第21讲 电解原理-【暑假自学课】2025年新高二年级化学暑假提升精品讲义（人教版2019）

第21讲 电解原理 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 电解原理 1.实验探究：电解氯化铜溶液 按下图所示装置完成实验，并填写下表。 实验现象 实验结论 原因分析 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 自由运动离子发生定向移动 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生了氯气 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 2.电解和电解池 (1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 (2)电解池：将电能转化为化学能的装置。 (3)电解池的构成条件 ①直流电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。 3.电解原理示意图 4.电解池阴极和阳极的判断依据 知识点二 电解规律 1．电解池电极反应式的书写 (1)常见微粒的放电顺序 阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>…… 阳极：活性电极＞S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根 【特别提醒】①活性电极一般指Pt、Au以外的金属电极。 ②电解的离子方程式中，若参与电极反应的H＋或OH－是由水电离出来的，用H2O作为反应物。 (2)电极反应式的书写方法 以惰性电极碳棒电解CuSO4溶液为例 ①辨电极：阴极与电源负极相连，阳极与电源正极相连。 ②找离子：电解质溶液中：Cu2＋、H＋、SO、OH－。 ③排顺序：依据常见微粒放电顺序，阴极：Cu2＋>H＋(水)，阳极：OH－(水)>SO。 ④电极式：阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 ⑤总反应：依据得失电子守恒，调整各电极计量数，然后相加，标上反应条件 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋、2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。 2．电解后溶液的复原规律 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： (1)电解H2O型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ 2H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 加入H2O (2)电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 复原加入物质 加入HCl 加入CuCl2 (3)电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2Cu2＋＋4e－===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO3 3.电解池中的守恒规律 同一电路中转移的电子数是相等的，利用电子守恒使各电极得失电子均相等，在各极反应式中建立联系。 4.电解后溶液的复原 从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。 教材习题01（P110） 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．M是阳极，N是阴极 C．M和N都是石墨电极 D．M是阴极，N是阳极 解题方法 【解析】如果电解质溶液是稀硫酸，阳极发生氧化反应，质量会减少，即M极质量减小；阴极发生还原反应放出氢气，N极质量不变，故A不符合题意；由题意可知，M极质量减小，则发生氧化反应，为阳极；N极质量增大，溶液中的金属阳离子得电子在N极上析出，发生还原反应，N为阴极，故B符合题意，D不符合题意；如果M和N均是石墨电极，M极质量不会减小，故C不符合题意。 【答案】B 教材习题02（P110） 用惰性电极分别电解下列各电解质的水溶液，一段时间后(设电解质足量)，向电解后溶液中加(通)入适量原电解质，可以使溶液恢复到电解前的浓度的是(　　) A．Cu(NO3)2 B．K2SO4 C．HCl D．NaOH 解题方法 【解析】电解硝酸铜溶液得到的产物是氧气和铜，要使溶液恢复到电解前的浓度，应加入氧化铜或碳酸铜，A错误；电解硫酸钾溶液得到的产物是氢气和氧气，要使溶液恢复到电解前的浓度，应加水，B错误；电解HCl溶液，得到的产物是氢气和氯气，要使溶液恢复到电解前的浓度，应通入HCl，与原电解质相同，C正确；电解氢氧化钠溶液得到的产物是氢气和氧气，要使溶液恢复到电解前的浓度，应加水，D错误。 【答案】C 考点一　电解及其装置 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化成化学能的装置 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 【解析】如果阳极是活泼电极，电极本身失去电子，发生氧化反应。 2．关于如图所示①②两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：2H2O－4e－===4H＋＋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 【答案】B 【解析】①为电解池，电解水，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，硫酸的浓度增大；②为原电池，溶液中的氢离子移向正极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，硫酸的浓度减小。 3．