人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：22【基础】电解原理
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：22【基础】电解原理 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 531.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-01-11 20:53:34 | ||
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文档简介
电解原理
【学习目标】
1、了解电解池的工作原理；
2、初步掌握一般电解反应产物的判断方法。
【要点梳理】
要点一、电解原理
1．定义：使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
2．装置特点：电能转化为化学能。
3．形成条件：（1）与电源两个电极相连；（2）电解质溶液（或熔融的电解质）；（3）形成闭合回路。
4．阴阳极的判断及反应原理（以电解熔融NaCl、CuCl2溶液为例）
要点二、电解反应类型
1．只有电解质参加的反应（电解CuCl2溶液）
阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑（氧化反应） 阴极：Cu2++2e－＝Cu（还原反应）
总反应：CuCl2Cu+Cl2↑
2．只有水参加的反应（电解稀硫酸）
阳极：4OH--4e－=2H2O+O2( 阴极：2H++2e－=H2(
总反应：2H2O2H2(+O2(
3．水和电解质均参加的反应（电解饱和食盐水）
阳极：2Cl--2e－=Cl2 阴极：2H++2e－=H2
总反应：2NaCl+2H2OH2(+Cl2(+2NaOH
4．电极参加的反应
阳极反应：Cu-2e－=Cu2+ 阴极反应：2H+-2e－=H2
总反应：Cu+2H+Cu2++H2(
要点三、电解时电极反应式的书写
1．看电极。
主要是看阳极是何类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化发生氧化反应。阴极一般不参与电极反应。
2．看离子。
搞清电解质溶液中存在哪些阴离子、阳离子，根据放电顺序书写电极反应式。
3．水溶液中始终有H+和OH－，放电顺序中H+、OH－之后的离子一般不参与电极反应。
例如：电解CuSO4（aq）的电极反应分析：
如图所示：（1）看电极。石墨作阳极，Fe作阴极，所以两电极都不反应。
（2）看离子。
阳离子放电顺序：Cu2+＞H+，故Cu2++2e－＝Cu
阴离子放电顺序：OH－＞SO42－，故4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
总方程式为：
2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+或2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4
要点诠释：书写电极反应式的步骤一般分为四步：
（1）列物质、标得失；
（2）选离子、配电荷；
（3）配个数、巧用水；
（4）两式加、验总式。
【典型例题】
类型一、电化学中电极及电极反应的判断
例1（2019 浙江高考）在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．X是电源的负极
B．阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ
C．总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2
D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1
【思路点拨】仔细观察图中进入和出去的气体便可判断阴阳极，同时电极反应式也可迎刃而解。
【答案】D
【解析】A、从图示可看出，与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则X为电源的负极，A正确；B、阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ，B正确；C、从图示可知，阳极生成H2和CO的同时，阴极有O2生成，所以总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2，C正确；D、从总反应方程式可知，阴极生成2mol气体（H2、CO各1mol）、阳极生成1mol气体（氧气），所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比2∶1，D不正确。故选D。
【总结升华】
举一反三：
【变式1】右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是( )?
A．逸出气体的体积：a电极的小于b电极的
B．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
【答案】D
【解析】Na2SO4＝2Na＋＋SO42－，H2OH＋＋OH－，SO42－和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极 上：4OH－-4e－?＝ 2H2O＋O2↑，在a电极上：4H＋＋4e－?＝ 2H2↑，所以a电极产生的气体体积大于b电极；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c(OH－)＞c(H＋)，滴加石蕊试液a电极附近变蓝色，同理，b电极附近变红色。
【变式2】如下图装置，A、B中电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a、b两极。
若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，闭合K2、K3通直流电，则：
（1）标出电源的正、负极，a为______极，b为_____极。
（2）在湿的Na2SO4滤纸条中心的KMnO4液滴，有什么现象__________。
（3）写出电极反应式：A中____________，B中__________。
（4）若电解一段时间，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则电流表的指针是否移动(填是或否)_________。
（5）若电流表指针不移动说明理由，若指针移动也说明理由___________。
【答案】（1）a为负极，b为正极
（2）紫色液滴向D处移动
（3）A中：4OH——4e－=2H2O+O2 B中：2H++2e－=H2
（4）是
（5）H2、O2、KOH在A、B两极可以形成原电池
类型二、电解原理
例2（2019 浙江高考）催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu／ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：
CO2 (g)+3H2 (g)CH3OH (g)+H2O (g) ΔH1=―53.7 kJ·mol―1
CO2 (g)+H2 (g)CO (g)+H2O (g) ΔH2 Ⅱ
