第17讲 电解池-【暑假预学】2025-2026学年高二化学人教版（2019）预学教程

第17讲 电解池 学习任务 预学1：电解原理 预学2：电解饱和食盐水 预学3：电镀与电解精炼 ◆预学1 电解原理 1．实验探究：电解CuCl2溶液 (1)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 电解质溶液导电的过程就是被电解的过程 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出__________ 阴极：_________________ (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__________ 阳极：__________________ (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________________的过程。 (2)电解池：将__________转化为__________的装置(也称电解槽)。 (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．电解池的工作原理 接通电路后，电源、金属导线、阴极和阳极与电解质溶液形成闭合回路(如图所示)。 (1)电流方向：电源正极→金属导线→_______极→电解质溶液→阴极→金属导线→电源_______极。 (2)电子、离子移动方向：在电解质溶液中，阳离子向_______极移动，阴离子向阳极移动；在外电路中，电子由阳极→_______极，负极→_______极。 4．阴阳两极上放电顺序 (1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序： (2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。 若是惰性电极作阳极，放电顺序为： 【疑难点拨】 (1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。 (2)最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。 (3)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。 【典例1】如下图所示装置中属于电解池的是________(填序号)。 【对点练】铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理，按照如图所示装置连接，电解40 min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30 min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是( ) A．电解时，电子从电源负极→导线→铝极，铅极→导线→电源正极 B．在电解过程中，H＋向铝片移动，SO向铅片移动 C．电解过程阳极周围溶液的pH下降 D．电解的总反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ 电解池阴极和阳极的判断依据 (1)电流方向：电源正极→金属导线→阳极→电解质溶液→阴极→金属导线→电源负极。 (2)电子、离子移动方向：在电解质溶液中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；在外电路中，电子由阳极→正极，负极→阴极。 ◆预学2 电解饱和食盐水 1．电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是__________________。 通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。 阳极：_____________________ (氧化反应)。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水电离产生的。 阴极：________________________ (还原反应)。 ③总反应： 化学方程式为：_____________________________________； 离子方程式为：__________________________________________。 2．氯碱工业生产流程 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做_______工业。工业生产中，电解饱和食盐水的反应在_____________________中进行。 ①阳离子交换膜电解槽 ②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。 3．氯碱工业产品及其应用 (1)氯碱工业产品主要有_______、_______、_______、盐酸、含氯漂白剂。 (2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。 【名师点评】【易错警示】【疑难点拨】 【典例2】如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是( ) A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过 C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑ D．该装置将电能转化为化学能 【对点练】氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是( ) A．电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．通入空气的电极为负极 C．电解池中产生2 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2 D．a、b、c的大小关系为a>b＝c ◆预学3 电镀与电解精炼 电镀是一种利用_______原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 装置 电镀 精炼 阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极材料 镀件金属Fe 纯铜 阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等 阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 溶液变化 硫酸铜溶液浓度保持_______ Cu2＋浓度_______，金、银等金属沉积形成阳极泥 【名师点评】【易错警示】【疑难点拨】 (1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 【典例3】若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是( ) ①将铜片接在电源的正极上 ②将银片接在电源的正极上 ③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag ④在银片上发生的反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液 ⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 【对点练】利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是( ) A．通电后，Ag＋向阳极移动 B．银片与电源负极相连 C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)在电解池中与直流电源负极相连的电极是阴极。( ) (2)在电解池中，电子从阳极流入电源正极。( ) (3)用石墨作阴极、铜作阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。( ) (4)用石墨作电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag＋＋2H2O4Ag＋4H＋＋O2↑。