苏教版高中化学选择性必修1化学反应原理专题1第二单元基础课时6电解池的工作原理学案
文档属性
| 名称 | 苏教版高中化学选择性必修1化学反应原理专题1第二单元基础课时6电解池的工作原理学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 908.3KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-04-09 18:47:59 | ||
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文档简介
基础课时6 电解池的工作原理
学习任务 1．通过理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 2．建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
1．电解熔融的氯化钠
电解熔融态氯化钠原理图
(1)实验现象。
通电后，在阳极周围有气泡产生，在阴极上生成银白色金属。
(2)实验分析。
①熔融氯化钠中存在的微粒：Na＋、Cl－。
②通电后离子和电子的移动方向。
离子：阳离子Na＋(填离子符号)移向阴极；阴离子Cl－(填离子符号)移向阳极。
电子：从电源负极流向阴极，从阳极流向电源的正极。
③电极反应式。
阴极：2Na＋＋2e－===2Na(还原反应)。
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。
(3)实验结论。
熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。
【特别提醒】 工业上活泼金属的制备通常用电解法。如NaCl(熔融)Na，MgCl2(熔融)Mg，Al2O3(熔融)Al。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)熔融氯化钠中存在的微粒为Na＋、Cl－。 (√)
(2)熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化，分解生成钠和氯气。 (√)
(3)工业上用电解熔融氯化铝的方法制取金属铝。 (×)
2．电解池的基本概念
(1)电解。
在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池。
①定义：将电能转化为化学能的装置。
②组成：直流电源，固体电极材料，电解质溶液或熔融电解质，构成闭合回路。
(3)电极及电极反应。
阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。
阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)电解池的两个电极必须是两个活动性不同的电极。 (×)
(2)在电解池中与外接电源负极相连的电极是阴极。 (√)
(3)电解池中，电子从阳极流入电源正极。 (√)
(4)电解池的阳极发生还原反应。 (×)
3．电解CuCl2溶液
装置 现象 电极反应式
阴极 有红色物 质析出 Cu2+＋2e－===Cu (还原反应)
阳极 有黄绿色 气体生成 2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反应)
电解总反应式 CuCl2Cu＋Cl2↑
【特别提醒】 电解CuCl2溶液时，Cl－、OH－向阳极移动，还原性强的Cl－优先失去电子发生氧化反应；Cu2+、H＋向阴极移动，氧化性强的Cu2+优先得到电子发生还原反应。
用石墨电极电解CuCl2溶液(如图)。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．阴极上发生的反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
A [电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，阴极与直流电源的负极相连，阳极与直流电源的正极相连，A项正确；电解质在溶液中的电离是水分子的作用，与是否通电无关，B项错误；电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，在阳极附近可观察到黄绿色气体，C、D项错误。]
电解池的工作原理及电解规律
利用太阳能电池实现太阳能转化为电能，进行电解水。然后，通过电解水获取的氢气和氧气组成氢氧燃料电池，实现化学能转化为电能，带动小风扇的转动(如图)。
[问题1] 电解原理分析
(1)阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？
(2)电解时电子可从溶液中通过吗？
提示：(1)原电池中：阳离子→正极；阴离子→负极；电解池中：阳离子→阴极；阴离子→阳极。
即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极。
(2)电子不能通过电解质溶液，在溶液中是自由离子定向移动传导电流。
[问题2] 电极放电顺序
(1)在氯化铜溶液中除了Cu2+和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得或失电子？
(2)若用Cu电极电解稀硫酸，开始电解时的电极反应式和总反应式如何书写？
(3)若将等物质的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水，对该溶液以惰性电极进行电解，试讨论两个电极可能生成的产物，并写出总反应式。
提示：(1)电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2+比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子。
(2)阳极：Cu－2e－===Cu2+
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
电解总反应式：H2SO4＋CuCuSO4＋H2↑。
(3)在此混合溶液中，含有的阳离子放电顺序为Cu2+>H＋>Mg2+，阴离子放电顺序为，故开始电解时，阴极上Cu2+放电得产物Cu，阳极上Cl－放电得Cl2，当Cu2+、Cl－放电完毕后，阴极上H＋继续放电得产物H2，阳极上OH－放电得产物O2，所以该电解过程可分为两个阶段，总反应式：第一阶段CuCl2Cu＋Cl2↑第二阶段2H2O2H2↑＋O2↑。
1．电解池的阴极、阳极的判断方法
2．电解池工作原理
①电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。
