2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專題4.3.1 電解原理試題 新人教版選修4.doc

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4-3-1 電解池（第一課時(shí)） 一、電解CuCl2溶液 1．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 結(jié)論 電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 說(shuō)明電解質(zhì)溶液在導(dǎo)電，形成閉合回路 與負(fù)極相連的石墨棒上覆蓋了一層________ 析出__________________ 與正極相連的石墨棒上有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙____________ 產(chǎn)生了_________________ 2．實(shí)驗(yàn)原理分析 （1）通電前，Cu2+、H+、Cl?以及OH?在溶液中作____________________，通電時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，這些離子改作____________________。即Cl?、OH?趨向___________________，Cu2+、H+趨向________。 （2）兩個(gè)電極上的反應(yīng)和總反應(yīng)： 陽(yáng)極：___________________________(_______________反應(yīng))； 陰極：___________________________(_______________反應(yīng))； 總反應(yīng)：___________________________________。 （3）結(jié)論：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程，就是電解質(zhì)溶液的_________________過(guò)程。 二、電解原理 1．電解 使電流通過(guò)_____________________而在兩個(gè)電極上引起____________________的過(guò)程。 2．電解池 （1）定義：將_________________轉(zhuǎn)化為_(kāi)_________________________的裝置。 （2）構(gòu)成： ①_________________________電源； ②_________________________溶液或熔融_____________________； ③兩個(gè)電極： 陽(yáng)極：與電源______________相連的電極， 陰極：與電源______________相連的電極； ④形成_______________________________。 （3）電子流向：電子從電源的____________極沿導(dǎo)線流入電解池的_____________極，經(jīng)過(guò)陰、陽(yáng)離子定向運(yùn)動(dòng)形成的內(nèi)電路，再?gòu)碾娊獬氐腳___________極流出，并沿導(dǎo)線流回電源的_____________極。 一、1．紅色物質(zhì) 金屬銅 變藍(lán) 氯氣 2．（1）自由運(yùn)動(dòng) 定向運(yùn)動(dòng) 陽(yáng)極 陰極 （2）2Cl??2e?Cl2↑ 氧化 Cu2++2e?Cu 還原 CuCl2Cu+Cl2↑ （3） 電解 二、1．電解質(zhì)溶液 氧化還原反應(yīng) 2．（1）電能 化學(xué)能 （2）①直流 ②電解質(zhì) 電解質(zhì) ③正極 負(fù)極 ④閉合回路 （3）負(fù)陰 陽(yáng) 正 一、電解池陰陽(yáng)極的判斷及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 1．陰、陽(yáng)極的判斷 （1）由電源的正、負(fù)極判斷：與電源負(fù)極相連的是電解池的陰極；與電源正極相連的是電解池的陽(yáng)極。 （2）由電極現(xiàn)象確定：通常情況下，在電解池中某一電極若不斷溶解或質(zhì)量不斷減少，則該電極發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽(yáng)極；某一電極質(zhì)量不斷增加或電極質(zhì)量不變，則該電極發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極。 （3）由反應(yīng)類型判斷：失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的是陽(yáng)極；得到電子發(fā)生還原反應(yīng)的是陰極。 