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2∶2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：
【备注】Cat．1：Cu／ZnO纳米棒；Cat．2：Cu／ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比
已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为―283.0 kJ·mol―1和―285.8 kJ·mol―1。
②H2O (1)=H2O (g) ΔH3=+44.0 kJ·mol―1。
请回答（不考虑温度对ΔH的影响）：
（1）反应Ⅰ的平衡常数表达式K=________；反应Ⅱ的ΔH2=________kJ·mol―1
（2）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有________。
A．使用催化剂Cat．1
B．使用催化剂Cat．2
C．降低反应温度
D．投料比不变，增加反应物的浓度
E．增大CO2和H2的初始投料比
（3）表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是________。
（4）在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat．1和有Cat．2三种情况下“反应过程一能量”示意图。
（5）研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在________极，该电极反应式是________。
【思路点拨】本题主要考查盖斯定律及反应热的计算、化学反应速率和化学平衡、电解原理等，综合性比较强，但是考查的知识点并不难，这点就提醒同学们在学习和复习过程中对知识的掌握一定要全面，对于不明白的知识点一定要想办法解决。
【答案】（1） +41.2
（2）CD
（3）表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响
（4）
（5）阴 CO2+6H++6e－=CH3OH+H2O
【解析】（1）反应Ⅰ的平衡常数表达式。根据已知，有i．CO (g)+O2 (g)==CO2 (g) ΔH=－283 kJ·mol－1，ii．H2 (g)+O2 (g)=H2O (l) ΔH=－285.8 kJ·mol－1，iii．H2O (l)=H2O (g) ΔH=+44 kJ·mol－1。根据盖斯定律，由ii－i+iii可得CO2 (g)+H2 (g)=CO (g)+H2O (g)，则ΔH=－285.8 kJ·mol－1－(－283 kJ·mol－1)+44 kJ·mol－1=+41.2 kJ·mol－1。
（2）A、B项，使用催化剂，只能改变反应速率，不能使平衡移动，不能提高CO2的平衡转化率，错误；C项，该反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，CO2的平衡转化率增大，正确；D项，增加反应物浓度，可使平衡向正反应方向移动，CO2的平衡转化率增大，正确；E项，增大CO2和H2的初始投料比，平衡正向移动，但CO2的平衡转化率降低，错误。
（3）题表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。
（4）催化剂可以降低反应活化能，但不能改变反应热，Cat．2催化剂表面积大，催化效果好，活化能降低得多。
（5）CO2转化为CH3OH，碳元素化合价由+4降为－2，则在阴极上发生还原反应：CO2+6H++6e－=CH3OH+H2O。
【总结升华】电解池与原电池最根本的区别是有无外加电源，有外加电源的装置是电解池。电解池中两极名称为阴、阳极，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应；而原电池中的两极名称为正、负极，一般不称为阴、阳极。
举一反三：
【变式1】在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（ ）。
A．原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应
B．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应
C．原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应
D．原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
【答案】B、C
【变式2】下图中能验证氯化钠溶液电解产物的装置是
【答案】D
【变式3】（2019 山东高考）利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备。
（1）利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为__________溶液（填化学式），阳极电极反应式为__________ ，电解过程中Li+向_____电极迁移（填“A”或“B”）。
【答案】LiOH；2Cl￣—2e￣=Cl2↑；B
【解析】B极区生产H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl￣失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl￣—2e￣=Cl2↑；根据电流方向，电解过程中Li+向B电极迁移。
【巩固练习】
一、选择题
1．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．电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上分别析出的物质是（ ）。
A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2
3．（2019 湖南祁阳县二模）如图所示，甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1mol时，下列说法不正确的是（ ）。
A．溶液的质量变化：甲减小乙增大
B．溶液pH变化：甲减小乙增大
C．相同条件下产生气体的体积：V甲=V乙
D．电极反应式：甲中阴极为Cu2++2e-=Cu，乙中负极为Mg-2e-=Mg2+
4．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是（ ）。 ①CuSO4 ②BaCl2 ③AgNO3 ④H2SO4
A．①② B．①③
C．①④ D．②④
5．已知铜或银做电解池的阳极时能被氧化成金属离子，下图中四组装置分别通电一段时间后，溶液质量增加的是（ ）。
A． B．
C． D．
6．关于铅蓄电池的说法正确的是（ ）
A．在放电时，正极发生的反应是 Pb(s)+SO42—(aq)=PbSO4(s)+2e—
B．在放电时，该电池的负极材料是铅板
C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小
D．在充电时，阳极发生的反应是 PbSO4(s)+2e—=Pb(s)+SO42—(aq）
7．氢是一种清洁的可再生能源。上海最新研发的“超越”3号氢燃料电池轿车，每行驶100km仅耗氢1kg左右，同时消耗氧气约为（原子量：H—1，O—16）（???）。
A． 100mol B． 250mol?
