高中化學(xué)人教版選修4學(xué)案43第1課時電解原理

第三節(jié)電解池

第1課時電解原理

學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)

1.宏觀辨識與微觀探析；從宏觀和

微觀的角度理解電解池中電子的

1.了解電解、電解池的概念，會描

移動、陰陽離子的移動、氧化反應(yīng)

述電解池的工作原理。

及還原反應(yīng)的發(fā)生、電流的形成過

2.能夠正確書寫電解池的電極反

程和原理。

應(yīng)式和總反應(yīng)式。

2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：建立對

3.理解并掌握電解規(guī)律和電解產(chǎn)

電解池過程的系統(tǒng)分析思路的認(rèn)

物的判斷方法。

識模型，提高對電解池本質(zhì)的認(rèn)

識。

電解原理

1.電解

⑴概念：使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反

應(yīng)的過程。

(2)特點。

①電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段,是不可逆(填“可逆”或“不

可逆”)的。

②從本質(zhì)上看，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液的電解過

程。

2.電解池

⑴概念：將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置。

(2)構(gòu)成條件：①兩個電極,②電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì),③直流

電源,④構(gòu)成閉合回路。

(3)工作原理(以惰性電極電解氯化銅為例)。

①實驗裝置：

②原理分析：

探究點一電解池電極名稱和電解產(chǎn)物的判斷

1.電極名稱的判斷

(1)根據(jù)電源正、負(fù)極，離子移動方向、發(fā)生反應(yīng)類型判斷，具體

如下：

(2)依據(jù)電極產(chǎn)物——如果電極上析出C12或02,它一定是陽極；

如果電極上產(chǎn)生H2或析出金屬，它一定是陰極。

(3)根據(jù)實驗現(xiàn)象判斷陰、陽極

實際題目中往往不給出電解池的電源，而是給出一些實驗現(xiàn)象，

據(jù)此先判斷出是何種離子放電，從而確定出電源的正負(fù)極和電解池的

陰陽極，并進(jìn)行有關(guān)問題的分析。

①滴入酚配試劑顯紅色的一極(說明H+放電顯堿性)是陰極，接電

源的負(fù)極，電極反應(yīng)是2H++2b===H2t。

②滴入石蕊試劑顯紅色的一極(說明OIT放電顯酸性)是陽極，接

電源的正極，電極反應(yīng)是401r—4e-===2H2O+O2t。

③電極增重的一極(說明不活潑金屬離子放電析出金屬)是陰極,接

電源的負(fù)極，如Cu2+放電時Cu2++2e===Cuo

2.電解時電極產(chǎn)物的判斷

(1)陽極產(chǎn)物的判斷

首先看電極，如果是活性電極(金屬活動性順序表Ag以前)，則電

極材料失電子，電極溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性

電極（Pt、Au、石墨），則看溶液中的離子的失電子能力。此時根據(jù)陰

離子放電順序加以判斷（放電順序即為得、失電子能力順序）。

2

陽極上的放電順序：S>r>Br>C1>OH>NO?>SOi>Fo

即：活性陽極（金屬）〉無氧酸根離子>OH->含氧酸根離子>F-。

注意：在溶液中含氧酸根離子不放電，常指最高價（中心原子）含氧

酸根離子不放電，但非最高價（中心原子）含氧酸根離子的放電能力比

OIF的強(qiáng)，如SOr、MnO的等。

（2）陰極陽離子的放電順序

陽離子的放電順序基本上符合金屬活動性順序表，在陽離子放電

能力由強(qiáng)到弱排列時，一般將H+的位置放在Ci?+之后。但在電鍍條

件下，H+的位置放在ZM+之后，F(xiàn)e2\Zi?+與日順序顛倒，即在水

溶液中Fe2+、Z/+的得電子能力比H+強(qiáng)，可認(rèn)為水電離產(chǎn)生的c（H+）

很小之故。

1.用惰性電極電解氯化鎂溶液，在陰極觀察到現(xiàn)象是怎樣的？

提示：用惰性電極電解氯化鎂溶液，Mg2+和H+向陰極移動，因H

+的氧化性強(qiáng)，故H+放電產(chǎn)生氫氣，同時生成的OH-與Mg2+結(jié)合產(chǎn)

