第二单元 化学能与电能的转化 第3课时（同步讲义）化学苏教版2019选择性必修1

专题1 化学反应与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 第3课时 电解原理 教学目标 1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 2．了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 重点和难点 重点：电解池的工作原理；电极放电规律。 难点：电极放电规律和电极反应式的书写。 ◆知识点一 电解池的工作原理 1．电解熔融氯化钠的原理 (1)电解熔融态氯化钠原理图 (2)过程分析： 通电前，熔融NaCl中存在可以_________的_________。 通电后，阴、阳离子发生_________迁移，其中，Na+离子向_____极移动，发生_________反应； Cl－向_______极移动，发生_________反应。 (3)电极反应和电解反应： 阴极：___________________________；阳极：___________________________。 电解反应：____________________________________ 2．电解和电解池 (1)概念 ①电解是在_________作用下，在两个电极上分别发生_________反应和_________反应的过程。 ②电解池是将______能转化为_________能的装置。 (2)电解池的工作原理 ①电极名称及反应类型 阴极：与电源_________相连的电极，发生_________反应； 阳极：与电源_________相连的电极，发生_________反应。 ②电子流向：____________、____________。 ③离子的移动方向：阳离子向_______移动，阴离子向_______移动。 (3)电解池的构成条件 具有与_______相连接的两个电极（阴极、阳极），插入_______溶液或熔融_______中，形成_________。 3．实验探究电解氯化铜溶液 (1)实验探究 实验现象：①溶液颜色_________；②阴极上有_________生成；③阳极附近有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉­KI试纸_________。 实验结论：____________________________________。 (2)实验原理 ①放电顺序：通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做_________移动，_________向阴极移动，_________向a阳极移动。 在阴极，_____优于_____在电极上发生反应，在阳极，_____优于_____在电极上发生反应。 ②反应原理 电极名称 阴极 阳极 反应类型 电极反应式 电解反应 【特别提醒】 (1)电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。 (2)电解质的水溶液或熔融电解质均可以被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。 (3)电解法是一种强氧化还原手段，以完成非自发的氧化还原反应。 (4)“惰性”是指电极本身还原性很弱，不易发生反应。活性电极是指金属活动性顺序表中的Ag和排在Ag前面的金属，惰性电极是指石墨、铂(Pt)、金(Au)等。 即学即练 1．如下图所示装置中属于电解池的是________(填序号)。 2．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 ◆知识点二 电解池电极反应规律 1．电极反应规律 (1)阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的一般是溶液中的阳离子。 阳离子放电顺序： 水中的H+放电的电极反应式为：____________________________________（放H2生碱） (2)阳极：溶液中_________强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料（电极为_________电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。 阴离子放电顺序： 碱（OH-）放电的电极反应式为：___________________________ 水中的OH-放电的电极反应式为：___________________________（放O2生酸） 2．以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 电解质溶液 电极反应特点 pH 变化 复原加入的物质 电解水型 含氧酸（如H2SO4） 阴极：______________________ 阳极：_______________________ 强碱（如NaOH） 阴极：______________________ 阳极：______________________ 活泼金属的含氧酸盐溶液（如Na2SO4） 阴极：______________________ 阳极：______________________ 电解电解质型 无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2） 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl） 阴极：______________________ 阳极：电解质阴离子放电 放O2生酸型 不活泼金属的含氧酸盐溶液（如AgNO3、CuSO4） 阴极：电解质阳离子放电 阳极：______________________ 【易错提醒 1．书写电解池电极反应式应注意的问题： (1)书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解总反应方程式时，弱电解质要写成化学式形式。 (2)书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。 (3)铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2+，而不是Fe3+。 (4)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。 2．对于电解质的复原问题，不仅要求溶质不变，还有注意溶质的浓度也不变。如用惰性电极电解CuSO4溶液，使电解质溶液复原的方法是加入一定量的CuO或CuCO3，而不是Cu(OH)2。 即学即练 用惰性电极电解下列酸、碱、盐电解质溶液：①H2SO4；②HCl；③NaOH；④Na2SO4；⑤CuCl2；⑥NaCl；⑦CuSO4。 回答下列问题： (1)分别写出上述电解的电极反应式和总反应式 电解质 阴极反应 阳极反应 电解方程式 ①H2SO4 ②HCl ③NaOH ④Na2SO4 ⑤CuCl2 ⑥NaCl ⑦CuSO4 (2)电解后溶液的pH显著增大的是_________，减小的是_________，不变的是_________。 (3)欲使电解的溶液复原，只加入水的是_________，只加入电解质本身的是_________；欲使电解后的⑥复原需加入_________，欲使电解后的⑦复原需加入_________。 一、电解池的工作原理 1．电解池的工作原理 (1)与电源正极相连的电极为阳极，阳极发生氧化反应；与电源负极相连的电极为阴极，阴极发生还原反应。 (2)电子流向：负极→阴极、阳极→正极。 (3)离子的移动方向：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。 2．电解池阴极和阳极的判断依据 实践应用 1．利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是(　　) A．