化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第3節(jié)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能第1課時(shí)電解的原理教學(xué)目標(biāo)1．能正確判斷電解池裝置，理解原電池與電解池的區(qū)別與聯(lián)系。2．理解電解池中電子、離子的移動(dòng)，陰陽兩極上的反應(yīng)及其變化，電流形成的過程和原理。3．理解電解的規(guī)律，能正確書寫電解池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：電解的原理。難點(diǎn)：電解池電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式的書寫。◆知識(shí)點(diǎn)一電解原理1．實(shí)驗(yàn)探究——電解氯化銅溶液裝置示意圖實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)分析電流表指針電解質(zhì)溶液導(dǎo)電，形成閉合回路b極上逐漸覆蓋一層紅色物質(zhì)析出：Cu2＋＋2e－=Cu(還原反應(yīng))a極上產(chǎn)生刺激性氣味的氣體，該氣體能使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙產(chǎn)生了：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反應(yīng))電解CuCl2溶液的總反應(yīng)：CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑2.電解原理(1)電解：使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陽極、陰極引起反應(yīng)的過程。(2)電解池(也稱電解槽)：將轉(zhuǎn)化為的裝置。構(gòu)成條件①直流電源；②兩個(gè)電極；③閉合回路；④電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)電極陽極與電源相連的電極，發(fā)生反應(yīng)陰極與電源相連的電極，發(fā)生反應(yīng)離子流向陽離子移向電解池的；陰離子移向電解池的電子流向從電源流向電解池的，從電解池的流向電源的3．電解池陰陽極的判斷方法4．電解池電極產(chǎn)物的判斷即學(xué)即練1．在某電解質(zhì)溶液里，用M和N作電極，通電一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)M極質(zhì)量減小，N極質(zhì)量增大，符合這一情況的是()A．電解質(zhì)溶液是稀硫酸 B．M是陽極，N是陰極C．M和N都是石墨電極 D．M是陰極，N是陽極2.如圖所示是電解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)為陽極、b為陰極C．電解過程中，d電極質(zhì)量增加D．電解過程中，氯離子濃度不變◆知識(shí)點(diǎn)二電解規(guī)律1．電解池電極反應(yīng)式的書寫(1)常見微粒的放電順序陰極：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>……陽極：活性電極＞S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根【【特別提醒】①活性電極一般指Pt、Au以外的金屬電極。②電解的離子方程式中，若參與電極反應(yīng)的H＋或OH－是由水電離出來的，用H2O作為反應(yīng)物。(2)電極反應(yīng)式的書寫方法以惰性電極碳棒電解CuSO4溶液為例①辨電極：陰極與電源相連，陽極與電源相連。②找離子：電解質(zhì)溶液中：Cu2＋、H＋、SOeq\o\al(2－,4)、OH－。③排順序：依據(jù)常見微粒放電順序，陰極：Cu2＋>H＋(水)，陽極：OH－(水)>SOeq\o\al(2－,4)。④電極式：陰極：Cu2＋＋2e－=Cu，陽極：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。⑤總反應(yīng)：依據(jù)得失電子守恒，調(diào)整各電極計(jì)量數(shù)，然后相加，標(biāo)上反應(yīng)條件2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋4H＋、2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4。2．電解后溶液的復(fù)原規(guī)律用惰性電極電解下列酸、堿、鹽溶液，請(qǐng)?zhí)顚懴卤恚?1)電解H2O型電解質(zhì)H2SO4NaOHNa2SO4陽極反應(yīng)式2H2O－4e－=O2↑＋4H＋4OH－－4e－=O2↑＋2H2O2H2O－4e－=O2↑＋4H＋陰極反應(yīng)式4H＋＋4e－=2H2↑2H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－pH變化復(fù)原加入物質(zhì)加入H2O(2)電解電解質(zhì)型電解質(zhì)HClCuCl2陽極反應(yīng)式2Cl－－2e－=Cl2↑陰極反應(yīng)式2H＋＋2e－=H2↑Cu2＋＋2e－=CupH變化復(fù)原加入物質(zhì)加入加入(3)電解質(zhì)和水都發(fā)生電解型電解質(zhì)NaClCuSO4陽極反應(yīng)式2Cl－－2e－=Cl2↑2H2O－4e－=O2↑＋4H＋陰極反應(yīng)式2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－2Cu2＋＋4e－=2CupH變化復(fù)原加入物質(zhì)加入加入3.