2．電解池中電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 陽(yáng)極→電子流出→失去電子→發(fā)生氧化反應(yīng)；陰極→電子流入→得到電子→發(fā)生還原反應(yīng)。 以石墨電極電解CuCl2溶液為例： 陽(yáng)極：2Cl－－2e－Cl2↑(氧化反應(yīng))；陰極：Cu2＋＋2e－Cu(還原反應(yīng))； 總反應(yīng)：CuCl2Cu＋Cl2↑。 注意啦：以惰性電極電解電解質(zhì)水溶液，除了要考慮電解質(zhì)溶液外，還要注意增加水電離的H＋和OH?，并對(duì)離子分組排序，即陽(yáng)離子放電順序和陰離子放電順序兩組。按照各組首先放電的離子書(shū)寫(xiě)電極方程式，合并兩個(gè)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。 按下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并回答下列問(wèn)題： （1）判斷裝置的名稱：A池為_(kāi)_______，B池為_(kāi)_________________________。 （2）銅極為_(kāi)_______極，電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________。 （3）B裝置中，C1與C2均為石墨棒，石墨棒C1為_(kāi)______________________ 極，電極反應(yīng)式為_(kāi)______________________________________________， 石墨棒C2附近發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為_(kāi)________________________。 【參考答案】（1）原電池　電解池 （2）正　Cu2＋＋2e－===Cu （3）陽(yáng)　2Cl－－2e－===Cl2↑　有無(wú)色氣體產(chǎn)生；附近溶液出現(xiàn)紅色 【試題解析】左邊的裝置可以構(gòu)成一個(gè)原電池，那么右邊的裝置就是一個(gè)電解池。 （1）判斷裝置的名稱：A池為原電池，B池為電解池。 （2）銅比鋅的活潑性弱，所以銅做正極，Cu2＋在正極反應(yīng)，電極反應(yīng)為：Cu2+＋2e－===Cu。 （3）C1接原電池的正極，作陽(yáng)極，C2接原電池的負(fù)極做陰極。C1作陽(yáng)極，陰離子在陽(yáng)極放電，Cl－的放電能力比OH－強(qiáng)，故C1的電極反應(yīng)為：2Cl－－2e－＝Cl2↑；陽(yáng)離子在C2放電，H＋的放電能力比K＋強(qiáng)，故C2的電極反應(yīng)為：2H＋ ＋2e－===H2↑，H＋放電后陰極附近的OH－濃度增大，溶液顯堿性，溶液中滴有酚酞，那么溶液就會(huì)變紅，所以看到的現(xiàn)象有：有無(wú)色氣體產(chǎn)生；附近溶液出現(xiàn)紅色。 二、電解產(chǎn)物的判斷 1．陽(yáng)極產(chǎn)物的判斷 ①若陽(yáng)極由活性材料（除Pt、Au外的其他金屬）做成，則陽(yáng)極反應(yīng)是陽(yáng)極金屬失去電子而被氧化成陽(yáng)離子的反應(yīng)； ②若陽(yáng)極由C、Pt、Au等惰性材料做成，則陽(yáng)極反應(yīng)是電解液中的陰離子在陽(yáng)極失去電子被氧化的反應(yīng)。陰離子失去電子能力的大小順序?yàn)镾2?＞I?＞Br?＞Cl?＞OH?＞含氧酸根離子。 2．陰極產(chǎn)物的判斷 陰極反應(yīng)一般是溶液中的陽(yáng)離子得到電子的還原反應(yīng)，陽(yáng)離子得到電子能力的大小順序?yàn)锳g+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。 陰、陽(yáng)離子的放電順序不是絕對(duì)化的，放電情況與離子性質(zhì)、溶液濃度、電流強(qiáng)度和電極材料有關(guān)。在理解以上放電順序時(shí)要特別注意，如Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋在H＋濃度較小時(shí)放電能力排在H＋前面，在H＋濃度較大時(shí)放電能力排在H＋后面。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只在熔融狀態(tài)下放電，而在水溶液里不放電。 將含有KCl、CuBr2、Na2SO4三種物質(zhì)的水溶液（均為不飽和溶液）用鉑電極進(jìn)行電解，且電解時(shí)間足夠長(zhǎng)。