②电解质的水溶液或熔融电解质均可被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。
③电解过程中，电能转化为化学能而储存在电解产物中，转化过程中遵循能量守恒定律。
④电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(或熔融电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。
⑤电解法是一种强氧化还原手段，可以完成非自发的氧化还原反应。
3．电解产物的判断方法
4．电解池电极反应式、电解总反应式的书写
书写步骤 具体操作
判断两极 阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连
判断反应微粒 活性电极：电极材料本身失电子 溶液中的较易得电子的阳离子反应
惰性电极：溶液中较易失去电子的阴离子反应
书写电极反应式 活性电极：M－ne－===Mn＋ Mn＋＋ne－===M
惰性电极：mRn－－mne－===Rm
书写电解总方程式 根据得失电子数相等，将阴阳极电极反应式相加得电解总反应式，注意若是水电离的H＋或OH－参与电极反应，写总反应式时要写成H2O
5．惰性电极电解电解质溶液的规律
类型 电极反应特点 实例 电解对象 电解质溶液浓度 pH 电解质溶液复原
电解水型 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑) NaOH溶液 水 增大 增大 加水
H2SO4溶液 水 增大 减小 加水
Na2SO4溶液 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溶液 电解质 减小 增大 通氯化氢
CuCl2溶液 电解质 减小 — 加氯化铜
放H2生碱型 阴极：H2O放H2生碱 阳极：电解质阴离子放电 NaCl溶液 电解质和水 生成 新电 解质 增大 通氯化氢
放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极：H2O放O2生酸 CuSO4溶液 电解质和水 生成新电解质 减小 加氧化铜或碳酸铜
(1)书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成化学式。
(2)书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。
(3)铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2+而不是Fe3+。
(4)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。
1．用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是( )
①电解稀硫酸 ②电解Cu(NO3)2溶液
③电解KOH溶液 ④电解NaCl溶液
A．电解进行一段时间后四份溶液的pH均增大
B．反应②中电解一段时间后，向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况
C．反应③中阳极消耗OH－，故溶液浓度变小
D．反应④中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1
B [A项，①②电解后溶液酸性增强，pH减小；B项，反应②为2Cu2+＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，故加入适量CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况；C项，反应③为2H2O2H2↑＋O2↑，故KOH浓度增大；D项，反应④为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－，阴极产生H2，阳极产生Cl2，二者物质的量之比为1∶1。]
2．为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从H＋、Cu2+、Na＋、、Cl－ 5种离子中两两恰当的组成电解质，按下列要求进行电解：
(1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是_____________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是______________。
(2)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是________________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是________。
(3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是______________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是_______________。
[解析] (1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则阳离子只能为H＋、Cu2+，阴离子只能是Cl－，其电解质是HCl、CuCl2。
(2)实质上是电解水，H＋、OH－分别在两极上放电，因此，其电解质是Na2SO4、H2SO4。
(3)电解质是CuSO4，2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，若恢复到原状态，可加入CuO，也可加入CuCO3。电解质是NaCl，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，要恢复到原状态可通入HCl。
[答案] (1)HCl、CuCl2 HCl、CuCl2
(2)Na2SO4、H2SO4 H2O
(3)CuSO4、NaCl CuO或CuCO3、HCl
1．下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是( )
A．电解过程中阳极的质量不断增加
B．电解过程中溶液的pH不断升高
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2∶1
C [用惰性电极电解AgNO3溶液，总的电解反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，阴极上析出Ag，阳极上放出O2，A、D错误；由于生成HNO3，溶液的pH降低，B错误；要使溶液恢复到电解前的状况要加入的物质应是Ag2O，C正确。]
