苏教版化学选修4《电解池的工作原理及应用》教案

苏教版化学选修4《电解池的工作原理及应用》教案

第2单元第3课时

(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)

一、选择题

1．电解某盐溶液时在阴阳两极上一定相等的是()

A．析出金属的物质的量B．析出金属的质量

C．通过的电子数目D．放出气体的体积

【解析】电解池的阳极上一定不会析出金属，A、B项不成立；阴、阳两极若同时放出气体，放出气体的体积不一定相等，如用石墨电极电解食盐水时两极放出气体的体积相等，若用石墨电极电解Na2SO4溶液时，阴、阳两极放出H2、O2的体积比为2∶1，D项不符合题意。

【答案】 C

2．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是()

A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变

B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小

C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2

D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1

【解析】电解稀H2SO4，实质是电解水，因溶剂减少，H2SO4浓度将增大，故溶液的pH变小；电解稀NaOH溶液，虽然OH－在阳极放电，但H＋同时也在阴极放电，其实质同样是电解水，溶液的浓度也将变大，故溶液的pH变大；电解Na2SO4溶液，其实质也是电解水，在阴极和阳极分别析出H2和O2，二者的物质的量之比为2∶1而非1∶2；电解CuCl2溶液，在阴、阳两极上分别析出Cu和Cl2，二者的物质的量之比为1∶1。

【答案】 D

3．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纯净物(方括号内物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(多选)( )

A ．AgNO 3[AgNO 3]

B ．NaOH[H 2O]

C ．KCl[KCl]

D ．CuSO 4[CuO]

【解析】 分析电解反应的原理，在两极析出什么物质(固体或气体)。相当于什么物

质脱离反应体系就加入什么物质，即可使溶液完全复原。A 选项，4AgNO 3＋2H 2O=====通电

4Ag ＋O 2↑＋4HNO 3，脱离反应体系的物质是4Ag ＋O 2，相当于2Ag 2O ，所以应当加入适

量Ag 2O 才能复原(加入AgNO 3，会使NO 3－的量增加)。B 选项，2H 2O=====通电2H 2↑＋

O 2↑，脱离反应体系的是2H 2＋O 2，相当于2H 2O ，加入适量水可以复原。C 选项，2KCl ＋

2H 2O=====通电2KOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，脱离反应体系的是H 2＋Cl 2，相当于2HCl ，应通入适量

HCl 气体才能复原(加盐酸时，同时也增加了水)。D 选项，2CuSO 4＋2H 2O=====通电2H 2SO 4＋

2Cu ＋O 2↑，脱离反应体系的是2Cu ＋O 2，相当于2CuO ，加入适量CuO 可以复原。

【答案】 BD

4．某同学按图所示的装置进行电解实验。下列说法中不正确的是(多选)( )

A ．电解过程中，铜电极上有H 2产生

B ．电解初期，主反应方程式为：Cu ＋H 2SO 4=====通电CuSO 4＋H 2↑

C ．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出

D ．整个电解过程中，H ＋

的浓度不断增大

【解析】 阳极为非惰性电极，则电极参与反应，Cu －2e －===Cu 2＋，阴极首先生成H 2；随时间推移，Cu 2＋浓度逐渐增大，H ＋浓度降低，故一段时间后，会析出Cu 。

【答案】 BC

5．某同学想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，

通电时，为使Cl 2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )

A ．a 为正极，b 为负极；NaClO 和NaCl

B ．a 为负极，b 为正极；NaClO 和NaCl

C ．a 为阳极，b 为阴极；HClO 和NaCl

D ．a 为阴极，b 为阳极；HClO 和NaCl

【解析】 电解饱和食盐水的方程式为2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，

NaOH 在阴极区生成，Cl 2在阳极区生成。按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与NaOH 作用。显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的NaOH 吸收。反应为Cl 2＋2NaOH===NaCl ＋NaClO ＋H 2O 。还应注意的是图中电极a 、b 是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的a 为电源的负极，则b 为正极。

【答案】 B

6．已知金属M 中混有金属P ，电解精炼M ，P 以单质形式沉积于阳极下面的泥中，M 、N 组成原电池，M 为正极，则M 、N 、P 三种金属活动性顺序为( )