有以下結(jié)論：①溶液中幾乎沒(méi)有Br?；②電解質(zhì)溶液為無(wú)色；③最終溶液顯堿性；④K+、Na和的濃度幾乎沒(méi)有變化。正確的是（假設(shè)Cl2、Br2全部從溶液中逸出） A．①②③ B．僅③ C．①④ D．均正確 【解析】溶液中存在的陰離子有Cl?、Br?、、OH?，陽(yáng)離子有K+、Cu2+、Na+、H+。用鉑電極電解足夠長(zhǎng)時(shí)間，陰離子首先放電的是Br?，其次是Cl?，最后是OH?，在溶液中不放電；陽(yáng)離子先放電的是Cu2+，其次是H+。所以先電解CuBr2，陽(yáng)極逸出Br2，陰極析出Cu；當(dāng)CuBr2電解完畢時(shí)，繼續(xù)電解，相當(dāng)于電解HCl；當(dāng)Cl?被耗盡時(shí)，繼續(xù)電解水。由于Cu2+轉(zhuǎn)化為銅單質(zhì)，故電解質(zhì)溶液變?yōu)闊o(wú)色；Cl?放電時(shí)，水電離出的H+放電，使溶液中的c(OH?)＞c(H+)；又由于水別耗盡，故c(K+)、c(Na+)、c()會(huì)增大。 【答案】A 三、用惰性電極作陽(yáng)極電解酸、堿、鹽水溶液的規(guī)律 物質(zhì) 代表物 參加電解的物質(zhì) 陰極(區(qū))產(chǎn)物 陽(yáng)極(區(qū))產(chǎn)物 溶液pH 的變化 酸 含氧酸 H2SO4、HNO3 H2O H2 O2 減小 無(wú)氧酸 (除HF) HCl HCl H2 Cl2 增大 堿 強(qiáng)堿 NaOH、KOH H2O H2 O2 增大 鹽 不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽 CuCl2 CuCl2 Cu Cl2 增大(若考慮Cl2的溶解，則pH減小) 活潑金屬的 無(wú)氧酸鹽 NaCl NaCl、H2O H2、NaOH Cl2 減小 不活潑金屬的含氧酸鹽 CuSO4、AgNO3 CuSO4、H2O AgNO3、H2O Cu；Ag O2、H2SO4 O2、HNO3 增大 活潑金屬的 含氧酸鹽 K2SO4、NaNO3 KNO3、Na2SO4 H2O H2 O2 不變 歸納：（1）電解含氧酸、強(qiáng)堿和活潑金屬含氧酸鹽的水溶液，實(shí)際上都是電解水，即：2H2O2H2↑+O2↑ （2）電解無(wú)氧酸(HF除外)、不活潑金屬無(wú)氧酸的水溶液，就是電解溶質(zhì)本身。例如：2HClH2↑+Cl2↑；CuCl2 Cu+Cl2↑ （3）電解活潑金屬無(wú)氧酸鹽溶液時(shí)，電解的總化學(xué)方程式的通式可表示為：溶質(zhì)+H2OH2↑+堿+鹵素單質(zhì)X2(或S) （4）電解不活潑金屬含氧酸鹽的溶液時(shí)，電解的總化學(xué)方程式的通式可表示為：溶質(zhì)+H2OO2↑+酸+金屬單質(zhì) （5）電解時(shí)，若只生成H2，pH增大。若只生成O2，則pH減小。若同時(shí)生成H2和O2，則分為三種情況：電解酸的溶液，pH減??；電解堿的溶液，pH增大；電解鹽的溶液，pH不變。 用惰性電極電解CuCl2和NaCl的混合溶液，陰極和陽(yáng)極上最先析出的物質(zhì)分別是 A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 【答案】B 【解析】移向陰極的離子有Cu2+和Na+，根據(jù)陰極放電順序可知Cu2+放電：Cu2++2e?Cu；移向陽(yáng)極的離子為Cl?和OH?，根據(jù)陽(yáng)極放電順序可知Cl?放電：2Cl??2e?Cl2↑，故陰極和陽(yáng)極最先析出的物質(zhì)是Cu和Cl2。 四、電解質(zhì)溶液的恢復(fù) 解決電解質(zhì)溶液恢復(fù)原狀的問(wèn)題，可以按照下面兩個(gè)步驟進(jìn)行： （1）首先確定電極產(chǎn)物，如果是活性電極（金屬活動(dòng)性順序中Ag以前的金屬），則電極材料失去電子，電極溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極，則應(yīng)按照陰、陽(yáng)離子在溶液中的放電順序進(jìn)行判斷。 （2）恢復(fù)電解質(zhì)溶液，應(yīng)遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則。一般加入陰極產(chǎn)物與陽(yáng)極產(chǎn)物的化合物。如用惰性電極電解CuSO4溶液，要恢復(fù)電解質(zhì)溶液，可向電解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3。但不能加入Cu(OH) 2，因Cu(OH)2能與生成的H2SO4反應(yīng)使水的量增加。加入物質(zhì)的物質(zhì)的量需根據(jù)電路中的電子守恒進(jìn)行計(jì)算。 