2．如图中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。符合这一情况的是表中的( )
选项 a极板 b极板 X电极 Z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
A [由a极板质量增加知，溶液中阳离子在a极板处析出，则a为阴极，X为负极，因B中a极板处不析出金属、C中X为正极可知B、C均错误；又由b极板处有无色无味气体放出可知D错误。]
3．用惰性电极电解下列电解质的溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质(中括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是( )
A．NaCl[盐酸] B．NaOH[H2O]
C．CuCl2[HCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]
B [电解NaCl溶液时，阳极氯离子放电生成氯气，阴极氢离子得到电子生成氢气，所以应加HCl让电解质溶液复原，A错误；电解NaOH溶液时，阳极产生氧气，阴极产生氢气，所以应加水让电解质溶液复原，B正确；电解CuCl2溶液时，阳极氯离子放电生成氯气，阴极析出铜，所以应加氯化铜让电解质溶液复原，C错误；电解硫酸铜溶液时，阳极产生氧气，阴极产生金属铜，所以应加CuO或CuCO3让电解质溶液复原，加入氢氧化铜会多生成水，D错误。]
4．用如图所示的装置进行电解。通电后发现湿润的淀粉-KI试纸的C端变为蓝色。
(1)E为电源的______极，F为电源的______极。
(2)A中发生反应的化学方程式为_______________________________________
____________________________________________________________________。
(3)在B中观察到的现象是_____________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)D端的电极反应式为________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] 本题实质上是三个电解装置串联，由题中信息可知C为阳极、D为阴极，则E为负极，F为正极。A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液。B中Cu为阳极，发生的反应为Cu－2e－===Cu2+，石墨为阴极，发生的反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，由于水电离出的H＋放电，所以溶液中的c(OH－)增大，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D端为阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
[答案] (1)负 正
(2)4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑
(3)铜片溶解，石墨电极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成
(4)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
基础课时固基练(6) 电解池的工作原理
1．用石墨作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是( )
A．石墨电极周围有大量的钠离子
B．铁棒质量增加
C．电子通过熔融电解质流向铁棒
D．阴极发生氧化反应
B [氯离子移向阳极，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；钠离子移向阴极，发生还原反应：2Na＋＋2e－===2Na。]
2．下列说法中正确的是( )
A．电解氯化铜溶液就是氯化铜的电离
B．电解氯化铜溶液是化学变化，不通电也能发生
C．氯化铜溶液是电解质
D．电解是最强的氧化还原手段，不能自发进行的氧化还原反应也可以发生
D [A.电解氯化铜溶液是通过外加直流电源使溶液中的阴阳离子定向移动，并在电极上发生氧化还原反应的过程；氯化铜的电离是指氯化铜变成铜离子和氯离子的过程，故A错误；B.电极氯化铜溶液需要外加直流电源，故B错误；C.氯化铜溶液是混合物，电解质是指在熔融状态或在水溶液中导电的化合物，故C错误；D.电解反应是在外加直流电源强迫下的氧化还原反应，不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现，故D正确。]
3．将直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是( )
A B C D
阳极 蓝 白 红 蓝
阴极 白 蓝 蓝 蓝
D [阳极据放电顺序发生的电极反应为2I－－2e－===I2，I2遇淀粉变蓝；阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，使石蕊溶液变蓝。]
4．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2+＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是( )
A．该装置可能是原电池，也可能是电解池
B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极
C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸
D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸
B [铜和盐酸或稀硫酸不能自发地进行氧化还原反应，铜和硝酸能自发地进行氧化还原反应，但生成的气体是氮氧化物而不是氢气，所以该反应只能是电解池反应而不是原电池反应，该装置只能构成电解池不能构成原电池；该电解池中，铜作阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得电子发生还原反应，所以该电解池的阳极必须是铜电极，故答案选B。]
5．如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是( )
A．该过程是电能转化为化学能的过程
B．铜电极的电极反应式为＋2H2O
C．一段时间后，①池中n(KHCO3)不变
