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第四課時　電解池的工作原理
學習目標　1.了解電解池的結構，理解電解池的工作原理，知道原電池與電解池的區別。2.理解電解的規律，學會判斷電解的產物，學會書寫電解的電極反應式和電解總反應式。
一、電解池工作原理
(一)知識梳理
1.電解熔融態氯化鈉的原理分析
(1)電解熔融態氯化鈉原理圖
(2)電解過程
①通電前
熔融NaCl中存在的微粒有________、________，這些微粒做無規則(或自由)運動。
②通電后
離子移動方向：Na＋移向________極，Cl－移向________極。
電極上發生的反應：
陰極反應：______________，發生________反應；
陽極反應：______________，發生________反應。
(3)分析結論
熔融的NaCl在________作用下發生了________________，分解生成了________和____________________________________________________________________。
電解反應：_________________________________________________________。
2.電解和電解池
(1)電解
在直流電的作用下，在兩電極上分別發生__________和________的過程。
(2)電解池
將________轉化為________的裝置。
(3)電解池的電極名稱
陰極：與電源____________相連的電極，發生________反應；
陽極：與電源____________相連的電極，發生________反應。
(4)電解池的構成條件
①具有直流電源；
②兩個電極(陰極、陽極)；
③電解質溶液或熔融電解質；
④形成閉合回路。
(二)互動探究
電解氯化銅溶液
(如下圖)在U形管中注入CuCl2溶液，插入兩根石墨棒作電極，把濕潤的碘化鉀 淀粉試紙放在與直流電源正極相連的電極附近，接通電源。
【問題討論】
(1)觀察到的實驗現象有哪些？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
(2)能獲得哪些實驗結論？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
(3)分析實驗原理并寫出在兩極上發生的電極反應。
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
【探究歸納】
1.電解池的工作原理
接通外界電源后，電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極，經過陰、陽離子的定向運動形成內電路，再從電解池的陽極釋放流出，并沿導線流回電源的正極，如圖所示。
2.電解池陰、陽極的判斷
3.電解池電極產物的判斷
4.酸、堿、鹽溶液電解規律(惰性電極)
電解質 及類別 電極反應式 電解 物質 pH 變化 溶液復 原方法
電解水型 含氧酸如 H2SO4 陰極：①酸溶液2H＋＋2e－===H2↑，②鹽、堿溶液2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 陽極：①酸、鹽溶液2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，②堿溶液4OH－－4e－===O2↑＋2H2O H2O 減小 加入 H2O
強堿如 NaOH 增大
活潑金屬 的含氧酸 鹽如 Na2SO4 不變
電解電解質型 無氧酸 如HCl 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極：2H＋＋2e－===H2↑ HCl 增大 通入 HCl 氣體
不活潑金 屬的無氧 酸鹽如 CuCl2 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu CuCl2 － 加入 CuCl2 固體
放H2生堿型 活潑金 屬的無 氧酸鹽 如NaCl 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ NaCl、 H2O 增大 通入 HCl 氣體
放O2生酸型 不活潑金 屬的含氧 酸鹽如 CuSO4 陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu CuSO4、 H2O 減小 加入 CuO 或 CuCO3
1.下列關于電解池工作原理的說法錯誤的是(　　)
A.電解池是一種將電能轉化成化學能的裝置
B.電解池中發生的反應是非自發的氧化還原反應
C.電解池工作時，陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應
D.與原電池不同，電解池放電時，電極本身不會參加電極反應
2.用石墨電極電解CuCl2溶液(如圖)。下列分析正確的是(　　)
A.a端是直流電源的負極
B.通電使CuCl2發生電離
C.陽極上發生的反應：Cu2＋＋2e－===Cu
D.通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體
3.用石墨作電極，電解碘化鉀溶液(含有少量酚酞和淀粉)。下列說法錯誤的是(　　)
A.陰極附近溶液呈紅色
B.陰極逸出氣體
C.陽極附近溶液呈藍色
D.溶液的pH減小
4.如圖為直流電源電解稀Na2SO4溶液的裝置。通電一段時間后，在石墨電極a和b附近分別滴加一滴酚酞溶液。則下列有關說法中正確的是(　　)
A.a電極產生H2
B.兩極產生的氣體均有刺激性氣味
C.通電一段時間后，稀Na2SO4溶液酸性增強
D.a電極附近呈無色，b電極附近呈紅色
【題后歸納】
1.電解質溶液的恢復問題
(1)首先確定電極產物，應遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則。
(2)一般加入陰極產物或陽極產物。如用惰性電極電解CuSO4溶液，要恢復電解質溶液，可向電解后溶液中加入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反應使水的量增加。
(3)加入物質的物質的量需根據電路中的電子守恒進行計算。
2.電解池中的守恒規律
(1)基本原理
根據電子轉移守恒，同一電路中各電極轉移的電子數相等。
(2)解題方法
①書寫出各極的電極反應式(多種物質放電，按照放電順序書寫各個電極反應式)。
②同一電路中轉移的電子數是相等的，利用電子守恒使各電極得失電子數均相等，在各極反應式中建立聯系。
二、電解池中電極反應式的書寫
1.電極反應式的書寫步驟
2.電極反應式書寫的關鍵
