2021-2022学年高二上学期人教版（2019）化学选择性必修1-4.2.1 电解原理 （学案）
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高二上学期人教版（2019）化学选择性必修1-4.2.1 电解原理 （学案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 288.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-12-22 21:12:47 | ||
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文档简介
4.2.1 电解原理（学案）
1．了解电解池的工作原理，能写出电极反应的方程式。
2．了解常见电解池及其工作原理。
1．电解池电极反应的方程式的书写。
电解水产生氢气和氧气时为了增强谁的导电性，向水中加入__________、___________。
知识点一、电解CuCl2溶液的实验探究
1．实验操作
如图所示，在U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒电极，把湿润的KI 淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)附近。接通直流电源。
2．实验现象
阴极石墨棒上逐渐覆盖一层红色物质，阳极石墨棒上有气泡逸出，并可闻到刺激性的气味，同时看到湿润的KI 淀粉试纸变蓝色。
3．原理分析
CuCl2是强电解质且易溶于水，H2O是弱电解质，微弱电离生成H＋和OH－，因此溶液中存在Cu2＋、H＋、Cl－和OH－等4种离子。通电前，离子做自由移动；通电后，Cl－和OH－向阳极移动，Cu2＋和H＋向阴极移动。在阳极，OH－、Cl－均可能被氧化，由于Cl－的放电能力比OH－强，Cl－优先于OH－在阳极上发生反应；在阴极，Cu2＋和H＋都可能被还原，但Cu2＋的放电能力比H＋强，Cu2＋优先于H＋在阴极上发生反应。电极反应为
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)。
电解反应：CuCl2Cu＋Cl2↑。
4．实验结论
在直流电的作用下，电能转化为化学能，CuCl2被电解为Cu和Cl2(Cu在阴极生成，Cl2在阳极生成)。
二、电解原理
1．电解
让直流电通过电解质溶液(或熔融的电解质)，而在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。
2．电解池
(1)定义：将电能转化为化学能的装置。
(2)组成：与直流电源相连的两个固体电极；电解质溶液或熔融的电解质；形成闭合回路。
(3)阴、阳极的判断：
判断依据 阴极 阳极
1、产生气体性质
2、反应类型
3、电子流动方向
4、电解质溶液中离子流向
5、电流方向
6、反应现象
7、pH变化
8、电源正负极
规律方法
(1)根据电源正、负极、离子移动方向、发生反应的类型判断，具体如下：
(2)依据电极质量变化——如果电极质量减轻，它一定是阳极；如果质量增加，它一定是阴极。
(3)依据电极产物——如果电极上析出Cl2或O2，它一定是阳极；如果电极上产生H2，它一定是阴极。
(4)依据溶液变化——如果电解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)时某极附近溶液能使酚酞呈红色，则它是阴极(H＋放电，OH－浓度增大)。
4．电解时溶液中的离子有多种，判断多种离子在溶液中的电解产物及放电顺序(电极为惰性电极，如C、Pt或Au等)
(1)思维程序：
(2)阳极上阴离子的放电顺序为：_________________________。
(3)阴极上阳离子的放电顺序为：__________________________________________________。
二、酸、碱、盐的电解规律
1．用惰性电极电解酸、碱、盐溶液，填写下表：
电解质及类别 电极反应式 溶液复原方法
H2SO4含氧酸 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
NaOH强碱 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
Na2SO4活泼金属的含氧酸盐 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
HCl无氧酸，除HF外 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
CuCl2不活泼金属的无氧酸盐，除氟化物外 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
NaCl活泼金属的无氧酸盐 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
CuSO4不活泼金属的含氧酸盐 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