C． 500mol D． 1000mol
8．以石墨为电极，电解KI溶液（含有少量的酚酞和淀粉），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
9．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定量的另一物质（中括号内），溶液一定能复原的是（ ）。
A．CuCl2 [CuSO4] B．NaOH [NaOH] C．NaCl [HCl] D．CuSO4 [Cu(OH)2]
10．在水中加入等物质的量Ag+，Pb2+，K+，SO42－，Cl－，NO3－，再用惰性电极电解片刻，则氧化产物和还原产物的质量之比为（ ）。
A．35.5∶108 B．16∶207
C．8∶1 D．35.5∶1
二、非选择题
1．从H+、Cu2+、Ba2+、Na+、Cl－、SO42－ 6种离子中两两恰当地组成电解质，按下列要求进行电解，请填空：
（1）以碳棒为电极，使电解质的质量减少，水量不变，进行电解，则采用的电解质是________。
（2）以碳棒为电极，使电解质的质量不变，水量减少，进行电解，则采用的电解质是________。
（3）以铂为电极，使电解质和水量都减少，进行电解，则采用的电解质是________。
2．（2019 北京东城二模）某小组同学用如下装置电解食盐水，并对电解产物进行探究。
实验装置
电解质溶液
实验现象
5 mol/L NaCl溶液
a极附近
b极附近
开始时，产生白色浑浊并逐渐增加，当沉入U形管底部时部分沉淀变为橙黄色；随后a极附近沉淀自下而上也变为橙黄色
产生无色气泡
资料显示：
氯化亚铜（CuCl）为白色粉末，微溶于水；
氢氧化亚铜（CuOH）为黄色不溶于水的固体，易脱水分解为红色的Cu2O；
Cu+水溶液中不稳定，酸性条件下易歧化为Cu2+和Cu；
氢氧化铜可以溶于浓NaOH得到蓝色溶液。
（1）经检验，b极产生的气体是H2，b极附近溶液的pH （填“增大”、“减小”、或“不变”）；铜丝a应与电源的 （填“正”或“负”）极相连。
（2）同学们分析a极附近生成的白色浑浊是CuCl，则该极的电极反应式是 。
（3）①橙黄色沉淀中含有Cu2O，则CuCl转化为Cu2O的原因是 （用方程式表示）； ②结合离子在溶液中的运动规律，解释“a极附近沉淀自下而上”变为橙黄色原因是 。
（4）同学们通过实验进一步证实沉淀中含有：将橙黄色沉淀滤出洗涤后，滴加0.2 mol/L H2SO4至过量，应观察到的现象是 。
（5）同学们根据上述实验提出猜想：电解时，Cu做阳极先被氧化为。为此，他们用Cu电极电解5 mol/L NaOH溶液，实验时观察到阳极产生大量无色气泡，附近溶液变蓝，未见预期的黄色沉淀。根据现象能否得出“该猜想不成立”的结论，并说明理由： 。
3．由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，应用如图所示电解实验可制得白色的纯净的Fe(OH)2沉淀，两电极的材料分别为石墨和铁。
（1）a电极材料应为________，b电极的电极反应式为________。
（2）电解液c可以是（ ）。
A．纯水 B．NaCl溶液 C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液
（3）d为苯，其作用为________，在加入苯之前，对c溶液应如何简单处理________。
（4）为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是（ ）。
A．改用稀硫酸作电解液 B．适当增大电源的电压
C．适当减小两电极间的距离 D．适当降低电解液的浓度
【答案与解析】
一、选择题
1．D
【解析】电离不需要通电，而是溶于水或熔融状态下发生的；原电池也不需要通电。
2．B
【解析】阴极放电顺序：Cu2+＞H+＞Na+，故为Cu2+放电：Cu2++2e－＝Cu。阳极放电顺序：Cl－＞OH－，故为Cl-放电：2Cl－－2e－＝Cl2↑。
3．C
【解析】A项甲中总反应为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，乙中总反应为：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，故A正确；B项甲中生成H2SO4，pH减小，乙中消耗HCl，pH增大，故B正确；C项当两装置电路中通过的电子都是1mol时，甲中产生0.25mol O2，乙中产生0.5mol H2，故相同条件下，甲乙中产生气体的体积比为2:1，故C错误；D项甲中阴极为Cu2+放电，电极反应为Cu2++2e-=Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为Mg-2e-=Mg2+，故D正确。故选C。
4．B
【解析】阴极质量增加，说明溶液中含有不活泼金属的阳离子；电解液的pH下降，说明在阳极上是OH－离子放电，而金属离子相应的阴离子应是含氧酸的酸根，故本题的答案应为不活泼金属的含氧酸盐，选B。
5．D?
