2014-2015学年高中化学同步讲练：1.2.1电解的原理2(鲁科版选修4).pdf

《2014-2015学年高中化学同步讲练：1.2.1电解的原理2(鲁科版选修4).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2014-2015学年高中化学同步讲练：1.2.1电解的原理2(鲁科版选修4).pdf（15页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第 2 节电能转化为化学能 电解 第 1 课时电解的原理 学习目标定位 会描述电解池的工作原理， 能正确书写电解池的电极反应式和总 反应方程式，熟悉电解规律和电解产物的判断方法。 1用氧化还原反应的观点分析判断下列各组微粒具有的性质，填写下表： 组别微粒性质强弱顺序 第 1 组 Zn2 、Na、Cu2、 H 氧化性 第 2 组 Cu、Fe、OH 、Cl 还原性 2.判断下列说法的正误 (1)金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动() (2)电解质是在熔融或溶于水时能够导电的物质() (3)金属导电是物理变化，电解质溶液导电是化学变化() (4)硫酸铜溶于水后，能发生电离产生自由移动的

2、Cu 2和 SO2 4() (5)氯化钠溶液中只存在Na 和 Cl() 3右图为电解水的实验装置图。 根据图示回答下列问题： (1)A 端为电源的正极， C 试管中收集到的气体是O2，D 试管 中收集到的气体是H2。 (2)写出电解水的化学方程式：2H2O= 通电 2H2O2。 探究点一电解的原理 1右图为工业上电解熔融氯化钠生产金属钠的装置示意图。容器 中盛有熔融的氯化钠，两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料， 两个电极分别与电源的正极和负极相连。 (1)通电前，熔融 NaCl 中存在的微粒有 Na 、Cl，这些微粒的运 动状态是自由移动。 (2)通电后离子运动方向： 阳离子 Na (填离子

3、符号 )移向铁电极， 发生还原反应； 阴 离子 Cl (填离子符号 )移向石墨电极，发生氧化反应。电极上发生的变化是铁电 极：2Na 2e =2Na；石墨电极： 2Cl 2e =Cl2。 (3)由以上分析可知：熔融的NaCl 在直流电源作用下发生了氧化还原反应，分解 生成了 Na 和 Cl2。 2电解和电解池 (1)电解是使直流电通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起氧化还原反 应的过程。 (2)电解池是将电能转化为化学能的装置。 (3)电极名称 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 (4)电解池的构成条件：具有与直流电源相连接的两个电极

4、(阴极、阳极 )，插入电 解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。 归纳总结 (1)电解池的工作原理示意图 (2)电解质导电的过程就是电解质的电解过程。 活学活用 1下列关于电解池的叙述中，正确的是() A电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的 B金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源 的正极 C在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动 D相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相 等 答案D 探究点二酸、碱、盐溶液的电解规律 1按右图所示装置完成CuCl2溶液的电解实验： (1)实验过程中观察到的现象是： 检流计指针发生偏

5、转； 与负极相连的 b 极上逐渐覆盖了一层红色物质； 与正极相连的 a 极一侧有有刺激性气味的气体产生，能使 湿润的淀粉 -KI 试纸变蓝。 (2)实验结论是电解质CuCl2溶液在导电过程中有金属铜析出，并产生了氯气。 (3)实验原理分析 氯化铜溶液中的电离过程有CuCl2=Cu 22Cl，H 2OH OH；溶液中 存在的离子有 Cu2 、Cl、H、OH。通电前，这些离子在溶液中做自由运动。 通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做定向移动，即Cl 、OH趋向 a 极， Cu 2、H趋向 b 极。 a 极电极反应式是2Cl 2e=Cl 2，b 极电极反应式是 Cu 22e=Cu，总 反应式是 C

6、uCl2= 通电 CuCl2。 2有下列两组离子：Cu 2、Na、H、Ag ；Cl 、I、SO2 4 、OH 。用惰 性电极电解时，移向阳极的是，放电先后顺序是I Cl OHSO2 4；移向阴极 的是，放电先后顺序是Ag Cu2HNa。 3用惰性电极电解下列酸、碱、盐电解质溶液：H2SO4；HCl； NaOH； Na2SO4； CuCl2； NaCl；CuSO4。回答下列问题： (1)阴极反应式与相同的有，其电极反应式是2H 2e=H 2；与 相同的有，其电极反应式是Cu 22e=Cu。 (2)阳极反应式与相同的有，其电极反应式是4OH 4e =O2 2H2O；与相同的有，其电极反应式是2Cl