電解池中的守恒規(guī)律同一電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)是相等的，利用使各電極得失電子均相等，在各極反應(yīng)式中建立聯(lián)系?！尽咎貏e提醒】惰性電極電解電解質(zhì)溶液的類型有電解水型、電解電解質(zhì)型、放氫氣生堿型和放氧氣生酸型。再根據(jù)陰陽離子在電極的放電順序判斷。(1)陰極有H2生成，陽極有O2生成，實(shí)質(zhì)為電解水，故電解質(zhì)是活潑金屬的含氧酸鹽，即Na2SO4。(2)實(shí)質(zhì)為放氧氣生酸型，即電解質(zhì)為不活潑金屬的含氧酸鹽，即CuSO4。(3)實(shí)質(zhì)為放氫氣生堿型(或電解鹽酸，此處無H＋不合理)，即電解質(zhì)為活潑金屬的無氧酸鹽，即NaCl。即學(xué)即練1．用惰性電極電解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段時(shí)間陰極和陽極上析出的物質(zhì)分別是()A．H2和Cl2 B．H2和O2C．Cu和Cl2 D．Cu和O22.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe(OH)2的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖)。通電后，溶液中產(chǎn)生白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色。下列說法正確的是()A．電源中a為負(fù)極，b為正極B．電解池中的電解液不可以是NaCl溶液C．B電極發(fā)生的反應(yīng)：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D．A、B兩端都必須使用鐵作為電極3．用石墨作為電極完全電解含1mol溶質(zhì)X的溶液后，向溶液中加入一定量的物質(zhì)Y能使電解液恢復(fù)到起始狀態(tài)的是()選項(xiàng)X溶液物質(zhì)YACuCl21molCu(OH)2BKOH1molKOHCNa2SO41molH2SO4DAgNO30.5molAg2O一、電極反應(yīng)式及電解總反應(yīng)方程式的書寫步驟（以惰性電極電解Cu(NO3)2溶液為例）實(shí)踐應(yīng)用1．下列關(guān)于如圖電解池工作時(shí)的相關(guān)敘述正確的是()A．Fe電極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．Cl－向石墨電極做定向移動(dòng)C．石墨電極上的電極反應(yīng)：Fe3＋＋3e－=FeD．電解池總反應(yīng)：2Cl－＋2Fe3＋eq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋2Fe2＋2．如圖所示X是直流電源。Y池中c、d為石墨棒，Z池中e、f是質(zhì)量相同的銅棒。接通電路后，發(fā)現(xiàn)d極附近顯紅色。(1)①b為電源的____________極(填“正”“負(fù)”“陰”或“陽”，下同)；②Z池中e為________極；③連接Y、Z池線路，電子流動(dòng)的方向是d________e(用“→”或“←”填空)。(2)①寫出c極的電極反應(yīng)式：__________________________________________；②寫出Y池中總反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________________________________；③寫出e極的電極反應(yīng)式：___________________________________。考點(diǎn)一電解及其裝置判斷【例1】關(guān)于如圖所示①②兩個(gè)裝置的敘述正確的是()A．裝置名稱：①是原電池，②是電解池B．硫酸濃度變化：①增大，②減小C．電極反應(yīng)式：①中陽極：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，②中正極：Zn－2e－=Zn2＋D．離子移動(dòng)方向：①中H＋向陰極方向移動(dòng)，②中H＋向負(fù)極方向移動(dòng)【變式11】若某電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化裝置(電解池或原電池)中發(fā)生的總反應(yīng)的離子方程式是Cu＋2H＋=Cu2＋＋H2↑，則下列關(guān)于該裝置的有關(guān)說法中正確的是()A．該裝置可能是原電池，也可能是電解池B．該裝置只能是電解池，且金屬銅為該電解池的陽極C．該裝置只能是原電池，且電解質(zhì)溶液為硝酸D．該裝置只能是原電池，電解質(zhì)溶液不可能是鹽酸【變式12】某同學(xué)將電解池工作時(shí)電子、離子流動(dòng)方向及電極種類等信息表示在圖中，下列有關(guān)分析完全正確的是()選項(xiàng)ABCDa電極陽極陰極陽極陰極d電極正極正極負(fù)極負(fù)極Q離子陽離子陽離子陰離子陰離子考點(diǎn)二電解規(guī)律及其應(yīng)用【例2】用惰性電極電解物質(zhì)的量濃度相同、體積比為3∶1的硫酸銅和氯化鈉的混合溶液，不可能發(fā)生的反應(yīng)有()A．2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋4H＋＋O2↑B．Cu2＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑C．2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑D．2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑【變式21】用石墨作電極，電解1mol·L－1下列溶液，則電解前后溶液的pH保持不變的是()A．