【解析】A项，电解稀H2SO4溶液，相当于电解H2O，故溶液质量减少； B项，直接电解电解质本身，溶液质量减小； C项，Cu作阳极，Cu在阳极放电生成Cu2+，阴极处Cu2+放电生成Cu，溶液质量不变； D项，Ag作阳极，Ag溶解生成Ag+，阴极Cu2+放电生成Cu，但溶液中消耗1mol? Cu2+时，生成了2mol Ag+，故溶液质量增加。
6．B? 【解析】A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－=PbSO4＋2H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电阳极应发生氧化反应。
7．B 【解析】氢燃料电池的总反应式为2H2＋O2→2H2O，，根据化学方程式可求得n(O2)=250mol。
8．D
【解析】以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI+2H2O 2KOH+H2↑+I2（类似于电解饱和食盐水），阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝（淀粉遇碘变蓝），阴极附近的溶液会变红（溶液呈碱性），ABC正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
9．C
【解析】A、应加CuCl2；B、应加水；D、没有电解水之前加CuO，电解等物质量的CuSO4和水后加Cu (OH)2可恢复。只有C正确。
10．C?
【解析】加入的离子两者之间可反应的有：Ag＋与Cl-，Pb2＋与SO42－，故溶液中剩余的离子为K＋和NO3-，故用惰性电极电解时，是电解水，即，所以氧化产物与还原产物的质量比为8∶1。
二、非选择题
1．（1）HCl、CuCl2 （2）Na2SO4、H2SO4 （3）NaCl、BaCl2、CuSO4
【解析】（1）以碳棒为电极，使电解质的质量减少，水量不变，则采用的电解质是无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐。
（2）以碳棒为电极，使电解质的质量不变，水量减少，进行电解，则采用的电解质是含氧酸、活泼金属的含氧酸盐。
（3）以铂为电极，使电解质和水量都减少，进行电解，则采用的电解质是活泼金属的无氧酸盐、不活泼金属的含氧酸盐。
2．（1）增大 正
（2）Cu-e-+Cl-=CuCl↓
（3）①CuCl+OH-=CuOH+Cl-、2CuOH=Cu2O+H2O
②通电时，在阴极产生的OH-向阳极定向移动
（4）沉淀溶解，溶液变蓝，且有少量红色固体产生
（5）不能，阳极产生的大量O2可能将CuOH氧化
【解析】（1）用铜做电极，电解氯化钠溶液，b极产生的气体是H2，则b极氢离子得到电子发生还原反应，为阴极，电极反应式为：2H2O+2e―=H2↑+2OH―，因为b极生成氢氧根离子所以附近溶液pH增大；a极为阳极，与电源正极相连；
（2）依据（1）可知a极为阳极，铜做阳极为活性电极，a极附近生成的白色浑浊是CuCl，则其电极反应式为：Cu―e―+Cl―=CuCl↓；
（3）用铜电极电解饱和食盐水时，阳极发生氧化反应，电极反应为Cu―e―+Cl―=CuCl，阴极发生还原反应，电极方程式为2H++2e―=H2↑，开始时生成CuCl白色生成，随着反应进行，溶液pH逐渐增大，因Ksp（CuOH）＜Ksp（CuCl），则可生成CuOH橙黄色沉淀，CuOH不稳定分解生成Cu2O和水。
①橙黄色沉淀中含有Cu2O，则CuCl转化为Cu2O的原因是，随着电解的进行，氢氧根离子浓度增大则CuCl转化为CuOH，方程式：CuCl+OH―=CuOH+Cl―，CuOH不稳定分解生成Cu2O和水，方程式：2CuOH=Cu2O+H2O；
②通电时，在阴极产生的OH―向阳极定向移动，氢氧根离子浓度增大则CuCl转化为CuOH，而CuOH不稳定分解生成Cu2O和水，所以看到现象a极附近沉淀自下而上变为橙黄色；
（4）氧化亚铜与稀硫酸反应生成铜单质、铜离子和水，化学方程式：Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O，铜为红色固体，硫酸铜为蓝色溶液，所有现象为：沉淀溶解，溶液变蓝，且有少量红色固体产生；
（5）用Cu电极电解5 mol／L NaOH溶液，实验时观察到阳极产生大量无色气泡为氧气，氧气具有强的氧化性，能够氧化CuOH，所以不能依据该现象得出“该猜想不成立”的结论。
3．（1）Fe 2H++2e－＝H2↑ （2）B、C （3）隔绝空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3 加热c，除去溶解的O2 （4）B、C
【学习目标】
1、了解电解池的工作原理；
2、初步掌握一般电解反应产物的判断方法。
【要点梳理】
要点一、电解原理
1．定义：使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
2．装置特点：电能转化为化学能。
3．形成条件：（1）与电源两个电极相连；（2）电解质溶液（或熔融的电解质）；（3）形成闭合回路。
4．阴阳极的判断及反应原理（以电解熔融NaCl、CuCl2溶液为例）
要点二、电解反应类型
1．只有电解质参加的反应（电解CuCl2溶液）
阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑（氧化反应） 阴极：Cu2++2e－＝Cu（还原反应）
总反应：CuCl2Cu+Cl2↑
2．只有水参加的反应（电解稀硫酸）
阳极：4OH--4e－=2H2O+O2( 阴极：2H++2e－=H2(
总反应：2H2O2H2(+O2(
3．水和电解质均参加的反应（电解饱和食盐水）
阳极：2Cl--2e－=Cl2 阴极：2H++2e－=H2
总反应：2NaCl+2H2OH2(+Cl2(+2NaOH
4．电极参加的反应
阳极反应：Cu-2e－=Cu2+ 阴极反应：2H+-2e－=H2
总反应：Cu+2H+Cu2++H2(
要点三、电解时电极反应式的书写
1．看电极。
主要是看阳极是何类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化发生氧化反应。阴极一般不参与电极反应。
2．看离子。
搞清电解质溶液中存在哪些阴离子、阳离子，根据放电顺序书写电极反应式。