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是(　　) A．该装置可能是原电池，也可能是电解池 B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极 C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸 D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸 【答案】B 【解析】铜和盐酸或稀硫酸不能自发地进行氧化还原反应，铜和硝酸能自发地进行氧化还原反应，但生成的气体是氮氧化物而不是氢气，所以该反应只能是电解池反应而不是原电池反应，该装置只能构成电解池不能构成原电池；该电解池中，铜作阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得电子发生还原反应，所以该电解池的阳极必须是铜电极，故答案选B。 4.如图所示是电解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 【答案】C 【解析】电流从电源的正极流出，因此a为正极，b为负极，则c为阳极，d为阴极。电解CuCl2溶液的电极反应分别为阳极(c电极)：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(d电极)：Cu2＋＋2e－===Cu，故C项正确。 5．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是(　　) 选项 A B C D a电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d电极 正极 正极 负极 负极 Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 【答案】B 【解析】根据题图知，该装置有外接电源，所以属于电解池，根据电子流向知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q离子是阳离子，P离子是阴离子，故B正确。 考点二　电解规律及其应用 6．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的反应有(　　) A．2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑ B．Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ C．2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ D．2H2O2H2↑＋O2↑ 【答案】C 【解析】设混合溶液的体积为4 L，物质的量浓度均为1 mol·L－1，溶液中硫酸铜和氯化钠的物质的量分别为3 mol 和1 mol，根据转移电子守恒，第一阶段：阳极上氯离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方程式是Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑，氯离子完全反应时，剩余铜离子2.5 mol；第二阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，电解的方程式是2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑；第三阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上氢离子放电，电解的方程式是2H2O2H2↑＋O2↑。 7．用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是(　　) A．硫酸 B．氢氧化钠 C．硫酸钠 D．氯化钠 【答案】C 【解析】用惰性电极电解硫酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液实质是电解水，浓度增大，硫酸溶液的pH减小，氢氧化钠溶液的pH增大，硫酸钠溶液的pH不变；电解氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶液的pH增大。 8.如图为直流电源电解稀硫酸钠溶液的装置。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．电极a附近呈红色，电极b附近呈蓝色 B．电极a附近呈蓝色，电极b附近呈红色 C．逸出气体的体积，电极a 的小于电极b的 D．一电极逸出无味气体，另一电极逸出具有刺激性气味的气体 【答案】B 【解析】电极a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；电极b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；电极a产生H2，电极b产生O2，H2的体积是O2体积的2倍，故C、D项不正确。 9．用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的一组是(　　) 组号 X Y Z W A C Fe NaCl H2O B Pt Cu CuSO4 CuSO4溶液 C C C H2SO4 H2O D Ag Fe AgNO3 AgNO3晶体 【答案】C 【解析】据加入电解反应方程式生成阴、阳极产物化合后的物质，可复原溶液知，A应通HCl，B加CuO，C加H2O，D不需加任何物质。 10．利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是(　　) A．b为直流电源的正极 B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变 C．阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室 【答案】C 【解析】二氧化硫被氧化为硫酸根离子，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极相连，则b为电源负极，故A错误；将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式发生改变，故B错误；阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故C正确；电解时，阳离子移向阴极，所以H＋由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室，故D错误。 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化。 2.理解电解的规律，判断电解的产物。 3.电解池电极反应式和总反应式的书写。 【学习重难点】 1.电解的规律及其应用。 2.电解池电极反应式的书写。 1．（24-25高二下·河南·月考）利用如图所示装置可实现有机物化学储氢，下列说法正确的是 A．若电源为铅酸蓄电池，则电极M应与PbO2电极相连 B．电极N上的电极反应式为2H2O+4e-=O2↑+4H+ C．该装置工作时，外电路中电子的流动方向为电极M→电解质溶液→电极N→电源 D．该装置工作时，存在非极性键的形成和极性键的断裂 【答案】D 【分析】由图可知，在多孔碳电极M得到电子生成，多孔碳电极M为阴极，多孔电极N为阳极，H2O在阳极失去电子生成O2，以此解答。 【解析】由分析可知，M为阴极，故若电源为铅酸蓄电池，则电极M应与负极即Pb电极相连，A错误；由分析可知，N为阳极发生氧化反应，失去电子，即电极N上的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，原来的电极反应电荷不守恒，B错误；“电子不下水，离子不上岸”，故该装置工作时，外电路中电子的流动方向为电源负极→电极M，电极N→电源正极，C错误；该装置工作时，存在O=O非极性键的形成，H-O极性键的断裂，D正确；故选D。 2．（24-25高二下·河南南阳·期末）近日，科学家开发了高活性磷化铁催化剂用于选择性电化学硝酸盐还原为氨气，工作原理如图所示。下列叙述正确的是 A．a极与电源正极连接 B．一段时间后，KOH溶液浓度保持不变 C．a极的主要电极反应为 D．b极电势小于a极电势 【答案】C 【分析】由图示可知，a电极上硝酸根离子被还原生成氨气，所以a电极为阴极、b电极为阳极，阴极反应式为:、阳极反应式为:，a直接连电源的负极、b直接连电源的正极，回答下列问题； 【解析】根据分析可知，a极与电源负极连接， A错误；阳极反应为，水逐渐增多，KOH溶液浓度降低，B错误；根据分析可知：a极的主要电极反应为，C正确；阳极b的电势高于阴极a的电势，D错误；故选C。 3．（24-25高二上·河北沧州·月考）利用肼(N2H4)—空气燃料电池电解CuSO4溶液的装置如图所示。下列说法正确的是 A．装置甲中负极反应式：N2H4-6e-+4OH-=N2+4H2O B．装置甲中离子交换膜为阳离子交换膜 C．一段时间后，装置甲中KOH溶液的pH不变 D．标准状况下，当装置甲中有2.24L O2被还原时，装置乙阳极上放出2.24L气体 【答案】D 【解析】装置甲为燃料电池，负极N2H4失电子生成N2和H2O负极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O，A错误；正极生成氢氧根离子、负极消耗氢氧根离子，所以装置甲中离子交换膜为阴离子交换膜，B错误；装置甲总反应为N2H4+O2=N2+4H2O，有水生成，一段时间后，装置甲中电解质溶液的pH减小，C错误；标准状况下，当装置甲中有2.24L O2被还原时，电路中转移0.4mol电子，装置乙阳极上氢氧根离子放电生成氧气，4OH--4e-=2H2O+O2↑，根据电子守恒，放出0.1mol氧气，标准状况下的体积为2.24L，D正确；故选D。 4．（24-25高二下·北京丰台·期中）利用光能可以将CO2转化为重要的化工原料C2H4(电解质溶液为稀硫酸)，同时可为制备次磷酸(H3PO2)提供电能，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．W为正极 B．电解一段时间后M室pH降低，N室pH升高 C．a、b、c为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜 D．W极的电极反应式为 【答案】C 【分析】利用光能可以将CO2转化为重要的化工原料C2H4(电解质溶液为稀硫酸)，同时可为制备次磷酸(H3PO2)提供电能，则左侧装置为原电池，右侧装置为电解池。在左池，Z电极，H2O→O2，失电子发生氧化反应，则Z电极为负极，发生反应6H2O-12e-=3O2↑+12H+；W电极，CO2→C2H4，得电子发生还原反应，则W电极为正极，发生反应2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O，H+由Z电极区透过a膜转移到W电极区，则a膜为阳膜。右侧装置为电解池，X电极与电源的正极相连，为电解池的阳极，发生电极反应2H2O-4e-=4H++O2↑，H+透过b膜进入产品室，原料室中的透过c膜进入产品室，则b膜为阳膜、c膜为阴膜；Y电极为阴极，2H2O+2e-=2OH-+H2↑，原料室内的Na+透过d膜进入N室，则d膜为阳膜。 【解析】由分析可知，W为正极，A正确；电解一段时间后M室H2SO4的物质的量不变，但溶液的体积减小，c(H+)增大，pH降低，N室发生反应2H2O+2e-=2OH-+H2↑，c(OH-)增大，pH升高，B正确；由分析可知，a、b、d为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜，C错误；W极，CO2得电子产物与电解质反应生成C2H4等，依据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒，可得出电极反应式为，D正确；故选C。 5．（24-25高二下·四川内江·期中）我国化学家通过对过渡金属基尖晶石氧化物(NiCO2O4)进行性能优化，成功开发出锌—空气二次电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．