b电极上发生氧化反应 B．该装置能将化学能转变成电能 C．电解质溶液中Cu2+从b电极向a电极迁移 D．若a为铜，则a的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+ 2．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 二、电解池电极的放电规律 电解后溶液pH的变化规律 (1)电解区域：①当阴极是由H+放电产生H2时，阴极区pH 变大；②当阳极是由OH-放电产生O2时，阳极区pH变小。 (2)电解质溶液：①电解过程中，既产生H2，又产生O2， 实质是电解水，溶液浓度增大(饱和溶液除外)， 因而原溶液若呈酸性，则pH变小；原溶液若呈碱性，则pH变大；原溶液若呈中性，则pH不变。②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。③电解过程中，只产生H2， 溶液中OH-浓度增大，pH变大。④电解过程中，只产生O2， 溶液中H+浓度增大，pH变小。 实践应用 1．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(　　) A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4 C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 2．为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从H＋、Cu2＋、Na＋、SO、Cl－ 5种离子中两两组成电解质，按下列要求进行电解： (1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是_______。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是________。 (2)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是_________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是_________。 (3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是______________。 三、电解池电极反应式的书写 在书写电极反应时，要遵循下列步骤： (1)首先看阳极的电极材料，阴极不用关注电极材料。 (2)弄清溶质，无论单一溶液还是混合溶液，需将溶液中存在的离子按阳离子、阴离子分成两组。 (3)根据放电顺序的先后，判断发生反应的离子，但是还要考虑离子的浓度对放电顺序的影响。 (4)写出两极的电极反应式，得出结论。 实践应用 1．如图所示是电解稀盐酸的装置，其中c、d为石墨电极。试回答下列问题： (1)a电极为________，b电极为________。 (2)c电极为________，电极反应式为____________________，发生了________反应。 d电极为________，电极反应式为_____________________________，发生了________反应。 (3)电解过程中，氢离子向____(填“阴”或“阳”，下同)极移动，氯离子向____极移动。电解总方程式为_____________________________________。 2．下面列出了用惰性电极电解不同物质的电极反应式，其中错误的是(　　) A．电解饱和食盐水　阴极：Na++e-=Na B．电解CuSO4溶液　阴极：Cu2++2e-=Cu C．电解熔融NaCl　阴极：Na++e-=Na D．电解NaOH溶液　阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑ 考点一 电解池的工作原理 【例1】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 【变式1-1】如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。下列说法正确的是(　　) A．a为阳极，b为阴极 B．a发生氧化反应，b发生还原反应 C．溶液中Na＋向b极移动 D．a极产生H2，b极产生O2 【变式1-2】日常生活、科学研究、工业生产中有许多问题与原电池或电解池的工作原理有关，回答下列问题： 写出三个装置中铁电极的电极反应式： (1)　　　　　　　　　　　　，  (2)　　　　　　　　　　　　，  (3)　　　　　　　　　　　　。  考点二 电解规律 【例2】用如图装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是(　　) 选项 电源 实验前U形管中液体 通电后现象或结论 A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色 B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑ C 负极 KCl和CuCl2混合溶液 相同条件下，a、b两管中产生的气体总体积可能相等 D 负极 Fe(OH)3胶体 b管中液体颜色加深 解题要点 分析电解问题的基本方法思路 (1)通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H＋和OH－)。 (2)通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电(注意活泼金属作阳极时优先放电)。 (3)正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒。 (4)能结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、离子浓度的变化、pH变化等。 【变式2-1】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 【变式2-2】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↑ 考点三 与电解有关的计算 【例3】在500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中，c(N)=0.8 mol/L，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL。下列说法正确的是 (　　) A．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 B．原混合溶液中c(K+)为0.4 mol/L C．原溶液中Cu(NO3)2的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H+)为0.2 mol/L 解题要点 电解池中的守恒规律 (1)基本原理 根据电子转移守恒，同一电路中各电极转移的电子数相等。 (2)解题方法 ①书写出各极的电极反应式(多种物质放电，按照放电顺序书写各个电极反应式)。 ②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数均相等，在各极反应式中建立联系。 【变式3-1】在标准状况下，用铂电极电解硫酸铜溶液，当阴极产生12.8 g铜时，阳极放出的气体是(　　) A．1.12 L H2 B．1.12 L O2 C．2.24 L H2 D．2.24 L O2 【变式3-2】如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加21.6 g，试回答下列问题： (1)若电源为碱性乙醇燃料电池，则电极X的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。  (2)pH变化：A　　　，B　　　，C　　　。(填“增大”“减小”或“不变”)  (3)若A中KCl足量且溶液的体积是200 mL，电解后，溶液中OH-的物质的量浓度为　　　mol·L-1(假设电解前后溶液的体积无变化)。  (4)通电5 min时，B中共收集到2 240 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为　　　　(设电解前后溶液体积无变化)；若要使B装置溶液恢复到电解前的状态，需要加入的物质以及相应的物质的量正确的是　　　　。  A．0.05 mol CuO B．0.05 mol CuO和0.025 mol H2O C．0.05 mol Cu(OH)2 D．0.05 mol CuCO3和0.05 mol H2O 基础达标 1．用石墨作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是(　　) A．石墨电极周围有大量的钠离子 B．铁棒质量增加 C．电子通过熔融电解质流向铁棒 D．阴极发生氧化反应 2．下列说法中正确的是(　　) A．电解氯化铜溶液就是氯化铜的电离 B．电解氯化铜溶液是化学变化，不通电也能发生 C．氯化铜溶液是电解质 D．电解是最强的氧化还原手段，不能自发进行的氧化还原也可以发生 3．将直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是(　　) A B C D 阳极 蓝 白 红 蓝 阴极 白 蓝 蓝 蓝 4．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 5．电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上首先析出的物质分别是(　　) A．Cu和Cl2　　　　B．H2和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 6．用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列物质的溶液，溶液中的pH保持不变的是(　　) A．HCl B．NaOH C．Na2SO4 D．NaCl 7．若某装置发生如下反应：Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，关于该装置的有关说法正确的是(　　) A．该装置一定为原电池 B．该装置为电解池 C．若为原电池，Cu为正极 D．电解质溶液可能是硝酸溶液 8．如图所示电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c、d均为铂电极，在电解过程中b电极上有气体逸出，d电极质量增大。符合上述实验结果的一项是(　　) 选项 X Y A AgNO3 Na2CO3 B Cu(NO3)2 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2(SO4)3 D MgSO4 CuSO4 9．用石墨作电极完全电解含1 mol溶质X的溶液后，向溶液中加入一定量的物质Y能使电解液恢复到起始状态是（ ） 选项 X溶液 物质Y A CuCl2 1 mol Cu(OH)2 B KOH 1 mol KOH C Na2SO4 1 mol H2SO4 D AgNO3 0.5 mol Ag2O 10．某学生欲完成2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑反应，设计了下列四个实验，你认为可行的实验是(　　) 11．如图所示的电化学装置电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则下列说法正确的是(　　) A．电子流动方向：电极Ⅳ→电流表→电极Ⅰ B．电极Ⅰ的电极反应：Al－3e－===Al3＋ C．电极Ⅱ发生氧化反应 D．右池中的Cu2＋向电极Ⅲ移动 12．如图所示为在直流电源的作用下电解CuSO4溶液的装置，其中A、B为石墨电极，a、b为电源的两极，当接通电源，通电一段时间后，将B电极取出，洗干净并干燥后称量，其质量增加了3.2 g，则： (1)a电极为电源的________极。 (2)写出电极反应式：A极：___________________，B极：__________________________。 (3)若使反应后的溶液恢复到原来状态，则应该加入________，质量为________ g。 综合应用 13．用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液，反应方程式为KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列说法中正确的是(　　) A．电解时石墨作阴极 B．电解时阳极上产生H2 C．电解过程中阴极溶液pH升高 D．阴极的电极反应式：I--6e-+3H2O= IO3- +6H+ 14．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．a为直流电源的负极 B．阴极的电极反应式为2HSO＋2H＋＋e－===S2O＋2H2O 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转移到阳极室 15．一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。 下列有关说法正确的是( ) A．在b电极上，N2被还原 B．金属Ag可作为a电极的材料 C．改变工作电源电压，反应速率不变 D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2-不断减少 16．如图甲所示的电解池中，Pt电极位于含Cu(NO3)2和AgNO3均为0.05 mol·L－1的电解液中，图乙是该电解过程中转移电子数与阴极质量的变化关系图。下列说法错误的是(　　) A．过程Ⅰ，在阴极上析出金属银 B．过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，溶液的pH均降低 C．过程Ⅱ，阳极上有氧气放出 D．过程Ⅱ析出固体的质量是过程Ⅰ析出固体的质量的2倍 17．由于Fe(OH)2极易被氧化，实验室很难直接用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。若用如图所示实验装置则可制得纯净的Fe(OH)2沉淀，两极材料分别为石墨和铁。 (1)a电极材料为__________，该电极的电极反应式为_______________________。 (2)若白色沉淀在电极周围生成，则电解液d是__________(填字母，下同)；若白色沉淀在两极之间的溶液中生成，则电解液d是____________。 A．纯水 B．NaCl溶液 C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液 (3)液体c为苯，其作用是__________________________________________。 (4)要想尽早在两极之间的溶液中看到白色沉淀，可以采取的措施是__________(填字母)。 A．改用稀硫酸作电解液 B．适当增大电源电压 C．适当降低电解液温度 拓展培优 18．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．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 19．2020年，大连化学物理研究所503组在太阳能可规模化分解水制氢方面取得新进展——率先提出全新的基于粉末纳米颗粒光催化剂太阳能分解水制氢的“氢农场”策略，其太阳能光催化全分解水制氢的效率创国际最高记录(如图所示，M1、M2为含铁元素的离子，电解质为酸性环境)。下列说法正确的是( ) A．制装置中，太阳能转化为电能 B．制装置中，阳极区氢离子浓度增大 C．系统制得的同时可制得 D．