3．水溶液中始终有H+和OH－，放电顺序中H+、OH－之后的离子一般不参与电极反应。
例如：电解CuSO4（aq）的电极反应分析：
如图所示：（1）看电极。石墨作阳极，Fe作阴极，所以两电极都不反应。
（2）看离子。
阳离子放电顺序：Cu2+＞H+，故Cu2++2e－＝Cu
阴离子放电顺序：OH－＞SO42－，故4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
总方程式为：
2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+或2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4
要点诠释：书写电极反应式的步骤一般分为四步：
（1）列物质、标得失；
（2）选离子、配电荷；
（3）配个数、巧用水；
（4）两式加、验总式。
【典型例题】
类型一、电化学中电极及电极反应的判断
例1（2019 浙江高考）在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．X是电源的负极
B．阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ
C．总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2
D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1
【思路点拨】仔细观察图中进入和出去的气体便可判断阴阳极，同时电极反应式也可迎刃而解。
【答案】D
【解析】A、从图示可看出，与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则X为电源的负极，A正确；B、阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ，B正确；C、从图示可知，阳极生成H2和CO的同时，阴极有O2生成，所以总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2，C正确；D、从总反应方程式可知，阴极生成2mol气体（H2、CO各1mol）、阳极生成1mol气体（氧气），所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比2∶1，D不正确。故选D。
【总结升华】
举一反三：
【变式1】右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是( )?
A．逸出气体的体积：a电极的小于b电极的
B．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
【答案】D
【解析】Na2SO4＝2Na＋＋SO42－，H2OH＋＋OH－，SO42－和OH－移向b电极，Na＋和H＋移向a电极，在b电极 上：4OH－-4e－?＝ 2H2O＋O2↑，在a电极上：4H＋＋4e－?＝ 2H2↑，所以a电极产生的气体体积大于b电极；两种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H＋放电，所以a电极附近的c(OH－)＞c(H＋)，滴加石蕊试液a电极附近变蓝色，同理，b电极附近变红色。
【变式2】如下图装置，A、B中电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a、b两极。
若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，闭合K2、K3通直流电，则：
（1）标出电源的正、负极，a为______极，b为_____极。
（2）在湿的Na2SO4滤纸条中心的KMnO4液滴，有什么现象__________。
（3）写出电极反应式：A中____________，B中__________。
（4）若电解一段时间，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则电流表的指针是否移动(填是或否)_________。
（5）若电流表指针不移动说明理由，若指针移动也说明理由___________。
【答案】（1）a为负极，b为正极
（2）紫色液滴向D处移动
（3）A中：4OH——4e－=2H2O+O2 B中：2H++2e－=H2
（4）是
（5）H2、O2、KOH在A、B两极可以形成原电池
类型二、电解原理
例2（2019 浙江高考）催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu／ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：
CO2 (g)+3H2 (g)CH3OH (g)+H2O (g) ΔH1=―53.7 kJ·mol―1
CO2 (g)+H2 (g)CO (g)+H2O (g) ΔH2 Ⅱ
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2∶2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：
【备注】Cat．1：Cu／ZnO纳米棒；Cat．2：Cu／ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比
已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为―283.0 kJ·mol―1和―285.8 kJ·mol―1。
②H2O (1)=H2O (g) ΔH3=+44.0 kJ·mol―1。
请回答（不考虑温度对ΔH的影响）：
（1）反应Ⅰ的平衡常数表达式K=________；反应Ⅱ的ΔH2=________kJ·mol―1
（2）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有________。
A．使用催化剂Cat．1
B．使用催化剂Cat．2
C．降低反应温度
D．投料比不变，增加反应物的浓度
E．增大CO2和H2的初始投料比
（3）表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是________。