生氫氧化鎂沉淀。

2.用鐵電極電解氯化鈉溶液，在陽極產(chǎn)生的是黃綠色氣體嗎？

提示：不是。此時鐵電極是活性電極，在陽極是鐵失去電子溶解，

氯離子不放電。

【例1】現(xiàn)用鉗電極電解1L濃度均為0.1mol-Lr的HC1、CUSO4

的混合溶液，裝置如圖，下列說法正確的是（）

A.電解開始時陰極有H2放出

B.電解開始時陽極上發(fā)生：Cu2++2e===Cu

C.當(dāng)電路中通過的電子物質(zhì)的量超過0.1mol時，此時陰極放電

的離子發(fā)生變化

D.整個電解過程中，SOT不參與電極反應(yīng)

【解析】依據(jù)放電順序陰極先放電的是G12+,故陰極開始析出

的是Cu,A錯誤；陽極先放電的是C「，故陽極開始產(chǎn)生的是02,B

錯誤；由陰極反應(yīng)Cu2++2e「==Cu,n(Cu2+)=0.1mol,當(dāng)電路中通

過電子的量達(dá)到0.2mol時，Ci?+放電完畢，陰極放電離子變?yōu)镠+,

C錯誤；陰離子先放電，后是OH,在水溶液中SO/不參與電極

反應(yīng)，D正確。

【答案】D

如圖是一個石墨作電極，電解稀的Na2s04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。下列有關(guān)敘述正確的是

(D)

A.逸出氣體的體積，A電極的小于B電極的

B.一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體

C.A電極附近呈紅色，B電極附近呈藍(lán)色

D.電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中，充分?jǐn)嚢?/p>

后溶解呈中性

解析:A、B電極反應(yīng)式分別為4H2O+4e-===2H2t+4OH，2H2O

-4e一==。2t+4H+,相同溫度和壓強(qiáng)下，A電極生成氣體體積大于B

電極，A錯誤；陽極上生成02,陰極上生成H2,02和H2都是無色無

味氣體，B錯誤；由電極反應(yīng)式知，A電極附近溶液呈堿性，B電極

附近溶液呈酸性，則A電極溶液呈藍(lán)色，B電極溶液呈紅色，C錯誤；

惰性電極電解稀的Na2s04溶液，實際是電解水，將全部電解液轉(zhuǎn)移到

同一燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行裕珼正確。

探究點二惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律

1.以惰性電極電解電解質(zhì)溶液，分析電解反應(yīng)的一般方法和步驟

①分析電解質(zhì)溶液的組成，找出有關(guān)離子，并分為陰離子、陽離

子兩組；

②分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出電極反應(yīng)式；

③合并兩個電極反應(yīng)式，得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方

程式。

2.電解反應(yīng)類型

①電解水型：含氧酸、強(qiáng)堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如H2s04、

HNO3、NaOH、K2c03等）溶液的電解。

+

陰極：4H+4e==2H2t（還原反應(yīng)）

陽極：4OH-4e==2H2O+O2t（氧化反應(yīng)）

電解

總反應(yīng)化學(xué)方程式：2H2O=====2H2t+O2t

②自身分解型：無氧酸（氫氟酸除外）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟

化物除外）（如：CuCb等）溶液的電解。以電解CuCL溶液為例：

陽極：2Cr-2e==Cl2t（氧化反應(yīng)）

陰極：Cu2++2el===Cu（還原反應(yīng)）

電解

總反應(yīng)化學(xué)方程式：CuCl2=====Cu+C12t

③放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）（如NaCl、KI、

MgCh等）溶液的電解。以電解NaCl溶液為例：

陽極：2c「一2e-==Cbt（氧化反應(yīng)）

陰極：2H++2e-==H2t（還原反應(yīng)）

電解

總反應(yīng)化學(xué)方程式：。

2NaCl+2H22NaOH+H2t+C12f

④放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4>AgNCh等)溶

液的電解。以電解CuSO4溶液為例：

陽極：4OH-4e==2H2O+O2t(氧化反應(yīng))

陰極：Cu2++2e-===Cu(還原反應(yīng))

電解

總反應(yīng)化學(xué)方程式：2CUSO4+2H2O=====2CU+O2t+2H2sO4

3.電解后溶液的變化及恢復(fù)原組成的措施

4.規(guī)律總結(jié)

(1)在水溶液中，K+、Na\Mg2+、AF+等離子不可能在陰極放電,

即用電解水溶液的方法不可能得到K、Na、Mg、Al等活潑金屬。

⑵由NaCl遷移到KBr,其電解反應(yīng)相似，離子方程式為2B/+

通電

2H2O=====Br2t+2OH+H2t,由NaCl遷移到MgCk,電極反應(yīng)