制时阳极可能发生反应： 20．工业上以软锰矿(主要成分MnO2)为原料，通过液相法生产KMnO4，即在碱性条件下用氧气氧化MnO2得到K2MnO4，分离后得到的K2MnO4，再用惰性材料为电极电解K2MnO4溶液得到KMnO4，其生产工艺简略如下： (1)反应器中反应的化学方程式为 。 (2)电解槽中总反应的化学方程式为 。 (3)在传统工艺中得到K2MnO4后，向其溶液中通入适量CO2反应生成黑色固体、KMnO4等，反应的离子方程式为 。与该传统工艺相比，电解法的优势是 。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题1 化学反应与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 第3课时 电解原理 教学目标 1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 2．了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 重点和难点 重点：电解池的工作原理；电极放电规律。 难点：电极放电规律和电极反应式的书写。 ◆知识点一 电解池的工作原理 1．电解熔融氯化钠的原理 (1)电解熔融态氯化钠原理图 (2)过程分析： 通电前，熔融NaCl中存在可以自由移动的Na＋、Cl－。 通电后，阴、阳离子发生定向迁移，其中，Na+离子向阴极移动，发生还原反应； Cl－向阳极移动，发生氧化反应。 (3)电极反应和电解反应： 阴极：2Na＋＋2e－===2Na；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。 电解反应：2NaCl2Na+Cl2↑ 2．电解和电解池 (1)概念 ①电解是在直流电作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 ②电解池是将电能转化为化学能的装置。 (2)电解池的工作原理 ①电极名称及反应类型 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。 ②电子流向：负极→阴极、阳极→正极。 ③离子的移动方向：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。 (3)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。 3．实验探究电解氯化铜溶液 (1)实验探究 实验现象：①溶液颜色变浅；②阴极上有红色物质生成；③阳极附近有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝。 实验结论：电解CuCl2溶液，生成了铜和氯气。 (2)实验原理 ①放电顺序：通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做定向移动，Cu2＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向a阳极移动。 在阴极，Cu2+优于H+在电极上发生反应，在阳极，Cl-优于OH-在电极上发生反应。 ②反应原理 电极名称 阴极 阳极 反应类型 还原反应 氧化反应 电极反应式 Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解反应 CuCl2Cu＋Cl2↑ 【特别提醒】 (1)电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。 (2)电解质的水溶液或熔融电解质均可以被电解，因为它们均可电离出自由移动的阴、阳离子。 (3)电解法是一种强氧化还原手段，以完成非自发的氧化还原反应。 (4)“惰性”是指电极本身还原性很弱，不易发生反应。活性电极是指金属活动性顺序表中的Ag和排在Ag前面的金属，惰性电极是指石墨、铂(Pt)、金(Au)等。 即学即练 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。 2．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，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。 ◆知识点二 电解池电极反应规律 1．电极反应规律 (1)阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的一般是溶液中的阳离子。 阳离子放电顺序： 水中的H+放电的电极反应式为：2H2O+2e-===H2↑+2OH-（放H2生碱） (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（电极为活性电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。 阴离子放电顺序： 碱（OH-）放电的电极反应式为：4 OH--4e-===O2↑+2H2O 水中的OH-放电的电极反应式为：2H2O-4e-===O2↑+4H+（放O2生酸） 2．以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 电解质溶液 电极反应特点 pH 变化 复原加入的物质 电解水型 含氧酸（如H2SO4） 阴极：4H＋＋4e－=2H2↑ 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 H2O 强碱（如NaOH） 阴极：4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 增大 H2O 活泼金属的含氧酸盐溶液（如Na2SO4） 阴极：4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 不变 H2O 电解电解质型 无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2） 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 增大 电解质 放H2生碱型 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl） 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：电解质阴离子放电 增大 无氧酸 放O2生酸型 不活泼金属的含氧酸盐溶液（如AgNO3、CuSO4） 阴极：电解质阳离子放电 阳极：2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 金属氧化物或碳酸盐 【易错提醒 1．书写电解池电极反应式应注意的问题： (1)书写电解池中电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解总反应方程式时，弱电解质要写成化学式形式。 (2)书写两极电极反应式时，要确保两极得失电子数目相等。 (3)铁作阳极时，铁失去电子生成Fe2+，而不是Fe3+。 (4)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。 2．对于电解质的复原问题，不仅要求溶质不变，还有注意溶质的浓度也不变。如用惰性电极电解CuSO4溶液，使电解质溶液复原的方法是加入一定量的CuO或CuCO3，而不是Cu(OH)2。 即学即练 用惰性电极电解下列酸、碱、盐电解质溶液：①H2SO4；②HCl；③NaOH；④Na2SO4；⑤CuCl2；⑥NaCl；⑦CuSO4。 回答下列问题： (1)分别写出上述电解的电极反应式和总反应式 电解质 阴极反应 阳极反应 电解方程式 ①H2SO4 ②HCl ③NaOH ④Na2SO4 ⑤CuCl2 ⑥NaCl ⑦CuSO4 (2)电解后溶液的pH显著增大的是_________，减小的是_________，不变的是_________。 (3)欲使电解的溶液复原，只加入水的是_________，只加入电解质本身的是_________；欲使电解后的⑥复原需加入_________，欲使电解后的⑦复原需加入_________。 答案：(1) 电解质 阴极反应 阳极反应 电解方程式 ①H2SO4 4H＋＋4e－=2H2↑ 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 2H2O2H2↑＋O2↑ ②HCl 2H＋＋2e－=H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2HClH2↑＋Cl2↑ ③NaOH 4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 4OH－-4e－=2H2O＋O2↑ 2H2O2H2↑＋O2↑ ④Na2SO4 4H2O+4e-=2H2↑+4OH- 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 2H2O2H2↑＋O2↑ ⑤CuCl2 Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑ CuCl2Cu＋Cl2↑ ⑥NaCl 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ ⑦CuSO4 Cu2＋＋2e－===Cu 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑ (2)②③⑥ ①⑦ ④ (3)①③④ ②⑤ HCl CuO 一、电解池的工作原理 1．电解池的工作原理 (1)与电源正极相连的电极为阳极，阳极发生氧化反应；与电源负极相连的电极为阴极，阴极发生还原反应。 (2)电子流向：负极→阴极、阳极→正极。 (3)离子的移动方向：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。 2．电解池阴极和阳极的判断依据 实践应用 1．利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是(　　) A．b电极上发生氧化反应 B．该装置能将化学能转变成电能 C．电解质溶液中Cu2+从b电极向a电极迁移 D．若a为铜，则a的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+ 答案：D 解析：b与电源负极相连，b为阴极，阴极上发生还原反应，A项错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B项错误；电解池中，阳离子(Cu2+)向阴极(b极)移动，C项错误；a为阳极，若a为Cu，属于活性电极，则阳极反应为Cu-2e-===Cu2+，D项正确。 2．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。 二、电解池电极的放电规律 电解后溶液pH的变化规律 (1)电解区域：①当阴极是由H+放电产生H2时，阴极区pH 变大；②当阳极是由OH-放电产生O2时，阳极区pH变小。 (2)电解质溶液：①电解过程中，既产生H2，又产生O2， 实质是电解水，溶液浓度增大(饱和溶液除外)， 因而原溶液若呈酸性，则pH变小；原溶液若呈碱性，则pH变大；原溶液若呈中性，则pH不变。②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。③电解过程中，只产生H2， 溶液中OH-浓度增大，pH变大。④电解过程中，只产生O2， 溶液中H+浓度增大，pH变小。 实践应用 1．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(　　) A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4 C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 答案　C 解析　电解HCl、CuCl2溶液就是电解电解质本身，电解NaBr、CuSO4溶液时，电解质、水均被电解，分别属于放氢生碱型、放氧生酸型。 2．为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从H＋、Cu2＋、Na＋、SO、Cl－ 5种离子中两两组成电解质，按下列要求进行电解： (1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是_______。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是________。 (2)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是_________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是_________。 (3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是______________。 答案　(1)HCl、CuCl2　HCl、CuCl2 (2)Na2SO4、H2SO4　H2O (3)CuSO4、NaCl　CuO或CuCO3、HCl 解析　(1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则阳离子只能为H＋、Cu2＋，阴离子只能是Cl－，其电解质分别是HCl、CuCl2。 (2)实质上是电解水，H＋、OH－分别在两极上放电，其电解质是Na2SO4、H2SO4。 (3)若电解质是CuSO4，2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，若恢复到原状态，可加入CuO，也可加入CuCO3；若电解质是NaCl，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，要恢复到原状态可通入HCl。 三、电解池电极反应式的书写 在书写电极反应时，要遵循下列步骤： (1)首先看阳极的电极材料，阴极不用关注电极材料。 (2)弄清溶质，无论单一溶液还是混合溶液，需将溶液中存在的离子按阳离子、阴离子分成两组。 (3)根据放电顺序的先后，判断发生反应的离子，但是还要考虑离子的浓度对放电顺序的影响。 (4)写出两极的电极反应式，得出结论。 实践应用 1．如图所示是电解稀盐酸的装置，其中c、d为石墨电极。试回答下列问题： (1)a电极为________，b电极为________。 (2)c电极为________，电极反应式为____________________，发生了________反应。 d电极为________，电极反应式为_____________________________，发生了________反应。 (3)电解过程中，氢离子向____(填“阴”或“阳”，下同)极移动，氯离子向____极移动。电解总方程式为_____________________________________。 答案　(1)正极　负极　(2)阳极　2Cl－－2e－===Cl2↑　氧化　阴极　2H＋＋2e－===H2↑　还原 (3)阴　阳　2HClH2↑＋Cl2↑ 2．下面列出了用惰性电极电解不同物质的电极反应式，其中错误的是(　　) A．电解饱和食盐水　阴极：Na++e-=Na B．电解CuSO4溶液　阴极：Cu2++2e-=Cu C．电解熔融NaCl　阴极：Na++e-=Na D．电解NaOH溶液　阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑ 答案：A 解析：饱和食盐溶液中离子有Na+、H+及Cl-、OH-四种，得电子能力H+>Na+，阴极反应为2H++2e-=H2↑，故A错误；电解CuSO4溶液，阴极上是铜离子得电子发生还原反应，即Cu2++2e-=Cu，故B正确；电解熔融NaCl，阴极上是钠离子得电子发生还原反应，即：Na++e-=Na，故C正确；电解NaOH溶液，阳极上是氢氧根离子失电子发生氧化反应：4OH--4e-=2H2O+O2↑，故D正确。 