2019届一轮复习鲁科版电解池学案

2019届一轮复习鲁科版电解池学案

第2讲　电解池 ‎【2019·备考】‎ 最新考纲：1.理解电解池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。‎ 考点一　电解原理 ‎（频数：★★★　难度：★★☆）‎ ‎1.电解定义 在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。‎ ‎2.能量转化形式 电能转化为化学能。‎ ‎3.电解池 ‎（1）构成条件 ‎①有与电源相连的两个电极。‎ ‎②电解质溶液（或熔融盐）‎ ‎③形成闭合电路。‎ ‎（2）电极名称及电极的反应式（如图）‎ ‎（3）电子和离子的移动方向（惰性电极）‎ ‎4.电解过程 ‎（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）再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组。‎ 说明　不要忘记水溶液中的H＋和OH－，不要把H＋、OH－误加到熔融电解质中。‎ ‎（3）然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。‎ 阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。‎ 说明　①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。‎ ‎②最常用的放电顺序：阳极：活泼金属>Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋。‎ ‎（4）分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。‎ ‎（5）最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。‎ 在掌握放电顺序的基础上，总结用惰性电极电解电解质的规律，是灵活运用电解原理的基础。‎ ‎1.电解水型 规律：H＋、OH－放电，电解质形成的阳离子要么是H＋，要么是放电顺序排在H＋之后的活泼性较强的金属对应的阳离子；阴离子要么是OH－，要么是放电顺序排在OH－之后的含氧酸根等。‎ 实例 电解质 ‎（水溶液）‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 含氧酸（如 H2SO4）‎ 阳极：4OH－－4e－===‎ O2↑＋‎ ‎2H2O 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ H2O ‎2H2O O2↑‎ ‎＋2H2↑‎ 增大 减小 加 H2O 强碱（如 NaOH）‎ 增大 加 H2O 活泼金属的 含氧酸盐 ‎（如KNO3、‎ 不变 加 H2O Na2SO4）‎ ‎2.电解电解质型 规律：电解质形成的阴、阳离子放电，电解质电离形成的阴、阳离子要么是H＋、OH－，要么是放电顺序排在H＋、OH－之前的对应离子。‎ 实例：‎ 电解质 ‎（水溶液）‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 无氧酸（如HCl），除HF外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 酸 ‎2HCl H2↑＋‎ Cl2↑‎ 减小 增大 通入 HCl 气体 不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 盐 CuCl2‎ Cu＋Cl2↑‎ 加 CuCl2‎ 固体 ‎3.电解电解质和水型 规律：放电离子分别是水电离形成的H＋或OH－以及电解质形成的阴离子或阳离子。‎ 实例1　放H2生碱型 电解质 ‎（水溶液）‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 水和 盐 ‎2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－‎ 生成新 电解质 增大 通入 HCl 气体 实例2　放O2生酸型 电解质 ‎（水溶液）‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）‎ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 水和 盐 ‎2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋‎ 生成新 电解质 减小 加 CuO 或 CuCO3‎ ‎1.教材基础知识判断 ‎（1）电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应（　　）‎ ‎（2）直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极（　　）‎ ‎（3）电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极（　　）‎ ‎（4）电解NaNO3溶液时，随着电解进行，溶液的pH减小（　　）‎ 答案　（1）√　（2）×　（3）×　（4）×‎ ‎2.教材问题探究 ‎（1）电解时电子通过电解质溶液吗？‎ ‎（2）电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？‎ 答案　（1）电解质溶液通电电解时，在外电路中有电子通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成了电流。‎ ‎（2）一定有化学反应发生，因为在电解池的两极发生了氧化还原反应，有电子转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。‎ ‎3.（LK选修4·P182改编）‎1 L 1 mol·L－1的AgNO3溶液在以银为阳极，铁为阴极的电解槽中电解，当阴极增重‎2.16 g时，下列判断不正确的是（　　）‎ A.此时溶液呈酸性 B.阳极上产生112 mL O2‎ C.转移的电子数是1.204×1022‎ D.反应中有0.02 mol金属被氧化 答案　B 题组一　电解原理的理解及电解规律的应用 ‎1.