2、判断溶液的pH变化：
先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。
（1）如果只产生氢气而没有氧气，则pH____________；
（2）如果只产生氧气而没有氢气，则pH____________；
（3）如果既产生氢气又产生氧气
①若原溶液呈酸性则pH____________；
②若原溶液呈碱性pH____________；
③若原溶液呈中性pH____________。
3、电极区域PH变化：
（1）阴极H+放电产生H2，阴极区域pH____________；
（2）阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH____________。
【练习】1．如图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是（ ）
A．铜片作正极 B．锌片的质量逐渐增加
C．电子从铜片流向锌片 D．铜片表面上没有气泡
【练习】2．下列叙述正确的是（ ）
A．在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应
B．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：2
C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1mol电子转移，则生成1mol NaOH
D．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
【练习】3．以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如图。若一段时间后Y电极上有9.6g红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是（ ）
A．a为铅蓄电池的负极
B．电解过程中SO42﹣向右侧移动
C．电解结束时，左侧溶液质量增重约为12g
D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：PbO2+2e﹣+4H+═Pb2++2H2O
【练习】4．医用口罩的外层喷有丙烯的聚合物聚丙烯。某科硏机构在酸性条件下，用石墨棒作电极，将CO2转化为丙烯（CH2＝CH﹣CH3），原理如图所示。下列有关叙述错误的是（ ）
A．a为电源负极
B．左池的电极反应式：3CO2+18e﹣+18H+═CH2＝CH─CH3+6H2O
C．H+从右侧通过质子交换膜进入左侧
D．若制取过程中转移3mol电子，则产生11.2L丙烯
【练习】5．《JournalofEnergyChemistry》报道我国科学家设计CO2熔盐捕获与转化装置如图所示。下列有关说法错误的是（ ）
A．b为正极
B．①②中，捕获CO2时碳元素的化合价未发生变化
C．d极电极反应式为CO32﹣+4e﹣═C+3O2﹣
D．由a极反应2C2O52﹣﹣4e﹣═4CO2↑+O2↑可知，每转移1mol电子生成22.4L CO2
【练习】6．如图为CO2电甲烷化的装置图（MEC）其利用微生物催化驱动工作，该生物电催化技术既有助于降低温室效应，也可处理有机废水，下列说法正确的是（ ）
A．b电极为MEC的阳极
B．若b电极转化1.5mol CO2，装置中转移的电子数是15NA
C．MEC工作时，质子将从a电极室向b电极室迁移
D．b电极的反应方程式为CO2+8e﹣+6H2O═CH4+8OH﹣
1．我国科学家利用碳酸钠和碳纳米管为复合电极，以熔融的钠盐为电解质，制备出无钠预填装的钠﹣二氧化碳电池，反应原理为4Na+3CO22Na2CO3+C．下列叙述错误的是（ ）
A．该电池因无钠预填装，能有效降低电池的安全隐患
B．充电时电解质中Na+向电池的正极聚集
C．放电时正极反应为3CO2+4e﹣+4Na+═2Na2CO3+C
D．火星大气中含有95%的二氧化碳，该电池有望为火星探测提供电化学能源系统
2．利用质子传导型固体氧化物电解池将乙烷转化为乙烯，示意图如图。下列说法正确的是（ ）
A．电极a与电源的负极相连
B．固体电解质中质子向a极移动
C．电极b的电极反应式是CO2+2e﹣+2H+═CO+H2O
D．电路中每通过2mol电子时理论上可产生22.4L乙烯
3．电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。如图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是（ ）
A．b为电源的负极
B．WO3在该过程中被氧化
C．银电极反应为Ag﹣e﹣＝Ag+
D．Ag+由银电极向变色层迁移
4．某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表指针偏转，下列有关描述正确的是（ ）
A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H++2Cl﹣Cl2↑+H2↑
B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液pH变大