硫酸 B．氫氧化鈉C．硫酸鈉 D．氯化鈉【變式22】如圖為直流電源電解稀硫酸鈉溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是()A．電極a附近呈紅色，電極b附近呈藍(lán)色B．電極a附近呈藍(lán)色，電極b附近呈紅色C．逸出氣體的體積，電極a的小于電極b的D．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出具有刺激性氣味的氣體考點(diǎn)三電解質(zhì)溶液的復(fù)原【例3】用陽極X和陰極Y電解Z的水溶液，電解一段時(shí)間后，再加入W，能使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，符合題意的一組是()組號(hào)XYZWACFeNaClH2OBPtCuCuSO4CuSO4溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶體【【解題要點(diǎn)】電解后溶液的復(fù)原，從溶液中放出的氣體和生成的沉淀，按照原子個(gè)數(shù)比組成具體物質(zhì)再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原則?！咀兪?1】用惰性電極分別電解下列各電解質(zhì)的水溶液，一段時(shí)間后(設(shè)電解質(zhì)足量)，向電解后溶液中加(通)入適量原電解質(zhì)，可以使溶液恢復(fù)到電解前的濃度的是()A．Cu(NO3)2 B．K2SO4C．HCl D．NaOH【變式32】為了加深對(duì)電解規(guī)律的理解，某同學(xué)做了以下探究，要求從H＋、Cu2＋、Na＋、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－5種離子中兩兩組成電解質(zhì)，按下列要求進(jìn)行電解：(1)以碳棒為電極，電解過程中電解質(zhì)質(zhì)量減少，水量不變，則采用的電解質(zhì)是____________。若要恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，應(yīng)加入的物質(zhì)是____________。(2)以碳棒為電極，電解過程中電解質(zhì)質(zhì)量不變，水量減少，則采用的電解質(zhì)是____________。若要恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，應(yīng)加入的物質(zhì)是__________。(3)以碳棒為陽極，鐵棒為陰極，電解過程中電解質(zhì)和水量都減少，則電解質(zhì)是____________。若要恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，應(yīng)加入的物質(zhì)是____________?；A(chǔ)達(dá)標(biāo)1．下面列出了用惰性電極電解不同物質(zhì)的電極反應(yīng)式，其中錯(cuò)誤的是()A．電解飽和食鹽水陰極：Na＋＋e－=NaB．電解Na2SO4溶液陽極：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．電解熔融NaCl陰極：Na＋＋e－=NaD．電解NaOH溶液陽極：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑2.如圖所示，電解質(zhì)溶液是NaCl的水溶液，過一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)d電極附近有黃綠色氣體產(chǎn)生，下列說法正確的是()A．a(chǎn)是電源的正極B．電子流動(dòng)的方向：b→dC．c電極發(fā)生氧化反應(yīng)D．若將c、d兩電極互換，則c電極附近不一定會(huì)生成黃綠色氣體3．用石墨電極電解稀硫酸的過程中，溶液pH的變化情況為()A．逐漸減小 B．逐漸增大C．不改變 D．先減小，后增大4．利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2，并用陰極排出的溶液吸收NO2。下列說法正確的是()A．b為直流電源的正極B．將裝置中的陽離子交換膜換成陰離子交換膜，電極反應(yīng)式不變C．陽極的電極反應(yīng)式為SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋D．電解時(shí)，H＋由陰極室通過陽離子交換膜到陽極室5．如圖是CO2經(jīng)電催化還原為CH4的裝置示意圖。下列說法不正確的是()A．該過程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程B．銅電極的電極反應(yīng)式為CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2OC．一段時(shí)間后，①池中n(KHCO3)不變D．一段時(shí)間后，②池中溶液的pH一定下降6．用惰性電極電解足量的Cu(NO3)2溶液，下列說法不正確的是()A．陰極上的電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=CuB．陽極上的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．若有6.4g金屬Cu析出，放出的O2為0.05molD．恰好電解完時(shí)，加入一定量的Cu(NO3)2使溶液恢復(fù)到原來的濃度7．用惰性電極電解飽和食鹽水，下列說法正確的是()A．電解過程中，Cl－向陽極方向移動(dòng)，發(fā)生還原反應(yīng)B．電解一段時(shí)間后，陰極附近溶液pH增大C．