考点一 电解池的工作原理 【例1】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。 【变式1-1】如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。下列说法正确的是(　　) A．a为阳极，b为阴极 B．a发生氧化反应，b发生还原反应 C．溶液中Na＋向b极移动 D．a极产生H2，b极产生O2 答案 D 解析 电解Na2SO4溶液实际上是电解水，电解时发生的反应为：a(阴极)：4H＋＋4e－===2H2↑(还原反应)；b(阳极)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(氧化反应)，故A、B错误；溶液中阳离子(Na＋)移向阴极(a极)，C错误。 【变式1-2】日常生活、科学研究、工业生产中有许多问题与原电池或电解池的工作原理有关，回答下列问题： 写出三个装置中铁电极的电极反应式： (1)　　　　　　　　　　　　，  (2)　　　　　　　　　　　　，  (3)　　　　　　　　　　　　。  答案 (1)Fe-2e-=Fe2+　(2)O2+4e-+2H2O=4OH- (3)2H++2e-=H2↑ 解析 (1)装置为原电池，铁为负极被腐蚀，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+；(2)装置为原电池，锌作负极被腐蚀，铁电极上氧气得电子产生氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；(3)装置为电解池，铁作阴极被保护，铁上氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H++2e-=H2↑。 考点二 电解规律 【例2】用如图装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是(　　) 选项 电源 实验前U形管中液体 通电后现象或结论 A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色 B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑ C 负极 KCl和CuCl2混合溶液 相同条件下，a、b两管中产生的气体总体积可能相等 D 负极 Fe(OH)3胶体 b管中液体颜色加深 答案：C 解析：A．电源X极为正极，a管中石墨电极为阳极，b管中石墨电极为阴极，电解硫酸钠溶液的实质是电解水，H+在阴极区放电，OH-在阳极区放电，故在阴极区有大量的OH-，滴入酚酞后，b管中呈红色，在阳极区有大量的H+，a管中呈无色，A错误。B．电解硝酸银，Ag+在阴极放电，电极反应式为4Ag++4e-=4Ag，OH-在阳极反应：4OH--4e-=2H2O+O2↑，当X为正极，b管中电极反应是析出金属银的反应，B错误。C．电解KCl和CuCl2混合溶液时，当X为负极时，氢离子在铜离子放电完毕之后放电，则a管中产生的气体是氢气，b管中产生的气体是氯气，此后可能是氧气，结合电解水生成的氢气与氧气体积关系判断，两管中产生的气体总体积可能相等，C正确。D．Fe(OH)3胶体粒子带正电，胶体具有电泳性质，会向电源的负极移动，即向着X极移动，所以a管中液体颜色加深，D错误。 解题要点 分析电解问题的基本方法思路 (1)通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H＋和OH－)。 (2)通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电(注意活泼金属作阳极时优先放电)。 (3)正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒。 (4)能结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、离子浓度的变化、pH变化等。 【变式2-1】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　复原溶液，A应通HCl，B应加CuO或CuCO3，C应加H2O，D不需加任何物质。 【变式2-2】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↑。 考点三 与电解有关的计算 【例3】在500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中，c(N)=0.8 mol/L，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL。下列说法正确的是 (　　) A．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 B．原混合溶液中c(K+)为0.4 mol/L C．原溶液中Cu(NO3)2的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H+)为0.2 mol/L 答案 B 解析　电解硝酸钾和硝酸铜混合溶液时，阳极上OH-放电生成O2，阴极上Cu2+先放电生成Cu，当Cu2+完全析出时，H+放电生成H2，通电一段时间后，两极气体的物质的量均为2.24 L÷22.4 L/mol=0.1 mol；每生成0.1 mol O2转移0.4 mol电子，每生成0.1 mol H2转移0.2 mol电子，每生成1 mol Cu转移2 mol电子，根据得失电子守恒得n(Cu2+)==0.1 mol，则原溶液中Cu(NO3)2的物质的量为0.1 mol，Cu2+的物质的量浓度为0.1 mol÷0.5 L=0.2 mol/L，根据电荷守恒得K+浓度为0.8 mol·L-1-0.2 mol·L-1×2=0.4 mol·L-1，当电解硝酸铜溶液时生成氢离子，电解硝酸钾溶液实质上是电解水，电解后H+的浓度==0.4 mol·L-1，故B正确。 解题要点 电解池中的守恒规律 (1)基本原理 根据电子转移守恒，同一电路中各电极转移的电子数相等。 (2)解题方法 ①书写出各极的电极反应式(多种物质放电，按照放电顺序书写各个电极反应式)。 ②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数均相等，在各极反应式中建立联系。 【变式3-1】在标准状况下，用铂电极电解硫酸铜溶液，当阴极产生12.8 g铜时，阳极放出的气体是(　　) A．1.12 L H2 B．1.12 L O2 C．2.24 L H2 D．2.24 L O2 答案　D 解析　溶液中有Cu2＋、H＋、SO、OH－四种离子，得电子能力：Cu2＋>H＋，失电子能力：OH－>SO，阴极反应为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑。n(Cu)＝＝0.2 mol，n(O2)＝0.1mol，在标准状况下其体积为2.24 L，D正确。 【变式3-2】如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加21.6 g，试回答下列问题： (1)若电源为碱性乙醇燃料电池，则电极X的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。  (2)pH变化：A　　　，B　　　，C　　　。(填“增大”“减小”或“不变”)  (3)若A中KCl足量且溶液的体积是200 mL，电解后，溶液中OH-的物质的量浓度为　　　mol·L-1(假设电解前后溶液的体积无变化)。  (4)通电5 min时，B中共收集到2 240 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为　　　　(设电解前后溶液体积无变化)；若要使B装置溶液恢复到电解前的状态，需要加入的物质以及相应的物质的量正确的是　　　　。  A．0.05 mol CuO B．0.05 mol CuO和0.025 mol H2O C．0.05 mol Cu(OH)2 D．0.05 mol CuCO3和0.05 mol H2O 答案　(1)C2H5OH+16OH--12e-===2C+11H2O (2)增大　减小　不变 (3)1 (4)0.25 mol·L-1　CD 解析　C装置中铜电极质量增加21.6 g，说明铜极上有金属析出，即溶液中的银离子被还原生成银单质，所以铜为阴极，则X为负极，Y为正极。 (1)若电源为碱性乙醇燃料电池，X为负极，乙醇在负极上发生氧化反应，则电极X的电极反应式为C2H5OH+16OH--12e-===2C+11H2O。 (2)A装置是电解KCl溶液，阴极放出氢气，阳极放出氯气，溶液中氢氧根离子浓度增大，溶液pH增大；B装置是电解CuSO4和K2SO4的混合溶液，溶液中氢离子浓度增大，溶液pH减小；C装置是电解AgNO3溶液，Ag电极为阳极，Ag本身放电，阴极析出Ag单质，溶液pH不变，因此A、B、C三个装置中溶液pH分别增大、减小、不变。 (3)C装置中铜电极上生成21.6 g银单质，物质的量为0.2 mol，转移0.2 mol电子，A装置中总反应为2KCl+2H2O Cl2↑+H2↑+2KOH，根据得失电子守恒可知，转移0.2 mol电子时生成0.2 mol KOH，则n(OH-)=0.2 mol，溶液中OH-的物质的量浓度为=1 mol·L-1。 (4)通电5 min时，B中共收集到2 240 mL气体(标准状况)，气体物质的量为0.1 mol，B装置中阳极上生成氧气，由(3)知转移电子的物质的量为0.2 mol，则生成氧气的物质的量为0.05 mol，阴极上得到氢气的物质的量为0.05 mol，再根据得失电子守恒，铜离子得到电子的物质的量是0.2 mol-0.05 mol×2=0.1 mol，则溶液中铜离子的物质的量为0.05 mol，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为=0.25 mol·L-1；电解过程中得到0.05 mol Cu、0.05 mol H2、0.05 mol O2，若要使B装置溶液恢复到电解前的状态，需要加入的物质以及相应的物质的量要与电解过程中从体系中析出的物质相当，加入0.05 mol Cu(OH)2相当于加入0.05 mol CuO和0.05 mol H2O，可使B装置溶液恢复到电解前的状态，C正确；加入0.05 mol CuCO3和0.05 mol H2O相当于加入0.05 mol CuO和0.05 mol H2O，可使B装置溶液恢复到电解前的状态，D正确。 基础达标 1．用石墨作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是(　　) A．石墨电极周围有大量的钠离子 B．铁棒质量增加 C．电子通过熔融电解质流向铁棒 D．阴极发生氧化反应 答案 B 解析　氯离子移向阳极，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；钠离子移向阴极，发生还原反应：2Na＋＋2e－===2Na。 2．下列说法中正确的是(　　) A．电解氯化铜溶液就是氯化铜的电离 B．电解氯化铜溶液是化学变化，不通电也能发生 C．氯化铜溶液是电解质 D．电解是最强的氧化还原手段，不能自发进行的氧化还原也可以发生 答案 D 解析　A．电解氯化铜溶液是通过外加直流电源使溶液中的阴阳离子定向移动，并在电极上发生氧化还原反应的过程；氯化铜的电离是指氯化铜变成铜离子和氯离子的过程，故A错误；B．电极氯化铜溶液需要外加直流电源，故B错误；C． 氯化铜溶液是混合物，电解质是指在熔融状态或在水溶液中导电的化合物，故C错误；D． 电解反应是在外加电源强迫下的氧化还原反应，不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现，故D正确。 3．将直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是(　　) A B C D 阳极 蓝 白 红 蓝 阴极 白 蓝 蓝 蓝 答案 D 解析　阳极据放电顺序发生的电极反应为2I－－2e－===I2，I2遇淀粉变蓝；阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，使石蕊溶液变蓝。 4．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。 5．电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上首先析出的物质分别是(　　) A．Cu和Cl2　　　　B．H2和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 答案A 解析 在CuCl2和NaCl溶液中，Cu2＋、Na＋、H＋向阴极移动，因Cu2＋氧化性最强，则阴极反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，而Cl－、OH－向阳极移动，因Cl－的还原性比OH－强，所以阳极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，故电解时阴极、阳极首先析出的物质分别为Cu和Cl2。 6．用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列物质的溶液，溶液中的pH保持不变的是(　　) A．HCl B．NaOH C．Na2SO4 D．NaCl 答案 C 解析 用石墨作电极，电解HCl(aq)时，H＋放电产生H2，使溶液中c(H＋)减小，pH增大，所以A不符合；用石墨作电极，电解NaOH(aq)时，实质为电解水，使溶液中c(OH－)增大，pH增大，所以B不符合；用石墨作电极，电解NaCl(aq)时，生成NaOH，溶液中c(OH－)增大，pH增大，则D不符合；只有电解Na2SO4(aq)时，实质为电解水，溶液仍为中性，pH不变，故选项C正确。 7．若某装置发生如下反应：Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，关于该装置的有关说法正确的是(　　) A．该装置一定为原电池 B．该装置为电解池 C．若为原电池，Cu为正极 D．电解质溶液可能是硝酸溶液 答案 B 解析 已知反应为非自发的氧化还原反应，故该装置应为电解池，而非原电池，但电解质不能为HNO3，否则得电子的为NO，而非H＋得电子放出H2。 8．如图所示电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c、d均为铂电极，在电解过程中b电极上有气体逸出，d电极质量增大。符合上述实验结果的一项是(　　) 选项 X Y A AgNO3 Na2CO3 B Cu(NO3)2 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2(SO4)3 D MgSO4 CuSO4 答案　D 解析　首先根据电源正、负极可知，a、c为阳极，b、d为阴极，然后根据用惰性电极电解时离子的放电顺序，阳离子的放电顺序(阴极)：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋，阴离子的放电顺序(阳极)：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子，即可判断。A项，b电极上Ag＋放电生成固体银，d电极上水放电生成H2和OH－，错误；B项，b电极上Cu2＋放电生成固体铜，d电极上Pb2＋放电生成固体铅，错误；C项，b电极上Fe2＋放电生成固体铁，d电极上水放电生成氢气和OH－，错误；D项，b电极上水放电生成氢气和OH－，d电极上Cu2＋放电生成固体铜，电极质量增大，正确。 