A ．P>M>N

B ．N>P>M

C ．P>N>M

D ．N>M>P

【解析】 根据电解精炼铜的原理即可进行类比分析。电解精炼M ，P 以单质形式沉积于阳极下面的泥中，则M 比P 活泼；M 、N 组成原电池，M 为正极，则N 比M 活泼。总之，三种金属活动性顺序为：N>M>P 。

【答案】 D

7．(2008年江苏单科)镍镉(Ni —Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH 溶液，其充、放电按下式进行：

Cd＋2NiOOH＋2H2O 放电

充电

Cd(OH)2＋2Ni(OH)2

有关该电池的说法正确的是()

A．充电时阳极反应：

Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O

B．充电过程是化学能转化为电能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动

【解析】因为阳极发生氧化反应，即化合价由低价态转化为高价态，所以A正确；充电过程是由电能转化为化学能的过程，所以B不正确；因放电时的原电池负极Cd失去电子后，又与附近的OH－结合成Cd(OH)2，导致OH－浓度降低，故C不正确；因原电池的电解质溶液的阴离子移向负极，故D不正确。

【答案】 A

8．如图两个电解槽中，，A、B、C、D均为石墨电极。如果电解过程中共有0.02 mol 电子通过，下列叙述中正确的是()\

A．甲烧杯中A极上最多可析出铜0.64 g

B．甲烧杯中B极上电极反应式4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．乙烧杯中滴入酚酞试液，D极附近变红

D．乙烧杯中C极上电极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑

【解析】首先根据与电源正负极的连接判断出A、C为阳极，而B、D为阴极，甲电解池中，A极发生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B极发生Cu2＋＋2e－===Cu，而乙电解池中C极发生2Cl－－2e－===Cl2↑，而D极发生2H＋＋2e－===H2↑，从而破坏水的电离平衡产生大量OH－，使酚酞变红色。

【答案】 C

9．用惰性电极电解饱和食盐水，当电源供给0.2 mol 电子时停止通电，若此溶液体积为2 L ，则所得电解液中氢氧根离子浓度为( )

A ．1 mol·L －1

B ．0.2 mol·L －

1 C ．0.1 mol·L －1 D ．0.01 mol·L －

1 【解析】 由2NaCl ＋2H 2O=====通电2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑知，当电路中转移

2 mol e －时

生成2 mol NaOH ，所以有n (NaOH)＝0.2 mol ，即c (OH －)＝0.2 mol 2 L

＝0.1 mol·L －1。 【答案】 C

10．以铁为阳极、铜为阴极，对足量的NaOH 溶液进行电解。一段时间后得到2 mol Fe(OH)3沉淀，此时共消耗的水的物质的量为( )

A ．2 mol

B ．3 mol

C ．4 mol

D ．5 mol

【解析】 电极反应式为：

阳极：Fe －2e －===Fe 2＋

阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑

沉淀反应为Fe 2＋＋2OH －===Fe(OH)2↓

4Fe(OH)2＋2H 2O ＋O 2===4Fe(OH)3

整个过程的总反应方程式可写为：

4Fe ＋10H 2O ＋O 2=====通电4Fe(OH)3＋4H 2↑

故得到2 mol Fe(OH)3沉淀，共消耗水5 mol 。

【答案】 D

二、非选择题

11．如图为电解水的实验装置示意图，用两个碳棒电解水(滴入少量石蕊试液)时，闭合开关S 后：

(1)此时A 管内生成________气，B 管内生成________气。

(2)试写出电解水的化学方程式：______________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)一段时间后，两极周围颜色变化是__________________________________。通电过程中，A 极、B 极各发生何种化学反应？________________、________________。

【解析】 根据图示，A 连接到原电池的负极上，是阴极，B 是阳极；根据电解原理，电解水时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，因此阳极产生氧气，阴极产生氢气；即A 极产生氢气后，剩下OH －，A 极周围溶液显碱性，石蕊试液变蓝，同理，B 极周围显酸性，石蕊试液显红色。

【答案】 (1)氢 氧 (2)2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑ (3)A 附近变蓝，B 附近变红 A

发生还原反应 B 发生氧化反应

12．按下图所示的装置进行电解，在通电一段时间后，铁电极的质量增加。

(1)写出甲杯中两极发生的电极反应式。

阴极：______________________。

阳极：______________________。

(2)写出甲杯中发生反应的化学方程式____________________________________。

(3)C —C —Fe —Ag 4个电极上析出或溶解物质的物质的量之比是______________。

【解析】 铁电极的质量增加，说明铁电极是阴极。则银电极是阳极，左碳电极是阴极，右碳电极是阳极。装置甲是硫酸铜溶液的电解池，装置乙是铁上镀银的电镀池。有关电极反应式为：