放电时，X极电极反应式：Zn+4OH−−2e-=[Zn(OH)4]2- B．充电时，Y极与电源的正极相连，发生氧化反应 C．放电过程中，Y极附近溶液pH增大 D．放电时，当电路中有0.4mole-通过时，Y极消耗2.24LO2 【答案】D 【分析】由图可知，放电时，X电极为原电池的负极，碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成四羟基合锌离子，电极反应式为Zn-2e‑+4OH-=[Zn(OH)4]2-，Y电极为正极，水分子作用下氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；充电时，X极与电源负极连接，Y极与电源正极连接。 【解析】由分析可知，放电时，X极为负极，电极反应式为Zn+4OH−−2e-=[Zn(OH)4]2-，故A正确；由分析可知，充电时，Y极与电源正极连接，为阳极，发生氧化反应，故B正确；由分析可知，放电过程中，Y极生成氢氧根，pH增大，故C正确；未指明温度与压强，无法计算，故D错误；故选D。 6．（24-25高二上·河南新乡·月考）某低成本储能电池原理如图所示，下列说法正确的是 A．充电时，右侧溶液的增大 B．充电时，总反应为 C．放电时，电子由铅电极经质子交换膜移向多孔碳电极 D．放电时，电路中每转移电子，左侧溶液质量减少 【答案】A 【分析】由图可知，放电时，Pb为负极，电极反应式为Pb-2e-+SO42-=PbSO4，多孔碳为正极，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，充电时，Pb电极为阴极，电极反应式为PbSO4+2e-=Pb+ SO42-，多孔碳为阳极，电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+，据此作答。 【解析】由分析可知，充电时，右侧电极为阳极，亚铁离子在阳极失去电子发生氧化反应生成铁离子，溶液中的氢离子通过质子交换膜由阳极区移向阴极区，溶液中的氢离子浓度减小，溶液pH增大，故A正确；由分析可知，充电时，电解的总反应为，故B错误；放电时，电子由铅电极经导线移向多孔碳电极，质子交换膜不能传递电子，故C错误；由分析可知，放电时，左侧电极为储能电池的负极，硫酸根离子作用下，铅在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸铅，电极反应式为Pb—2e—+ SO42-=PbSO4，电路中每转移1mol电子时，放电生成0.5mol硫酸铅，同时有1mol氢离子通过质子交换膜由负极区移向正极区，则左侧溶液减少质量为0.5mol×96g/mol+1 mol×1g/mol=49g，故D错误；故选A。 7．（24-25高二下·湖北宜昌·期中）我国科学家研发了一种具有“氨氧化、析氢”双功能的Zn-NH3电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．充电时，阴极室电解质溶液pH增大 B．放电时，正极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH- C．放电时，阴离子移向Zn电极 D．充电时，导线中每转移6mol电子，阳极室溶液质量减少28g 【答案】D 【分析】根据图示可知，放电时是原电池，负极为锌，锌在负极失去电子生成[Zn(OH)4]2-，负极的电极反应式为Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，复合石墨是正极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，充电时，复合石墨是阳极，电极反应为2NH3·H2O-6e-+6OH-=N2↑+8H2O，Zn是阴极，电极反应为：[Zn(OH)4]2-+2e-=Zn+4OH-，据此分析解题。 【解析】充电时，阴极的反应为[Zn(OH)4]2-+2e-=Zn+4OH-，当转移2mol电子时，生成4mol OH-，有2mol OH-透过阴离子交换膜移向右侧，故阴极室电解质溶液pH增大，故A正确；由分析可知，放电时正极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故B正确；放电时Zn失电子，电极反应式为Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，溶液负电荷减少，阴离子移向Zn电极，故C正确；充电时，每生成3mol Zn，转移6mol电子，阳极生成1mol氮气，同时会有6mol OH-透过阴离子交换膜移向阳极室，故阳极室质量增加6mol×17g/mol-28g=74g，故D错误； 故选D。 8．（24-25高二下·江苏盐城·期中）研究表明以N2为氮源电解可直接制备HNO3，其原理如图所示。下列有关说法正确的是 A．a为电源负极 B．电解一段时间后，阴极区溶液pH降低 C．电解时阳极电极反应式为N2＋6H2O＋10e-=2＋12H＋ D．若转移1 mol电子，可获得标准状况下11.2 L H2 【答案】D 【分析】从图中可以看出，在左侧电极，N2失电子产物与电解质反应生成NO3-等，则此电极为阳极，电极反应式为N2＋6H2O-10e-=2NO3-＋12H＋，H+透过质子交换膜进入右侧电极区；在右侧电极，H+得电子生成H2等，则右侧电极为阴极。从而得出与左侧阳极相连的a电极为正极，b电极为负极。 【解析】由分析可知，a为电源正极，A不正确；电解反应发生时，阴极发生反应2H++2e-=H2↑，但同时左侧电极产生的H+不断进入右侧电极区，溶液pH不变，B不正确；电解时，左侧电极为阳极，N2失电子产物与电解质反应生成NO3-等，依据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒，可得出阳极电极反应式为N2＋6H2O-10e-=2NO3-＋12H＋，C不正确；依据阴极反应式2H++2e-=H2↑，若转移1 mol电子，可获得0.5molH2，其在标准状况下的体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2 L，D正确；故选D。 