下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显减小的是（　　）‎ 解析　A项，该装置是原电池装置，H＋放电生成氢气，溶液的pH增大，A项错误；B项，阳极：Cu－2e－＋2OH－===Cu（OH）2↓，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为：Cu＋2H2OCu（OH）2＋H2↑，pH增大，B项错误；电解食盐水，总反应为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成氢氧化钠使溶液的pH增大，C项错误；电解硫酸铜溶液的总反应为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液的pH减小，D项正确。‎ 答案　D ‎2.（2018·宜昌期末）用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是（　　）‎ A.A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态 B.电解过程中N电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生 C.Q点时M、N两电极上产生的总气体在相同条件下体积相同 D.若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变 解析　惰性材料作电极，在阳极上H2O先放电，即阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，在阴极，Cu2＋先放电，即阴极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，P点后，气体体积突然增大，说明P点Cu2＋消耗完全，P点后，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，即A点是电解完CuSO4后，又电解了一部分水，应加入CuO和H2O或Cu（OH）2，才能恢复到原来的状态，故A说法错误；N极接电源的负极，N极作阴极，根据选项A的分析，先有红色铜析出，然后出现气体，故B说法正确；Q点的气体来自两个阶段，第一阶段：阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，第二阶段：阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，P点产生的气体为氧气，其体积为b L，从P点到Q点，第二阶段，阴极产生的气体体积为2b L，阳极产生的气体体积为b L，阳极气体总体积为（b＋b）L＝2b L，故C说法正确；若M电极换成Cu，阳极上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，故D说法正确。‎ 答案　A 题组二　电解装置分析及电极方程式书写 ‎3.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是（　　）‎ A.钛电极发生氧化反应 B.阳极附近溶液的pH逐渐增大 C.离子交换膜应采用阳离子交换膜 D.阳极反应式是：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O 解析　钛电极为阴极，发生还原反应，A项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，OH－由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C项错误，D项正确；由阴极区迁移过来的OH－在阳极全部参与反应，消耗OH－，pH值减小，B项错误。‎ 答案　D ‎4.铅蓄电池在日常生活中应用广泛。回答下列问题：‎ ‎（1）铅蓄电池放电时的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解（电解液足量），测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少‎11.2 g。请回答下列问题：‎ ‎①A是铅蓄电池的　　　　极。‎ ‎②Ag电极的电极反应式是__________________________________，‎ 该电极的电极产物共　　　　 g。‎ ‎③Cu电极的电极反应式是________________________________，‎ CuSO4溶液的浓度　　　　（填“减小”“增大”或“不变”）。‎ ‎（2）铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为________________________________________________________；‎ PbO2也可以石墨为电极，Pb（NO3）2和Cu（NO3）2的混合溶液为电解液制取。阳极发生的电极反应式为___________________________________‎ ‎________________________________________________________，‎ 阴极上观察到的现象是_____________________________________；‎ 若电解液中不加入Cu（NO3）2，阴极发生的电极反应式为 ‎________________________________________________________，‎ 这样做的主要缺点是________________________________。‎ ‎（3）将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区，用铅蓄电池进行电解，电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S，（n－1）S＋S2－===S。‎ 电解时阴极的电极反应式：____________________________________。‎ 电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成________________________________________________________。‎ 解析　（1）①因电解过程中铁电极质量减少，判断A是电源负极，B是电源正极。