通電

2+

相同，但電解的離子方程式不同，為2C1~+2H2O+Mg=====

Mg(OH)2I+H2t+C12to

(3)使電解質(zhì)復(fù)原的原則是“出去什么便加什么"，對于CuSO4

溶液，不能加CU(OH)2,只能加CuO(或C11CO3)。

(4)電解后溶液pH的變化規(guī)律

①電極區(qū)域：a.陰極H+放電產(chǎn)生H2,陰極區(qū)pH變大；b.陽極

OIT放電產(chǎn)生。2,陽極區(qū)pH變小。

②電解質(zhì)溶液：a.電解過程中，既產(chǎn)生H2,又產(chǎn)生Ch,實質(zhì)是電

解水，溶液濃度增大，因而原溶液呈酸性的pH變小，原溶液呈堿性

的pH變大，原溶液呈中性的pH不變。b.電解過程中，無Hz和02產(chǎn)

生，pH幾乎不變。③電解過程中，只產(chǎn)生H2,溶液中OH一濃度增大,

pH變大。④電解過程中，只產(chǎn)生02,溶液中H+濃度增大，pH變小。

1.惰性電極電解氫氧化鉀溶液時，氫氧化鉀的物質(zhì)的量如何變

化？溶液的pH如何變化？

提示：惰性電極電解氫氧化鉀溶液時，實質(zhì)是電解水，氫氧化鉀

的物質(zhì)的量不變，但溶劑水的量減小，其物質(zhì)的量濃度增大，故溶液

的pH增大。

2.惰性電極電解硝酸銀溶液一段時間，若恢復(fù)原溶液的狀態(tài)，應(yīng)

加入何種物質(zhì)？

通電

提示：惰性電極電解硝酸銀溶液的反應(yīng)是4AgNO3+2H2O=====

4Ag+O2t+4HNO3,因此要恢復(fù)原溶液的狀態(tài)，可加入氧化銀或碳

酸銀。

【例2】用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是（）

A.電解稀硫酸溶液，實質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變

B.電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH,故溶液pH減小

C.電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比

為12

D.電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比

為11

【解析】電解稀H2so4,實質(zhì)是電解水，因溶劑減少，H2s04

濃度將增大，故溶液的pH變??；電解稀NaOH溶液，雖然OH-在陽

極放電，但H+同時也在陰極放電，其實質(zhì)同樣是電解水，溶液的濃度

也將變大，故溶液的pH變大；電解Na2s04溶液，其實質(zhì)也是電解水,

在陰極和陽極分別析出H2和02,二者的物質(zhì)的量之比為21,而非

12;電解CuCL溶液，在陰、陽兩極上分別析出Cu和Cb,二者

的物質(zhì)的量之比為1lo

【答案】D

用指定材料作陽極和陰極來電解一定濃度的溶液甲，然后加入物

質(zhì)乙能使溶液恢復(fù)到原來的濃度，則適當(dāng)?shù)慕M合是(D)

陽極陰極溶液甲物質(zhì)乙

APtPtNaOHNaOH固體

)固體

BPtPtCuSO4Cu(OH2

CCFeNaCl鹽酸

DPtPtH2SO4H2O

解析：A中可加入水，B中可加入CuO或CuCO3固體，C中可

通入HC1氣體。

1.用惰性電極電解下列各組物質(zhì)的水溶液時，發(fā)生的電極反應(yīng)完

全相同的是(A)

A.NaOH、H2SO4B.CuCl2>Cu(NO3)2

C.Na2so4、NaClD.KNO3、AgNO3

解析：用惰性電極電解NaOH、H2sO4的水溶液時實質(zhì)均為電解

水，電極反應(yīng)均相同，A正確；電解B、C兩組溶液時，陽極反應(yīng)不

同，陰極反應(yīng)相同，B、C錯誤；電解KNO3、AgNO3兩組溶液，陽極

反應(yīng)相同，陰極反應(yīng)不同，D錯誤。

2.如圖所示，X、Y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板

質(zhì)量增加，b極板有無色無味的氣體放出，符合這一情況的是(A)

解析：由題意可知，a極板質(zhì)量增加，說明電解時有金屬析出，發(fā)

生還原反應(yīng)，a應(yīng)為陰極，因此X極應(yīng)是負(fù)極，排除B、C;b極板有

無色無味氣體放出，此氣體為02,排除D。

3.能夠使反應(yīng)Cu+2H2O===Cu(OH)2+H2t發(fā)生的是(C)

