是________。 (5)電解后溶液的pH顯著增大的是________，減小的是________。 (6)欲使溶液⑥電解后復原需______________，欲使電解后的⑦復原需加入________。 答案：(1)②③④⑥ ⑦ (2)③④⑦?、茛? (3)2H2O2H2↑＋O2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑ (4)①③④?、冖荨、蔻摺?5)②③⑥?、佗摺? (6)通入HCl氣體 CuO 1．同溫、同壓下，用惰性電極在U形管中電解下列物質的水溶液，消耗相同的電量，生成氣體體積最大的是( ) A．飽和食鹽水 B．CuCl2溶液 C．CuSO4溶液 D．NaOH溶液 解析：選A 電解飽和食鹽水，兩極分別產生氫氣和氯氣，假設轉移2 mol電子，生成氫氣和氯氣各1 mol，共2 mol；而電解CuCl2溶液產生的氣體只有氯氣，轉移2 mol電子，生成氯氣1 mol；電解CuSO4溶液，產生的氣體只有氧氣，轉移2 mol電子，生成氧氣0.5 mol；電解NaOH溶液，兩極分別產生氫氣和氧氣，轉移2 mol電子，生成氫氣1 mol、氧氣0.5 mol，共1.5 mol。 2．下列有關水的電解實驗的說法中不正確的是( ) A．為提高水的電解速率，可以在水中加入少量的氯化鈉 B．若在水中加入少量的硫酸鈉，電解結束后溶液的pH將會保持不變 C．電解過程中，陰極區(qū)附近溶液的pH會增大 D．當電解產生氧氣1.12 L(標準狀況)時，轉移電子的物質的量為0.2 mol 解析：選A 氯化鈉是電解質，加入少量的氯化鈉后，電解速率加快，但是電解時氯離子要失電子，陽極得到氯氣；加入少量的硫酸鈉，實為電解水，硫酸鈉濃度增大，但溶液的pH將會保持不變；電解過程中，陰極區(qū)氫離子得電子，氫氧根離子濃度增大，溶液的pH增大；產生1 mol氧氣轉移4 mol e－，故產生氧氣1.12 L(標準狀況)時，轉移電子的物質的量為0.2 mol。 3.某同學按右圖所示的裝置進行電解實驗。下列說法錯誤的是( ) A．電解初期，石墨電極上有H2產生 B．整個電解過程中，H＋的濃度不斷增大 C．電解一定時間后，石墨電極上有銅析出 D．電解初期，總反應方程式為Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑ 解析：選B 電解初期，陽極發(fā)生的電極反應為Cu－2e－===Cu2＋；陰極發(fā)生的電極反應為2H＋＋2e－===H2↑。電解一段時間后，成為電鍍銅，溶液中離子濃度及pH等不再變化。 4．按圖甲所示裝置進行實驗，若乙中橫坐標x表示通過電極的電子的物質的量，則下列敘述正確的是( ) A．F表示反應生成Cu的物質的量 B．E表示反應消耗H2O的物質的量 C．E表示反應生成O2的物質的量 D．F表示反應生成H2SO4的物質的量 解析：選B 題圖甲裝置中發(fā)生的反應為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，當轉移4 mol電子時，消耗H2O 2 mol，生成的Cu、O2和H2SO4的物質的量分別為2 mol、1 mol、2 mol。 5．下圖所示的電解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均為Pt電極。電解過程中，電極b和d上沒有氣體逸出，但質量均增大，且增重b
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- 2019 2020 年高 化學 第一章 化學反應 能量 轉化 第二 節(jié)電 化學能 電解 課時 學案魯科版
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