D．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降
C [该装置连接有电源，则该过程是电能转化为化学能的过程，A项正确；二氧化碳转化为甲烷的反应过程中，碳元素的化合价降低，在铜电极上发生还原反应，电极反应式为＋2H2O，B项正确；由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗，故一段时间后，碳酸氢钾的物质的量减少，C项错误；①池中的铜电极为阴极，发生还原反应，②池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，该过程中有H＋生成，故溶液的pH下降，D项正确。]
6．(素养题)载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－。下列判断错误的是( )
A．上述电化学装置相当于电解池
B．上述装置进行的总反应为2CO2===2CO＋O2
C．反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性不变
D．失电子的电极发生的反应是4OH－＋4e－===2H2O＋O2↑
D [该电池是利用电能转化为化学能，符合电解池原理，所以题述电化学装置相当于电解池，故A正确；该电池中，阴极的电极反应式为2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－，阳极上OH－失电子生成氧气，得失电子数相同条件下，将两个电极反应式相加即得电池总反应式：2CO2===2CO＋O2，故B正确；阴极反应生成的OH－在阳极完全反应，电池总反应为2CO2===2CO＋O2，所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液的碱性不变，故C正确；阳极上OH－失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故D错误。]
7．某化学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K时，观察到电流表的指针发生了偏移。
甲 乙
请回答下列问题：
(1)乙装置的名称是______；Zn为______极。
(2)写出电极反应式：Cu极：__________________；石墨棒极：__________________。
(3)当甲中产生0.1 mol气体时，乙中产生的气体在标准状况下的体积应为____________________________________________________________________。
(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，闭合K一段时间后，乙中溶液的颜色____________(填“变深”“变浅”或“无变化”)。
(5)若乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，闭合K一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；乙中溶液的pH将________。
[解析] (1)由图中的铜、锌两种电极和电解质溶液(稀硫酸)和闭合电路知：该装置为原电池，Zn较活泼，则Zn作负极，Cu作正极，则乙装置为电解池，石墨棒极与负极相连为阴极，Pt极与正极相连为阳极。
(2)甲装置为原电池，Cu极为正极，正极上氢离子得电子，正极上的反应为2H＋＋2e－===H2↑，乙装置为电解池，石墨棒极与负极相连为阴极，阴极上铜离子得电子，则电极反应为Cu2+＋2e－===Cu。
(3)根据原电池、电解池中电子守恒，当甲中产生0.1 mol气体时，甲中2H＋＋2e－===H2↑，则转移0.2 mol电子，连接电源负极的石墨棒极为电解池的阴极，转移0.2 mol电子，根据Cu2+＋2e－===Cu，乙中析出铜的物质的量为0.1 mol，电解池的阳极上发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，则生成气体为0.1 mol，其在标准状况下的体积为2.24 L。
(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，则为电镀池，阳极铜失电子生成铜离子，阴极铜离子得电子生成铜单质，则溶液中铜离子的浓度不变，所以溶液的颜色不变。
(5)甲中发生的反应为Zn与氢离子的反应，反应消耗氢离子，则pH增大，乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，则乙中电解NaCl溶液生成氢氧化钠，所以溶液的pH增大。
[答案] (1)电解池 负
(2)2H＋＋2e－===H2↑ Cu2+＋2e－===Cu
(3)2.24 L
(4)无变化
(5)增大 增大
8．如图是用两个石墨作为电极，电解饱和Na2SO4溶液的装置，U形管内的电解液中事先加有酚酞指示剂。回答下列问题：
(1)根据图中倒扣试管内的液面高度，判断直流电源左端为________极，Na＋通过阳离子交换膜移动的方向为________(填“左→右”或“右→左”)。
(2)电解过程中，有关电极附近溶液颜色变化中正确的是________(填序号)。
①A侧溶液由无色变为红色
②B侧溶液由无色变为红色
③A侧溶液不变色
④B侧溶液不变色
(3)写出B侧发生的电极反应：_________________________________________。
(4)检验b管中气体的方法及现象是_____________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)用石墨电极电解饱和Na2SO4溶液的实质是电解水，根据图中倒扣试管内的液面高度可知，a试管收集的气体是氢气、b试管收集的气体是氧气，则A为阴极区、B为阳极区，阳极与电源正极相连、阴极与电源负极相连，所以直流电源左端为负极，电解时，电解质溶液中阳离子通过阳离子交换膜移向阴极区A，即Na＋通过阳离子交换膜的移动方向：右→左。(2)阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成的OH－使阴极区酚酞溶液变红，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋，阳极区酚酞溶液不变色，即A侧溶液由无色变为红色、B侧溶液不变色。(3)该电解池中A为阴极区、B为阳极区，B侧中发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(4)电解池中A为阴极区、B为阳极区，b管中气体为氧气，可用带火星的木条检验，操作为用拇指按住试管口，取出试管，正立后移开拇指，将带火星的木条伸入试管内，带火星的木条复燃。
