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电解原理
(1)电解是使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起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)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。
(5)电子和离子移动方向
电子:
从电源负极流向电解池的阴极,从电解池的阳极流向电源的正极。
离子:
阳离子移向电解池的阴极;
阴离子移向电解池的阳极。
提醒 金属导电是因为在电场作用下,自由电子发生定向移动,是物理变化;
而电解质溶液导电是因为发生了氧化还原反应,是化学变化。
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.如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是( )
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,氯离子浓度不变
解析 根据图示电流方向,先确定a是电源正极,b是电源负极;
则c是电解池的阳极,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,溶液中氯离子不断减少;
d是电解池的阴极,电极反应为Cu2++2e-===Cu,d电极质量不断增加。
二 酸、碱、盐溶液的电解规律
1.有下列两组离子:
①Cu2+、Na+、H+、Ag+;
②Cl-、I-、SO
、OH-。
电解时,移向阳极的是②,放电先后顺序是I->
Cl->
OH->
SO
;
移向阴极的是①,放电先后顺序是Ag+>
Cu2+>
H+>
Na+。
2.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
4OH--4e-===O2↑+2H2O
4H++4e-===2H2↑
H2O
减小
加入H2O
NaOH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
2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑
HCl
加入HCl
CuCl2不活泼金属的无氧酸盐
Cu2++2e-===Cu
CuCl2
加入CuCl2
放H2生碱型
NaCl活泼金
属的无氧
酸盐
NaCl、H2O
放O2生酸
型
CuSO4
不活泼金
属的含氧
2Cu2++4e-===2Cu
CuSO4、
加入CuO或CuCO3
1.分析电解问题的基本方法思路
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析通电前溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH-)。
(3)然后根据通电后,阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,结合放电顺序分析谁先在电极放电。
(4)判断电极产物,正确书写电极反应式要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)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泼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+>
Pb2+>
Fe2+>
Zn2+……
电解水溶液时,K+~Al3+不可能在阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
(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->
含氧酸根。
3.电解质溶液复原措施
一般加入阳极产物和阴极产物的化合物。
3.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内物质),能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A.AgNO3[AgNO3]B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl]D.CuSO4[Cu(OH)2]
答案 B
4.用石墨作电极,在Na+、Cu2+、Cl-、SO
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________。
答案
(1)Na2SO4
(2)CuSO4 (3)NaCl (4)CuSO4
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。
易误警示 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。
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 D
2.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.①③⑤B.②④⑤
C.②④D.②④⑥
3.如图为直流电源电解稀Na2SO4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
解析 a极为阴极,H2O电离出的H+放电,促进H2O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,H2O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H2,b极产生O2,H2的体积是O2体积的2倍,故C、D项不正确。
4.如图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈红色。
下列说法中正确的是( )
A.X是正极,Y是负极
B.X是负极,Y是正极
C.CuSO4溶液的pH逐渐增大
D.CuSO4溶液的pH不变答案 A
解析 根据题意,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈红色,说明b极上有H2产生,电极反应式为2H++2e-===H2↑,即b为阴极,则Y为负极,X为正极,A正确、B错误;
X为正极,则Pt作阳极,电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑,c(OH-)不断减小,则c(H+)不断增大,溶液的pH逐渐减小,C、D错误。
5.电解原理在化学工业中有广泛应用。
如图表示一个电解池,X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞溶液。
请回答以下问题:
(1)电解池中X极上的电极反应式为______________________。
在X极附近观察到的现象是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)Y电极上的电极反应式为________________________________________________,
检验该电极反应产物的方法是_________________________________________________
答案
(1)2H++2e-===H2↑ 放出气体,溶液变红
(2)2Cl--2e-===Cl2↑ 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色
解析 据图可知,X是阴极,Y是阳极,阴极反应式是2H++2e-===H2↑,现象为放出气体,溶液变红;
阳极反应式是2Cl--2e-===Cl2↑,检验氯气,可用湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色即证明有氯气产生。
[基础过关]
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
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。
2.在某电解质溶液里,用M和N作电极,通电一段时间后,发现M极质量减小,N极质量增大,符合这一情况的是( )
A.电解质溶液是稀硫酸
B.金属M是阳极,金属N是阴极
C.M和N是石墨电极
D.M是阴极,N是阳极
解析 由题意可知,M极溶解,发生氧化反应,为阳极,N极质量增加,故有金属单质在N极上析出,发生还原反应,为阴极,电解质溶液为盐溶液,M为金属电极。
题组2 电解规律
3.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.①②③B.①②③④
C.①②③④⑤D.全部
4.现用铂电极电解1L浓度均为0.1mol·
L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是( )
A.电解开始时阴极有H2放出
B.电解开始时阳极上发生:
C.当电路中通过的电子的量超过0.1mol时,此时阴极放电的离子发生变化
D.整个电解过程中,SO
不参与电极反应
解析 依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,A错误,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,B错误;
由阴极反应Cu2++2e-===Cu,n(Cu2+)=0.1mol,当电路中通过电子的量达到0.2mol时,Cu2+放电完毕,阴极放电离子变为H+,C错误;