( ) (5)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。( ) (6)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阳极区。( ) (7)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)。( ) (8)在Fe上电镀Zn，应用Zn作阳极，用ZnSO4溶液作电镀液。( ) (9)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区。( ) (10)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。( ) 【基础训练】 1．下列关于电解池工作原理的说法错误的是( ) 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．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↑ 3．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( ) A．电解时以精铜作阳极 B．电解时阴极发生氧化反应 C．粗铜连接电源负极，其电极反应式是Cu-2e-=Cu2+ D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 4．用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列物质的溶液，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 5．下列说法错误的是( ) A．用惰性电极电解Na2SO4溶液，当2mol电子转移时，可加入18g水恢复 B．用惰性电极电解1mol/LCuSO4溶液，加入1molCuO恢复，电路中转移了2mol电子 C．用惰性电极电解含1molNaOH的水溶液，溶液的pH不变 D．要想实现Cu+H2SO4(稀)=CuSO4+H2↑的反应，需在电解池中进行，且Cu为阳极 6．用铁棒和铜棒做电极，模拟在铁棒上镀铜，实验装置如图所示，下列判断正确的是( ) A．溶液中阳离子移向b极发生还原反应 B．铜棒的材质必须用纯铜 C．电解一段时间后加Cu(OH)2固体使溶液恢复原来的浓度 D．该实验过程中电解质溶液的pH会不断减小 7．下列有关化学装置的说法正确的是( ) A．用图1装置处理银器表面的黑斑(Ag2S)，银器表面发生的反应为Ag2S+2e-=2Ag+S2- B．用图2装置电解一段时间后，铜电极部分溶解，溶液中铜离子的浓度基本不变 C．图3装置中若直流电源的X极为负极，则该装置可实现粗铜的电解精炼 D．图4装置中若M溶液是海水，则该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”防止铁被腐蚀 8．氯碱工业用离子交换膜法电解饱和食盐水，装置示意图如图。下列说法错误的是( ) A．a为阳极，发生氧化反应生成氯气 B．b极的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH- C．电解时，Na+穿过离子交换膜进入阴极室 D．饱和食盐水从c处进入，淡盐水从e处流出 9．利用如图所示装置可以除去尾气中的H2S，其中电化学膜的主要材料是碳和熔融的碳酸盐。下列说法错误的是( ) A．经过处理所得的净化气可以直接排放 B．a电极为阴极，发生还原反应 C．b电极通入N2的目的是将生成的S2从电极表面及时带出 D．由净化气中CO2含量明显增加可知，尾气处理过程中电化学膜有损耗，需定期更换 10．如图是利用水银为阴极电解食盐水制备苛性钠的原理示意图。已知在水银电极上钠离子比氢离子容易放电。下列说法不正确的是( ) A．丁电极是负极，电解液中pH增大 B．气体甲是氯气，气体乙是氢气 C．电子迁移路径：碳棒→丙电极，丁电板→水银 D．该方法获取的苛性钠纯度高，但存在汞蒸气污染 11．H2O2和O3都是较强的氧化剂，可用于环境消杀。以下电化学装置可协同产生H2O2和O3，产生H2O2和O3的物质的量之比为5：1，下列说法错误的是( ) A．Y电极电势低于X电极 B．膜为质子交换膜 C．生成双氧水的电极反应式为O2+2e-+2H+=H2O2 D．X极处可能还存在其他副反应 12．全钒液流电池的放电原理为VO2++V2++2H+=VO2++V3++H2O，该电池续航能力强，充电时间短。用太阳能电池给全钒液流电池充电的装置示意图如图所示。下列说法错误的是( ) A．太阳能电池放电时，化学能转化为电能 B．电极M上的电势低于电极N上的电势 C．交换膜可选用质子交换膜 D．全钒液流电池放电时，正极的电极反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O 13．NCl3是一种黄色黏稠状液体，可用于制备新型消毒剂ClO2，其制备装置如图所示。下列说法正确的是( ) A．Pt极发生氧化反应，可用淀粉-KI试纸检验M B．石墨极的反应式为NH4++3Cl-+6e-=NCl3+4H+ C．电解过程中，质子交换膜右侧溶液pH会增大 D．每生成1mol NCl3，会生成67.2L气体M 14．电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答下列问题： (1)若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试液，则电解池中X极现象为______，电极反应式为______，电解NaCl溶液的离子方程式是______。 (2)如要在铁上镀银，电解液选用硝酸银，则X电极的材料是______，电极反应式是______。 (3)若Y极为铜锌合金，X极为纯铜，且电解质溶液中含有足量的Cu2+，通电一段时间后，若阳极恰好完全溶解，此时阴极质量增加7.68g，溶液质量增加0.03g，则合金中Cu、Zn的物质的量之比为______。 15．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯，回答下列问题： (1)电解时粗铜作____极，连接电源的____极，电极反应为________________________；纯铜作____极，电极反应为____________________。 (2)电解质溶液应选择______________(填字母)。 A．CuCl2溶液 B．CuSO4溶液 C．ZnSO4溶液 (3)电解后，电解槽底部会形成含少量__________等金属的阳极泥。 (4)若纯铜片增重6.4 g，则电路通过的电子为______mol。 16．钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。下图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。 回答下列问题： (1)上述装置中的阳极室是___________(填“I”“Ⅱ”或“Ⅲ”)室；该装置工作一段时间后，Ⅱ室的pH将___________ (填“增大”或“减小”)。 (2)若反应生成1molCo，则I室溶液质量理论上减少___________g，若外接电源使用铅蓄电池，则此时铅蓄电池中消耗的H2SO4的物质的量为___________mol。 (3)若反应一段时间后移除两离子交换膜，此时石墨电极的电极反应式为___________，当电路中再通过2mol电子时，阴极再得到的Co的质量小于59g，其原因可能是___________。 【能力提升】 17．一种制备过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]的电化学方法如图所示。下列说法正确的是( ) A．石墨电极与电源的正极连接 B．交换膜若为阳离子交换膜，则相同条件下，最终生成更多(NH4)2S2O8 C．阳极电极反应式为2SO42--2e-=S2O82- D．每生成1molH2可生成0.5mol(NH4)2S2O8 18．把低密度的太阳能高效转化为可存储的化学能，是发展可再生能源的重要途径。下图所示的联合装置可实现太阳能的利用、转化及储存。下列有关说法不正确的是( ) A．太阳能电池可将光能直接转换为电能 B．X的电极反应式为V3++e-=V2+ C．