9．（24-25高二下·云南昭通·月考）哈尔滨工业大学的研究团队发现，以非晶态Ni(Ⅲ)基硫化物为催化剂，能有效催化OER(析氧反应)和UOR(尿素氧化反应)，从而降低电解水制氢过程中的能耗，其工作原理和反应机理如图所示： 下列说法正确的是 A．电极B上UOR的反应式为 B．电解过程中，电子从电极B经电解液流向电极A C．OER第Ⅳ步进行时，没有涉及非极性键的形成与断裂 D．若将光伏电池换成铅酸蓄电池，电极A应连接铅酸蓄电池的电极 【答案】A 【分析】由题意可知，该装置是电解池，电解水制氢，电极A为阴极，水得到电子生成氢气，电极反应式为；电极B为阳极，尿素失电子被氧化生成氮气，UOR的总过程为。 【解析】电极B为阳极，在碱性条件下，尿素失电子被氧化生成氮气，结合质量守恒，还生成二氧化碳和水，A正确；电子在外电路移动，内电路为电解质溶液中离子移动，B错误；   C．由图过程Ⅳ涉及了氧氧非极性键的断裂，生成了氧气涉及氧氧非极性键的生成，C错误；电极A为电解池的阴极，应与电源铅酸蓄电池的负极（即Pb极）相连，D错误；故选A。 10．（24-25高二上·河南洛阳·期中）电解脱硫的基本原理如图所示，利用电极反应将Mn2+转化成Mn3+，Mn3+再将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3+和。下列说法错误的是 A．Mn2+在阳极放电，发生氧化反应 B．电解过程中，混合溶液的pH值将减小 C．电解刚刚开始时，观察到阳极石墨棒上有无色气体产生 D．Mn3+氧化FeS2的离子方程式为FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2+16H+ 【答案】C 【分析】根据原理装置图可知，Mn2+在阳极失去电子，发生氧化反应，阳极的电极反应式为Mn2+-e-=Mn3+，H+在阴极得到电子，发生还原反应，阴极的电极反应式为2H++2e-=H2↑，混合液中发生反应FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2SO42-+16H+。 【解析】由分析可知，Mn2+在阳极失去电子，发生氧化反应，A正确；由分析可知，阳极的电极反应式为Mn2+-e-=Mn3+，阴极的电极反应式为2H++2e-=H2↑，混合液中发生反应FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2SO42-+16H+，结合得失电子守恒，混合溶液中氢离子浓度增大，混合溶液的pH值将减小，B正确；电解刚刚开始时，阴极发生氢离子得电子生成氢气的反应：2H++2e-=H2，阴极石墨棒上有无色气体产生，Mn2+在阳极失去电子，发生氧化反应，阳极的电极反应式为Mn2+-e-=Mn3+，没有气体生成，C错误；由分析可知，混合液中FeS2和Mn3+发生氧化还原反应生成Mn2+和SO42-、Fe3+，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子反应为：FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2SO42-+16H+，D正确；故选C。 11．（24-25高二下·江苏扬州·期中）为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法不正确的是 A．阴极反应：2H2O + 2e- = 2OH-+ H2↑ B．电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动 C．阳极反应：2HCHO-2e-+ 2H2O =2HCOO-+ 4H++H2↑ D．相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍 【答案】C 【分析】据图示可知，b电极上HCHO转化为HCOO-，而HCHO转化为HCOO-为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知：反应后生成的转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H-，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H--2e-=H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。 【解析】阴极水得电子生成氢气，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，A正确；由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，B正确；由以上分析可知，阳极反应涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得阳极反应为：，C错误；由以上分析可知，阳极反应：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，阴极反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-，即转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传统电解水：，转移2mol电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下理论产量是传统电解水的2，D正确；故选C。 12．（24-25高二上·北京海淀·期末）利用电化学技术处理含有和废水的装置及原理示意图如下。下列说法正确的是 A．电极n连接直流电源的正极 B．电极n产生的气体为 C．反应①的离子方程式： D．