阴离子Cl-先放电,后是OH-,在水溶液中SO
不参与电极反应,D正确。
题组3 电极反应式、电解方程式的书写
5.有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是( )
A.甲中负极反应式为2H++2e-===H2↑
B.乙中阳极反应式为Ag++e-===Ag
C.丙中H+向碳棒方向移动
D.丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体
解析 由图知,甲、丙为原电池,甲中Zn为负极,负极反应式为Zn-2e-===Zn2+,A错;
丙中Fe为负极,C为正极,H+向正极移动,C正确;
乙、丁为电解池,乙中Ag作阳极,本身失电子,B错;
丁中放电顺序:
Cl-,开始产生I2,D错。
6.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液,可能发生的反应有( )
①2Cu2++2H2O
2Cu+4H++O2↑
②Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑
③2Cl-+2H+
H2↑+Cl2↑
④2H2O
2H2↑+O2↑
A.①②③B.①②④
C.②③④D.②④
解析 设混合溶液中CuSO4和NaCl的物质的量分别为1mol和3mol,根据放电顺序可看作是1molCuCl2、1molNaCl和1molNa2SO4,首先是电解CuCl2溶液,Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑;
其次电解NaCl溶液,2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑;
最后电解NaOH和Na2SO4的混合液,电解方程式为2H2O
2H2↑+O2↑,故选D。
题组4 原电池、电解池的比较
7.关于下图所示①、②两个装置的叙述,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 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。
8.如图所示,铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里,电流表中有电流通过。
则下列说法正确的是( )
A.锌片是负极
B.两个铜片上都发生氧化反应
C.石墨是阴极
D.两个番茄都形成原电池
答案 A
解析 根据图示推知左侧为原电池,其中Zn作负极,Cu作正极,Cu片上发生还原反应;
右侧为电解池,其中Cu为阴极,发生还原反应,C为阳极,发生氧化反应。
9.如图中,两电极上发生的电极反应为a极:
Cu2++2e-===Cu;
b极:
Fe-2e-===Fe2+。
下列说法不正确的是( )
A.装置中电解质溶液一定含有Cu2+
B.该装置一定是化学能转化为电能
C.a、b可能是同种电极材料
D.a极上一定发生还原反应
解析 该装置既可构成原电池,也可构成电解池。
当构成原电池时,a极材料是活动性比铁差的金属或石墨,b极为铁,电解质溶液含Cu2+;
当构成电解池时,a极作阴极,b极作阳极且必须是铁电极,电解液中含Cu2+。
10.将如图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是( )
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c(SO
)增大
D.片刻后可观察到滤纸b点变红色
解析 A选项中,K闭合后,Zn作原电池的负极,Cu作原电池的正极,Cu电极上发生还原反应;
B选项中电子流向是由负极到正极,但a→b这一环节是溶液中的离子导电,电子并没沿此路径流动;
C选项中SO
浓度基本保持不变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动;
D选项中滤纸a点是阴极,H+放电,溶液中OH-浓度增大,显碱性,滤纸a点变红色。
[能力提升]
11.从NO
、SO
、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是________________________。
(2)若阴极析出金属,阳极放出O2,电解质的化学式可能是__________________。
(3)两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式可能是__________________。
答案
(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2
(2)AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4 (3)HCl、BaCl2
解析
(1)组为电解水型,即阳极OH-放电,阴极H+放电。
(2)组阳极OH-放电,阴极排在H后的金属阳离子放电。
(3)组气体体积比为1∶1,不是电解水型,经分析可得相应答案。
12.如图X是直流电源。
Y池中c、d为石墨棒,Z池中e、f是质量相同的铜棒。
接通电路后,发现d附近显红色。
(1)①电源上b为________极(填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)。
②Z池中e为________极。
③连接Y、Z池线路中,电子流动的方向是d________e(用“→”或“←”填空)。
(2)①写出c极上反应的电极反应式:
_____________________________________________
②写出Y池中总反应的化学方程式:
____________________________________________
③写出Z池中e极上反应的电极反应式:
________________________________________
答案
(1)①负 ②阳 ③←
(2)①2Cl--2e-===Cl2↑
②2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
③Cu-2e-===Cu2+
解析 d极附近显红色,说明d为阴极,电极反应式为2H++2e-===H2↑,c为阳极,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,Y池电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑;
直流电源中a为正极,b为负极,Z池中f为阴极,e为阳极,电极反应式分别为Cu2++2e-===Cu、Cu-2e-===Cu2+,电子流动方向由e→d。
13.下图是一个电化学过程的示意图。
已知甲池的总反应式为2CH3OH+3O2+4KOH
2K2CO3+6H2O,请回答下列问题:
(1)写出图中甲、乙两池的名称:
甲池是________装置,乙池是________装置。
(2)写出下列电极的名称:
通入CH3OH的电极名称是________,B(石墨)电极的名称是________。
(3)写出下列电极反应式:
通入O2电极:
________________________________________________;
A(Fe)电极:
_____________________________________________________。
(4)乙池中反应的化学方程式为__________________________________________________
答案
(1)原电池 电解池
(2)负极 阳极
(3)O2+4e-+2H2O===4OH-
4Ag++4e-===4Ag
(4)4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3
解析 根据题意,甲池是一个燃料电池,则乙池为电解池,在甲池中CH3OH发生氧化反应,为原电池的负极,O2发生还原反应,为原电池的正极,A与CH3OH极相连,为电解池的阴极,B为阳极,电极反应式为
甲池:
负极:
2CH3OH-12e-+16OH-===2CO
+12H2O
正极:
3O2+12e-+6H2O===12OH-
乙池:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
总反应:
4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3。
14.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
、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________(填“正”或“负”)极,电极b上发生的电极反应为______________________。
(2)写出乙烧杯中的电池反应方程式:
________________________。
(3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?
________________________________________________________________________
(4)若经过这一段时间后,要使丙恢复到原来的状态,需要进行的操作是__________________________。
答案
(1)负 4OH--4e-===2H2O+O2↑
(2)2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4
(3)能,因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应变为
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