7、 2e=Cl 2。 (3)写出下列电解的化学方程式 2H2O= 通电 2H2O2； 2NaCl2H2O= 通电 2NaOH H2Cl2； 2CuSO42H2O= 通电 2H2SO42CuO2。 (4)只水发生电解的是，只电解质本身发生电解的是，电解质和水都发 生电解的是。 (5)电解后溶液的 pH 显著增大的是，减小的是，不变的是。 (6)欲使电解后的溶液复原，只加入水的是，只加入电解质的是；欲使 电解后的复原需通入HCl 气体，欲使电解后的复原需加入CuO。 归纳总结 1分析电解问题的基本方法思路 (1)通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H 和 OH)。 (2)通电时：阴

8、离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电(注 意活泼金属作阳极时优先放电)。 (3)正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒。 (4)能结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、 水的电离平衡移动、 离子浓度的变化、 pH 变化等。 2电极反应规律 (1)阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中 的阳离子。阳离子放电顺序：Ag Cu2HPb2Fe2 Zn 2, (2)阳极：电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中，或者溶液中还原性强的阴 离子失去电子被氧化。其放电顺序：金属阳极S 2IClOH含氧酸根。 3用惰性电极进行电解时的电解规律

9、 用惰性电极进行电解时各种变化情况简析： 类型电极反应特点溶液种类 电解 对象 电解 质浓 度 pH 电解质 溶液复 原 电解水型 阴极：2H 2e =H 2 NaOH 水增大增大加水 H2SO4水增大减小加水 阳极：4OH 4e =2H 2O O2 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 HCl 电解 质 减小增大 加氯化 氢 CuCl2 电解 质 减小 略增 大 加氯化 铜 放 H2生碱型 阴极： H2O 放 出 H2生成碱 阳极： 电解质的 阴离子放电 NaCl 电解 质和 水 生成 新电 解质 增大 加氯化 氢 放 O2生酸型 阴极： 电

10、解质的 阳离子放电 阳极： H2O 放 出 O2生成酸 CuSO4 电解 质和 水 生成 新电 解质 减小 加氧化 铜 活学活用 2用惰性电极电解AgNO3溶液，下列说法不正确的是() A电解过程中阴极质量不断增加 B电解过程中溶液的pH 不断降低 C此时向溶液中加入适量的Ag2O 固体可使溶液恢复到电解前的状况 D电解后两极产生的气体体积比为21 答案D 解析处理有关电解问题首先注意电极材料，在此基础上写出电极反应式和总的 电解反应式，根据总的电解反应式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化， 分析溶液的 pH 变化必须注意原溶液的pH 情况。用惰性电极电解AgNO3溶液， 总的电极反应式为

11、4AgNO32H2O= 通电 4AgO24HNO3。可知：阴极上析出 Ag，阳极上放出 O2，故 A 正确、D 错误；由于生成 HNO3溶液，pH 应不断降低， B 正确；要使溶液恢复到电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应：2Ag2O 4HNO3=4AgNO32H2O，得到的物质恰好是反应掉的物质，可以使溶液恢复 到电解前的状况， C 正确。 3用石墨作电极电解CuCl2和 KCl 的混合溶液， 电解初期阴极和阳极分别析出的 物质是 () AH2、Cl2BCu、Cl2CH2、O2DCu、O2 答案B 解析本题考查离子放电顺序，溶液中的离子有Cu2 、K、H及 Cl、OH五种 离子，得电子能

12、力： Cu2 HK，失电子能力： ClOH，所以电解初期阴极： Cu 22e=Cu，阳极： 2Cl2e=Cl 2，故选 B。 1下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是() A电解池是一种将电能转变成化学能的装置 B电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 答案D 2用石墨作电极，电解下列物质的溶液，其实质不是电解水的是() ANaNO3BNaOH CNa2SO4DNaCl 答案D 3用惰性电极电解下列溶液， 其中随着电解的进行， 溶液 pH 逐渐减小的是 () 氯化钠溶液硫酸铜溶液氢氧化钠溶液稀硫酸