‎ ‎②电解时Ag极作阴极，发生2H＋＋2e－===H2↑，转移0.4 mol电子时，析出氢气‎0.4 g。‎ ‎③右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。‎ ‎（2）根据电子得失守恒可得PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－。用电解法制PbO2，Pb价态升高，PbO2应为阳极产物，即Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋；阴极Cu2＋放电，在石墨极上析出铜；若不加Cu（NO3）2，则阴极为Pb2＋放电，损失Pb2＋，不能有效利用Pb2＋。‎ ‎（3）阴极只有H＋得电子生成H2；反应物为S、H＋，产物有S，所以S中S的化合价既升高也降低，有H2S生成，配平即可。‎ 答案　（1）①负　②2H＋＋2e－===H2↑　0.4‎ ‎③Cu－2e－===Cu2＋　不变 ‎（2）PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－‎ Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋‎ 石墨上析出铜 Pb2＋＋2e－===Pb↓‎ 不能有效利用Pb2＋‎ ‎（3）2H＋＋2e－===H2↑‎ S＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑‎ 易错警示 规避“四个”失分点 ‎（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。‎ ‎（2）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。‎ ‎（3）电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。‎ ‎（4）当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极为电极本身失电子，不能再用电解规律。‎ 考点二　电解原理的应用 ‎（频数：★★★　难度：★★☆）‎ ‎1.电解饱和食盐水 ‎（1）电极反应 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）‎ 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑（还原反应）‎ ‎（2）总反应方程式 ‎2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ 离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎（3）应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气 阳极：钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）。‎ 阴极：碳钢网。‎ 阳离子交换膜：‎ ‎①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。‎ ‎②将电解槽隔成阳极室和阴极室。‎ ‎2.电解精炼铜 ‎3.电镀铜 ‎4.电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 ‎2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 ‎2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑‎ ‎6O2－－12e－===3O2↑‎ ‎4Al3＋＋12e－===4Al 由于AlCl3为共价化合物熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石（Na3AlF6）；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。‎ ‎1.源于教材电解原理的基本判断 ‎（1）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中[Cu2＋]均保持不变（　　）‎ ‎（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（　　）‎ ‎（3）电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3（　　）‎ ‎（4）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料（　　）‎ ‎（5）用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌（　　）‎ 答案　（1）×　（2）×　（3）×　（4）√　（5）×‎ ‎2.（溯源题）（2017·课标全国Ⅱ，11）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H‎2C2O4混合溶液。判断下列叙述是否正确 ‎（1）待加工铝质工件为阳极（　　）‎ ‎（2）可选用不锈钢网作为阴极（　　）‎ ‎（3）阴极的电极反应式为：Al3＋＋3e－===Al（　　）‎ ‎（4）硫酸根离子在电解过程中向阳极移动（　　）‎ 答案　（1）√　（2）√　（3）×　（4）√‎ 探源：本题源于LK选修4 P13“电解原理的应用”及其知识拓展，对电解原理的应用进行了考查。‎ 题组一　源于教材的电解原理基本应用 ‎1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。