2020版高中化学第1章第2节第1课时电解的原理学案含解析鲁科版选修420190617211

1 第1课时 电解的原理 [核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：从宏观和微观的角度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。2.证据推理与模型认知：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。

一、电解原理 1．电解熔融氯化钠实验 (1)实验装置

(2)实验现象：通电后，石墨片周围有气泡产生，铁片上生成银白色金属。 (3)实验分析 ①通电前 熔融NaCl中存在的微粒有Na＋、Cl－，这些微粒做无规则(或自由)运动。 ②通电后 离子移动方向 Na＋移向铁电极，Cl－移向石墨电极。 电极上发生的反应： 铁电极：2Na＋＋2e－===2Na，发生还原反应； 石墨电极：2Cl－－2e－===Cl2↑，发生氧化反应。 (4)实验结论 熔融的NaCl在直流电作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2。 2．电解和电解池 (1)电解：使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (2)电解池：在外加电源的作用下，将电能转化为化学能的装置。 (3)电解池的电极名称与电极反应 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； 2

阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 (4)电解池的构成条件： ①具有直流电源；②两个电极(阴极、阳极)；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。 (5)电子和离子移动方向 ①电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 ②离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。

电解质溶液导电与金属导电的区别 (1)电解质溶液导电实际上是电解过程，发生氧化还原反应，是化学变化。 (2)金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动，是物理变化。 例1 如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图，下列有关判断正确的是( )

A．电流从负极流出，流入铁电极 B．石墨电极为正极，发生还原反应 C．Na＋在铁电极上得到电子被还原为钠单质 D．装置中两个电极可以互换 答案 C 解析 电子从负极流出，进入铁电极，电流方向与电子流向相反，A项错误；石墨电极连接电源正极为阳极，发生氧化反应，B项错误；铁电极是阴极，Na＋在铁电极上得到电子被还原，C项正确；若两电极互换，则Fe为阳极，失电子生成Fe2＋，Cl－不能失电子，得不到Cl2，一段时间后Fe2＋在阴极得电子生成铁，D项错误。 思维启迪——电解法冶炼活泼金属 (1)电解熔融MgCl2。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑， 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg。 (2)电解熔融Al2O3。 阳极：6O2－－12e－===3O2↑， 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。 二、酸、碱、盐溶液的电解规律 3

1．电极反应规律 (1)阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋…… (2)阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：活泼金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。 2．酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极) 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： (1)电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 加入H2O

(2)电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 复原加入物质 加入HCl 加入CuCl2

(3)电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cu2＋＋4e－===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO3

分析电解问题的基本方法思路 (1)确定电解池的阴、阳两极，判断阳极是惰性电极还是活泼电极。 (2)分析通电前溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H＋和OH－)。 (3)通电后阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，判断两极上的放电顺序。 (4)确定电极产物，书写电极反应式(注意遵循原子守恒和电荷守恒)。 4

(5)分析电解时的相关变化，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。 相关链接 (1)水溶液中，K＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等离子不可能在阴极放电，即用电解相应水溶液的方法不可能得到K、Na、Mg、Al等活泼金属。 (2)电解池的阴极不管是惰性电极(Pt、石墨)还是活性电极，都是电解质溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电，电极本身不可能溶解。 (3)若阴极为H＋放电，则阴极区c(OH－)增大；若阳极为OH－放电，则阳极区c(H＋)增大；若阴极为H＋放电，同时阳极为OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)。 (4)电解质溶液恢复原状的方法：少什么加什么，少多少加多少。 例2 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)用石墨做阳极、铁做阴极分别电解稀硫酸和硫酸钠溶液时，它们阴极和阳极的产物都相同 ( √ ) (2)用石墨做电极电解氯化钠和硫酸铜的混合液，最初一段时间阴极和阳极生成的物质分别是铜和氯气( √ ) (3)用石墨做电极电解熔融氯化钠的阴极反应式为Na＋＋e－===Na( √ ) (4)用石墨做阴极、铜做阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O( × )

(5)用石墨做电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag＋＋2H2O=====通电4Ag＋4H＋＋O2↑( √ ) (6)铜做阳极电解盐酸的化学方程式为Cu＋2HCl=====通电CuCl2＋H2↑( √ ) 考点 酸、碱、盐溶液的电解规律 题点 电解结果的分析与判断 易错警示——判断电极产物注意事项 (1)先看阳极材料，若为活性电极，则阳极材料被溶解；若为惰性电极，则根据阴离子的放电顺序判断谁先放电，且注意溶液中OH－的存在。 (2)不论阴极是什么材料，都按照阳离子放电顺序判断谁先放电，并注意溶液中H＋的存在。 (3)注意电解物质的状态，是电解质溶液还是熔融电解质。 例3 下图所示为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( )

A．逸出气体的体积，a电极小于b电极 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 5

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 用惰性电极电解Na2SO4水溶液时，阴、阳两极发生的电极反应分别为阴极(a)：4H＋＋4e－===2H2↑；阳极(b)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。由于H＋和OH－都来自水的电离，因此在阴极有OH－生成，在阳极有H＋生成，故遇到石蕊溶液，a极附近溶液显碱性呈蓝色，而b极附近溶液显酸性呈红色。 考点 酸、碱、盐溶液的电解规律 题点 电解结果的分析与判断 思维启迪——酸、碱、盐溶液电解后溶液pH变化分析 (1)惰性电极电解酸、碱、盐溶液，电极附近溶液酸碱性变化规律。 阳极OH－放电生成O2时，阳极附近溶液显酸性； 阴极H＋放电生成H2时，阴极附近溶液显碱性。 (2)惰性电极电解酸、碱、盐溶液，电解质溶液pH的变化规律。 ①H＋放电、OH－不放电时，电解后溶液pH变大。 ②H＋不放电、OH－放电时，电解后溶液pH变小。 ③H＋和OH－同时放电时，相当于电解水，电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)，酸性溶液pH变小，碱性溶液pH变大，中性溶液pH不变。 例4 (2018·蚌埠第二中学期中)用惰性电极电解下列溶液，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] 答案 B 解析 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，加入氢氧化铜会多加入水，D错误。 考点 酸、碱、盐溶液的电解规律 题点 电解后电解质的复原

方法点拨 电解后要使电解质溶液复原，须加入适量的某物质，该物质一般是阳极产物和阴极产物的化合物。即“出来什么、加入什么”。 6

1．下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是( ) A．电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D．与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 答案 D 考点 电解及其装置(电解池) 题点 电解相关概念的辨析 2．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是( )

选项 A B C D a电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d电极 正极 正极 负极 负极 Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子

答案 B 解析 根据题图知，该装置有外接电源，所以属于电解池，根据电子流向知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q是阳离子，P是阴离子，故B正确。 考点 电解及其装置(电解池)