13、稀盐酸硫酸 钠溶液 AB CD 答案C 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物质(方括号内物质 )， 能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是() AAgNO3AgNO3 BNaOHH2O CKClKCl DCuSO4Cu(OH)2 答案B 5在某电解质溶液中， 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， N 是阴极 CM 和 N 是石墨电极 DM 是阴极， N 是阳极 答案B 解析由题意可知， M 极溶解，发生氧化反应，为阳极，N 极质量增加，故有金 属单质在 N 极上析出，

14、发生还原反应，为阴极，电解质溶液为盐溶液，M 为金属 电极。 6用惰性电极电解CuSO4溶液。若阴极上析出Cu 的质量为 3.2 g，则阳极上产 生的气体在标准状况下的体积为_ ； 常温下，若将电解后的溶液稀释至1 L，则溶液的 pH 约为_。 答案0.56 L1 解析用惰性电极电解 CuSO4溶液时，阳极：4OH 4e=O 22H2O，阴极： Cu 22e=Cu，根据电子守恒， n(O 2)1 2n(Cu) 1 2 3.2 g 64 g mol 10.025 mol，所 以标准状况下 V(O2)0.56 L；根据反应 2CuSO42H2O= 通电 2CuO2 2H2SO4，电解后溶液中 n(

15、H )4n(O 2)0.1 mol， 所以 H 0.1 mol L 1， pH1。 基础过关 一、电解池的电极名称的判断 1电解池中，阳极的电极材料一定() A发生氧化反应B与电源正极相连 C是铂电极D得电子 答案B 解析阳极材料若为活泼金属则直接发生氧化反应；若为惰性电极，则最易失电 子的阴离子发生氧化反应。 2如图是电解 CuCl2溶液的装置，其中c、d 为石墨电极，则下列有关判断正确 的是() Aa 为负极， b 为正极 Ba 为阳极， b 为阴极 C电解过程中， d 电极质量增加 D电解过程中，氯离子浓度不变 答案C 解析根据图示电流方向， 先确定 a 是电源正极， b 是电源负极；

16、则 c 是电解池的 阳极，电极反应为2Cl 2e=Cl 2，溶液中氯离子不断减少； d 是电解池的阴 极，电极反应为 Cu 22e=Cu，d 电极质量不断增加。 二、电极反应式、电解方程式的书写 3下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是() A电解饱和食盐水 阴极： Na e=Na B电解 Na2SO4溶液 阳极： 4OH 4e=2H 2OO2 C电解熔融 NaCl 阴极： Na e=Na D电解 NaOH 溶液 阳极： 4OH 4e=2H 2OO2 答案A 解析本题考查了电极反应式的书写和电极产物的判断。A 中电解饱和食盐水时， 阴极应是 H2O 电离出的 H 得电子放出 H 2。

17、 三、酸、碱、盐溶液的电解规律 4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 () 该溶液的 pH 可能增大；该溶液的pH 可能减小；该溶液的pH 可能不变； 该溶液的浓度可能增大；该溶液的浓度可能不变；该溶液的浓度可能减小 AB CD全部 答案C 解析用惰性电极电解时两极只有H2和 O2，则实质上电解的是水，电解质不参 与反应。该电解质有3 种可能，如电解 H2SO4溶液时，水被电解， H2SO4浓度变 大，pH 减小；电解 NaOH 溶液时，水被电解， NaOH 浓度变大， pH 增大；电解 Na2SO4溶

18、液时，水被电解，Na2SO4浓度变大，pH 不变；但若 NaOH 溶液、Na2SO4 溶液是饱和溶液则电解后浓度不变，故、正确， 不可能。 5用铂作电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，电解结束后，向剩余电解液中 加适量水，能使溶液和电解前相同的是() ACuSO4BH2SO4CCuCl2DNaCl 答案B 解析当电解池的电极是惰性电极时，阳极不溶解，电解过程的本质是电解溶剂 水或电解质或二者都发生反应。各选项中的溶液发生电解的总反应分别为 A2CuSO42H2O= 通电 2CuO22H2SO4 B2H2O= 通电 2H2O2 CCuCl2= 通电 CuCl2 D2NaCl2H2O= 通电 H2

