高中化学人教版化学反应原理第四章电化学基础单元测试 第四章第三节电解原理

第三节电解池第1课时电解原理理解电解池的工作原理并能熟练书写电极反应式和电池反应方程式。知识点一电解原理阅读教材P79～P80，思考并填空。1．电解池定义将电能转化为化学能的装置。2．电解池构成(1)直流电源。(2)电解质溶液(或熔融的电解质)。(3)两个电极：阴极与电源负极相连，阳极与电源正极相连。(4)形成闭合回路。3．电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)(1)电池总反应为CuCl2eq\o(=,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑。(2)电子的流向电源负极→阴极eq\o(→,\s\up7(在溶液中离子),\s\do5(发生定向移动))阳极→电源正极。1．判断正误(1)电解池能将化学能转化为电能。()(2)电解质溶液导电属于化学变化。()(3)电解池的阳极与电源的负极相连。()(4)电解时，阳离子向阴极定向移动，阴离子向阳极定向移动。()(5)电解任何物质，阳极失电子数与阴极得电子数相等。()答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√2．如图所示装置中，属于电解池的是()解析：选C。形成电解池时应有外接电源，A、B项不符合；电解池的两极应插入电解质溶液或熔融的电解质中形成闭合回路，D项不符合。1．电解池阴、阳极的判断2．电极产物的判断(1)阳极产物的判断①首先看电极，如果是活性电极，则电极材料失去电子，被溶解，溶液中的阴离子不失去电子。如果是惰性电极，则要看溶液中阴离子的失电子能力，根据阴离子的放电顺序加以判断。②阴离子的放电顺序S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(浓度大时)>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(浓度小时)>Al3＋>Mg2＋>Na＋。(1)中学阶段遇到的在水溶液中电解时阴极产物判断的情况可由放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>…即可解决问题。(2)判断阴极产物时，不管电极材料如何，均是溶液中的离子放电。用石墨电极电解CuCl2溶液(如图所示)。下列分析正确的是()A．a端是直流电源的负极B．通电使CuCl2发生电离C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－=CuD．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体[解析]据图可知，Cu2＋向U形管的左端移动，Cl－向U形管的右端移动，根据“阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动”得出a端是直流电源的负极，b端是直流电源的正极，A正确；通电使CuCl2发生电解，而不是电离，阳极上发生反应2Cl－－2e－=Cl2↑，因此在阳极附近观察到黄绿色气体，阴极上发生的反应：Cu2＋＋2e－=Cu，故B、C、D错误。[答案]A用铜棒替换b端所连石墨电极，会发生什么变化？答案：b端为正极，连接Cu作阳极，换成石墨电极后Cu直接放电：Cu－2e－=Cu2＋，不再产生Cl2。电解原理1.如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中a、b为直流电源的两极，c、d为石墨电极。则以下有关此电解池的判断正确的是()A．a为负极，b为正极B．a为阳极，b为阴极C．电解过程中，d电极质量增加D．电解过程中，氯离子浓度保持不变解析：选C。依据电流的方向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。d极上的电极反应：Cu2＋＋2e－=Cu，c极上的电极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑，溶液中的Cl－浓度减小。2．下列说法正确的是()A．电解池能把化学能转化为电能B．电解池中与直流电源正极相连的电极是电解池的阳极C．通电时，电子从电解池的阴极流出，并沿导线流回电源的负极D．电解池中阴离子在阴极上发生氧化反应解析：选B。电解池是把电能转化为化学能的装置，A项错误；电解池中，电子从电源的负极流出，转移到电解池的阴极上，C项错误；电解池中阴离子在阳极上发生氧化反应，D项错误。电解池阴、阳极的判断3．某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是()A．铅笔端作阳极，发生还原反应B．铂片端作阴极，发生氧化反应C．铅笔端有少量的氯气产生D．a点是负极，b点是正极解析：选D。铅笔在滤纸上写字，出现红色字迹，说明铅笔端产生OH－，则铅笔端为阴极，H＋放电发生还原反应生成H2，A项错误；铂片作阳极发生氧化反应，B项错误；铅笔端产生H2而不是Cl2，C项错误。4.如图所示，甲是刚浸过NaCl溶液的石蕊试纸，A、B两铜片通过导线连接电源两极，在铜片间的滤纸上滴一滴KMnO4溶液，通电一段时间后，发现A、B间的紫红色圆点向A极移动了一段距离，则与A相连的是电源的________极，可发现滤纸的B极边沿附近有________色出现。解析：当通电一段时间后，A、B间的紫红色圆点向A极移动了，由于紫红色是MnOeq\o\al(－,4)的颜色，即MnOeq\o\al(－,4)向A极移动，因阴离子向阳极移动，所以A为电解池的阳极，则与A相连的是电池的正极。