当产生224mL(标准状况下)时，理论上外电路通过0.06mol电子 【答案】D 【解析】电极m上Cl-失去电子生成HClO，1molCl-失去2mol电子生成1molHClO，电极m为阳极，则电极m与直流电源的正极连接，电极n与直流电源负极连接，故A错误；电极n与直流电源负极连接，电极n为阴极，水在电极n上得到电子产生氢气，故B错误；次氯酸为弱酸，不能写成离子形式，离子方程式应为，故C错误；根据反应，生成1molN2消耗3molHClO，则当产生标准状况下224mL(0.01mol)N2时，理论上外电路通过0.06mol电子，故D正确；故选D。 13．（24-25高二上·河南南阳·月考）湖南大学王双印教授团队提出了一种独特的亲气亲水异质结构金-聚四氟乙烯/硅(Au-PTFE/Si)基光电极，在温和条件下于酸性电解液中进行固氮反应高效合成氨，装置如图所示。下列说法正确的是 A．N极的电势比M极的高 B．电解液中的H+向M极移动 C．N极的电极反应式为 D．电路中转移1.5mol电子时，产生氨气的体积为11.2L 【答案】C 【分析】由图可知，M极硫化合价升高，失去电子发生氧化反应，M为阳极，阳极电极反应：，N为阴极，氮气得到电子发生还原反应，阴极电极反应：； 【解析】M为阳极， N为阴极，N极的电势比M极的低，A错误；电解池中阳离子向阴极N极移动，B错误；由分析，N极的电极反应式为，C正确；没有指明标准状况，不确定生成氨气的体积，D错误；故选C。 14．（24-25高二上·湖南岳阳·期末）利用如图所示的装置(M、N均为惰性电极)进行电解实验。下列有关说法正确的是 A．若电解质溶液为溶液，则N极有黄绿色气体生成 B．若电解质溶液为溶液，则可进行金属铝的冶炼 C．若电解质溶液为溶液，则电解一段时间后，溶液的会减小 D．若电解质溶液为溶液，每转移电子，M、N电极的质量均变化 【答案】A 【解析】若电解质溶液为溶液，则N极为电解池阳极，氯离子放电生成氯气：，有黄绿色气体生成，A正确；若电解质溶液为溶液，阳极（N极）生成氯气，阴极（M极）生成氢气，不能进行金属铝的冶炼，若要冶炼金属铝，需要电解熔融态，B错误；若电解质溶液为溶液，M极有为电解池阴极，生成氢气和氢氧根离子，阳极（N极）生成氯气，则电解一段时间后，溶液的增大，C错误；若电解质溶液为溶液，每转移电子，阴极M电极生成Cu1mol（64g），阳极N极生成氯气1mol（71g），D错误；故选A。 15．（24-25高二下·四川德阳·月考）某化学兴趣小组利用电解原理设计如图所示装置，拟将氨转化为高纯氢气。下列有关说法错误的是 A．电解一段时间，阴极区溶液pH值变大 B．电解过程中OH−从右向左移动 C．阳极区电极反应式为：2NH3-6e−+6OH−=N2+6H2O D．工作一段时间，左池消耗22.4 LNH3时，右池溶液减少54 g 【答案】D 【分析】根据装置图可知：在左边NH3失去电子发生氧化反应，为阳极，电极反应为：2NH3-6e−+6OH−=N2+6H2O；右边为阴极，电极反应为：2H2O+2e−=2OH−+H2↑，电解池总反应为：。 【解析】据以上分析可知，阴极的电极反应为：2H2O+2e−=2OH−+H2↑，反应产生OH-，为维持电荷守恒，溶液中OH−向左移动，阴极消耗水，KOH的物质的量不变，则其浓度变大，溶液pH变大，A正确；据以上分析可知，阳极上NH3失去电子被氧化为N2，电极反应为：2NH3-6e−+6OH−=N2+6H2O；右边为阴极，电极反应为：2H2O+2e−=2OH−+H2↑，左边消耗OH-，右边产生OH-，为维持电荷守恒，电解过程中OH−从右向左移动，B正确；根据装置图可知：左侧的阳极电极反应式为：2NH3−6e−+6OH−=N2+6H2O，C正确；未注明是否是标准状况下22.4 L的NH3，无法确定其物质的量，也就无法计算溶液中物质质量变化，D错误； 故选D。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第21讲 电解原理 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 电解原理 1.实验探究：电解氯化铜溶液 按下图所示装置完成实验，并填写下表。 实验现象 实验结论 原因分析 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成 自由运动离子发生定向移动 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层 析出 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu( 反应) 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸 产生了 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑( 反应) 2.电解和电解池 (1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起 反应的过程。 (2)电解池：将 转化为 的装置。 (3)电解池的构成条件 ① ；② ；③ ；④ 。 3.电解原理示意图 4.电解池阴极和阳极的判断依据 知识点二 电解规律 1．电解池电极反应式的书写 (1)常见微粒的放电顺序 阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>…… 阳极：活性电极＞S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根 【特别提醒】①活性电极一般指Pt、Au以外的金属电极。 ②电解的离子方程式中，若参与电极反应的H＋或OH－是由水电离出来的，用H2O作为反应物。 (2)电极反应式的书写方法 以惰性电极碳棒电解CuSO4溶液为例 ①辨电极：阴极与电源负极相连，阳极与电源正极相连。 ②找离子：电解质溶液中：Cu2＋、H＋、SO、OH－。 ③排顺序：依据常见微粒放电顺序，阴极：Cu2＋>H＋(水)，阳极：OH－(水)>SO。 ④电极式：阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 ⑤总反应：依据得失电子守恒，调整各电极计量数，然后相加，标上反应条件 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋、2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。 