A.銅片作原電池的負(fù)極，石墨作原電池的正極，氯化鈉溶液作電

解質(zhì)溶液

B.銅鋅合金在潮濕空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕

C.用銅片作陰、陽電極，電解硫酸鈉溶液

D.用銅片作陰、陽電極，電解硫酸銅溶液

解析：金屬銅和水之間發(fā)生的反應(yīng)是非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，應(yīng)

設(shè)計成電解池，在反應(yīng)Cu+2H2O==Cu(OH)2+H2t中，失電子的是

金屬銅，所以必須選擇金屬銅作陽極材料，其他導(dǎo)電的物質(zhì)作陰極材

料即可，在陰極上應(yīng)該是水中的氫離子得電子的反應(yīng)，電解質(zhì)溶液中

其他離子的得電子能力要比氫離子弱，可以選擇硫酸鈉來作電解質(zhì)。

4.用惰性電極電解物質(zhì)的量濃度相同、體積比為13的CuSO4

和NaCl的混合溶液，可能發(fā)生的反應(yīng)有(D)

電解

2++

02Cu+2H2O=====2CU+4H+O2t

電解

(2)Cu2++2Cl===Cu+Cht

電解

③2c「+2H+===H2t+C12t

電解

④2H20===2氏t+O2t

A.①②③B.①②④C.②③④D.②④

解析：由〃(CuSO4)n(NaCl)=l3得〃(Ci?+)n(CF)=l

3,根據(jù)放電順序，陰離子：Cr>OH>SOF,陽離子Cu2+>H+>Na+,

知該電解過程分為3個階段，第一階段：電解CuCL溶液：Cu2++2C1

電解電解

===Cu+Cl21;第二階段：電解NaCl溶液：2c廠+2H2O=====2OH

電解

+H2f+C12t,第三階段，電解H2O:2H2O=====2H2t+O2to

5.按下圖甲裝置進(jìn)行實驗，若圖乙中橫坐標(biāo)x表示通過電極的電

子的物質(zhì)的量，下列敘述正確的是（B）

A.F表示反應(yīng)生成Cu的物質(zhì)的量

B.E表示反應(yīng)實際消耗H2O的物質(zhì)的量

C.E表示反應(yīng)生成02的物質(zhì)的量

D.F表示反應(yīng)生成H2s04的物質(zhì)的量

解析：惰性電極電解硫酸銅溶液，生成物是銅、氧氣和硫酸，反

電解

應(yīng)的化學(xué)方程式是2H2O+2CuSO4=====2H2so4+2Cu+O2t。反應(yīng)

中生成1mol氧氣轉(zhuǎn)移4mol電子，而轉(zhuǎn)移4mol電子生成2mol銅，

所以F表示反應(yīng)生成氧氣的物質(zhì)的量，E表示反應(yīng)生成Cu的物質(zhì)的

量或生成硫酸的物質(zhì)的量或消耗水的物質(zhì)的量或消耗硫酸銅的物質(zhì)的

量。

6.下圖中，兩電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：a極：Cu2++2e==Cu；

2+

b極：Fe-2e==Feo下列說法不正確的是（B）

A.裝置中電解質(zhì)溶液一定含有CM+

B.該裝置一定是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

C.a、b可能是同種電極材料

D.a極上一定發(fā)生還原反應(yīng)

解析：該裝置既可構(gòu)成原電池，也可構(gòu)成電解池。當(dāng)構(gòu)成原電池

時，a極材料是活動性比鐵差的金屬或石墨，b極為鐵，電解質(zhì)溶液含

Cu2+;當(dāng)構(gòu)成電解池時，a極作陰極，b極作陽極且必須是鐵電極，電

解液中含Cl?十。

7.如圖所示，A、B、C三個裝置中的燒杯分別盛有足量的CuCb

溶液。

（1）A、B、C三個裝置中屬于原電池的是A（填標(biāo)號，下同），屬于

電解池的是現(xiàn)。

(2)A池中Zn是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)(填“氧化”或“還原”，下

同)，電極反應(yīng)式為Zn—2b===Zn2+；Cu是正極，發(fā)生還原反應(yīng),電

極反應(yīng)式為Cu2++2e==Cu,A中總反應(yīng)的化學(xué)方程式為Zn+U

==Cu+Zn2。

(3)B池中C是陰極,發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)為Cu2++2e===Cu；

Pt是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)為2c「-2/===Cb3B池中總

電解

反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuCL=====Cu+Cbt0

(4)C池