B为电解池的阴极，阴极区H＋放电生成H2和OH－，使石蕊试纸变蓝。答案：正蓝知识点二酸、碱、盐溶液的电解规律思考并填空。用惰性电极电解酸、碱、盐溶液，填写下表：电解质及类别电极反应式电解物质pH变化溶液复原方法电解水型H2SO4(含氧酸)阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－=2H2↑H2O减小加入H2ONaOH(强碱)增大Na2SO4(活泼金属的含氧酸盐)不变电解电解质型HCl(无氧酸)阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑HCl增大通入HClCuCl2(不活泼金属的无氧酸盐)阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－=CuCuCl2加入CuCl2放H2生碱型NaCl(活泼金属的无氧酸盐)阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑NaCl、H2O增大通入HCl放O2生酸型CuSO4(不活泼金属的含氧酸盐)阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：2Cu2＋＋4e－=2CuCuSO4、H2O减小加入CuO或CuCO3用惰性电极电解下列电解质，通电一段时间后要想使电解质恢复原浓度，把所加的物质与对应的电解质连在一起。答案：a—①b—②③c—⑤d—①e—④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。用石墨棒作电极，在Na＋、Cu2＋、Cl－、SOeq\o\al(2－,4)等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式：(1)当阴极放出H2，阳极放出O2时，电解质是________。(2)当阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质是________________________________________________________________________。(3)当阴极放出H2，阳极放出Cl2时，电解质是________________________________________________________________________。(4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1时，电解质是__________。[解析]惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型。再根据阴、阳离子在电极的放电顺序判断。(1)阴极有H2生成，阳极有O2生成，实质为电解水，故电解质是活泼金属的含氧酸盐，即Na2SO4。(2)实质为放氧气生酸型，即电解质为不活泼金属的含氧酸盐，即CuSO4。(3)实质为放氢气生碱型，即电解质为活泼金属的无氧酸盐，即NaCl。(4)由阳极生成气体和转移电子的物质的量之比为1∶4，知阳极产生气体为O2，1molO2转移4mole－，金属与电子的物质的量之比为1∶2，故金属为＋2价，即Cu2＋，即为CuSO4。[答案](1)Na2SO4(2)CuSO4(3)NaCl(4)CuSO4用惰性电极电解例1中含所有离子的混合液足够长时间时，在阴、阳极上分别得到的物质依次是什么？答案：由阴、阳离子的放电顺序可知，在阴极上分别生成Cu、H2；在阳极上分别生成Cl2、O2。判断电极产物时的注意事项(1)对阳极，首先看阳极材料是否为活性电极，若为活性电极，则阳极材料被溶解；若为惰性电极，则依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)对阴极，不论阴极材料是什么，均按照阳离子的放电顺序判断谁先放电，且注意溶液中H＋的存在。电解质溶液的电解原理1．用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有()①该溶液的pH可能增大；②该溶液的pH可能减小；③该溶液的pH可能不变；④该溶液的浓度可能增大；⑤该溶液的浓度可能不变；⑥该溶液的浓度可能减小A．①②③ B．①②③④C．①②③④⑤ D．全部解析：选C。两极放出H2和O2相当于电解水，对不饱和电解质溶液来说是浓缩，电解NaOH、H2SO4、Na2SO4时pH分别增大、减小、不变，浓度均增大，但电解的如果是饱和溶液，其溶液的浓度不变。2．将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。有以下结论：①溶液中几乎没有Br－；②电解质溶液为无色；③最终溶液显碱性；④K＋、Na＋和SOeq\o\al(2－,4)的浓度几乎没有变化。其中正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)()A．①②③ B．③C．①④ D．全部解析：选A。本题考查对阴、阳离子放电顺序的掌握。溶液中存在的阴离子有：Cl－、Br－、SOeq\o\al(2－,4)、OH－，阳离子有：K＋、Cu2＋、Na＋、H＋。因用Pt电极电解足够长的时间，阴离子首先放电的是Br－，其次是Cl－，最后是OH－，SOeq\o\al(2－,4)在溶液中不放电；阳离子先放电的是Cu2＋，其次是H＋。所以先电解CuBr2，阳极逸出Br2，阴极析出Cu，当CuBr2电解完毕时，相当于继续电解HCl(H＋来自于水的电离)，当Cl－被消耗尽时，则继续电解水。