（4）在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat．1和有Cat．2三种情况下“反应过程一能量”示意图。
（5）研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在________极，该电极反应式是________。
【思路点拨】本题主要考查盖斯定律及反应热的计算、化学反应速率和化学平衡、电解原理等，综合性比较强，但是考查的知识点并不难，这点就提醒同学们在学习和复习过程中对知识的掌握一定要全面，对于不明白的知识点一定要想办法解决。
【答案】（1） +41.2
（2）CD
（3）表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响
（4）
（5）阴 CO2+6H++6e－=CH3OH+H2O
【解析】（1）反应Ⅰ的平衡常数表达式。根据已知，有i．CO (g)+O2 (g)==CO2 (g) ΔH=－283 kJ·mol－1，ii．H2 (g)+O2 (g)=H2O (l) ΔH=－285.8 kJ·mol－1，iii．H2O (l)=H2O (g) ΔH=+44 kJ·mol－1。根据盖斯定律，由ii－i+iii可得CO2 (g)+H2 (g)=CO (g)+H2O (g)，则ΔH=－285.8 kJ·mol－1－(－283 kJ·mol－1)+44 kJ·mol－1=+41.2 kJ·mol－1。
（2）A、B项，使用催化剂，只能改变反应速率，不能使平衡移动，不能提高CO2的平衡转化率，错误；C项，该反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，CO2的平衡转化率增大，正确；D项，增加反应物浓度，可使平衡向正反应方向移动，CO2的平衡转化率增大，正确；E项，增大CO2和H2的初始投料比，平衡正向移动，但CO2的平衡转化率降低，错误。
（3）题表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。
（4）催化剂可以降低反应活化能，但不能改变反应热，Cat．2催化剂表面积大，催化效果好，活化能降低得多。
（5）CO2转化为CH3OH，碳元素化合价由+4降为－2，则在阴极上发生还原反应：CO2+6H++6e－=CH3OH+H2O。
【总结升华】电解池与原电池最根本的区别是有无外加电源，有外加电源的装置是电解池。电解池中两极名称为阴、阳极，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应；而原电池中的两极名称为正、负极，一般不称为阴、阳极。
举一反三：
【变式1】在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（ ）。
A．原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应
B．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应
C．原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应
D．原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
【答案】B、C
【变式2】下图中能验证氯化钠溶液电解产物的装置是
【答案】D
【变式3】（2019 山东高考）利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备。
（1）利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为__________溶液（填化学式），阳极电极反应式为__________ ，电解过程中Li+向_____电极迁移（填“A”或“B”）。
【答案】LiOH；2Cl￣—2e￣=Cl2↑；B
【解析】B极区生产H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl￣失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl￣—2e￣=Cl2↑；根据电流方向，电解过程中Li+向B电极迁移。
【巩固练习】
一、选择题
1．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．电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上分别析出的物质是（ ）。
A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2
3．（2019 湖南祁阳县二模）如图所示，甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1mol时，下列说法不正确的是（ ）。
A．溶液的质量变化：甲减小乙增大
B．溶液pH变化：甲减小乙增大
C．相同条件下产生气体的体积：V甲=V乙
D．电极反应式：甲中阴极为Cu2++2e-=Cu，乙中负极为Mg-2e-=Mg2+
4．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是（ ）。 ①CuSO4 ②BaCl2 ③AgNO3 ④H2SO4
A．①② B．①③
C．①④ D．②④
5．已知铜或银做电解池的阳极时能被氧化成金属离子，下图中四组装置分别通电一段时间后，溶液质量增加的是（ ）。
A． B．
C． D．
6．关于铅蓄电池的说法正确的是（ ）
A．在放电时，正极发生的反应是 Pb(s)+SO42—(aq)=PbSO4(s)+2e—
B．在放电时，该电池的负极材料是铅板
C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小
D．在充电时，阳极发生的反应是 PbSO4(s)+2e—=Pb(s)+SO42—(aq）
7．氢是一种清洁的可再生能源。上海最新研发的“超越”3号氢燃料电池轿车，每行驶100km仅耗氢1kg左右，同时消耗氧气约为（原子量：H—1，O—16）（???）。
A． 100mol B． 250mol?