[答案] (1)负 右→左
(2)①④
(3)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(4)用拇指按住试管口，取出试管，正立后移开拇指，将带火星的木条伸入试管内，带火星的木条复燃
学习任务 1．通过理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 2．建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
1．电解熔融的氯化钠
电解熔融态氯化钠原理图
(1)实验现象。
通电后，在阳极周围有气泡产生，在阴极上生成银白色金属。
(2)实验分析。
①熔融氯化钠中存在的微粒：Na＋、Cl－。
②通电后离子和电子的移动方向。
离子：阳离子Na＋(填离子符号)移向阴极；阴离子Cl－(填离子符号)移向阳极。
电子：从电源负极流向阴极，从阳极流向电源的正极。
③电极反应式。
阴极：2Na＋＋2e－===2Na(还原反应)。
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。
(3)实验结论。
熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。
【特别提醒】 工业上活泼金属的制备通常用电解法。如NaCl(熔融)Na，MgCl2(熔融)Mg，Al2O3(熔融)Al。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)熔融氯化钠中存在的微粒为Na＋、Cl－。 (√)
(2)熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化，分解生成钠和氯气。 (√)
(3)工业上用电解熔融氯化铝的方法制取金属铝。 (×)
2．电解池的基本概念
(1)电解。
在直流电的作用下，在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池。
①定义：将电能转化为化学能的装置。
②组成：直流电源，固体电极材料，电解质溶液或熔融电解质，构成闭合回路。
(3)电极及电极反应。
阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。
阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)电解池的两个电极必须是两个活动性不同的电极。 (×)
(2)在电解池中与外接电源负极相连的电极是阴极。 (√)
(3)电解池中，电子从阳极流入电源正极。 (√)
(4)电解池的阳极发生还原反应。 (×)
3．电解CuCl2溶液
装置 现象 电极反应式
阴极 有红色物 质析出 Cu2+＋2e－===Cu (还原反应)
阳极 有黄绿色 气体生成 2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反应)
电解总反应式 CuCl2Cu＋Cl2↑
【特别提醒】 电解CuCl2溶液时，Cl－、OH－向阳极移动，还原性强的Cl－优先失去电子发生氧化反应；Cu2+、H＋向阴极移动，氧化性强的Cu2+优先得到电子发生还原反应。
用石墨电极电解CuCl2溶液(如图)。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．阴极上发生的反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
A [电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，阴极与直流电源的负极相连，阳极与直流电源的正极相连，A项正确；电解质在溶液中的电离是水分子的作用，与是否通电无关，B项错误；电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，在阳极附近可观察到黄绿色气体，C、D项错误。]
电解池的工作原理及电解规律
利用太阳能电池实现太阳能转化为电能，进行电解水。然后，通过电解水获取的氢气和氧气组成氢氧燃料电池，实现化学能转化为电能，带动小风扇的转动(如图)。
[问题1] 电解原理分析
(1)阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？
(2)电解时电子可从溶液中通过吗？
提示：(1)原电池中：阳离子→正极；阴离子→负极；电解池中：阳离子→阴极；阴离子→阳极。
即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极。
(2)电子不能通过电解质溶液，在溶液中是自由离子定向移动传导电流。
[问题2] 电极放电顺序
(1)在氯化铜溶液中除了Cu2+和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得或失电子？
(2)若用Cu电极电解稀硫酸，开始电解时的电极反应式和总反应式如何书写？
(3)若将等物质的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水，对该溶液以惰性电极进行电解，试讨论两个电极可能生成的产物，并写出总反应式。
提示：(1)电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2+比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子。
(2)阳极：Cu－2e－===Cu2+
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
电解总反应式：H2SO4＋CuCuSO4＋H2↑。
(3)在此混合溶液中，含有的阳离子放电顺序为Cu2+>H＋>Mg2+，阴离子放电顺序为，故开始电解时，阴极上Cu2+放电得产物Cu，阳极上Cl－放电得Cl2，当Cu2+、Cl－放电完毕后，阴极上H＋继续放电得产物H2，阳极上OH－放电得产物O2，所以该电解过程可分为两个阶段，总反应式：第一阶段CuCl2Cu＋Cl2↑第二阶段2H2O2H2↑＋O2↑。
1．电解池的阴极、阳极的判断方法
2．电解池工作原理
①电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。
②电解质的水溶液或熔融电解质均可被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。
③电解过程中，电能转化为化学能而储存在电解产物中，转化过程中遵循能量守恒定律。