X是阳极 D．Y电极连接太阳能电池的P极 19．某课外小组同学为探究氨氮废水的处理方法，以0.005mol/L(NH4)2SO4溶液模拟氨氮废水，设计了以下实验 实验步骤 实验现象 1.如图装置进行电解 一段时间后，检测阳极附近溶液中氨氮浓度并未显著变化 2.在氨氮废水中加入NaCl溶液，进行电解 阳极产生使湿润有色布条褪色的气体，一段时间后，氨氮检测浓度明显降低 有关叙述正确的是( ) A．实验1由于氨氮浓度未显著变化，装置未发生电解反应 B．实验2中的氨氮浓度降低是由于生成的氯气氧化了NH4+ C．氨氮浓度降低时溶液酸性减弱 D．湿润有色布条褪色是由于Cl2的漂白性 20．电化学原理在工业生产中发挥着巨大的作用。Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4，下列说法正确的是( ) A．阳极的电极反应式为Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O B．右侧的离子交换膜为阳离子交换膜 C．阴极区a%>b% D．阴极产生的气体是氧气 21．某二氧化氯复合消毒剂发生器的工作原理如图所示。通电后，产生成分为ClO2、Cl2、O3、H2O2的混合气体甲，被水吸收后可制得具有更强的广谱杀菌灭毒能力的二氧化氯复合消毒剂。下列说法正确的是( ) A．m端为电源正极，隔膜为阴离子交换膜 B．产生ClO2的电极反应式为Cl-+5e-+2H2O=ClO2↑+4H+ C．通电后d口所在极室pH升高，e口排出NaOH溶液 D．标准状况下，b口每收集到2.24 L气体乙，电路中转移电子0.4NA 22．己知Fe2+与H2O2溶液混合发生Fenton反应生成氧化性很强的羟基自由基(•OH)，可将CN-氧化为低毒的CNO-，实现废水处理的目的。三维电极电解-Fenton反应处理废水的原理如图所示，多孔焦炭电极将整个电解槽变成了许多微电解池。下列说法错误的是( ) A．钛合金电极反应式为2H2O- 2e- =2H++2•OH B．阴极电极反应式为O2+ 2H++ 2e - = H2O2 C．焦炭电极表面能产生•OH使废水处理效率提高 D．Fe(OH)2+能在钛合金电极实现再生循环利用 23．工业吸收H2S气体后的FeCl3溶液的再生过程可降解酸性污水中的硝酸盐，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．溶液M中的溶质为FeCl2 B．电极a为阴极 C．电极b上的反应为：2NO3-+6H2O+10e-=N2↑+12OH- D．随电解的进行，阴极区溶液pH增大 24．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流表的指针发生了偏转。 请回答下列问题： (1)乙池为___________ (填“原电池”“电解池”“电镀池”)，A电极的电极反应式为：___________ 。 (2)丙池中F电极为___________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)，写出电解时总反应的离子方程式___________。 (3)当乙池中C极质量变化10.8 g时，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为___________mL(标准状况)。 (4)一段时间后，断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是___________(填选项字母)。 A．Cu B．CuO C．Cu(OH)2 D．Cu2(OH)2CO3 (5)若丙池通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和PH(不考虑CO2的溶解)，则电解过程中转移的电子___________mol， 若电解后溶液的体积为400ml，则所得溶液中氢离子的浓度___________。 25．氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业，回答下列问题： (1)工业电解饱和NaCl溶液的化学方程式为_______。 (2)氯碱工业中采取膜技术，若阳离子交换膜损伤会造成阳极能检测到O2，产生O2的电极反应式为_______。下列生产措施有利于提高Cl2产量、降低阳极O2含量的是_______。 a．定期检查并更换阳离子交换膜 b．向阳极区加入适量盐酸 c．使用Cl-浓度高的精制饱和食盐水为原料 d．停产一段时间后，继续生产 (3)氯碱工业是高耗能产业，按下图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上，且相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。 ①图中装置I和装置II中属于原电池的是_______(选填装置编号)。 ②X的化学式为_______；Y在装置II中发生的电极反应为_______。 ③图中氢氧化钠质量分数大小关系为a%_______b%。(选填“>”、“=”或“＜”) 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ ( 15 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第17讲 电解池 学习任务 预学1：电解原理 预学2：电解饱和食盐水 预学3：电镀与电解精炼 ◆预学1 电解原理 1．实验探究：电解CuCl2溶液 (1)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 电解质溶液导电的过程就是被电解的过程 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(也称电解槽)。 (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．电解池的工作原理 接通电路后，电源、金属导线、阴极和阳极与电解质溶液形成闭合回路(如图所示)。 (1)电流方向：电源正极→金属导线→阳极→电解质溶液→阴极→金属导线→电源负极。 (2)电子、离子移动方向：在电解质溶液中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；在外电路中，电子由阳极→正极，负极→阴极。 4．阴阳两极上放电顺序 (1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序： (2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。 若是惰性电极作阳极，放电顺序为： 【疑难点拨】 (1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。 (2)最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。 (3)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。 【典例1】如下图所示装置中属于电解池的是________(填序号)。 【答案】③⑥ 【解析】根据电解池的构成条件逐个判断。①②⑤无外接直流电源，不能构成电解池；④无电解质溶液或熔融电解质；⑦中蔗糖属于非电解质，不能构成电解池；⑧没有形成闭合回路，不能构成电解池。 【对点练】铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理，按照如图所示装置连接，电解40 min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30 min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是( ) A．电解时，电子从电源负极→导线→铝极，铅极→导线→电源正极 B．在电解过程中，H＋向铝片移动，SO向铅片移动 C．电解过程阳极周围溶液的pH下降 D．