高中化学选修四 电解池的工作原理

第3课时电解池的工作原理[学习目标定位] 1.会描述电解池的工作原理，能正确书写电解池的电极反应式和电解反应方程式。

2.熟悉电解规律和电解产物的判断方法。

一电解池的工作原理1．如图为工业上电解熔融氯化钠生产金属钠的装置示意图。

容器中盛有熔融的氯化钠，两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料，两个电极分别与电源的正极和负极相连。

(1)通电前，熔融NaCl中存在的微粒有Na＋、Cl－，这些微粒的运动状态是自由移动。

(2)通电后离子运动方向：阳离子Na＋(填离子符号)移向铁电极，发生还原反应；阴离子Cl－(填离子符号)移向石墨电极，发生氧化反应。

电极上发生的变化是①铁电极：2Na＋＋2e－===2Na；②石墨电极：2Cl－－2e－===Cl2↑。

(3)由以上分析可知：熔融的NaCl在直流电源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)电解是在直流电作用下，在两个电极上发生氧化还原反应的过程。

(2)电解池是将电能转化为化学能的装置。

(3)电极名称阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应；阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。

(4)根据以上分析，你认为构成电解池的条件有哪些？答案电解池的构成条件：具有与直流电源相连接的两个电极(阴极、阳极)，插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。

归纳总结原电池的工作原理(1)电解池的工作原理示意图(2)电解质导电的过程就是电解质的电解过程。

1．如下图所示装置中，属于电解池的是()答案 C解析判断某装置是否为电解池，要以构成电解池的三个基本条件为标准。

构成电解池的三个条件：①有与直流电源相连的两个电极；②有电解质溶液或熔融态电解质；③能形成闭合回路。

2．下列关于电解池的叙述中，正确的是()A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等答案 D二酸、碱、盐溶液的电解规律1．按如图所示装置完成实验，并回答下列问题：(1)实验过程中，观察到的现象是①电流计指针发生偏转；②与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质；③与正极相连的a极一侧有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝。

(2)实验结论是电解质CuCl2溶液在导电过程中，有铜析出，有氯气生成。

(3)实验原理分析①氯化铜溶液中的电离过程有a.CuCl 2===Cu 2＋＋2Cl －，b.H 2OH ＋＋OH －；溶液中存在的离子有Cu 2＋、Cl －、H ＋、OH －，通电前，这些离子在溶液中自由移动。

②通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做定向移动，即Cl －、OH －趋向a 极，Cu 2＋、H＋趋向b 极。

③a 极电极反应式是2Cl －－2e －===Cl 2↑，b 极电极反应式是Cu 2＋＋2e －===Cu ，电解反应方程式是CuCl 2=====通电Cu ＋Cl 2↑。

2．有下列两组离子：①Cu 2＋、Na ＋、H ＋、Ag ＋；②Cl －、I －、SO 2－4、OH －。

用惰性电极电解时，移向阳极的是②(填序号)，放电先后顺序是I －>Cl －>OH －>SO 2－4；移向阴极的是①(填序号)，放电先后顺序是Ag ＋>Cu 2＋>H ＋>Na ＋。

3．用惰性电极电解下列酸、碱、盐电解质溶液：①H 2SO 4；②HCl ；③NaOH ；④Na 2SO 4；⑤CuCl 2；⑥NaCl ；⑦CuSO 4。

回答下列问题：(1)阴极反应式与①相同的有②③④⑥(填序号，下同)，其电极反应式是2H ＋＋2e －===H 2↑；与⑤相同的有⑦，其电极反应式是Cu 2＋＋2e －===Cu 。

(2)阳极反应式与①相同的有③④⑦，其电极反应式是4OH －－4e －===O 2↑＋2H 2O ；与②相同的有⑤⑥，其电极反应式是2Cl －－2e －===Cl 2↑。

(3)写出下列电解反应的化学方程式： ③2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑；⑥2NaCl ＋2H 2O=====通电2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑； ⑦2CuSO 4＋2H 2O=====通电2H 2SO 4＋2Cu ＋O 2↑。

(4)只是水发生电解的是①③④，只是电解质本身发生电解的是②⑤，电解质和水都发生电解的是⑥⑦。

(5)电解后溶液的pH 显著增大的是②③⑥，减小的是①⑦，不变的是④⑤。

(6)欲使电解的溶液复原，只加入水的是①③④，只加入电解质本身的是②⑤；欲使电解后的⑥复原需通入HCl 气体，欲使电解后的⑦复原需加入CuO 。

归纳总结1．分析电解问题的基本方法思路(1)通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H ＋和OH －)。