C． 500mol D． 1000mol
8．以石墨为电极，电解KI溶液（含有少量的酚酞和淀粉），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
9．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定量的另一物质（中括号内），溶液一定能复原的是（ ）。
A．CuCl2 [CuSO4] B．NaOH [NaOH] C．NaCl [HCl] D．CuSO4 [Cu(OH)2]
10．在水中加入等物质的量Ag+，Pb2+，K+，SO42－，Cl－，NO3－，再用惰性电极电解片刻，则氧化产物和还原产物的质量之比为（ ）。
A．35.5∶108 B．16∶207
C．8∶1 D．35.5∶1
二、非选择题
1．从H+、Cu2+、Ba2+、Na+、Cl－、SO42－ 6种离子中两两恰当地组成电解质，按下列要求进行电解，请填空：
（1）以碳棒为电极，使电解质的质量减少，水量不变，进行电解，则采用的电解质是________。
（2）以碳棒为电极，使电解质的质量不变，水量减少，进行电解，则采用的电解质是________。
（3）以铂为电极，使电解质和水量都减少，进行电解，则采用的电解质是________。
2．（2019 北京东城二模）某小组同学用如下装置电解食盐水，并对电解产物进行探究。
实验装置
电解质溶液
实验现象
5 mol/L NaCl溶液
a极附近
b极附近
开始时，产生白色浑浊并逐渐增加，当沉入U形管底部时部分沉淀变为橙黄色；随后a极附近沉淀自下而上也变为橙黄色
产生无色气泡
资料显示：
氯化亚铜（CuCl）为白色粉末，微溶于水；
氢氧化亚铜（CuOH）为黄色不溶于水的固体，易脱水分解为红色的Cu2O；
Cu+水溶液中不稳定，酸性条件下易歧化为Cu2+和Cu；
氢氧化铜可以溶于浓NaOH得到蓝色溶液。
（1）经检验，b极产生的气体是H2，b极附近溶液的pH （填“增大”、“减小”、或“不变”）；铜丝a应与电源的 （填“正”或“负”）极相连。
（2）同学们分析a极附近生成的白色浑浊是CuCl，则该极的电极反应式是 。
（3）①橙黄色沉淀中含有Cu2O，则CuCl转化为Cu2O的原因是 （用方程式表示）； ②结合离子在溶液中的运动规律，解释“a极附近沉淀自下而上”变为橙黄色原因是 。
（4）同学们通过实验进一步证实沉淀中含有：将橙黄色沉淀滤出洗涤后，滴加0.2 mol/L H2SO4至过量，应观察到的现象是 。
（5）同学们根据上述实验提出猜想：电解时，Cu做阳极先被氧化为。为此，他们用Cu电极电解5 mol/L NaOH溶液，实验时观察到阳极产生大量无色气泡，附近溶液变蓝，未见预期的黄色沉淀。根据现象能否得出“该猜想不成立”的结论，并说明理由： 。
3．由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，应用如图所示电解实验可制得白色的纯净的Fe(OH)2沉淀，两电极的材料分别为石墨和铁。
（1）a电极材料应为________，b电极的电极反应式为________。
（2）电解液c可以是（ ）。
A．纯水 B．NaCl溶液 C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液
（3）d为苯，其作用为________，在加入苯之前，对c溶液应如何简单处理________。
（4）为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是（ ）。
A．改用稀硫酸作电解液 B．适当增大电源的电压
C．适当减小两电极间的距离 D．适当降低电解液的浓度
【答案与解析】
一、选择题
1．D
【解析】电离不需要通电，而是溶于水或熔融状态下发生的；原电池也不需要通电。
2．B
【解析】阴极放电顺序：Cu2+＞H+＞Na+，故为Cu2+放电：Cu2++2e－＝Cu。阳极放电顺序：Cl－＞OH－，故为Cl-放电：2Cl－－2e－＝Cl2↑。
3．C
【解析】A项甲中总反应为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，乙中总反应为：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，故A正确；B项甲中生成H2SO4，pH减小，乙中消耗HCl，pH增大，故B正确；C项当两装置电路中通过的电子都是1mol时，甲中产生0.25mol O2，乙中产生0.5mol H2，故相同条件下，甲乙中产生气体的体积比为2:1，故C错误；D项甲中阴极为Cu2+放电，电极反应为Cu2++2e-=Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为Mg-2e-=Mg2+，故D正确。故选C。
4．B
【解析】阴极质量增加，说明溶液中含有不活泼金属的阳离子；电解液的pH下降，说明在阳极上是OH－离子放电，而金属离子相应的阴离子应是含氧酸的酸根，故本题的答案应为不活泼金属的含氧酸盐，选B。
5．D?