2．电解后溶液的复原规律 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： (1)电解H2O型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ 2H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ pH变化 复原加入物质 加入 (2)电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 复原加入物质 加入 加入 (3)电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2Cu2＋＋4e－===2Cu pH变化 复原加入物质 加入 加入 3.电解池中的守恒规律 同一电路中转移的电子数是 的，利用电子守恒使各电极得失电子均 ，在各极反应式中建立联系。 4.电解后溶液的复原 从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。 教材习题01（P110） 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．M是阳极，N是阴极 C．M和N都是石墨电极 D．M是阴极，N是阳极 解题方法 教材习题02（P110） 用惰性电极分别电解下列各电解质的水溶液，一段时间后(设电解质足量)，向电解后溶液中加(通)入适量原电解质，可以使溶液恢复到电解前的浓度的是(　　) A．Cu(NO3)2 B．K2SO4 C．HCl D．NaOH 解题方法 考点一　电解及其装置 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化成化学能的装置 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 2．关于如图所示①②两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：2H2O－4e－===4H＋＋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 3．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是(　　) A．该装置可能是原电池，也可能是电解池 B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极 C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸 D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸 4.如图所示是电解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 5．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是(　　) 选项 A B C D a电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d电极 正极 正极 负极 负极 Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 考点二　电解规律及其应用 6．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的反应有(　　) A．2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑ B．Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ C．2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ D．2H2O2H2↑＋O2↑ 7．用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是(　　) A．硫酸 B．氢氧化钠 C．硫酸钠 D．氯化钠 8.如图为直流电源电解稀硫酸钠溶液的装置。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．电极a附近呈红色，电极b附近呈蓝色 B．电极a附近呈蓝色，电极b附近呈红色 C．逸出气体的体积，电极a 的小于电极b的 D．一电极逸出无味气体，另一电极逸出具有刺激性气味的气体 9．用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的一组是(　　) 组号 X Y Z W A C Fe NaCl H2O B Pt Cu CuSO4 CuSO4溶液 C C C H2SO4 H2O D Ag Fe AgNO3 AgNO3晶体 10．利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是(　　) A．b为直流电源的正极 B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变 C．阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化。 2.理解电解的规律，判断电解的产物。 3.电解池电极反应式和总反应式的书写。 【学习重难点】 1.电解的规律及其应用。 2.电解池电极反应式的书写。 1．（24-25高二下·河南·月考）利用如图所示装置可实现有机物化学储氢，下列说法正确的是 A．若电源为铅酸蓄电池，则电极M应与PbO2电极相连 B．电极N上的电极反应式为2H2O+4e-=O2↑+4H+ C．该装置工作时，外电路中电子的流动方向为电极M→电解质溶液→电极N→电源 D．该装置工作时，存在非极性键的形成和极性键的断裂 2．（24-25高二下·河南南阳·期末）近日，科学家开发了高活性磷化铁催化剂用于选择性电化学硝酸盐还原为氨气，工作原理如图所示。