电解的总反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ 【答案】D 【解析】电子流向和电流流向相反，电解时电子从电源负极→导线→铅极，铝极→导线→电源正极，A错误；在电解过程中，氢离子向阴极移动，硫酸根离子向阳极移动，B错误；电解时，阳极是活泼金属铝电极时，放电的是电极本身，pH基本不变，C错误；阳极是活泼金属铝电极，金属铝在该极失电子，阴极是氢离子得电子，所以电解的总反应式可表示为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，D正确。 电解池阴极和阳极的判断依据 (1)电流方向：电源正极→金属导线→阳极→电解质溶液→阴极→金属导线→电源负极。 (2)电子、离子移动方向：在电解质溶液中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；在外电路中，电子由阳极→正极，负极→阴极。 ◆预学2 电解饱和食盐水 1．电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水电离产生的。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 ③总反应： 化学方程式为：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2．氯碱工业生产流程 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做 氯碱 工业。工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。 ①阳离子交换膜电解槽 ②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。 3．氯碱工业产品及其应用 (1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂。 (2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。 【名师点评】【易错警示】【疑难点拨】 【典例2】如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是( ) A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过 C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑ D．该装置将电能转化为化学能 【答案】C 【解析】由图看出①处为电解池阳极，产生氯气，②处为电解池阴极，产生氢气，A对；该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过，能防止氯气与碱反应，且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液，B对；电解饱和食盐水有烧碱生成且H2O应写化学式，C错；电解装置是将电能转化为化学能的装置，D对。 【对点练】氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是( ) A．电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．通入空气的电极为负极 C．电解池中产生2 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2 D．a、b、c的大小关系为a>b＝c 【答案】A 【解析】题给电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；题给燃料电池为氢氧燃料电池，通入空气的电极为正极，B项错误；由整个电路中得失电子守恒可知，电解池中产生2 mol Cl2，理论上转移4 mol电子，则燃料电池中消耗1 mol O2，C项错误；燃料电池的负极反应式为2H2－4e－＋4OH－===4H2O，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以a、b、c的大小关系为c>a>b，D项错误。 ◆预学3 电镀与电解精炼 电镀是一种利用 电解 原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 装置 电镀 精炼 阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极材料 镀件金属Fe 纯铜 阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等 阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 溶液变化 硫酸铜溶液浓度保持 不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥 【名师点评】【易错警示】【疑难点拨】 (1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 【典例3】若要在铜片上镀银时，下列叙述中错误的是( ) ①将铜片接在电源的正极上 ②将银片接在电源的正极上 ③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag ④在银片上发生的反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液 ⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 【答案】C 【解析】根据电镀原理，若在铜片上镀银时，铜作电解池的阴极与电源负极相连，电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银；银作电解池的阳极和电源正极相连，银失电子发生氧化反应生成银离子；电解质溶液为硝酸银溶液。铜片应接在电源的负极上，故①错误；银片应接在电源的正极上，故②正确；铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag，故③正确；银片上发生的反应是Ag－e－===Ag＋，故④错误；用硫酸铜溶液作电镀液，阴极析出铜，故⑤错误；应用硝酸银溶液作电镀液，故⑥正确。 【对点练】利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是( ) A．通电后，Ag＋向阳极移动 B．银片与电源负极相连 C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 【答案】C 【解析】铜牌上镀银，银片为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)在电解池中与直流电源负极相连的电极是阴极。( ) (2)在电解池中，电子从阳极流入电源正极。( ) (3)用石墨作阴极、铜作阳极电解硫酸铜溶液的阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。( ) (4)用石墨作电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag＋＋2H2O4Ag＋4H＋＋O2↑。( ) (5)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。( ) (6)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阳极区。( ) (7)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)。( ) (8)在Fe上电镀Zn，应用Zn作阳极，用ZnSO4溶液作电镀液。( ) (9)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区。( ) (10)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。( ) 【答案】(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√ (9)√ (10)× 【基础训练】 1．下列关于电解池工作原理的说法错误的是( ) 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．