甲 阴极：2Cu 2＋＋4e －===2Cu

阳极：4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑

乙 阳极：Ag －e －===Ag ＋

阴极：Ag ＋＋e －===Ag

若将电子转移数定为“4e －”，4个电极上析出或溶解物质的物质的量之比显而易见。

【答案】 (1)2Cu 2＋＋4e －===2Cu 4OH －－4e －

===2H 2O ＋O 2↑ (2)2CuSO 4＋2H 2O=====通电2Cu ＋2H 2SO 4＋O 2↑

(3)2∶1∶4∶4

13．(2009年珠海高二质检)电解原理在化学工业中有广泛应用。如右图所示表示一个电解池，装有电解液a ；X 、Y 是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答下列问题：

(1)若X 、Y 都是惰性电极，a 是饱和NaCl 溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：

①电解池中X 极上的电极反应式为__________________________________________ ______________________________。

在X 极附近观察到的现象是________________________。

②Y 电极上的电极反应式是__________________，检验该电极反应产物的方法是________________________________________________________________________。

(2)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a 选用CuSO 4溶液，则：

①X 电极的材料是________，电极反应式是______________________________________

__________________________________。

②Y 电极的材料是________，电极反应式是______________________________________

_________________________________。

(说明：杂质发生的电解反应不必写出)

【解析】(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞试液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的KI淀粉试纸变为蓝色。

(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu 以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活泼性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。

【答案】(1)①2H＋＋2e－===H2↑放出气体，溶液变红②2Cl－－2e－===Cl2↑把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色

(2)①纯铜Cu2＋＋2e－===Cu②粗铜Cu－2e－===Cu2＋

14．2008年9月25日“神舟七号”载人航天飞船发射升空，9月27日我国航天员首次出舱进行太空行走，9月28日飞船安全返回，“神舟七号”载人航天飞行取得圆满成功。铝合金以质轻、稳定性好等优点广泛应用于航空航天事业。在铝合金表面形成一层较厚的氧化膜，是其在空气中稳定存在的关键。其形成原理是以铝件与另一种材料为电极，以某种溶液作电解质溶液进行电解，通电后在铝件与电解质溶液的接触面上逐渐形成一层氢氧化铝薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔中通过并产生热量使氢氧化铝分解，从而使铝件表面形成一层较厚的氧化膜。

某校课外兴趣小组的同学根据上述原理，以铝件和铁棒为电极，以

一定浓度的碳酸氢钠溶液为电解质溶液进行实验，如右图所示。

(1)铝件放在________(填“X”或“Y”)极。

(2)铝件表面形成氢氧化铝的电极反应式是

__________________________。

(3)电解过程中，必须使电解质溶液的pH保持相对稳定(不能太大，也不能太小)的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)用碳酸氢钠溶液作电解质溶液，而不用碳酸钠溶液作电解质溶液，其理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

【解析】(1)要生成氢氧化铝，必须先生成铝离子，所以铝件应放在阳极，发生氧化反应，失电子变成阳离子。铁棒放在阴极。电子总是从电源的负极流出，所以装置中Y极为阴极(铁)，X极为阳极。(2)碳酸氢钠溶液呈碱性，阳极发生反应：Al－3e－===Al3＋，Al3＋＋3HCO3－===Al(OH)3↓＋3CO2↑；阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑。(3)要使铝件表面生成一层较厚的氧化膜，则不能使溶液溶解氧化铝和氢氧化铝，从氧化铝和氢氧化铝的两性角度考虑，须使电解质溶液的pH保持相对稳定。

【答案】(1)X(2)Al＋3HCO3－－3e－===Al(OH)3＋3CO2↑[或Al－3e－===Al3＋，Al3＋＋3HCO3－===Al(OH)3↓＋3CO2↑]

(3)氧化铝和氢氧化铝都是两性化合物，如果溶液的酸性或碱性过强，都会使所形成的氧化铝薄膜溶解(4)碳酸氢钠的作用之一是中和阴极区溶液中过量的OH－：HCO3－＋OH－===CO32－＋H2O，有利于控制酸碱性，另外，碳酸氢钠的水解程度小于碳酸钠的水解程度，碱性也比碳酸钠溶液的弱