(2)通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电(注意活泼金属作阳极时优先放电)。

(3)正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒。

(4)能结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。

2．电极反应规律(1)阴极：无论是惰性电极还是活性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：金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。

3．惰性电极电解规律3．用惰性电极电解AgNO3溶液，下列说法不正确的是()A．电解过程中阴极质量不断增加B．电解过程中溶液的pH不断降低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答案 D解析 解决有关电解问题首先注意电极材料，在此基础上写出电极反应式和电解反应方程式，根据电解反应方程式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化，分析溶液的pH 变化必须注意原溶液的pH 情况。

用惰性电极电解AgNO 3溶液，电解反应方程式为4AgNO 3＋2H 2O=====通电4Ag ＋O 2↑＋4HNO 3。

阴极上析出Ag ，阳极上放出O 2，故A 正确、D 错误；由于生成HNO 3溶液，pH 应不断降低，B 正确；要使溶液恢复到电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应：2Ag 2O ＋4HNO 3===4AgNO 3＋2H 2O ，得到的物质恰好是反应掉的物质，可以使溶液恢复到电解前的状况，C 正确。

4．如图为直流电源电解稀Na 2SO 4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 ．a 电极附近呈红色，b 电极附近呈蓝色 B ．a 电极附近呈蓝色，b 电极附近呈红色 C ．逸出气体的体积，a 极的小于b 极的D ．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 答案 B解析 a 极为阴极，H 2O 电离出的H ＋放电，促进H 2O 的电离平衡向右移动，c (OH －)增大，石蕊溶液变蓝色，b 极为阳极，H 2O 电离出的OH －放电，c (H ＋)增大，石蕊溶液变红色，A 项不正确、B 项正确；a 极产生H 2，b 极产生O 2，H 2的体积是O 2体积的2倍，故C 、D 项不正确。

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变成化学能的装置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 D2．用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液pH 逐渐减小的是( ) ①氯化钠溶液 ②硫酸铜溶液 ③氢氧化钠溶液 ④稀硫酸 ⑤稀盐酸 ⑥硫酸钠溶液 A ．①③⑤ B ．②④⑤ C ．②④ D ．②④⑥ 答案 C3．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 变小答案 D解析 以石墨为电极，电解KI 溶液，发生的反应为2KI ＋2H 2O=====通电2KOH ＋H 2↑＋I 2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H 2和KOH ，阳极产物是I 2。

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)，A 、B 、C 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。

4．甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒，请回答下列问题：(1)若两池中均为CuSO 4溶液，反应一段时间后：①有红色物质析出的是甲池中的________棒，乙池中的________棒。

②乙池中阳极的电极反应式是___________________________________________。

(2)若两池中均为饱和NaCl 溶液：①写出乙池中总反应的离子方程式_________________________________________。

②甲池中碳棒电极上电极反应式是________________________________________， 乙池中碳棒电极上电极反应属于________(填“氧化反应”或“还原反应”)。

答案 (1)①碳(或C) 铁(或Fe) ②4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑ (2)①2Cl －＋2H 2O=====通电Cl 2↑＋H 2↑＋2OH －②2H 2O ＋O 2＋4e －===4OH －氧化反应 解析 甲为原电池，乙为电解池， (1)若两池中均为CuSO 4溶液，则有甲⎩⎪⎨⎪⎧负极(Fe )：Fe －2e －===Fe 2＋正极(C )：Cu 2＋＋2e －===Cu乙⎩⎪⎨⎪⎧阳极(C )：4OH －－4e －===O 2↑＋2H 2O阴极(Fe )：Cu 2＋＋2e －===Cu(2)若均为NaCl 溶液，则有甲⎩⎪⎨⎪⎧负极(Fe )：Fe －2e －===Fe 2＋正极(C )：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －乙⎩⎪⎨⎪⎧阳极(C )：2Cl －－2e －===Cl 2↑阴极(Fe )：2H ＋＋2e －===H 2↑40分钟课时作业 [经典基础题]题组1 电解池的电极名称的判断1．关于原电池、电解池的电极名称，下列说法错误的是( ) A ．原电池中失去电子的一极为负极B ．电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极C ．原电池中相对活泼的一极为正极D ．电解池中发生氧化反应的一极为阳极 答案 C解析 根据两池的结构与反应原理可确定，原电池中相对活泼的一极为负极。