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，CuSO4和NaCl的物质的量浓度均为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，电解方程式是Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑，氯离子完全反应时，剩余2.5 mol铜离子；第二阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，电解方程式是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，电解方程式是2H2O2H2↑＋O2↑。 3．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( ) A．电解时以精铜作阳极 B．电解时阴极发生氧化反应 C．粗铜连接电源负极，其电极反应式是Cu-2e-=Cu2+ D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 【答案】D 【解析】A项，电解法精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，A项错误；B项，电解时阴极发生还原反应，B项错误；C项，电解法精炼铜时，粗铜作阳极，连接电池正极，C项错误；D项，Cu比Ag、Pt活泼，故Ag、Pt在阳极比Cu难于失去电子，因此不能溶解进入溶液，最终以阳极泥的形式沉淀出来，D项正确；故选D。 4．用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列物质的溶液，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、硫酸钠溶液的实质是电解水，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。 5．下列说法错误的是( ) A．用惰性电极电解Na2SO4溶液，当2mol电子转移时，可加入18g水恢复 B．用惰性电极电解1mol/LCuSO4溶液，加入1molCuO恢复，电路中转移了2mol电子 C．用惰性电极电解含1molNaOH的水溶液，溶液的pH不变 D．要想实现Cu+H2SO4(稀)=CuSO4+H2↑的反应，需在电解池中进行，且Cu为阳极 【答案】C 【解析】A项，用惰性电极电解Na2SO4溶液，由于溶液中阴离子的放电顺序为： OH-> SO42-，放电为OH- ，阳离子放电顺序为：H+>Na+，放电为H+，故实质为电解水： 2H2O 2H2↑+O2，当2mol电子转移时，可加入18g水恢复，A正确；B项，用惰性电极电解1 L 1 mol/L CuSO4溶液，反应为： 2 CuSO4+ 2H2O 2Cu+O2↑+H2SO4，电解一段时间后，两个电极产物为Cu和氧气，即溶液中减少了等量的铜原子和氧原子，当加入1 mol CuO，CuO可与生成的硫酸生成CuSO4可以恢复电解前浓度时，电路中转移了mole-，B正确；C项，用惰性电极电解含1 mol NaOH的水溶液，实质是电解水，溶剂减少，碱性增大，pH变大，C错误；D项，要实现Cu+H2SO4(稀) =CuSO4+H2↑的反应，需在电解池中进行，由方程可知，Cu失去电子发生氧化，应作为阳极，D正确；故选C。 6．用铁棒和铜棒做电极，模拟在铁棒上镀铜，实验装置如图所示，下列判断正确的是( ) A．溶液中阳离子移向b极发生还原反应 B．铜棒的材质必须用纯铜 C．电解一段时间后加Cu(OH)2固体使溶液恢复原来的浓度 D．该实验过程中电解质溶液的pH会不断减小 【答案】A 【解析】A项，电解过程中，a为阳极、b为阴极，溶液中阳离子移向b极发生还原反应生成铜，故A正确；B项，镀时镀层金属作阳极，即b电极常常用纯铜，但也可用混有活泼性大于Cu的金属的铜合金或用混有活泼性小于Ag的金属的铜合金等，故B错误；C项，电镀铜时，铜在阳极失去电子进入溶液中，溶液中的铜离子在阴极得电子生成铜，理论上溶液中各离子的种类和浓度不变，电解一段时间后不需要加Cu(OH)2固体使溶液恢复原来的浓度，故C错误；D项，该实验过程中铜在阳极失去电子进入溶液中，溶液中的铜离子在阴极得电子生成铜，溶液中的各离子的浓度不变，pH不变，故D错误；故选A。 7．下列有关化学装置的说法正确的是( ) A．用图1装置处理银器表面的黑斑(Ag2S)，银器表面发生的反应为Ag2S+2e-=2Ag+S2- B．用图2装置电解一段时间后，铜电极部分溶解，溶液中铜离子的浓度基本不变 C．图3装置中若直流电源的X极为负极，则该装置可实现粗铜的电解精炼 D．图4装置中若M溶液是海水，则该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”防止铁被腐蚀 【答案】A 【解析】A项，图1装置形成原电池，A l为负极，电极反应为：Al -3e- = Al 3+，Ag2S为正极，电极反应为：Ag2S+2e-=2Ag+S2-，A正确；B项，图2为电解池，石墨电极为阳极，电极反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，铜电极为阴极，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，可知溶液中铜离子浓度降低，B错误；C项，粗铜的电解精炼装置中粗铜做阳极，与直流电源的正极相连，X极为正极，C错误；D项，图4为电解池装置，铁电极为电解池的阴极，受到保护，该方法为外加电流的阴极保护法，D错误；故选A。 8．氯碱工业用离子交换膜法电解饱和食盐水，装置示意图如图。下列说法错误的是( ) A．a为阳极，发生氧化反应生成氯气 B．b极的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH- C．电解时，Na+穿过离子交换膜进入阴极室 D．饱和食盐水从c处进入，淡盐水从e处流出 【答案】D 【解析】A项，a和电源的正极相连，为阳极，溶液中的Cl-在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，故A正确；B项，b为阴极，溶液中水电离出来的H+得到电子生成氢气，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故B正确；C项，离子交换膜为阳离子交换膜，电解时，阳离子移向阴极，所以Na+穿过离子交换膜进入阴极室，故C正确；D项，由于溶液中的Cl-在阳极放电，所以饱和食盐水从c处进入阳极室，Cl-放电生成氯气逸出，Na+穿过离子交换膜进入阴极室，所以淡盐水从d处流出，故D错误；故选D。 9．利用如图所示装置可以除去尾气中的H2S，其中电化学膜的主要材料是碳和熔融的碳酸盐。下列说法错误的是( ) A．经过处理所得的净化气可以直接排放 B．a电极为阴极，发生还原反应 C．b电极通入N2的目的是将生成的S2从电极表面及时带出 D．由净化气中CO2含量明显增加可知，尾气处理过程中电化学膜有损耗，需定期更换 【答案】A 【解析】A项，根据图示可知：在a电极上H2S得到电子变为H2，随净化后的空气逸出，由于H2是可燃性气体，直接排放可能会造成爆炸等事故的发生，因此要经处理后再排放，A错误；B项，在a电极上H2S得到电子被还原为H2，所以a电极为阴极，发生还原反应，B正确；C项，b电极为阳极，S2-失去电子发生氧化反应变为S2，通入N2的目的是将生成的S2从电极表面及时带出，防止其在电极上附着，C正确；D项，净化气中CO2含量明显增加，不是电化学膜中的碳被氧化，而是H2S是酸性气体，与电化学膜中的碳酸盐反应产生的，因此电化学膜有损耗，需定期更换，D正确；故选A。 10．如图是利用水银为阴极电解食盐水制备苛性钠的原理示意图。已知在水银电极上钠离子比氢离子容易放电。下列说法不正确的是( ) A．丁电极是负极，电解液中pH增大 B．气体甲是氯气，气体乙是氢气 C．电子迁移路径：碳棒→丙电极，丁电板→水银 D．该方法获取的苛性钠纯度高，但存在汞蒸气污染 【答案】A 【解析】A项，水银作阴极，则丁电极是负极，已知在水银电极上钠离子比氢离子容易放电，因此阴极上钠离子放电，则电解液中pH不变，A错误；B项，碳棒是阳极，氯离子放电生成氯气，气体甲是氯气，阴极生成的金属钠和水反应生成气体乙是氢气，B正确；C项，碳棒是阳极，则电子迁移路径：碳棒→丙电极，丁电板→水银，C正确；D项，阴极生成的金属钠和水反应生成氢气和氢氧化钠，该方法获取的苛性钠纯度高，但水银易挥发，存在汞蒸气污染，D正确；故选A。 