19、Cl22NaOH 所以 B 的实质是电解水。 6Cu2O 是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O 的电解池示意 图如下，电解总反应为2CuH2O= 通电 Cu2OH2。下列说法正确的是 () A石墨电极上产生氢气 B铜电极发生还原反应 C铜电极接直流电源的负极 D当有 0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O 生成 答案A 解析由电解总反应可知， Cu 参加了反应，所以Cu 作电解池的阳极，发生氧化 反应， B 选项错误；石墨作阴极，电极反应为2H 2e=H 2，A 选项正确； 阳极与电源的正极相连，C 选项错误；阳极反应为2Cu2OH 2e=Cu 2O H2O，当有

20、 0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O 生成， D 选项错误。 7下图中 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 有无色无味气体放出。符合这一情况的是下表中的() 选项a 电极b 电极X 电极溶液 A 锌石墨负极 CuSO4 B 石墨石墨负极NaOH C 银铁正极AgNO3 D 铜石墨负极CuCl2 答案A 解析由 a 极板质量增加，知溶液中阳离子在a 极板析出，则 a 为阴极， X 为负 极；因 B 中 a 极板不析出金属， C 中 X 为正极，故 B、C 错；又由 b 极板有无色 无味气体放出，知D 错。 8如图装置中，通电后观察到Cu 极

21、溶解。下列说法中错误的是() Aa 极是直流电源的正极 BFe 极是阳极 CPt 极产生的气体体积是Ag 极产生气体体积为1/2 D硫酸铜溶液的浓度不变 答案B 解析Cu 极溶解，则其必为阳极， Fe 极是阴极，可得 b 极是直流电源的负极， a 极是直流电源的正极，由此可知Pt 极为阳极， Ag 极为阴极。电解 H2SO4溶液 Pt 极产生 O2，Ag 极产生 H2，O2的体积应为 H2的 1/2。电解 CuSO4溶液， Cu 极为 阳极， Fe极为阴极，是向Fe 极上镀铜的过程，硫酸铜溶液的浓度不变。 能力提升 9从 H 、Cu2、Na、SO2 4、Cl 五种离子中选择并恰当地组成电解质，

22、按下列 要求进行电解： (1)以石墨为电极，使电解质质量减少，水质量不变，进行电解，则可采用的电解 质是_ 。 (2)以石墨为电极，使电解质质量不变，水质量减少，进行电解，则可采用的电解 质是_ 。 (3)以石墨为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水的质量都减少，进行电解，则电解 质是_ 。 (4)以石墨为电极进行电解， 若阴极析出金属， 阳极放出 O2时，电解质的化学式可 能是_ 。 (5)以石墨为电极进行电解， 两极分别放出气体，且体积比为11 时，电解质的化 学式可能是 _。 答案(1)HCl、 CuCl2(2)H2SO4、 Na2SO4、 NaHSO4(3)CuSO4、 NaCl(4)CuS

23、O4 (5)HCl 、NaCl 10下图中电极 a、b 分别为 Ag 电极和 Pt 电极，电极 c、d 都是石墨电极。通电 一段时间后，在 c、d 两极上共收集到336 mL (标准状况 )气体。回答： (1)直流电源中， M 为_极。 (2)Pt 电极上生成的物质是 _，其质量为 _g。 (3)电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d 分别生成的物质的物质的量之比 为 2_。 (4)AgNO3溶液的浓度 _(填“增大”、“减小”或“不变”， 下同 )， AgNO3 溶液的 pH_，硫酸的浓度 _ _， 硫酸的 pH_。 (5)若硫酸的质量分数由5.00%变为 5.02%，则原有 5.00%

24、的硫酸 _g 。 答案(1)正(2)Ag2.16(3)2 1 2 1 (4)不变不变增大减小(5)45.18 解析电解 5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反 应：2H2O= 通电 2H2O2，V(H2)V(O2)21。据此可确定 d 极为阴极，则 电源的 N 极为负极， M 极为正极。在336 mL 气体中， V(H2)2 3336 mL224 mL，为 0.01 mol；V(O2) 1 3336 mL112 mL，为 0.005 mol。说明电路上有 0.02 mol电子，因此在 b 极(Pt、阴极)产生 Ag：0.02 mol108 g mol 12.16 g，