(1)書寫電解池中電極反應式時，強電解質以實際放電的離子表示，弱電解質寫成化學式。
(2)電極反應式的書寫首先根據題干要求及信息寫出反應物和生成物，然后根據“陰(極)得(e－)陽(極)失(e－)”加上得失電子數目，最后根據電解質溶液酸堿性補上H＋、OH－或H2O，依據電荷守恒配平。
(3)酸性溶液中不能出現OH－，堿性溶液中不能出現H＋。
(4)要確保兩極得失電子數目相等，且總反應注明條件“電解”。
(1)若鐵作陽極，鐵失電子生成Fe2＋而不是Fe3＋。
(2)Fe3＋在陰極上放電時生成Fe2＋而不是單質鐵。
(3)書寫電極反應式要結合具體要求分析產物。如用鋁作陽極制取氧化鋁，則陽極產物是Al2O3而不是Al3＋。
1.下面列出了用惰性電極電解不同物質的電極反應式，其中錯誤的是(　　)
A.電解飽和食鹽水　陰極：Na＋＋e－===Na
B.電解CuSO4溶液　陰極：Cu2＋＋2e－===Cu
C.電解熔融NaCl　陰極：Na＋＋e－===Na
D.電解NaOH溶液　陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
2.如圖所示是電解稀鹽酸的裝置，其中c、d為石墨電極。試回答下列問題：
(1)a電極為__________，b電極為_____________________________________。
(2)c電極為________，電極反應式為_____________________________________
_____________________________________________________________________，
發生了________反應。
d電極為________，電極反應式為________________________________________
_____________________________________________________________________，
發生了________反應。
(3)電解過程中，氫離子向________(填“陰”或“陽”，下同)極移動，氯離子向________極移動。電解反應方程式為：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
3.按要求書寫電極反應式和電解反應。
(1)用惰性電極電解AgNO3溶液
陽極反應式：___________________________________________________________；
陰極反應式：_____________________________________________________________________；
電解反應離子方程式：__________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)用惰性電極電解MgCl2溶液
陽極反應式：___________________________________________________________；
陰極反應式：_____________________________________________________；
電解反應離子方程式：________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)用Fe作電極電解NaCl溶液
陽極反應式：_________________________________________________________；
陰極反應式：________________________________________________________；
電解反應化學方程式：__________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜
陽極反應式：__________________________________________________________；
陰極反應式：_________________________________________________________；
電解反應離子方程式：__________________________________________________
_____________________________________________________________________。
1.如下圖所示裝置中，屬于電解池的是(　　)
2.(2024·龍巖連城一中高二月考)用鉑作為電極電解某種溶液，通電一段時間，溶液的酸性增強，并且在陽極得到0.1 mol氣體，陰極得到0.2 mol氣體(兩種氣體均在相同條件下測定)。由此可知溶液可能是(　　)
A.稀鹽酸 B.稀硫酸
C.CuSO4溶液 D.KNO3溶液
3.用惰性電極電解物質的量濃度相同、體積比為3∶1的硫酸銅和氯化鈉的混合溶液，不可能發生的反應有(　　)
A.2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
B.Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
C.2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
D.2H2O2H2↑＋O2↑
4.下列有關用惰性電極電解AgNO3溶液一段時間后的說法，正確的是(　　)
A.電解過程中陽極的質量不斷增加
B.電解過程中溶液的pH不斷升高
C.此時向溶液中加入適量的Ag2O固體可使溶液恢復到電解前的狀況
D.電解后兩極產生的氣體體積比為2∶1
5.為了加深對電解規律的理解，某同學做了以下探究，要求從H＋、Cu2＋、Na＋、SO、Cl－5種離子中兩兩恰當的組成電解質，按下列要求進行電解：
(1)以碳棒為電極，電解過程中電解質質量減少，水量不變，則采用的電解質是________。若要恢復到電解前的狀態，應加入的物質是_____________________________________________________________________。
(2)以碳棒為電極，電解過程中電解質質量不變，水量減少，則采用的電解質是________。若要恢復到電解前的狀態，應加入的物質是_____________________________________________________________________。
(3)以碳棒為陽極，鐵棒為陰極，電解過程中電解質和水量都減少，則電解質是________。若要恢復到電解前的狀態，應加入的物質是_____________________________________________________________________。