‎ ‎（1）Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池（　　）‎ ‎（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（　　）‎ ‎（3）根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等（　　）‎ ‎（4）任何水溶液电解时，必须导致氧化还原反应（　　）‎ ‎（5）用铜做阳极、石墨做阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl－－‎ ‎2e－===Cl2↑（　　）‎ ‎（6）用惰性电极电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－（　　）‎ ‎（7）粗铜电解精炼时，若电路中通过2 mol e－，阳极减少‎64 g（　　）‎ ‎（8）电镀铜时，Cu2＋浓度不变，电解精炼铜时，CuSO4溶液中Cu2＋浓度降低（　　）‎ 答案　（1）√　（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×　（7）×　（8）√‎ ‎2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是（　　）‎ A.氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ B.电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C.在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D.制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 解析　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。‎ 答案　D 题组二　电解原理在工农业生产中的拓展应用 角度1　电解原理在物质制备中的应用 ‎3.在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4，原理如图所示。下列说法正确的是（　　）‎ A.电解结束后电解液Ⅱ中[Zn2＋]增大 B.电解液Ⅰ应为ZnSO4溶液 C.Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O D.当通入‎44 g CO2时，溶液中转移1 mol电子 解析　因为右室Zn失去电子生成Zn2＋，溶液中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室，根据电荷守恒，阴离子浓度不变，[Zn2＋]不变，A项错误；右室生成的 Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2O结合为ZnC2O4，因此，电解液Ⅰ为稀的ZnC2O4溶液，不含杂质，电解液Ⅱ只要是含Zn2＋的易溶盐溶液即可，B项错误；Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O，C项正确；当通入‎44 g CO2时，外电路中转移1 mol电子，溶液中不发生电子转移，D项错误。‎ 答案　C 角度2　电解原理在环境治理中的应用 ‎4.用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法不正确的是（　　）‎ A.X为直接电源的负极，Y为直流电源的正极 B.阳极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ C.图中的b>a D.该过程中的产品主要为H2SO4和H2‎ 解析　根据Na＋和SO、HSO的移动方向可知Pt（Ⅰ）为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Pt（Ⅱ）为阳极，电极反应式为SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋。‎ 答案　B 角度3　电解原理在物质分离、提纯中的应用 ‎5.（2018·广州综合测试）‎ 用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是（　　）‎ A.阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ B.通电后阴极区溶液pH会增大 C.K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区 D.纯净的KOH溶液从b口导出 解析　阳极区为粗KOH溶液，阳极上OH－失电子发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中[OH－]增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。‎ 答案　C ‎[试题分析]‎ ‎（2016·全国卷Ⅰ，11）三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。‎ 下列叙述正确的是（　　）‎ A.通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成 解题思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 我的答案：　　　　‎ 考查意图：该题以三室式电渗析法处理含Na2SO4废水为背景，考查了电解池的工作原理。题目涉及电极产物、溶液的酸碱性和阴阳离子移动方向的判断、电极反应式的书写、电化学的简单计算等知识点；要求考生准确读取图示信息，运用逻辑思维能力去辩证地分析与解决电化学问题；题目兼有“对立统一”和“模型”思想方法的考查。‎ 题目从多角度考查了电化学的基础知识，有一定的迷惑性。在今后的教学中要加强电化学基础教学，提高学生获取信息的能力，注意引导学生灵活掌握知识。该题难度适中，本题抽样统计难度为0.56。‎ 解题思路：电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO离子向正极区移动，Na＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到 H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，D错误。‎ 正确答案：B ‎[真题演练]‎ ‎1.（安徽理综）某兴趣小组设计如图所示的微型实验装置。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－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　本题综合考查电化学知识，意在考查考生对原电池、电解池原理的理解。