C．断开K1，闭合K2时，石墨电极上的电极反应为：Cl2+2e﹣═2Cl﹣
D．断开K1，闭合K2时，电路中通过NA个电子时，两极共产生NAmol气体
5．某同学按图示装置进行实验探究，电极材料为石墨，下列说法正确的是（ ）
A．电极N为阴极，电极上有红色物质生成
B．电极M为正极，电极上有气体产生
C．一段时间后，溶液质量增加
D．该装置是将化学能转化为电能
6．摩拜单车利用车篮处的太阳能电池板向智能锁中的锂离子电池充电，电池反应原理为LiCoO2+6CLi1﹣xCoO2+LixC6，结构如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．放电时，正极质量增加
B．充电时，锂离子由右向左移动
C．该锂离子电池工作时，正极锂元素化合价降低
D．充电时，阳极的电极反应式为：Li1﹣xCoO2+xLi++xe﹣═LiCoO2
7．铅蓄电池是一种传统的目前使用量最大的二次电池，其放电时的总反应方程式为：PbO2+Pb+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，则充电时阳极反应式为_________________________________．
【课前复习答案】
【知识点填空答案】
还原性气体 氧化性气体
还原反应 氧化反应
电子流入极 电子流出极
阳离子移向的电极 阴离子移向的电极
电流流出极 电流流入极
电极增重 电极减轻
升高 降低
连接电源负极 连接电源正极
活泼电极＞S2－＞SO32－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F-；K＋＜Ca2＋＜Na＋＜Mg2＋＜Al3＋＜(H＋浓度较小时)＜Zn2＋＜Fe2＋＜Sn2＋＜Pb2＋＜(H＋浓度较大时)＜Cu2＋＜Fe3＋＜Hg2＋＜Ag＋。
阴：_2H++2e-=H2___ 阳：__2H2O-4e-=O2+4H+___ 加水
阴：__2H2O+2e-=H2+2OH-___ 阳：__4OH—-4e-=O 2+2H2O____ 加水
阴：___2H2O+2e-=H2+2OH-_____ 阳：___2H2O-4e-=O2+4H+___ 加水
阴：____2H++2e-=H2______ 阳：___2Cl—-2e-=Cl2______ 通HCl气体
阴：___2Cu2++2e-=Cu____ 阳：___2Cl—-2e-=Cl2______ 加CuCl2
阴：___2H2O+2e-=H2+2OH-___ 阳：___2Cl—-2e-=Cl2_____ 通HCl气体
阴：___2Cu2++2e-=Cu_____ 阳：__2H2O-4e-=O2+4H+______ 加CuO或CuCO3
变大；变小；减小；增大；不变；变大；变小
【练习答案】ACCDDC
【检测反馈答案】BCBCAA,PbSO4+2H2O﹣2e﹣═PbO2+SO42﹣+4H+
1．了解电解池的工作原理，能写出电极反应的方程式。
2．了解常见电解池及其工作原理。
1．电解池电极反应的方程式的书写。
电解水产生氢气和氧气时为了增强谁的导电性，向水中加入__________、___________。
知识点一、电解CuCl2溶液的实验探究
1．实验操作
如图所示，在U形管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒电极，把湿润的KI 淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)附近。接通直流电源。
2．实验现象
阴极石墨棒上逐渐覆盖一层红色物质，阳极石墨棒上有气泡逸出，并可闻到刺激性的气味，同时看到湿润的KI 淀粉试纸变蓝色。
3．原理分析
CuCl2是强电解质且易溶于水，H2O是弱电解质，微弱电离生成H＋和OH－，因此溶液中存在Cu2＋、H＋、Cl－和OH－等4种离子。通电前，离子做自由移动；通电后，Cl－和OH－向阳极移动，Cu2＋和H＋向阴极移动。在阳极，OH－、Cl－均可能被氧化，由于Cl－的放电能力比OH－强，Cl－优先于OH－在阳极上发生反应；在阴极，Cu2＋和H＋都可能被还原，但Cu2＋的放电能力比H＋强，Cu2＋优先于H＋在阴极上发生反应。电极反应为
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)。
电解反应：CuCl2Cu＋Cl2↑。
4．实验结论
在直流电的作用下，电能转化为化学能，CuCl2被电解为Cu和Cl2(Cu在阴极生成，Cl2在阳极生成)。
二、电解原理
1．电解
让直流电通过电解质溶液(或熔融的电解质)，而在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。
2．电解池
(1)定义：将电能转化为化学能的装置。
(2)组成：与直流电源相连的两个固体电极；电解质溶液或熔融的电解质；形成闭合回路。
(3)阴、阳极的判断：
判断依据 阴极 阳极
1、产生气体性质
2、反应类型
3、电子流动方向
4、电解质溶液中离子流向
5、电流方向
6、反应现象
7、pH变化
8、电源正负极
规律方法
(1)根据电源正、负极、离子移动方向、发生反应的类型判断，具体如下：