由于Cu2＋转化为单质铜，电解液变为无色；Cl－放电时，水电离出的H＋放电，使溶液中的c(OH－)增大；由于水被消耗，c(K＋)、c(Na＋)和c(SOeq\o\al(2－,4))均会增大。扫一扫进入91导学网电解池(课时1)重难易错提炼1.惰性电极(石墨、铂、金)指的是不参与阳极反应的电极，活性电极一定参与阳极反应。2．电解质溶液恢复原状的方法：少什么加什么，少多少加多少，一般加阳极产物与阴极产物形成的化合物。课后达标检测[基础巩固]1．用石墨作电极，分别电解下列各物质的溶液：①CuCl2②CuSO4③NaCl④NaNO3⑤HCl⑥H2SO4⑦KOH其中只有水被电解的有()A．①②⑤B．②④⑥⑦C．④⑥⑦D．③⑤⑥⑦解析：选C。只有水被电解，即在阴极上H＋放电(溶液中阳离子是较活泼的金属离子)，在阳极上OH－放电(溶液中含有含氧酸根离子或F－)，符合这一要求的是④⑥⑦。2．关于下图所示①②两个装置的叙述，正确的是()A．装置名称：①是原电池，②是电解池B．硫酸浓度变化：①增大，②减小C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，②中正极：Zn－2e－=Zn2＋D．离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动解析：选B。①中有外加电源为电解池，②为原电池，A错误；①中电解水，硫酸浓度增大，②中负极材料消耗硫酸，硫酸浓度减小，B正确；②中正极反应为2H＋＋2e－=H2↑，C错误；②中H＋向正极移动，D错误。3．如图，电解质溶液是NaCl的水溶液，过一段时间发现d极附近有黄绿色气体产生，以下说法正确的是()A．a是电源的正极B．电子流动的方向：d→bC．c极发生氧化反应D．如果将c、d两电极互换，则c上也会生成黄绿色气体解析：选B。d极附近有黄绿色气体产生，应该是Cl－放电，说明d极是阳极，所以b是正极，A错；电子流向是阳极→电源正极，电源负极→阴极即d→b，a→c，B对；c极得电子，化合价降低，发生还原反应，C错；如果c是活性电极则不产生黄绿色气体，D错。4．为使反应Cu＋2H2O=Cu(OH)2＋H2↑能够发生，下列设计方案正确的是()A．用铜片作负极，石墨电极作正极，氯化钠溶液为电解质溶液构成原电池B．用铜片作电极，外接直流电源电解硫酸铜溶液C．用铜片作阳极，铁片作阴极，外接直流电源电解硫酸钠溶液D．用铜片作电极，外接直流电源电解稀硫酸解析：选C。该反应为不能自发进行的氧化还原反应，必须设计为电解池才能发生。阳极为Cu放电，阴极为H＋放电，即用Cu作阳极，电解质溶液中为H2O放电，选项C符合要求。5．电解下列物质的水溶液时，在阳极无气体放出的是()A．AgNO3 B．CuCl2C．NaOH D．Na2S解析：选D。A、B、C项阳极分别放出O2、Cl2、O2，D项阳极生成S单质，故选D。6．如下图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是()a极板b极板x电极z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁负极AgNO3D铜石墨负极CuCl2解析：选A。由题意知a极板质量增加，a应为阴极，则b为阳极，x为电源的负极，y为电源正极。A项中a极板为阴极，b极板为阳极，电解时，a极有Cu附着，b极有O2放出，A项符合；B项中电解时a极无质量变化，B项不符合；C项中阳极为Fe，为活性电极，电解时Fe在阳极放电溶解，无气体生成，C项不符合；D项中电解时，Cl－在阳极放电生成Cl2，Cl2为黄绿色有刺激气味的气体，D项不符合。7．在水中加入等物质的量的Ag＋、Na＋、Ba2＋、NOeq\o\al(－,3)、Cl－、SOeq\o\al(2－,4)，用惰性电极进行电解，一段时间后，在两极上得到的氧化产物和还原产物的质量之比为()A．8∶1 B．2∶27C．∶108 D．108∶解析：选A。Ag＋与Cl－、Ba2＋与SOeq\o\al(2－,4)均生成沉淀，相当于电解NaNO3溶液，实质是电解H2O，两极得到的产物为H2和O2。8．用如下图所示的装置进行电解。通电一段时间，发现湿润的淀粉－KI试纸的C端变为蓝色。(1)E为电源的________极，F为电源的________极。(2)A中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在B中观察到的现象是________________________________________________________________________。(4)D端的电极反应式为________________________________________________________________________。解析：本题实质上是三个电解装置串联，首先判断电源的正、负极，E为负极，F为正极；A中是以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液的电解池。B中Cu为阳极，发生的电极反应为Cu－2e－=Cu2＋，石墨为阴极，发生的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑，由于水电离出的H＋放电，所以溶液中的c(OH－)＞c(H＋)，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D端为阴极，发生的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑。答案：(1)负正(2)4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))4Ag＋4HNO3＋O2↑(3)铜片溶解，石墨电极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成(4)2H＋＋2e－=H2↑9．如图所示，X和Y均为石墨电极：(1)若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为________________________________________________________________________。电解过程中________极(填“阴”或“阳”)附近会出现红色。(2)若电解液为500mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色固体物质生成，Y电极有无色气体生成。请推测原溶液中所含的酸根离子可能是________。设计实验验证推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)电解饱和食盐水，阳极Cl－放电生成Cl2，阴极水中的H＋放电生成H2，同时生成OH－，阴极附近会出现红色。(2)蓝色溶液，说明是可溶性铜盐溶液，X极有红色固体物质生成，说明溶液中的Cu2＋放电，X极是阴极，Y极是阳极，有无色气体生成，说明是溶液中的OH－放电，阴离子为含氧酸根离子SOeq\o\al(2－,4)或NOeq\o\al(－,3)。答案：(1)2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－阴(2)SOeq\o\al(2－,4)或NOeq\o\al(－,3)取少量待测液于试管中，滴加盐酸无明显现象，继续滴入氯化钡溶液，若有白色沉淀产生，则证明含有硫酸根离子(或取少量待测液于试管中，滴加浓硫酸，再加入铜粉，若有红棕色气体产生，则证明含有硝酸根离子)[能力提升]10．用惰性电极电解含molCuSO4的溶液一段时间后，阳极上生成标准状况下L气体，欲使电解质溶液恢复电解前的状况，应加入()A．molCuSO4 B．molCuOC．molCu(OH)2 D．molCuCO3解析：选C。2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋2H2SO4＋O2↑，由于CuSO4的物质的量为mol，则此过程生成molO2。因此还有molO2为电解稀硫酸溶液(实质是电解水)而得。根据2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑可知此过程消耗molH2O。因此，要使电解质溶液恢复电解前的状况，应加入molCuO和molH2O，相当于加入molCu(OH)2。11．某兴趣小组设计如图微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是()A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为2H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－=2Cl－D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极解析：选D。A项，断开K2，闭合K1时，为电解池装置，总反应离子方程式为2H2O＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑，错误；B项，由“断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生”知，石墨为电解池的阳极，Cu为电解池的阴极，故在Cu电极附近溶液变红，错误；断开K1，闭合K2时，为原电池装置，则Cu电极为原电池的负极，发生失去电子的氧化反应，石墨电极为原电池的正极，故C项错误，D项正确。12．臭氧是常见的强氧化剂，广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多，其中高压放电法和电解纯水法原理分别如下图甲、乙所示，下列有关说法不正确的是()A．高压放电法，反应的原理为3O2eq\o(=,\s\up7(放电))2O3B．高压放电出来的空气中，除含臭氧外还含有氮的氧化物C．电解纯水时，电极b周围发生的电极反应有3H2O－6e－=O3↑＋6H＋和2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．电解纯水时，H＋由电极a经聚合电解质膜流向电极b解析：选D。高压放电法与闪电条件下氧气部分转化为臭氧类似，其反应的原理为3O2eq\o(=,\s\up7(放电))2O3，因空气中还含有氮气，放电条件下，氮气也能与氧气反应，故有氮氧化物生成，A、B两项均正确；观察图乙电解法制臭氧，可发现有氢气放出，必由水还原生成，发生还原反应，故a为阴极；同理，由水生成氧气和臭氧，发生氧化反应，C项正确；因b为阳极，电解质中的阳离子移向阴极，D项错误。13．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：阳离子Na＋、K＋、Cu2＋阴离子SOeq\o\al(2－,4)、OH－图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题：(1)M为电源的________极