④电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(或熔融电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。
⑤电解法是一种强氧化还原手段，可以完成非自发的氧化还原反应。
3．电解产物的判断方法
4．电解池电极反应式、电解总反应式的书写
书写步骤 具体操作
判断两极 阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连
判断反应微粒 活性电极：电极材料本身失电子 溶液中的较易得电子的阳离子反应
惰性电极：溶液中较易失去电子的阴离子反应
书写电极反应式 活性电极：M－ne－===Mn＋ Mn＋＋ne－===M
惰性电极：mRn－－mne－===Rm
书写电解总方程式 根据得失电子数相等，将阴阳极电极反应式相加得电解总反应式，注意若是水电离的H＋或OH－参与电极反应，写总反应式时要写成H2O
5．惰性电极电解电解质溶液的规律
类型 电极反应特点 实例 电解对象 电解质溶液浓度 pH 电解质溶液复原
电解水型 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑) NaOH溶液 水 增大 增大 加水
H2SO4溶液 水 增大 减小 加水
Na2SO4溶液 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溶液 电解质 减小 增大 通氯化氢
CuCl2溶液 电解质 减小 — 加氯化铜
放H2生碱型 阴极：H2O放H2生碱 阳极：电解质阴离子放电 NaCl溶液 电解质和水 生成 新电 解质 增大 通氯化氢
放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极：H2O放O2生酸 CuSO4溶液 电解质和水 生成新电解质 减小 加氧化铜或碳酸铜
(1)书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成化学式。
(2)书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。
(3)铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2+而不是Fe3+。
(4)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。
1．用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是( )
①电解稀硫酸 ②电解Cu(NO3)2溶液
③电解KOH溶液 ④电解NaCl溶液
A．电解进行一段时间后四份溶液的pH均增大
B．反应②中电解一段时间后，向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况
C．反应③中阳极消耗OH－，故溶液浓度变小
D．反应④中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1
B [A项，①②电解后溶液酸性增强，pH减小；B项，反应②为2Cu2+＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，故加入适量CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况；C项，反应③为2H2O2H2↑＋O2↑，故KOH浓度增大；D项，反应④为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－，阴极产生H2，阳极产生Cl2，二者物质的量之比为1∶1。]
2．为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从H＋、Cu2+、Na＋、、Cl－ 5种离子中两两恰当的组成电解质，按下列要求进行电解：
(1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是_____________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是______________。
(2)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是________________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是________。
(3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是______________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是_______________。
[解析] (1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则阳离子只能为H＋、Cu2+，阴离子只能是Cl－，其电解质是HCl、CuCl2。
(2)实质上是电解水，H＋、OH－分别在两极上放电，因此，其电解质是Na2SO4、H2SO4。
(3)电解质是CuSO4，2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，若恢复到原状态，可加入CuO，也可加入CuCO3。电解质是NaCl，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，要恢复到原状态可通入HCl。
[答案] (1)HCl、CuCl2 HCl、CuCl2
(2)Na2SO4、H2SO4 H2O
(3)CuSO4、NaCl CuO或CuCO3、HCl
1．下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是( )
A．电解过程中阳极的质量不断增加
B．电解过程中溶液的pH不断升高
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2∶1
C [用惰性电极电解AgNO3溶液，总的电解反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，阴极上析出Ag，阳极上放出O2，A、D错误；由于生成HNO3，溶液的pH降低，B错误；要使溶液恢复到电解前的状况要加入的物质应是Ag2O，C正确。]
2．如图中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。符合这一情况的是表中的( )