11．H2O2和O3都是较强的氧化剂，可用于环境消杀。以下电化学装置可协同产生H2O2和O3，产生H2O2和O3的物质的量之比为5：1，下列说法错误的是( ) A．Y电极电势低于X电极 B．膜为质子交换膜 C．生成双氧水的电极反应式为O2+2e-+2H+=H2O2 D．X极处可能还存在其他副反应 【答案】A 【解析】Y极O元素从-2价升至0价，是阳极，电极反应式：2H2O-4e-=O2+4H+，3H2O-6e-=O3+6H+，X极是阴极，电极反应式为：O2+2e-+2H+=H2O2；A项， Y是阳极，X极是阴极，Y电极电势比X电极高，A错误；B项，H+由Y极向X极移动，则膜为质子交换膜，B正确；C项，X极是阴极，生成双氧水的电极反应式为O2+2e-+2H+=H2O2，C正确；D项，Y极还可能发生的电极反应式为3H2O-6e-=O3+6H+，则H2O2和O3的物质的量之比为3：1，故应有其他副反应生成H2O2，才会有5：1，D正确；故选A。 12．全钒液流电池的放电原理为VO2++V2++2H+=VO2++V3++H2O，该电池续航能力强，充电时间短。用太阳能电池给全钒液流电池充电的装置示意图如图所示。下列说法错误的是( ) A．太阳能电池放电时，化学能转化为电能 B．电极M上的电势低于电极N上的电势 C．交换膜可选用质子交换膜 D．全钒液流电池放电时，正极的电极反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O 【答案】A 【解析】A项，太阳能电池放电时存在光能转化为电能，故A错误；B项，由图知，M为阴极，N为阳极，则电极M上的电势低于电极N上的电势，故B正确；C项，由放电总反应知，阳极反应式为VO2＋+ H2O - e- = VO2＋+2H+，阴极反应式为V3++e- =V2+，则交换膜适合选择质子交换膜，故C正确；D项，全钒液流电池放电时，正极得电子，反应式为VO2＋+2H++e-=VO2＋+ H2O， 故D正确；故选A。 13．NCl3是一种黄色黏稠状液体，可用于制备新型消毒剂ClO2，其制备装置如图所示。下列说法正确的是( ) A．Pt极发生氧化反应，可用淀粉-KI试纸检验M B．石墨极的反应式为NH4++3Cl-+6e-=NCl3+4H+ C．电解过程中，质子交换膜右侧溶液pH会增大 D．每生成1mol NCl3，会生成67.2L气体M 【答案】C 【解析】由装置可知，石墨电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应NH4++3Cl-+6e-=NCl3+4H+，Pt是阴极，在阴极上是氢离子得电子的还原反应，电极反应式为：2H++2e-=H2↑，气体M为氢气，质子交换膜只让氢离子通过，且向阴极移动。A项，Pt是阴极，在阴极上是氢离子得电子的还原反应，电极反应式为2H++2e=H2↑，不可用湿润的淀粉KI试纸检验氢气，故A不符合题意；B项，由图可知，石墨电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应为NH4++3Cl--6e-=NCl3+4H+，故B不符合题意；C项，电解过程中，质子交换膜右侧电极上发生的电极反应NH4++3Cl--6e-=NCl3+4H+，每生产1molNCl3同时生成4molH+，理论上有6molH+经质子交换膜由右侧向左侧迁移，右侧溶液的c(H+)减小，pH增大，故C符合题意；D项，每生成1molNCl3，由于气体所处的状态未知，无法计算氢气的体积，故D不符合题意；故选C。 14．电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答下列问题： (1)若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试液，则电解池中X极现象为______，电极反应式为______，电解NaCl溶液的离子方程式是______。 (2)如要在铁上镀银，电解液选用硝酸银，则X电极的材料是______，电极反应式是______。 (3)若Y极为铜锌合金，X极为纯铜，且电解质溶液中含有足量的Cu2+，通电一段时间后，若阳极恰好完全溶解，此时阴极质量增加7.68g，溶液质量增加0.03g，则合金中Cu、Zn的物质的量之比为______。 【答案】(1)产生气泡，溶液变红 2H++2e-=H2↑ 2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑ (2)铁 Ag++e-=Ag (3)3：1 【解析】(1)和电源的负极相连的电极X极是阴极，该电极上氢离子发生得电子的还原反应，即2H++2e-=H2↑，氢离子浓度减小，氢氧根离子浓度增大，酚酞试液变红；和电源的正极相连的电极Y极是阳极，该电极上氯离子发生失电子的氧化反应，即Cl--2e-=Cl2↑，所以电解NaCl溶液的离子方程式是2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；(2)铁上电镀银，电解池的阴极材料是铁，电解液选用硝酸银，Ag+在阴极得电子被还原，电极反应式是Ag++e-=Ag；(3)从装置中看Y电极是阳极，X电极是阴极，锌比铜活泼，优先铜放电，然后铜再放电。反应过程  阳极：Zn-2e-=Zn2+ ，Cu-2e-=Cu2+，阴极：Cu2+ +2e-=Cu；第一个阶段，溶液质量增加，第二阶段溶液质量不变；设合金中铜锌的物质的量分别是x 、y，所以由电子转移守恒可得：65g/moly-64g/moly=0.03g，64g/mol(x+y)=7.68g，x=0.09mol，y=0.03mol，  所以可得x：y = 3︰1 。 15．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯，回答下列问题： (1)电解时粗铜作____极，连接电源的____极，电极反应为________________________；纯铜作____极，电极反应为____________________。 (2)电解质溶液应选择______________(填字母)。 A．CuCl2溶液 B．CuSO4溶液 C．ZnSO4溶液 (3)电解后，电解槽底部会形成含少量__________等金属的阳极泥。 (4)若纯铜片增重6.4 g，则电路通过的电子为______mol。 【答案】(1)阳 正 Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋ 阴 Cu2＋＋2e－===Cu (2)B (3)Ag、Au (4)0.2 【解析】(1)电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解，溶液中的Cu2＋得到电子后在阴极放电而析出，附着在阴极上，故粗铜作阳极，纯铜作阴极。(3)在电解时，比铜活泼的Fe、Zn先失去电子，变成Fe2＋、Zn2＋进入溶液，然后是铜失去电子，变成Cu2＋进入溶液；Ag、Au等金属不如铜活泼，沉积在电解槽底部形成阳极泥。(4)Cu2＋在阴极上得到电子形成Cu单质附着在阴极上，若纯铜片增重6.4 g，Cu的物质的量是0.1 mol，由于Cu是＋2价金属，因此电路通过的电子为0.2 mol。 16．钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。下图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。 回答下列问题： (1)上述装置中的阳极室是___________(填“I”“Ⅱ”或“Ⅲ”)室；该装置工作一段时间后，Ⅱ室的pH将___________ (填“增大”或“减小”)。 (2)若反应生成1molCo，则I室溶液质量理论上减少___________g，若外接电源使用铅蓄电池，则此时铅蓄电池中消耗的H2SO4的物质的量为___________mol。 (3)若反应一段时间后移除两离子交换膜，此时石墨电极的电极反应式为___________，当电路中再通过2mol电子时，阴极再得到的Co的质量小于59g，其原因可能是___________。 