(2)依据电极质量变化——如果电极质量减轻，它一定是阳极；如果质量增加，它一定是阴极。
(3)依据电极产物——如果电极上析出Cl2或O2，它一定是阳极；如果电极上产生H2，它一定是阴极。
(4)依据溶液变化——如果电解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)时某极附近溶液能使酚酞呈红色，则它是阴极(H＋放电，OH－浓度增大)。
4．电解时溶液中的离子有多种，判断多种离子在溶液中的电解产物及放电顺序(电极为惰性电极，如C、Pt或Au等)
(1)思维程序：
(2)阳极上阴离子的放电顺序为：_________________________。
(3)阴极上阳离子的放电顺序为：__________________________________________________。
二、酸、碱、盐的电解规律
1．用惰性电极电解酸、碱、盐溶液，填写下表：
电解质及类别 电极反应式 溶液复原方法
H2SO4含氧酸 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
NaOH强碱 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
Na2SO4活泼金属的含氧酸盐 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
HCl无氧酸，除HF外 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
CuCl2不活泼金属的无氧酸盐，除氟化物外 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
NaCl活泼金属的无氧酸盐 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
CuSO4不活泼金属的含氧酸盐 阳极：_________________________________________ 阴极：_________________________________________ ____________
2、判断溶液的pH变化：
先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。
（1）如果只产生氢气而没有氧气，则pH____________；
（2）如果只产生氧气而没有氢气，则pH____________；
（3）如果既产生氢气又产生氧气
①若原溶液呈酸性则pH____________；
②若原溶液呈碱性pH____________；
③若原溶液呈中性pH____________。
3、电极区域PH变化：
（1）阴极H+放电产生H2，阴极区域pH____________；
（2）阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH____________。
【练习】1．如图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是（ ）
A．铜片作正极 B．锌片的质量逐渐增加
C．电子从铜片流向锌片 D．铜片表面上没有气泡
【练习】2．下列叙述正确的是（ ）
A．在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应
B．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：2
C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1mol电子转移，则生成1mol NaOH
D．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
【练习】3．以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如图。若一段时间后Y电极上有9.6g红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是（ ）
A．a为铅蓄电池的负极
B．电解过程中SO42﹣向右侧移动
C．电解结束时，左侧溶液质量增重约为12g
D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：PbO2+2e﹣+4H+═Pb2++2H2O
【练习】4．医用口罩的外层喷有丙烯的聚合物聚丙烯。某科硏机构在酸性条件下，用石墨棒作电极，将CO2转化为丙烯（CH2＝CH﹣CH3），原理如图所示。下列有关叙述错误的是（ ）
A．a为电源负极
B．左池的电极反应式：3CO2+18e﹣+18H+═CH2＝CH─CH3+6H2O
C．H+从右侧通过质子交换膜进入左侧
D．若制取过程中转移3mol电子，则产生11.2L丙烯
【练习】5．《JournalofEnergyChemistry》报道我国科学家设计CO2熔盐捕获与转化装置如图所示。下列有关说法错误的是（ ）
A．b为正极
B．①②中，捕获CO2时碳元素的化合价未发生变化