选项 a极板 b极板 X电极 Z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
A [由a极板质量增加知，溶液中阳离子在a极板处析出，则a为阴极，X为负极，因B中a极板处不析出金属、C中X为正极可知B、C均错误；又由b极板处有无色无味气体放出可知D错误。]
3．用惰性电极电解下列电解质的溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质(中括号内)，溶液能与原来溶液完全一样的是( )
A．NaCl[盐酸] B．NaOH[H2O]
C．CuCl2[HCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]
B [电解NaCl溶液时，阳极氯离子放电生成氯气，阴极氢离子得到电子生成氢气，所以应加HCl让电解质溶液复原，A错误；电解NaOH溶液时，阳极产生氧气，阴极产生氢气，所以应加水让电解质溶液复原，B正确；电解CuCl2溶液时，阳极氯离子放电生成氯气，阴极析出铜，所以应加氯化铜让电解质溶液复原，C错误；电解硫酸铜溶液时，阳极产生氧气，阴极产生金属铜，所以应加CuO或CuCO3让电解质溶液复原，加入氢氧化铜会多生成水，D错误。]
4．用如图所示的装置进行电解。通电后发现湿润的淀粉-KI试纸的C端变为蓝色。
(1)E为电源的______极，F为电源的______极。
(2)A中发生反应的化学方程式为_______________________________________
____________________________________________________________________。
(3)在B中观察到的现象是_____________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)D端的电极反应式为________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] 本题实质上是三个电解装置串联，由题中信息可知C为阳极、D为阴极，则E为负极，F为正极。A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液。B中Cu为阳极，发生的反应为Cu－2e－===Cu2+，石墨为阴极，发生的反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，由于水电离出的H＋放电，所以溶液中的c(OH－)增大，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D端为阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
[答案] (1)负 正
(2)4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑
(3)铜片溶解，石墨电极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成
(4)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
基础课时固基练(6) 电解池的工作原理
1．用石墨作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是( )
A．石墨电极周围有大量的钠离子
B．铁棒质量增加
C．电子通过熔融电解质流向铁棒
D．阴极发生氧化反应
B [氯离子移向阳极，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；钠离子移向阴极，发生还原反应：2Na＋＋2e－===2Na。]
2．下列说法中正确的是( )
A．电解氯化铜溶液就是氯化铜的电离
B．电解氯化铜溶液是化学变化，不通电也能发生
C．氯化铜溶液是电解质
D．电解是最强的氧化还原手段，不能自发进行的氧化还原反应也可以发生
D [A.电解氯化铜溶液是通过外加直流电源使溶液中的阴阳离子定向移动，并在电极上发生氧化还原反应的过程；氯化铜的电离是指氯化铜变成铜离子和氯离子的过程，故A错误；B.电极氯化铜溶液需要外加直流电源，故B错误；C.氯化铜溶液是混合物，电解质是指在熔融状态或在水溶液中导电的化合物，故C错误；D.电解反应是在外加直流电源强迫下的氧化还原反应，不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现，故D正确。]
3．将直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是( )
A B C D
阳极 蓝 白 红 蓝
阴极 白 蓝 蓝 蓝
D [阳极据放电顺序发生的电极反应为2I－－2e－===I2，I2遇淀粉变蓝；阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，使石蕊溶液变蓝。]
4．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2+＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是( )
A．该装置可能是原电池，也可能是电解池
B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极
C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸
D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸
B [铜和盐酸或稀硫酸不能自发地进行氧化还原反应，铜和硝酸能自发地进行氧化还原反应，但生成的气体是氮氧化物而不是氢气，所以该反应只能是电解池反应而不是原电池反应，该装置只能构成电解池不能构成原电池；该电解池中，铜作阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得电子发生还原反应，所以该电解池的阳极必须是铜电极，故答案选B。]
5．如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是( )
A．该过程是电能转化为化学能的过程
B．铜电极的电极反应式为＋2H2O
C．一段时间后，①池中n(KHCO3)不变
D．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降