【答案】(1)I 减小 (2)18 2 (3) 2Cl--2e-=Cl2↑ 移去交换膜后，H+参与阴极反应 【解析】(1)与电源正极相连的电极为阳极，上述装置中的阳极室是I室，阴极室是Ⅲ室；石墨电极为阳极，电解质溶液为硫酸，电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室溶液中的氢离子浓度增大，氢离子经过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室；Co电极为阴极，电解质溶液为CoCl2，Co2+离子放电，电极反应为Co2++2e-=Co，溶液中的氯离子经阴离子交换膜由Ⅲ室进入Ⅱ室；氢离子和氯离子在Ⅱ室生成盐酸，Ⅱ室的pH将减小；(2)若反应生成1molCo，根据电极反应为Co2++2e-=Co转移2mol电子，I室的电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，转移2mol电子，消耗1mol水放出0.5mol氧气，有2mol氢离子进入Ⅱ室，I室溶液质量理论上减少18g；若外接电源使用铅蓄电池，总反应为Pb+PbO2+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，则此时铅蓄电池中消耗的H2SO42mol；(3)若反应一段时间后移除两离子交换膜，此时氯离子在阳极石墨电极上放电，石墨电极的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑；当电路中再通过2mol电子时，阴极上除Co2+离子放电，氢离子也要放电，使得得到的Co的质量小于59g。 【能力提升】 17．一种制备过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]的电化学方法如图所示。下列说法正确的是( ) A．石墨电极与电源的正极连接 B．交换膜若为阳离子交换膜，则相同条件下，最终生成更多(NH4)2S2O8 C．阳极电极反应式为2SO42--2e-=S2O82- D．每生成1molH2可生成0.5mol(NH4)2S2O8 【答案】C 【解析】A项，根据图示，石墨电极放出氢气，氢元素被还原，石墨电极为阴极，与电源的负极连接，故A错误；B项，石墨电极为阴极，交换膜若为阳离子交换膜，阴极室中硫酸根离子不能进入阳极室，则相同条件下，最终生成是(NH4)2S2O8减少，故B错误；C项，阳极SO42-失电子生成S2O82-，阳极反应式为2SO42--2e-=S2O82-，故C正确；D项，根据得失电子守恒，每生成1molH2的同时生成1mol(NH4)2S2O8，故D错误；故选C。 18．把低密度的太阳能高效转化为可存储的化学能，是发展可再生能源的重要途径。下图所示的联合装置可实现太阳能的利用、转化及储存。下列有关说法不正确的是( ) A．太阳能电池可将光能直接转换为电能 B．X的电极反应式为V3++e-=V2+ C．X是阳极 D．Y电极连接太阳能电池的P极 【答案】C 【解析】A项，太阳能电池可将光能直接转换为电能，A项正确；B项，由图可知，X电极上，V3+转化为V2+，其电极反应式为V3++e-=V2+，B项正确；C项，X电极上，V3+转化为V2+，V元素的化合价降低，发生还原反应，X电极为阴极，C项错误；D项，Y电极为阳极，连接电池的正极，在a中，阳离子移向p电极，则p电极为正极，故Y电极连接太阳能电池的P极，D项正确；故选C。 19．某课外小组同学为探究氨氮废水的处理方法，以0.005mol/L(NH4)2SO4溶液模拟氨氮废水，设计了以下实验 实验步骤 实验现象 1.如图装置进行电解 一段时间后，检测阳极附近溶液中氨氮浓度并未显著变化 2.在氨氮废水中加入NaCl溶液，进行电解 阳极产生使湿润有色布条褪色的气体，一段时间后，氨氮检测浓度明显降低 有关叙述正确的是( ) A．实验1由于氨氮浓度未显著变化，装置未发生电解反应 B．实验2中的氨氮浓度降低是由于生成的氯气氧化了NH4+ C．氨氮浓度降低时溶液酸性减弱 D．湿润有色布条褪色是由于Cl2的漂白性 【答案】B 【解析】A项，实验1虽然氨氮浓度未显著变化，但有电解质溶液，所以电解了水，A错误；B项，实验2阳极产生使有色布条褪色的气体，为氯气，同时测得氨氮浓度降低，说明氯气和NH4+发生了反应，B正确；项，电解生成氯气的同时阴极H+放电，而氯气与NH4+反应生成H+，2NH4++3Cl2=N2+6Cl-+8H+，消耗3mol氯气，生成8mol氢离子，而生成3mol氯气的同时有3mol氢气生成，即同时消耗了6molH+，最终还能剩余2mol氢离子，溶液酸性增强，C错误；D项，湿润有色布条褪色是由于Cl2与水生成HClO的漂白性，氯气并没有漂白性，D错误；故选B。 20．电化学原理在工业生产中发挥着巨大的作用。Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4，下列说法正确的是( ) A．阳极的电极反应式为Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O B．右侧的离子交换膜为阳离子交换膜 C．阴极区a%>b% D．阴极产生的气体是氧气 【答案】A 【解析】A项，由图所示，Fe为阳极，故发生氧化反应生成FeO42-，电极反应式为Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O，A正确；B项，阳极反应消耗阴离子氢氧根离子，向右侧阳极移动，故右侧交换膜为能使阴离子通过的阴离子交换膜，B错误；C项，阴极区水被电解产生H2和OH-，故产出的NaOH浓度变大，a%<b%，C错误；D项，阴极区为水被电解发生还原反应得到电子，生成氢气，D错误；故选A。 21．某二氧化氯复合消毒剂发生器的工作原理如图所示。通电后，产生成分为ClO2、Cl2、O3、H2O2的混合气体甲，被水吸收后可制得具有更强的广谱杀菌灭毒能力的二氧化氯复合消毒剂。下列说法正确的是( ) A．m端为电源正极，隔膜为阴离子交换膜 B．产生ClO2的电极反应式为Cl-+5e-+2H2O=ClO2↑+4H+ C．通电后d口所在极室pH升高，e口排出NaOH溶液 D．标准状况下，b口每收集到2.24 L气体乙，电路中转移电子0.4NA 【答案】C 【解析】左室中氯元素化合价升高，发生氧化反应，为阳极室，故m为电源的正极，n为电源的负极，右室发生还原反应，水放电生成氢气与氢氧根离子，离子交换膜为阳离子交换膜，左室中的钠离子通过离子交换膜进入右室，溶液丙为NaOH溶液。A项，左室中氯元素化合价升高，发生氧化反应，为阳极室，故m为电源的正极，n为电源的负极，右室发生还原反应，水放电生成氢气与氢氧根离子，离子交换膜为阳离子交换膜，故A错误；B项，Cl-转化为ClO2发生氧化反应，应是失去电子，故B错误；C项， 右室是水放电生成氢气与氢氧根离子，右室pH升高，左室中的钠离子通过离子交换膜进入右室，e口排出NaOH溶液，故C正确；D项，标准状况下，b口每收集到2.24 L(0.1mol)气体乙，电路中转移电子0.2NA，故选C。 22．己知Fe2+与H2O2溶液混合发生Fenton反应生成氧化性很强的羟基自由基(•OH)，可将CN-氧化为低毒的CNO-，实现废水处理的目的。三维电极电解-Fenton反应处理废水的原理如图所示，多孔焦炭电极将整个电解槽变成了许多微电解池。下列说法错误的是( ) A．钛合金电极反应式为2H2O- 2e- =2H++2•OH B．阴极电极反应式为O2+ 2H++ 2e - = H2O2 C．焦炭电极表面能产生•OH使废水处理效率提高 D．Fe(OH)2+能在钛合金电极实现再生循环利用 【答案】D 【解析】由图示知，钛合金电极连接电源正极，作电解的阳极，H2O在电极表面放电生成·OH和H+，电极反应为：2H2O-2e- =2H++2·OH，石墨电极为电解的阴极，O2在电极表面得电子生成H2O2，电极反应为：O2+2e-+2H+=H2O2。A项，由分析知，A正确；B项，由分析知，B正确；C项，多孔焦炭电极将整个电解槽变成许多微电解池，其作阳极的部分对应电极反应与钛合金电极相同，也可产生·OH，使废水处理效率提高，C正确；D项，Fe(OH)2+中Fe元素为+3价，变回Fe2+需得电子，故可在石墨电极(阴极)上再生循环，D错误；故选D。 23．工业吸收H2S气体后的FeCl3溶液的再生过程可降解酸性污水中的硝酸盐，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．溶液M中的溶质为FeCl2 B．电极a为阴极 C．电极b上的反应为：2NO3-+6H2O+10e-=N2↑+12OH- D．