断开K2，闭合K1时，该装置为电解池，由两极均有气泡产生可知铜电极为阴极，总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－，A项错；由此可知铜电极附近溶液中因有OH－生成，溶液变红色，B项错；断开K1，闭合K2时，装置为原电池，铜极上产生的氢气发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，C项错；由此可知铜电极为负极，石墨电极为正极，故D项正确。‎ 答案　D ‎2.（2015·四川理综，4）用下图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是（　　）‎ A.用石墨作阳极，铁作阴极 B.阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C.阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ D.除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 解析　Cl－在阳极发生氧化反应生成ClO－，水电离出的H＋在阴极发生还原反应生成H2，又由于电解质溶液呈碱性，故A、B、C项正确；D项，溶液呈碱性，离子方程式中不能出现H＋，正确的离子方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，错误。‎ 答案　D ‎3.[2014·新课标全国Ⅰ，27（4）]H3PO2也可用电渗析法制备。 “四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：‎ ‎①写出阳极的电极反应式____________________________。‎ ‎②分析产品室可得到H3PO2的原因____________________________。‎ ‎③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2将 “四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用 H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。 其缺点是产品中混有　　　　杂质。该杂质产生的原因是：________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________。‎ 解析　①阳极发生氧化反应，由于OH－的放电性大于SO，则在反应中OH－失去电子，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。②阳极室H2O放电产生H＋，H＋进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，两者发生反应：H＋＋H2POH3PO2。③如果撤去阳膜，H2PO或H3PO2可能被氧化为PO。‎ 答案　①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ ‎②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2‎ ‎③PO　H2PO或H3PO2被氧化 ‎4.[2017·天津理综，7（4）]某混合物浆液含Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见下图），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答下列问题。‎ 用惰性电极电解时，CrO能从浆液中分离出来的原因是 ‎________________________________________________________，‎ 分离后含铬元素的粒子是__________________________________；‎ 阴极室生成的物质为__________________________________（写化学式）。‎ 解析　电解一段时间后阳极室生成O2和H＋、移动过来的CrO，在酸性条件下2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，所以分离后含铬元素的粒子是CrO和Cr2O，阴极室生成的物质为NaOH和H2。‎ 答案　在直流电场作用下，CrO通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液　CrO和Cr2O　NaOH和H2‎ 一、选择题 ‎1.以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水，关于两个电解池反应的说法正确的是（　　）‎ A.阳极反应式相同 B.电解结束后所得液体的pH相同 C.阴极反应式相同 D.通过相同电量时生成的气体总体积相等（同温同压）‎ 解析　A项，以石墨为电极电解水，阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，以石墨为电极电解饱和食盐水，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，二者阳极电极反应式不同，故A错误；B项，电解水溶液的pH不变，电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，pH变大，所以电解结束后所得液体的pH不相同，故B错误；C项，以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水阴极上都是2H＋＋2e－===H2↑，所以阴极电极反应式相同，故C正确；D项，设转移电子数为4NA ‎，则依据电解方程式：2H2O2H2↑＋O2↑～4e－，电解水生成3 mol气体，依据电解方程式2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑～2e－，电解饱和食盐水生成4 mol气体，故D错误。‎ 答案　C ‎2.某溶液中含有Cu2＋、Fe2＋、Al3＋、Cl－、NO，且浓度均为0.1 mol/L，用石墨作电极进行电解时，肯定得不到的产物是（　　）‎ A.Cl2 B.Al ‎ C.Cu D.H2‎ 解析　阴极上Al3＋、Fe2＋的放电能力弱于H＋，而Cu2＋的放电能力比水电离出的H＋的放电能力强，阳极上Cl－放电能力强于OH－。