C．d极电极反应式为CO32﹣+4e﹣═C+3O2﹣
D．由a极反应2C2O52﹣﹣4e﹣═4CO2↑+O2↑可知，每转移1mol电子生成22.4L CO2
【练习】6．如图为CO2电甲烷化的装置图（MEC）其利用微生物催化驱动工作，该生物电催化技术既有助于降低温室效应，也可处理有机废水，下列说法正确的是（ ）
A．b电极为MEC的阳极
B．若b电极转化1.5mol CO2，装置中转移的电子数是15NA
C．MEC工作时，质子将从a电极室向b电极室迁移
D．b电极的反应方程式为CO2+8e﹣+6H2O═CH4+8OH﹣
1．我国科学家利用碳酸钠和碳纳米管为复合电极，以熔融的钠盐为电解质，制备出无钠预填装的钠﹣二氧化碳电池，反应原理为4Na+3CO22Na2CO3+C．下列叙述错误的是（ ）
A．该电池因无钠预填装，能有效降低电池的安全隐患
B．充电时电解质中Na+向电池的正极聚集
C．放电时正极反应为3CO2+4e﹣+4Na+═2Na2CO3+C
D．火星大气中含有95%的二氧化碳，该电池有望为火星探测提供电化学能源系统
2．利用质子传导型固体氧化物电解池将乙烷转化为乙烯，示意图如图。下列说法正确的是（ ）
A．电极a与电源的负极相连
B．固体电解质中质子向a极移动
C．电极b的电极反应式是CO2+2e﹣+2H+═CO+H2O
D．电路中每通过2mol电子时理论上可产生22.4L乙烯
3．电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。如图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是（ ）
A．b为电源的负极
B．WO3在该过程中被氧化
C．银电极反应为Ag﹣e﹣＝Ag+
D．Ag+由银电极向变色层迁移
4．某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表指针偏转，下列有关描述正确的是（ ）
A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H++2Cl﹣Cl2↑+H2↑
B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液pH变大
C．断开K1，闭合K2时，石墨电极上的电极反应为：Cl2+2e﹣═2Cl﹣
D．断开K1，闭合K2时，电路中通过NA个电子时，两极共产生NAmol气体
5．某同学按图示装置进行实验探究，电极材料为石墨，下列说法正确的是（ ）
A．电极N为阴极，电极上有红色物质生成
B．电极M为正极，电极上有气体产生
C．一段时间后，溶液质量增加
D．该装置是将化学能转化为电能
6．摩拜单车利用车篮处的太阳能电池板向智能锁中的锂离子电池充电，电池反应原理为LiCoO2+6CLi1﹣xCoO2+LixC6，结构如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．放电时，正极质量增加
B．充电时，锂离子由右向左移动
C．该锂离子电池工作时，正极锂元素化合价降低
D．充电时，阳极的电极反应式为：Li1﹣xCoO2+xLi++xe﹣═LiCoO2
7．铅蓄电池是一种传统的目前使用量最大的二次电池，其放电时的总反应方程式为：PbO2+Pb+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，则充电时阳极反应式为_________________________________．
【课前复习答案】
【知识点填空答案】
还原性气体 氧化性气体
还原反应 氧化反应
电子流入极 电子流出极
阳离子移向的电极 阴离子移向的电极
电流流出极 电流流入极
电极增重 电极减轻
升高 降低
连接电源负极 连接电源正极
活泼电极＞S2－＞SO32－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F-；K＋＜Ca2＋＜Na＋＜Mg2＋＜Al3＋＜(H＋浓度较小时)＜Zn2＋＜Fe2＋＜Sn2＋＜Pb2＋＜(H＋浓度较大时)＜Cu2＋＜Fe3＋＜Hg2＋＜Ag＋。
阴：_2H++2e-=H2___ 阳：__2H2O-4e-=O2+4H+___ 加水
阴：__2H2O+2e-=H2+2OH-___ 阳：__4OH—-4e-=O 2+2H2O____ 加水
阴：___2H2O+2e-=H2+2OH-_____ 阳：___2H2O-4e-=O2+4H+___ 加水
阴：____2H++2e-=H2______ 阳：___2Cl—-2e-=Cl2______ 通HCl气体
阴：___2Cu2++2e-=Cu____ 阳：___2Cl—-2e-=Cl2______ 加CuCl2
阴：___2H2O+2e-=H2+2OH-___ 阳：___2Cl—-2e-=Cl2_____ 通HCl气体
阴：___2Cu2++2e-=Cu_____ 阳：__2H2O-4e-=O2+4H+______ 加CuO或CuCO3
变大；变小；减小；增大；不变；变大；变小
【练习答案】ACCDDC
【检测反馈答案】BCBCAA,PbSO4+2H2O﹣2e﹣═PbO2+SO42﹣+4H+