C [该装置连接有电源，则该过程是电能转化为化学能的过程，A项正确；二氧化碳转化为甲烷的反应过程中，碳元素的化合价降低，在铜电极上发生还原反应，电极反应式为＋2H2O，B项正确；由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗，故一段时间后，碳酸氢钾的物质的量减少，C项错误；①池中的铜电极为阴极，发生还原反应，②池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，该过程中有H＋生成，故溶液的pH下降，D项正确。]
6．(素养题)载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－。下列判断错误的是( )
A．上述电化学装置相当于电解池
B．上述装置进行的总反应为2CO2===2CO＋O2
C．反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性不变
D．失电子的电极发生的反应是4OH－＋4e－===2H2O＋O2↑
D [该电池是利用电能转化为化学能，符合电解池原理，所以题述电化学装置相当于电解池，故A正确；该电池中，阴极的电极反应式为2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－，阳极上OH－失电子生成氧气，得失电子数相同条件下，将两个电极反应式相加即得电池总反应式：2CO2===2CO＋O2，故B正确；阴极反应生成的OH－在阳极完全反应，电池总反应为2CO2===2CO＋O2，所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液的碱性不变，故C正确；阳极上OH－失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故D错误。]
7．某化学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K时，观察到电流表的指针发生了偏移。
甲 乙
请回答下列问题：
(1)乙装置的名称是______；Zn为______极。
(2)写出电极反应式：Cu极：__________________；石墨棒极：__________________。
(3)当甲中产生0.1 mol气体时，乙中产生的气体在标准状况下的体积应为____________________________________________________________________。
(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，闭合K一段时间后，乙中溶液的颜色____________(填“变深”“变浅”或“无变化”)。
(5)若乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，闭合K一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；乙中溶液的pH将________。
[解析] (1)由图中的铜、锌两种电极和电解质溶液(稀硫酸)和闭合电路知：该装置为原电池，Zn较活泼，则Zn作负极，Cu作正极，则乙装置为电解池，石墨棒极与负极相连为阴极，Pt极与正极相连为阳极。
(2)甲装置为原电池，Cu极为正极，正极上氢离子得电子，正极上的反应为2H＋＋2e－===H2↑，乙装置为电解池，石墨棒极与负极相连为阴极，阴极上铜离子得电子，则电极反应为Cu2+＋2e－===Cu。
(3)根据原电池、电解池中电子守恒，当甲中产生0.1 mol气体时，甲中2H＋＋2e－===H2↑，则转移0.2 mol电子，连接电源负极的石墨棒极为电解池的阴极，转移0.2 mol电子，根据Cu2+＋2e－===Cu，乙中析出铜的物质的量为0.1 mol，电解池的阳极上发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，则生成气体为0.1 mol，其在标准状况下的体积为2.24 L。
(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，则为电镀池，阳极铜失电子生成铜离子，阴极铜离子得电子生成铜单质，则溶液中铜离子的浓度不变，所以溶液的颜色不变。
(5)甲中发生的反应为Zn与氢离子的反应，反应消耗氢离子，则pH增大，乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，则乙中电解NaCl溶液生成氢氧化钠，所以溶液的pH增大。
[答案] (1)电解池 负
(2)2H＋＋2e－===H2↑ Cu2+＋2e－===Cu
(3)2.24 L
(4)无变化
(5)增大 增大
8．如图是用两个石墨作为电极，电解饱和Na2SO4溶液的装置，U形管内的电解液中事先加有酚酞指示剂。回答下列问题：
(1)根据图中倒扣试管内的液面高度，判断直流电源左端为________极，Na＋通过阳离子交换膜移动的方向为________(填“左→右”或“右→左”)。
(2)电解过程中，有关电极附近溶液颜色变化中正确的是________(填序号)。
①A侧溶液由无色变为红色
②B侧溶液由无色变为红色
③A侧溶液不变色
④B侧溶液不变色
(3)写出B侧发生的电极反应：_________________________________________。
(4)检验b管中气体的方法及现象是_____________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)用石墨电极电解饱和Na2SO4溶液的实质是电解水，根据图中倒扣试管内的液面高度可知，a试管收集的气体是氢气、b试管收集的气体是氧气，则A为阴极区、B为阳极区，阳极与电源正极相连、阴极与电源负极相连，所以直流电源左端为负极，电解时，电解质溶液中阳离子通过阳离子交换膜移向阴极区A，即Na＋通过阳离子交换膜的移动方向：右→左。(2)阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成的OH－使阴极区酚酞溶液变红，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋，阳极区酚酞溶液不变色，即A侧溶液由无色变为红色、B侧溶液不变色。(3)该电解池中A为阴极区、B为阳极区，B侧中发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(4)电解池中A为阴极区、B为阳极区，b管中气体为氧气，可用带火星的木条检验，操作为用拇指按住试管口，取出试管，正立后移开拇指，将带火星的木条伸入试管内，带火星的木条复燃。
[答案] (1)负 右→左
(2)①④
(3)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(4)用拇指按住试管口，取出试管，正立后移开拇指，将带火星的木条伸入试管内，带火星的木条复燃