第四課時　電解池的工作原理
(一)1.(2)①Na＋　Cl－　②陰　陽　2Na＋＋2e－===2Na　還原　2Cl－－2e－===Cl2↑　氧化　(3)直流電　氧化還原反應　Na　Cl2　2NaCl2Na＋Cl2↑　
2.(1)氧化反應　還原反應 (2)電能　化學能　(3)負極　還原　正極　氧化
(一)
問題討論
(1)陰極石墨棒上逐漸覆蓋了一層紅色的銅，在陽極石墨棒上有刺激性氣味氣體產生，且使濕潤的碘化鉀 淀粉試紙變成藍色。
(2)電解CuCl2溶液，生成了銅和氯氣。
(3)通電時，在電場的作用下，溶液中的離子做定向移動，Cu2＋、H＋向陰極移動，Cl－、OH－向陽極移動。在陰極，Cu2＋優于H＋在電極上發生反應，在陽極，Cl－優于OH－在電極上發生反應。
對點訓練
1.D　[如果陽極是活潑電極，電極本身失去電子，發生氧化反應。]
2.A　[A項，銅離子移向陰極，則a為負極，正確；B項，CuCl2發生電離是在水分子的作用下完成的，并非通電才能發生，錯誤；C項，反應Cu2＋＋2e－===Cu應在陰極上發生，陽極上發生的反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，錯誤；D項，通電一段時間后陽極附近觀察到黃綠色氣體，錯誤。]
3.D　[用石墨作電極，電解碘化鉀溶液類似于電解氯化鈉溶液。陽極反應式為2I－－2e－===I2，陽極附近溶液變藍色；陰極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰極有氫氣逸出，附近溶液氫氧根濃度逐漸增大呈堿性，溶液變紅色。]
4.A　[a為陰極，電解時a電極上得電子發生還原反應生成氫氣同時生成氫氧根離子，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以有氫氣生成，A正確；陰極生成氫氣、陽極生成氧氣，所以生成的氣體都是無色無味的，B錯誤；陰極上生成氫氣、陽極生成氧氣，所以實質上是電解水，硫酸鈉的物質的量不變，溶液體積減小，則硫酸鈉物質的量濃度增大，溶液仍然呈中性，C錯誤；a電極附近生成氫氧根離子導致溶液呈堿性，b電極附近生成氫離子導致溶液呈酸性，所以a電極附近溶液變紅色，b電極附近溶液呈無色，D錯誤。]
二、
對點訓練
1.A　[飽和食鹽溶液中離子有Na＋、H＋及Cl－、OH－四種，得電子能力H＋>Na＋，陰極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故A錯誤；電解CuSO4溶液，陰極上是銅離子得電子發生還原反應，即Cu2＋＋2e－===Cu，故B正確；電解熔融NaCl，陰極上是鈉離子得電子發生還原反應，即Na＋＋e－===Na，故C正確；電解NaOH溶液，陽極上是氫氧根離子失電子發生氧化反應：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故D正確。]
2.(1)正極　負極　(2)陽極　2Cl－－2e－===Cl2↑　氧化　陰極
2H＋＋2e－===H2↑　還原　(3)陰　陽　2HClH2↑＋Cl2↑
3.(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　Ag＋＋e－===Ag
4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(3)Fe－2e－===Fe2＋[或Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2↓]　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑
(4)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　2H＋＋2e－===H2↑
2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
課堂達標訓練
1.C　[根據電解池的構成條件進行判斷：裝置A、B、D中無直流電源，裝置D中不能形成閉合回路，A、B、D不屬于電解池。]
2.B　[電解稀鹽酸溶液，兩極上分別為Cl－和H＋放電，兩極氣體體積之比是1∶1，A不符合題意；電解稀硫酸，兩極上分別為OH－和H＋放電，消耗水，H＋濃度增大，溶液的pH變小，B符合題意；電解CuSO4溶液，陰極析出銅，如時間較少，沒有氣體放出，C不符合題意；電解硝酸鉀溶液，兩極上分別為OH－和H＋放電，消耗水，溶液呈中性，pH不變，D不符合題意。]
3.C　[設混合溶液的體積為4 L，混合前物質的量濃度均為1 mol·L－1，溶液中硫酸銅和氯化鈉的物質的量分別為3 mol 和1 mol，根據轉移電子守恒，第一階段：陽極上氯離子放電，陰極上銅離子放電，電解的方程式是Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑，氯離子完全反應時，剩余銅離子2.5 mol；第二階段：陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電，電解方程式是2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑；第三階段：陽極上氫氧根離子放電，陰極上氫離子放電，電解的方程式是2H2O2H2↑＋O2↑。]
4.C　[用惰性電極電解AgNO3溶液，總的電解反應式為4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，陰極上析出Ag，陽極上放出O2，A、D錯誤；由于生成HNO3，溶液的pH降低，B錯誤；要使溶液恢復到電解前的狀況要加入的物質應是Ag2O固體，C正確。]
5.(1)HCl、CuCl2　HCl、CuCl2
(2)Na2SO4、H2SO4　H2O
(3)CuSO4、NaCl　CuO(或CuCO3)、HCl
解析　(1)以碳棒為電極，電解過程中電解質質量減少，水量不變，則陽離子只能為H＋、Cu2＋，陰離子只能是Cl－，其電解質是HCl、CuCl2。(2)實質上是電解水，H＋、OH－分別在兩極上放電，因此，其電解質是Na2SO4、H2SO4。(3)電解質是CuSO4，2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，若恢復到原狀態，可加入CuO，也可加入CuCO3；電解質是NaCl，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，要恢復到原狀態可通入HCl氣體。

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