【解析】A项，电解稀H2SO4溶液，相当于电解H2O，故溶液质量减少； B项，直接电解电解质本身，溶液质量减小； C项，Cu作阳极，Cu在阳极放电生成Cu2+，阴极处Cu2+放电生成Cu，溶液质量不变； D项，Ag作阳极，Ag溶解生成Ag+，阴极Cu2+放电生成Cu，但溶液中消耗1mol? Cu2+时，生成了2mol Ag+，故溶液质量增加。
6．B? 【解析】A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－=PbSO4＋2H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电阳极应发生氧化反应。
7．B 【解析】氢燃料电池的总反应式为2H2＋O2→2H2O，，根据化学方程式可求得n(O2)=250mol。
8．D
【解析】以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI+2H2O 2KOH+H2↑+I2（类似于电解饱和食盐水），阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝（淀粉遇碘变蓝），阴极附近的溶液会变红（溶液呈碱性），ABC正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
9．C
【解析】A、应加CuCl2；B、应加水；D、没有电解水之前加CuO，电解等物质量的CuSO4和水后加Cu (OH)2可恢复。只有C正确。
10．C?
【解析】加入的离子两者之间可反应的有：Ag＋与Cl-，Pb2＋与SO42－，故溶液中剩余的离子为K＋和NO3-，故用惰性电极电解时，是电解水，即，所以氧化产物与还原产物的质量比为8∶1。
二、非选择题
1．（1）HCl、CuCl2 （2）Na2SO4、H2SO4 （3）NaCl、BaCl2、CuSO4
【解析】（1）以碳棒为电极，使电解质的质量减少，水量不变，则采用的电解质是无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐。
（2）以碳棒为电极，使电解质的质量不变，水量减少，进行电解，则采用的电解质是含氧酸、活泼金属的含氧酸盐。
（3）以铂为电极，使电解质和水量都减少，进行电解，则采用的电解质是活泼金属的无氧酸盐、不活泼金属的含氧酸盐。
2．（1）增大 正
（2）Cu-e-+Cl-=CuCl↓
（3）①CuCl+OH-=CuOH+Cl-、2CuOH=Cu2O+H2O
②通电时，在阴极产生的OH-向阳极定向移动
（4）沉淀溶解，溶液变蓝，且有少量红色固体产生
（5）不能，阳极产生的大量O2可能将CuOH氧化
【解析】（1）用铜做电极，电解氯化钠溶液，b极产生的气体是H2，则b极氢离子得到电子发生还原反应，为阴极，电极反应式为：2H2O+2e―=H2↑+2OH―，因为b极生成氢氧根离子所以附近溶液pH增大；a极为阳极，与电源正极相连；
（2）依据（1）可知a极为阳极，铜做阳极为活性电极，a极附近生成的白色浑浊是CuCl，则其电极反应式为：Cu―e―+Cl―=CuCl↓；
（3）用铜电极电解饱和食盐水时，阳极发生氧化反应，电极反应为Cu―e―+Cl―=CuCl，阴极发生还原反应，电极方程式为2H++2e―=H2↑，开始时生成CuCl白色生成，随着反应进行，溶液pH逐渐增大，因Ksp（CuOH）＜Ksp（CuCl），则可生成CuOH橙黄色沉淀，CuOH不稳定分解生成Cu2O和水。
①橙黄色沉淀中含有Cu2O，则CuCl转化为Cu2O的原因是，随着电解的进行，氢氧根离子浓度增大则CuCl转化为CuOH，方程式：CuCl+OH―=CuOH+Cl―，CuOH不稳定分解生成Cu2O和水，方程式：2CuOH=Cu2O+H2O；
②通电时，在阴极产生的OH―向阳极定向移动，氢氧根离子浓度增大则CuCl转化为CuOH，而CuOH不稳定分解生成Cu2O和水，所以看到现象a极附近沉淀自下而上变为橙黄色；
（4）氧化亚铜与稀硫酸反应生成铜单质、铜离子和水，化学方程式：Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O，铜为红色固体，硫酸铜为蓝色溶液，所有现象为：沉淀溶解，溶液变蓝，且有少量红色固体产生；
（5）用Cu电极电解5 mol／L NaOH溶液，实验时观察到阳极产生大量无色气泡为氧气，氧气具有强的氧化性，能够氧化CuOH，所以不能依据该现象得出“该猜想不成立”的结论。
3．（1）Fe 2H++2e－＝H2↑ （2）B、C （3）隔绝空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3 加热c，除去溶解的O2 （4）B、C