下列叙述正确的是 A．a极与电源正极连接 B．一段时间后，KOH溶液浓度保持不变 C．a极的主要电极反应为 D．b极电势小于a极电势 3．（24-25高二上·河北沧州·月考）利用肼(N2H4)—空气燃料电池电解CuSO4溶液的装置如图所示。下列说法正确的是 A．装置甲中负极反应式：N2H4-6e-+4OH-=N2+4H2O B．装置甲中离子交换膜为阳离子交换膜 C．一段时间后，装置甲中KOH溶液的pH不变 D．标准状况下，当装置甲中有2.24L O2被还原时，装置乙阳极上放出2.24L气体 4．（24-25高二下·北京丰台·期中）利用光能可以将CO2转化为重要的化工原料C2H4(电解质溶液为稀硫酸)，同时可为制备次磷酸(H3PO2)提供电能，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．W为正极 B．电解一段时间后M室pH降低，N室pH升高 C．a、b、c为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜 D．W极的电极反应式为 5．（24-25高二下·四川内江·期中）我国化学家通过对过渡金属基尖晶石氧化物(NiCO2O4)进行性能优化，成功开发出锌—空气二次电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．放电时，X极电极反应式：Zn+4OH−−2e-=[Zn(OH)4]2- B．充电时，Y极与电源的正极相连，发生氧化反应 C．放电过程中，Y极附近溶液pH增大 D．放电时，当电路中有0.4mole-通过时，Y极消耗2.24LO2 6．（24-25高二上·河南新乡·月考）某低成本储能电池原理如图所示，下列说法正确的是 A．充电时，右侧溶液的增大 B．充电时，总反应为 C．放电时，电子由铅电极经质子交换膜移向多孔碳电极 D．放电时，电路中每转移电子，左侧溶液质量减少 7．（24-25高二下·湖北宜昌·期中）我国科学家研发了一种具有“氨氧化、析氢”双功能的Zn-NH3电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．充电时，阴极室电解质溶液pH增大 B．放电时，正极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH- C．放电时，阴离子移向Zn电极 D．充电时，导线中每转移6mol电子，阳极室溶液质量减少28g 8．（24-25高二下·江苏盐城·期中）研究表明以N2为氮源电解可直接制备HNO3，其原理如图所示。下列有关说法正确的是 A．a为电源负极 B．电解一段时间后，阴极区溶液pH降低 C．电解时阳极电极反应式为N2＋6H2O＋10e-=2＋12H＋ D．若转移1 mol电子，可获得标准状况下11.2 L H2 9．（24-25高二下·云南昭通·月考）哈尔滨工业大学的研究团队发现，以非晶态Ni(Ⅲ)基硫化物为催化剂，能有效催化OER(析氧反应)和UOR(尿素氧化反应)，从而降低电解水制氢过程中的能耗，其工作原理和反应机理如图所示： 下列说法正确的是 A．电极B上UOR的反应式为 B．电解过程中，电子从电极B经电解液流向电极A C．OER第Ⅳ步进行时，没有涉及非极性键的形成与断裂 D．若将光伏电池换成铅酸蓄电池，电极A应连接铅酸蓄电池的电极 10．（24-25高二上·河南洛阳·期中）电解脱硫的基本原理如图所示，利用电极反应将Mn2+转化成Mn3+，Mn3+再将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3+和。下列说法错误的是 A．Mn2+在阳极放电，发生氧化反应 B．电解过程中，混合溶液的pH值将减小 C．电解刚刚开始时，观察到阳极石墨棒上有无色气体产生 D．Mn3+氧化FeS2的离子方程式为FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2+16H+ 11．（24-25高二下·江苏扬州·期中）为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法不正确的是 A．阴极反应：2H2O + 2e- = 2OH-+ H2↑ B．电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动 C．阳极反应：2HCHO-2e-+ 2H2O =2HCOO-+ 4H++H2↑ D．相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍 12．（24-25高二上·北京海淀·期末）利用电化学技术处理含有和废水的装置及原理示意图如下。下列说法正确的是 A．电极n连接直流电源的正极 B．电极n产生的气体为 C．反应①的离子方程式： D．当产生224mL(标准状况下)时，理论上外电路通过0.06mol电子 13．（24-25高二上·河南南阳·月考）湖南大学王双印教授团队提出了一种独特的亲气亲水异质结构金-聚四氟乙烯/硅(Au-PTFE/Si)基光电极，在温和条件下于酸性电解液中进行固氮反应高效合成氨，装置如图所示。下列说法正确的是 A．N极的电势比M极的高 B．电解液中的H+向M极移动 C．N极的电极反应式为 D．电路中转移1.5mol电子时，产生氨气的体积为11.2L 14．（24-25高二上·湖南岳阳·期末）利用如图所示的装置(M、N均为惰性电极)进行电解实验。下列有关说法正确的是 A．若电解质溶液为溶液，则N极有黄绿色气体生成 B．若电解质溶液为溶液，则可进行金属铝的冶炼 C．若电解质溶液为溶液，则电解一段时间后，溶液的会减小 D．若电解质溶液为溶液，每转移电子，M、N电极的质量均变化 15．（24-25高二下·四川德阳·月考）某化学兴趣小组利用电解原理设计如图所示装置，拟将氨转化为高纯氢气。下列有关说法错误的是 A．电解一段时间，阴极区溶液pH值变大 B．电解过程中OH−从右向左移动 C．阳极区电极反应式为：2NH3-6e−+6OH−=N2+6H2O D．工作一段时间，左池消耗22.4 LNH3时，右池溶液减少54 g 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$