‎ 答案　B ‎3.某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是（　　）‎ ‎①电解过程中，铜电极上有H2产生　②电解初期，总反应方程式为：Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑　③电解一定时间后，石墨电极上有铜析出　④整个电解过程中，H＋的浓度不断增大 A.②③ B.③④ ‎ C.①④ D.①②‎ 解析　从装置图可以看出铜接电源正极作阳极，石墨作阴极，应在阴极区产生H2，且H＋浓度应逐渐减小，故①、④错；电解初期主要是电解H2SO4，而随电解进行，溶液中CuSO4浓度逐渐增大，Cu2＋参与电极反应而在石墨电极上析出Cu，故②、③正确。‎ 答案　A ‎4.（2018·天津质检）用含有少量银和锌的粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜溶液作电解液，通电一段时间后，阳极质量减轻了‎6.4 g，下列说法正确的是（　　）‎ A.电解质溶液质量增加‎6.4 g B.阴极质量增加‎6.4 g C.阴极质量增加的质量小于‎6.4 g D.溶液中Cu2＋浓度保持不变 解析　阳极金属放电，使电解质溶液质量增加，同时Cu2＋在阴极放电，使电解质溶液质量减小，A错误；在阳极上有锌与铜两种单质放电，而在阴极只有Cu2＋放电，且锌的摩尔质量大于铜的摩尔质量，B错误、C正确；电解质溶液中 ‎[Cu2＋]减小，D错误。‎ 答案　C ‎5.下列关于电化学知识的说法正确的是（　　）‎ A.电解饱和食盐水在阳极得到氯气，阴极得到金属钠 B.电解精炼铜时，阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加 C.电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液，在阴极上依次析出Al、Fe、Cu D.电解CuSO4溶液一段时间后（Cu2＋未反应完），加入适量Cu（OH）2可以使溶液恢复至原状态 解析　A项，电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O ‎，错误；B项，阳极除铜放电外，比铜活泼的金属如Zn、Fe也放电，但阴极上只有Cu2＋放电，正确；C项，根据金属活动性顺序可知，阴极上离子的放电顺序是Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Al3＋，Fe2＋和Al3＋不放电，Fe3＋得电子生成Fe2＋，不会析出铁和铝，在阴极上依次生成的是铜、亚铁离子、氢气，错误；D项，电解CuSO4溶液，阴极析出Cu，阳极生成氧气，应加入CuO。‎ 答案　B ‎6.下列实验装置设计正确的是（　　）‎ 解析　电解饱和食盐水，铁作阳极，铁失去电子，而不是溶液中的氯离子失去电子，A项错误；原电池中锌作负极，铜作正极，锌和硫酸铜分开，用导线和盐桥构成闭合回路，B项正确；电镀银，银作阳极连接电源的正极，电解质溶液应为硝酸银，C项错误；电解精炼铜时，粗铜连接电源的正极作阳极，精铜连接电源的负极作阴极，D项错误。‎ 答案　B ‎7.某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则（　　）‎ A.电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ B.电极Ⅰ发生还原反应 C.电极Ⅱ逐渐溶解 D.电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu 解析　分析图可知：左侧两个烧杯的装置形成原电池，且Ⅰ为负极，Ⅱ为正极，而最右边的装置为电解池，因此，该装置中电子流向：电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ，则电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ，A正确；电极Ⅰ发生氧化反应，B错误；电极Ⅱ的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，有铜析出，C错误；电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，D错误。‎ 答案　A ‎8.（2018·杭州一模）‎ 电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示。已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO等离子，电极为惰性电极。下列叙述中正确的是（　　）‎ A.B膜是阴离子交换膜 B.通电后，海水中阳离子往a电极处运动 C.通电后，a电极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O D.通电后，b电极区周围会出现少量白色沉淀 解析　根据海水中离子成分及离子放电顺序知，通电后阳极是氯离子放电，阴极是氢离子放电，电解过程中，海水中阳离子通过B膜进入阴极区，所以B膜是阳离子交换膜（海水中阴离子通过A膜进入阳极区），b电极（阴极）区周围OH－浓度增大，与镁离子反应生成白色沉淀。‎ 答案　D ‎9.早在1807年化学家戴维用电解熔融氢氧化钠制得钠，反应原理为：4NaOH（熔融）4Na＋O2↑＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠，反应原理为：3Fe＋4NaOHFe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法中正确的是（　　）‎ A.电解熔融氢氧化钠制钠，阳极发生的电极反应为：Na＋＋e－===Na B.盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的还原性比钠强 C.若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数之比为2∶1‎ D.