随电解的进行，阴极区溶液pH增大 【答案】D 【解析】A项，溶液M为吸收H2S气体后的FeCl3溶液，硫化氢与氯化铁反应生成硫单质、氯化亚铁和HCl，同时还有剩余的氯化铁，故A错误；B项，由装置可知b电极的反应为硝酸根转变成氮气，得电子的电极应为阴极，则a为阳极，故B错误；C项，电解质溶液呈酸性，电极b上的反应为：2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O，故C错误；D项，由b电极的反应可知，反应消耗氢离子，氢离子浓度减小，pH值增大，故D正确；故选D。 24．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流表的指针发生了偏转。 请回答下列问题： (1)乙池为___________ (填“原电池”“电解池”“电镀池”)，A电极的电极反应式为：___________ 。 (2)丙池中F电极为___________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)，写出电解时总反应的离子方程式___________。 (3)当乙池中C极质量变化10.8 g时，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为___________mL(标准状况)。 (4)一段时间后，断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是___________(填选项字母)。 A．Cu B．CuO C．Cu(OH)2 D．Cu2(OH)2CO3 (5)若丙池通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和PH(不考虑CO2的溶解)，则电解过程中转移的电子___________mol， 若电解后溶液的体积为400ml，则所得溶液中氢离子的浓度___________。 【答案】(1)电解池 CH3OH + 8OH- -6e-= CO32-+ 6H2O (2)阴极 2Cu2++2H2O4H++2Cu+O2↑ (3)560 (4)A (5)0.6 1 mol/L 【解析】甲池为燃料电池，CH3OH为负极、发生氧化反应，电极反应式为CH3OH+8OH--6e-= CO32- +6H2O，氧气为正极发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则乙、丙装置为电解池：乙中C为阳极，D为阴极，阳极上Ag失电子生成银离子，即Ag-e-=Ag+，阴极上铜离子得电子生成Cu；丙池中石墨E电极为阳极，石墨F电极是阴极，即惰性电极电解硫酸铜，化学方程式为2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑。(1)乙池为电解池，A电极的电极反应式为：CH3OH + 8OH- -6e-= CO32-+ 6H2O； (2)丙池中F电极与燃料电池A电极即负极相连，故为阴极，电解时总反应方程式为：2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑，故其离子方程式为：2Cu2++2H2O4H++2Cu+O2↑；(3)由分析可知，乙池C电极中的电极反应方程式为：Ag-e-=Ag+，故当乙池中C极质量变化10.8 g时，电路中流过的电子为：，甲池中B电极电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故理论上消耗O2的体积为 =560mL；(4) 由分析可知，乙池中电解时阳极反应式为：Ag-e-=Ag+，阴极反应式为：Cu2++2e-=Cu，从乙池中出来的为Cu单质，故一段时间后，断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是Cu，Cu+2Ag+=Cu2++2Ag，故答案为A；(5) 碱式碳酸铜和稀硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，所以加入0.1mol碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]相当于加入0.2molCuO、0.1molH2O，根据生成物知，阴极上铜离子和氢离子放电、阳极上氢氧根离子放电，根据Cu原子、H原子守恒得阴极上析出n(Cu)=0.2mol、n(H2)=0.1mol，则转移电子的物质的量=0.2mol×2+0.1mol×2=0.6mol，根据Cu2(OH)2CO3+4H+=2Cu2++3H2O+CO2↑可知，n(H+)=0.4mol，故若电解后溶液的体积为400ml，则所得溶液中氢离子的浓度为：。 25．氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业，回答下列问题： (1)工业电解饱和NaCl溶液的化学方程式为_______。 (2)氯碱工业中采取膜技术，若阳离子交换膜损伤会造成阳极能检测到O2，产生O2的电极反应式为_______。下列生产措施有利于提高Cl2产量、降低阳极O2含量的是_______。 a．定期检查并更换阳离子交换膜 b．向阳极区加入适量盐酸 c．使用Cl-浓度高的精制饱和食盐水为原料 d．停产一段时间后，继续生产 (3)氯碱工业是高耗能产业，按下图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上，且相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。 ①图中装置I和装置II中属于原电池的是_______(选填装置编号)。 ②X的化学式为_______；Y在装置II中发生的电极反应为_______。 ③图中氢氧化钠质量分数大小关系为a%_______b%。(选填“>”、“=”或“＜”) 【答案】(1)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (2)4OH－－4e－＝2H2O+O2↑ abc (3)①装置II ②Cl2 H2－2e－+2OH-＝2H2O ③ ＜ 【解析】装置I是电解池，电解饱和食盐水，装置I右端产生NaOH溶液，说明右端电极是阴极，发生反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，因此Y是氢气，装置I的左端是阳极，发生反应：2Cl--2e-=Cl2↑，X为Cl2，氯气和NaOH溶液的反应的离子方程式为：2OH-+Cl2=ClO-+Cl-+H2O，装置II中通氧气的一极为正极，环境是NaOH溶液，因此正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，产生的NaOH浓溶液。(1)工业电解饱和NaCl溶液生成氢氧化钠、氯气、氢气，化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；(2)氯碱工业中采取膜技术，若阳离子交换膜损伤会造成阳极能检测到O2，阳极，氢氧根离子失电子得到氧气，产生O2的电极反应式为4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。下列生产措施有利于提高Cl2产量、降低阳极O2含量的是：a．定期检查并更换阳离子交换膜，减少阳极产生氧气的机会，故a选；b．向阳极区加入适量盐酸，降低氢氧根离子的浓度，故b选；c．使用Cl-浓度高的精制饱和食盐水为原料，提高氯离子浓度，故c选；d．停产一段时间后，继续生产，对产物没有影响，故d不选；故选abc；(3)①图中装置I是电解池，电解饱和食盐水，装置II是燃料电池，Y是氢气，属于原电池的是装置II(选填装置编号)；②装置I的左端是阳极，发生反应：2Cl--2e-=Cl2↑，X的化学式为Cl2；装置II是燃料电池，Y是氢气，氢气在装置II中发生氧化反应生成水，电极反应为H2－2e－+2OH-＝2H2O；③装置II中通氧气的一极为正极，环境是NaOH溶液，因此正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，产生的NaOH浓溶液，图中氢氧化钠质量分数大小关系为a%＜b%。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ ( 3 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$