用惰性電極電解硫酸銅溶液，整個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量與產(chǎn)生氣體總體積的關(guān)系如圖所示(氣體體積均在相同狀況下測(cè)定)。欲使溶液恢復(fù)到起始狀態(tài)，可向溶液中加入 A．0.1 mol CuO B．0.1 mol CuCO3 C．0.1 mol Cu(OH)2 D．0.05 mol Cu2(OH)2CO3 【答案】D 【解析】根據(jù)圖像和電解原理，O～P段電解反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，P～Q段電解反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2H2O2H2↑＋O2↑，所以溶液中應(yīng)加入CuO： ＝0.1 mol，H2O：＝0.05 mol，分析四個(gè)選項(xiàng)，加入0.05 mol Cu2(OH)2CO3合適。 1．下列有關(guān)電解池的說(shuō)法正確的是 A．在電解池中與外接電源負(fù)極相連的電極是陽(yáng)極 B．無(wú)論電解何種物質(zhì)，陽(yáng)極上失電子數(shù)都與陰極上得電子數(shù)相等 C．電解氯化銅溶液時(shí)，在陰極上有氣體生成 D．電解NaCl、CuCl2兩種溶液，參加反應(yīng)的物質(zhì)是相同的 2．把鋅片和鐵片放在盛有稀食鹽水和酚酞試液混合溶液的玻璃皿中(如圖所示平面圖)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是 A．Ⅰ和Ⅲ附近 B．Ⅰ和Ⅳ附近 C．Ⅱ和Ⅲ附近 D．Ⅱ和Ⅳ附近 3．電解CuCl2與NaCl的混合溶液，陰極上和陽(yáng)極上最先析出的物質(zhì)為 A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 4．如圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關(guān)判斷正確的是 A．a(chǎn)為負(fù)極，b為正極 B．a(chǎn)為陽(yáng)極，b為陰極 C．電解過(guò)程中，d電極質(zhì)量增加 D．電解過(guò)程中，氯離子濃度不變 5．用石墨作電極電解0.1 molL?1的NaCl溶液，通電一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，相同條件下兩極收集的氣體體積之比為4∶3，下列說(shuō)法正確的是 A．在電解后的溶液中注入一定量的濃鹽酸可以使溶液恢復(fù)到電解前狀態(tài) B．在電解后的溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氯化氫氣體4.48 L，并注入0.2 mol水可以使溶液恢復(fù)到電解前狀態(tài) C．陰極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量是陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量的 D．陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體的平均摩爾質(zhì)量為58 g/mol 6．碘酸鉀在工業(yè)上可用電解法制取。以石墨和不銹鋼為電極，以KI溶液為電解液，在一定條件下電解，反應(yīng)方程式為：KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是 A．電解時(shí)，石墨作陰極，不銹鋼作陽(yáng)極 B．電解時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)是：I??6e?+3H2O+6H+ C．溶液調(diào)節(jié)至強(qiáng)酸性，對(duì)生產(chǎn)有利 D．電解過(guò)程中溶液的pH逐漸減小 7．電解原理在化學(xué)工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。下圖表示一個(gè)電解池示意圖，裝有電解質(zhì)溶液c；A、B分別是兩塊電極板，通過(guò)導(dǎo)線與直流電源相連。 （1）若A、B均是惰性電極，電解質(zhì)溶液c是NaCl飽和溶液，電解開(kāi)始時(shí)，同時(shí)在U形管兩邊各滴入幾滴酚酞溶液，試判斷： ①a是　　　　(填“正”或“負(fù)”)極，B是　　　　(填“陰”或“陽(yáng)”)極； ②電解池中A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為　　　　　　　　，B電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為　　　　　　　?。? ③檢驗(yàn)A電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是　 。 （2）若用電解法精煉粗銅，電解質(zhì)溶液c選用CuSO4溶液，則 ①A電極的材料是　　　　，電極反應(yīng)為　　　　　　　　??； ②B電極的材料是　　　　，電極反應(yīng)為　　　　　　　　　。 （3）用惰性電極電解CuSO4溶液。若陰極上析出Cu的質(zhì)量為3.2 g，則陽(yáng)極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為　　　??；常溫下，若將電解后的溶液稀釋至1 L，則溶液的pH約為　　　　。 1．【答案】B 【解析】與負(fù)極相連的是陰極。電解氯化銅時(shí)，陽(yáng)極上有氯氣生成，陰極上有銅析出；電解NaCl溶液時(shí)，水參加了反應(yīng)，而電解CuCl2溶液時(shí)，水沒(méi)有參加反應(yīng)。 2．【答案】B 【解析】左圖為電解池，F(xiàn)e為陽(yáng)極，陽(yáng)極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋；Zn為陰極，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，因此Ⅰ區(qū)域c(OH－)變大，堿性增強(qiáng)使酚酞變紅；右圖為原電池，F(xiàn)e為正極，正極反應(yīng)式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，因此Ⅳ區(qū)域c(OH－)變大，堿性增強(qiáng)使酚酞變紅。 3．【答案】B 【解析】溶液中Cu2＋、H＋、Na＋移向陰極，Cu2＋先放電得到Cu；Cl－、OH－移向陽(yáng)極，Cl－先放電得到Cl2。 4．【答案】C 5．【答案】D 【解析】分析電解過(guò)程，陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣，電極反應(yīng)式為2Cl??2e?Cl2↑，陰極產(chǎn)生氫氣，電極反應(yīng)式為2H2O+2e?H2↑+2OH?，根據(jù)電子守恒可知，氯氣和氫氣的體積相等，若兩極收集的氣體體積之比為4∶3，則說(shuō)明發(fā)生了過(guò)度電解，假設(shè)電解過(guò)程中生成氯氣的物質(zhì)的量為a mol，則對(duì)應(yīng)生成的氫氣的物質(zhì)的量也為 a mol，之后電解氫氧化鈉溶液的實(shí)質(zhì)是電解水，即陽(yáng)極生成氧氣，陰極生成氫氣，二者的物質(zhì)的量之比為1∶2，故可分別設(shè)其為b mol和2b mol。根據(jù)題意得=，即b=。若要使電解后的溶液恢復(fù)至電解前狀態(tài)，則應(yīng)向溶液中通入2a mol氯化氫氣體并注入2b mol(或a mol)水，即當(dāng)n(HCl)∶n(H2O)=2∶1時(shí)，才有可能使溶液恢復(fù)到電解前狀態(tài)，B項(xiàng)錯(cuò)誤。按照n(HCl)∶n(H2O)=2∶1配制所得到的鹽酸濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于濃鹽酸的濃度，故A項(xiàng)錯(cuò)誤。陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量是陰極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量的，C項(xiàng)錯(cuò)誤。陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體為a mol氯氣和 mol氧氣，則平均摩爾質(zhì)量為 g/mol =58 g/mol，D項(xiàng)正確。 6．【答案】B 【解析】電解時(shí)I?失電子生成，不銹鋼不能作陽(yáng)極，A錯(cuò)誤；陽(yáng)極I?失電子生成，根據(jù)電子、電荷守恒、質(zhì)量守恒配平，B正確；溶液如果調(diào)節(jié)至強(qiáng)酸性，I?和在強(qiáng)酸性條件下會(huì)生成I2，對(duì)生產(chǎn)不利，C錯(cuò)誤；電解一段時(shí)間，pH不變，D錯(cuò)誤。 7．【答案】（1）①正 陰 ②2Cl??2e?Cl2↑ 2H++2e?H2↑ ③把濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙放在A電極附近，試紙變藍(lán)(其他合理答案也可) （2）①粗銅 Cu?2e?Cu2+ ②精銅 Cu2++2e?Cu （3）0.56 L 1