工业上常用电解熔融氯化钠法制钠（如图），电解槽中石墨极为阳极，铁为阴极 解析　由4NaOH（熔融）4Na＋O2↑＋2H2O可知，阳极氢氧根离子放电生成氧气和水：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A错误；盖·吕萨克法中生成钠蒸气，有利于反应正向移动，但钠的还原性比铁强，B错误；戴维法生成4 mol钠转移4 mol电子，盖·吕萨克法生成4 mol钠转移8 mol电子，则转移电子总数之比为1∶2，C错误；电解熔融氯化钠法制钠时，石墨极为阳极，Cl－放电生成氯气，在阴极Na＋放电生成Na，D正确。‎ 答案　D ‎10.CuI是一种白色难溶于水的固体。以石墨作阴极，铜作阳极组成电解池，含有酚酞和淀粉KI的溶液作电解液。电解开始一段时间后，阴极区溶液变红，阳极区仍为无色。电解相当长时间后，阳极区才呈深蓝色。则电解开始阶段的电极反应为（　　）‎ A.阳极：Cu－2e－===Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－===Cu B.阳极：2Cu＋2I－－2e－===2CuI；阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ C.阳极：2I－－2e－===I2；阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ D.阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 解析　抓住“CuI是……”这一信息结合题干所给内容，分析开始阶段阳极——Cu放电生成的不是Cu2＋而是Cu＋且与I－生成了CuI。‎ 答案　B ‎11.（2018·湖北武汉4月调研）厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示（图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子）。下列说法正确的是（　　）‎ A.通电后，阳极附近pH增大 B.电子从负极经电解质溶液回到正极 C.通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室 D.当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol的O2生成 解析　由图示判断左侧为阳极，右侧为阴极，阳极电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，氢离子浓度增大，pH减小，A错误；电子从电源的负极到电解池的阴极，由阳极回到电源的正极，电子不能进入电解质溶液，电解质溶液中靠离子传递电荷，B错误；氢离子由阳极室进入浓缩室，A－由阴极室进入浓缩室，得到乳酸，C正确；由电极反应式4OH－－4e－===O2↑＋2H2O可知，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成，D错误。‎ 答案　C ‎12.（2018·山东名校联盟期末）用镍（Ni）、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠（Na2FeO4）的装置如图1所示，电解过程中，[Na2FeO4]随初始[NaOH]的变化如图2，已知Na2FeO4在强碱性条件下能稳定存在，下列说法正确的是（　　）‎ A.b为正极，铁电极反应为Fe－6e－＋4H2O===FeO＋8H＋‎ B.离子交换膜为阳离子交换膜 C.随着电解的进行，镍电极附近溶液的pH逐渐减小 D.图‎2 M点Na2FeO4浓度低于最高点的原因是[OH－]低，Na2FeO4稳定性差 解析　根据题意铁电极发生氧化反应，与电源的正极相连，由于电解液呈碱性，电极反应不可能生成H＋，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，A项错误；阴极水电离出的H＋放电生成氢气，产生的OH－，通过离子交换膜转移到阳极，参与阳极电极反应，所以离子交换膜为阴离子交换膜，B项错误；随着电解的进行，镍电极氢离子放电生成氢气，溶液的[OH－]增大，pH增大，C项错误；根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点，[OH－]低，Na2FeO4稳定性差，D项正确。‎ 答案　D 二、填空题 ‎13.在一个U形管里盛有CuCl2溶液，并插入两块锌片作电极，按如图连接。‎ ‎（1）如果把电键K接A，该装置应是　　　　，Zn①极是　　　　极，电极反应式为________________________________________________________，‎ Zn②极是　　　　极，电极反应式应为_____________________________。‎ ‎（2）上述反应进行5 min后，转换电键K到C，则这个装置是　　　　，Zn①极是　　　　极，电极反应式是________________________________。‎ ‎（3）上述装置反应进行2 min后，再转换电键K到B，则Zn①极发生的化学反应为________________________________________________________，‎ Zn②极发生的有关电化学的反应为________________________________。‎ 解析　当电键K接解A点时，构成一个有外接直流电源的电解池装置，与电源正极相连的Zn①极是阳极，与电源负极相连的Zn②极是阴极。当工作5 min后Zn②极上析出了Cu，此时，将电键K接触C点，构成一个原电池装置，表面覆盖铜的Zn②极是原电池的正极，Zn①极是原电池的负极；当把电键K接触B点时，形成断路，Zn①极发生Zn与CuCl2的置换反应，Zn②极由于在锌的表面有铜，又浸在CuCl2溶液中，发生电化学腐蚀。‎ 答案　（1）电解池装置　阳　Zn－2e－===Zn2＋　阴　Cu2＋＋2e－===Cu ‎（2）原电池装置　负　Zn－2e－===Zn2＋‎ ‎（3）Zn＋CuCl2===ZnCl2＋Cu 负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu ‎14.（2018·石景山高三上学期期末考试）知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题（显示的电极均为石墨）。‎ ‎（1）图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是　　　　（填化学式），U形管　　　　（填“左”或“右”）边的溶液变红。