電解池中的總反應(yīng)為2H＋＋2Cl－=H2↑＋Cl2↑D．欲使電解池中的溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，應(yīng)加入適量濃鹽酸8.某同學(xué)按如圖所示的裝置進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)。下列說法正確的是()A．電解過程中，銅電極上有H2產(chǎn)生B．電解初期，主反應(yīng)方程式為Cu＋H2SO4eq\o(=,\s\up7(電解))CuSO4＋H2↑C．電解一定時(shí)間后，石墨電極上始終無銅析出D．整個(gè)電解過程中，H＋的濃度不斷增大9．用惰性電極電解下列各組中的三種溶液，電解過程中，溶液的pH變化依次為減小、不變、增大的是(不考慮氣體的溶解)()A．HCl、HNO3、K2SO4B．AgNO3、CuCl2、Cu(NO3)2C．CaCl2、KOH、NaNO3D．CuSO4、Na2SO4、KCl10．如圖所示電解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c、d均為鉑電極，在電解過程中b電極上有氣體逸出，d電極質(zhì)量增大。符合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一項(xiàng)是()選項(xiàng)XYAAgNO3Na2CO3BCu(NO3)2Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DMgSO4CuSO4綜合應(yīng)用11.（2425高二下·河南·期中）利用如圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物化學(xué)儲(chǔ)氫，下列說法正確的是A．若電源為鉛酸蓄電池，則電極M應(yīng)與PbO2電極相連B．電極N上的電極反應(yīng)式為2H2O+4e=O2↑+4H+C．該裝置工作時(shí)，外電路中電子的流動(dòng)方向?yàn)殡姌OM→電解質(zhì)溶液→電極N→電源D．該裝置工作時(shí)，存在非極性鍵的形成和極性鍵的斷裂12.（2324高二下·河南南陽·期末）近日，科學(xué)家開發(fā)了高活性磷化鐵催化劑用于選擇性電化學(xué)硝酸鹽還原為氨氣，工作原理如圖所示。下列敘述正確的是A．a(chǎn)極與電源正極連接B．一段時(shí)間后，KOH溶液濃度保持不變D．b極電勢(shì)小于a極電勢(shì)13.（2425高二下·廣西南寧·期中）天津大學(xué)化學(xué)團(tuán)隊(duì)以CO2和辛胺為原料實(shí)現(xiàn)了甲酸和辛腈的高選擇性合成，裝置工作原理如下圖。下列說法錯(cuò)誤的是A．Ni2P電極與電源正極相連B．In/In2O3x電極上可能有副產(chǎn)物H2產(chǎn)生D．溶液中有2molOH?遷移時(shí)，理論上Ni2P電極上有1mol辛腈生成下列說法不正確的是B．相同電量下理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的1.5倍C．在一定電壓下，b極可能產(chǎn)生下列敘述不正確的是A．充電時(shí)電子從c→a→b→dB．放電時(shí)，脫離石墨，經(jīng)電解質(zhì)嵌入正極D．若初始兩電極質(zhì)量相等，放電過程中當(dāng)轉(zhuǎn)移個(gè)電子時(shí)，兩電極的質(zhì)量差為A．裝置A是原電池，裝置B是電解池B．裝置A中生成X氣體的電極材料可以是碳棒或鐵棒17.（2425高二下·浙江·期中）一種耦合HCHO制的裝置如圖1所示，電極為惰性催化電極，陽極反應(yīng)機(jī)理如圖2所示：下列說法正確的是A．電解時(shí)，電極a上有生成C．電解時(shí)，陽極反應(yīng)過程中有非極性共價(jià)鍵的斷裂與形成B．燃料電池中的由燃料電池右室向左室遷移D．新工藝?yán)萌剂想姵靥峁╇娔軐?shí)現(xiàn)節(jié)能，同時(shí)獲得更高濃度的NaOH溶液，為后續(xù)的NaOH結(jié)晶過程節(jié)約能源20.（2425高二下·江蘇南通·期中）科研工作者用金催化電極實(shí)現(xiàn)了常溫、常壓條件下合成氨，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是A．電解過程中，通過交換膜從右往左遷移拓展培優(yōu)21.（2425高二下·河南周口·期末）用電解法制備2氯環(huán)己醇的工作原理如圖所示：下列敘述正確的是A．H+由N極移向M極B．N極電勢(shì)高于M極電勢(shì)C．外電路中轉(zhuǎn)移2mol電子，一定生成1mol2氯環(huán)己醇D．從有機(jī)基本反應(yīng)類型看，環(huán)己烯與HClO的反應(yīng)類型屬于加成反應(yīng)已知：能與鹽酸反應(yīng)生成氫氣。下列說法正確的是A．膜a是陰離子交換膜C．石墨電極電勢(shì)低于電極D．Ⅱ室、Ⅲ室合并后有利于的生成A．電極b接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng)D．理論上，導(dǎo)線中每通過4mol電子，Ⅱ室溶液質(zhì)量將減少32g24．A、B、C為三種強(qiáng)電解質(zhì)，它們?cè)谒须婋x出的離子如下表所示：陽離子Na＋、K＋、Cu2＋陰離子SOeq\o\al(2－,4)、OH－圖1所示裝置中，甲、乙、丙三個(gè)燒杯依次分別盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，電極均為石墨電極。接通電源，經(jīng)過一段時(shí)間后，測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加。常溫下，各燒杯中溶液的pH與電解時(shí)間t的關(guān)系如圖2所示。據(jù)此回答下列問題：