25、即 0.02 mol的 Ag。则 n(e )n(Ag)n(O 2)n(H2)0.020.020.0050.01 22 1 21。由 Ag(阳)电极、 Pt(阴)电极和 AgNO3 溶液组成的电镀池，在通电一 定时间后，在 Pt 电极上放电所消耗的溶液中Ag 的物质的量等于 Ag 电极被氧化 后给溶液中补充的Ag 的物质的量，因此 AgNO3溶液的浓度不变，溶液的pH 也 不变。电解5.00%的硫酸溶液，由于其中的水发生电解，因此硫酸浓度增大，由 于 H 的浓度增大，故溶液的 pH 减小。设原 5.00%的硫酸为 x g，电解时消耗水 0.01 mol18 g mol 10.18 g，则： 5.

26、00%x5.02%(x0.18)，解得 x45.18 g。 11高氯酸铵 (AP)受高温和猛烈撞击能引起爆炸，可用作火箭推进剂。目前制备 高氯酸铵的流程如下： Cl2 NaOH溶液 混合物 A 水蒸气 HClO 电解 HClO3 电解 HClO4 NH3H2ONH 4ClO4 (1)写出 Cl2和 NaOH 溶液反应的离子方程式： _ _ _ _。 (2)将 HClO3加入到电解槽中，电解产生H2和 O3，产生 H2的电极名称为 _ ，写出产生 O3的电极反应式： _ _。 (3)O3与 ClO 3反应生成 ClO 4，O3与 ClO 3的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之 比为_ 。 答案(1

27、)Cl22OH =Cl ClOH 2O (2)阴极6OH 6e =O 33H2O (3)13 解析从化合价的变化情况分析，H2是还原产物，因此必在电解池的阴极产生， O3是氧化产物，在阳极产生，阳极上阴离子放电，只有溶液中的OH 放电，由此 可写出电极反应式。 O3与 ClO 3反应生成 ClO 4时，氧化产物已明确，在酸性条件 下 O3的还原产物必为H2O，故根据得失电子守恒可得两者物质的量之比。 拓展探究 12某学生试图用电解法根据电极上析出的物质质量来验证阿伏加德罗常数值， 其实验方案的要点为 用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如图所示。 强度为 I A，通电时间为 t s后，精确测得某电

28、极上析出的铜的质量为m g。 试回答： (1)这些仪器的正确连接顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示，下同)E 接 _，C 接_，_接 F。 实验线路中的电流方向为 _C_。 (2)写出 B 电极上发生反应的离子方程式 _，G 试管中淀粉 KI 溶液变化的 现象为 _ ，相应的离子方程式是 _ _。 (3)为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序是 _ 。 称量电解前电极质量；刮下电解后电极上的铜并清洗；用蒸馏水清洗电解 后电极；低温烘干电极后称量；低温烘干刮下的铜后称量；再次低温烘干 后称量至恒重。 (4)已知电子的电量为1.610 19 C。试列出阿伏加德罗常数的计算

29、表达式： NA _ _。 答案(1)DABFBADE (2)2Cl 2e=Cl 2 变蓝色Cl22I =2ClI 2 (3) (4)64 m It 21.610 19mol 1 解析(1)B 电极上应产生 Cl2：2Cl 2e=Cl 2，B 电极上流出电子，电子进 入直流电源的正极，即F 极，由此可得仪器连接顺序及电流方向。 (2)B 中产生 Cl2，Cl2进入 G 中与 KI 反应，有 I2生成， I2使淀粉变蓝色。 (3)镀在 A 电极上的 Cu 是没必要刮下的，也无法刮干净，还可将A 电极材料一同 刮下，故 两步须排除在外。 (4)由电学知识，可求电量Q：QIt。 由此可求出通过的电子个数： N(e )Q e It 1.610 19 其物质的量为 n(e )It 1.610 19 NA It 1.610 19 NA 而电子个数与 Cu 的关系为 Cu 22e=Cu 根据生成 Cu 的质量为 m g得 m g 64 g mol 1 It 1.610 19 NA 1 2，NA 可求。