‎ ‎（2）利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的　　　　极；该发生器中反应的总离子方程式为________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________。‎ ‎（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3所示（其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过）。‎ ‎①燃料电池B中的电极反应式分别为 负极________________________________________________________，‎ 正极________________________________________________________。‎ ‎②分析图3可知，氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为　　　　。‎ 解析　（1）图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，所以气球a中气体是氯气，气球b中的气体是氢气，同时阴极附近有NaOH生成，溶液呈碱性，无色酚酞遇碱变红色，所以U形管右边溶液变红色。‎ ‎（2）利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气，上边电极附近有NaOH生成，上边电极生成氢气，为阴极，则c为负极，d为正极，其电池反应式为Cl－＋H2OClO－＋H2↑。‎ ‎（3）①B是燃料电池，右边电池中通入空气，左边原电池中通入气体Y，则Y是氢气，则电解池中左边电极是阳极，右边电极是阴极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；燃料电池中通入氧化剂的电极是正极，通入氢气的电极是负极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，负极、正极反应式分别为2H2－4e－＋4OH－===4H2O、O2＋4e－＋2H2O===4OH－。②图3电解池中加入NaOH目的是增大溶液导电性，通入电解池后生成氢氧化钠，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度；原电池中，正极上生成氢氧化钠，且其浓度大于加入的氢氧化钠，所以氢氧化钠浓度大小顺序是b%>a%>c%。‎ 答案　（1）H2　右 ‎（2）负　Cl－＋H2OClO－＋H2↑‎ ‎（3）①2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎②b%>a%>c%‎ ‎15.如图所示3套实验装置，分别回答下列问题。‎ ‎（1）装置1为铁的吸氧腐蚀实验。一段时间后，向插入铁钉的玻璃筒内滴入K3[Fe（CN）6]溶液，即可观察到铁钉附近的溶液出现蓝色沉淀，表明铁被　　　　（填“氧化”或“还原”）；向插入石墨的玻璃筒内滴入酚酞溶液，可观察到石墨附近的溶液变红，该电极反应式为_____________________________________。‎ ‎（2）装置2中的石墨作　　　　（填“正”或“负”）极，该装置发生的总反应的离子方程式为___________________________________________。‎ ‎（3）装置3中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol·L－1的NaCl溶液，乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol·L－1的CuSO4‎ 溶液。反应一段时间后，停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨附近溶液首先变红。‎ ‎①电源的M端为　　　　极；甲烧杯中铁极的电极反应式为________________________________________________________。‎ ‎②乙烧杯中电解反应的离子方程式为____________________________。‎ ‎③停止通电后，取出Cu电极，洗涤、干燥、称量，电极增重‎0.64 g，甲烧杯中产生的气体在标准状况下的体积为　　　　 mL。‎ 解析　（1）铁发生吸氧腐蚀，铁被氧化生成Fe2＋，正极发生还原反应，氧气得到电子被还原生成OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。（2）铜可被Fe3＋氧化，发生反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，形成原电池时，铜为负极，发生氧化反应，石墨为正极。（3）由题意知，甲池中石墨极为阴极，则铁极为阳极，乙池中铜作阴极，石墨作阳极。①铁极为阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，则M端为正极；②乙烧杯中用铜作阴极、石墨作阳极来电解硫酸铜溶液，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子放电析出铜，电解方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋；③取出Cu电极，洗涤、干燥、称量，电极增重‎0.64 g，则生成Cu的物质的量为＝0.01 mol，转移电子的物质的量为0.01 mol×2＝0.02 mol，甲烧杯中，阳极铁被氧化，阴极产生氢气，‎ ‎2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑‎ ‎ 2mol ‎‎22.4 L ‎ 0.02 mol V V＝＝‎0.224 L，即224 mL。‎ 答案　（1）氧化　O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎（2）正　Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋‎ ‎（3）①正　Fe－2e－===Fe2＋　②2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋　③224‎