9．用石墨作电极完全电解含1 mol溶质X的溶液后，向溶液中加入一定量的物质Y能使电解液恢复到起始状态是（ ） 选项 X溶液 物质Y A CuCl2 1 mol Cu(OH)2 B KOH 1 mol KOH C Na2SO4 1 mol H2SO4 D AgNO3 0.5 mol Ag2O 答案 D 解析 A项，电解氯化铜，在两极上分别产生金属铜和氯气，电解质复原加入氯化铜即可，故A错误；B项，电解氢氧化钾的实质是电解水，所以电解质复原加入水即可，故B错误；C项，电解硫酸钠的实质是电解水，所以电解质复原加入水即可，故C错误；D项，电解硝酸银两极上产生的是金属银和氧气，所以电解质复原加氧化银即可，电解含1mol溶质硝酸银的溶液，会析出金属银1mol，根据银元素守恒，所以加入0.5mol Ag2O后即可复原，故D正确；故选D。 10．某学生欲完成2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑反应，设计了下列四个实验，你认为可行的实验是(　　) 答案 C 解析 Ag不能和HCl自发进行氧化还原反应，所以要使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，应该设计成电解池，Ag失电子发生氧化反应，所以Ag作阳极，氢离子得电子发生还原反应，所以电解质溶液中氢离子放电，则符合条件的是C；故选C。 11．如图所示的电化学装置电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则下列说法正确的是(　　) A．电子流动方向：电极Ⅳ→电流表→电极Ⅰ B．电极Ⅰ的电极反应：Al－3e－===Al3＋ C．电极Ⅱ发生氧化反应 D．右池中的Cu2＋向电极Ⅲ移动 答案 B 解析 Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则左边装置构成原电池，Ⅰ为负极，Ⅱ为正极，右边装置为电解池，Ⅲ为阳极，Ⅳ为阴极，结合原电池、电解池相关知识解答。A．由分析可知电极Ⅰ是负极、电极Ⅳ是阴极、电极Ⅱ是正极、电极Ⅲ是阳极，电子流动方向：电极Ⅰ→电流表→电极Ⅳ，故A错误；电极Ⅰ为负极，铝失去电子发生氧化反应，电极反应：Al－3e－===Al3＋，故B正确；电极Ⅱ为正极，发生还原反应，故C错误；右池为电解池，Cu2＋为阳离子，移向阴极，所以Cu2＋应向电极Ⅳ移动，故D错误。答案选B。 12．如图所示为在直流电源的作用下电解CuSO4溶液的装置，其中A、B为石墨电极，a、b为电源的两极，当接通电源，通电一段时间后，将B电极取出，洗干净并干燥后称量，其质量增加了3.2 g，则： (1)a电极为电源的________极。 (2)写出电极反应式：A极：___________________，B极：__________________________。 (3)若使反应后的溶液恢复到原来状态，则应该加入________，质量为________ g。 答案 (1)正　(2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 2Cu2＋＋4e－===2Cu　(3)CuO　4.0 解析 B电极质量增加，则B电极为电解池的阴极，阴极发生还原反应，铜离子得到电子转化为铜单质，阴极与电源的负极相连，因此b电极为电源的负极、a电极为电源的正极。A电极为电解池的阳极，发生氧化反应，水失去电子转化为氧气和氢离子。应补充氧化铜使电解质溶液恢复到原来状态，阴极析出的铜的质量为3.2 g，而氧化铜中铜的质量分数为80%，因此需要补充的氧化铜的质量为4.0 g。 综合应用 13．用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液，反应方程式为KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列说法中正确的是(　　) A．电解时石墨作阴极 B．电解时阳极上产生H2 C．电解过程中阴极溶液pH升高 D．阴极的电极反应式：I--6e-+3H2O= IO3- +6H+ 答案 C 解析 电解时，铁作阴极，石墨作阳极，若铁作阳极，则铁放电，A项错误；阳极发生氧化反应，I-失电子被氧化，电极反应式为I--6e-+3H2O=IO3-+6H+，B、D两项错误；阴极水放电，2H2O+2e-=H2↑+2OH-，溶液的pH升高，C项正确。 14．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．a为直流电源的负极 B．阴极的电极反应式为2HSO＋2H＋＋e－===S2O＋2H2O 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转移到阳极室 答案　C 解析　在与a电极连接的电极上SO2失去电子，被氧化生成SO，所以阳极与电源正极a电极连接，A错误；a为正极，b为负极，所以阴极得电子发生还原反应，电极反应式为2HSO＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O，B错误；在阳极SO2失去电子被氧化产生SO，阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，C正确；阳离子交换膜只允许阳离子通过，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转移到阴极室，D错误。 15．一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。 下列有关说法正确的是( ) A．在b电极上，N2被还原 B．金属Ag可作为a电极的材料 C．改变工作电源电压，反应速率不变 D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2-不断减少 答案 A 解析 由装置可知，b电极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，a为阳极，电极反应式为2O2-+4e-=O2。A项，由分析可得，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A正确；B项，a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；C项，改变工作电源的电压，反应速率会加快，C错误；D项，电解过程中，阴极电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，阳极电极反应式为2O2-+4e-=O2，因此固体氧化物电解质中O2-不会改变，D错误；故选A。 16．如图甲所示的电解池中，Pt电极位于含Cu(NO3)2和AgNO3均为0.05 mol·L－1的电解液中，图乙是该电解过程中转移电子数与阴极质量的变化关系图。下列说法错误的是(　　) A．过程Ⅰ，在阴极上析出金属银 B．过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，溶液的pH均降低 C．过程Ⅱ，阳极上有氧气放出 D．过程Ⅱ析出固体的质量是过程Ⅰ析出固体的质量的2倍 答案 D 解析 过程Ⅰ发生反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋，过程Ⅱ发生反应：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，过程Ⅲ发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑。因为氧化性：Ag＋>Cu2＋，故在阴极上Ag＋先放电，析出金属银，A项正确；过程Ⅰ、Ⅱ发生的电解反应中均有H＋生成，溶液中c(H＋)增大，pH降低，过程Ⅲ发生的电解反应是电解水的反应，溶液中c(H＋)增大，pH降低，B项正确；过程Ⅱ中阳极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C项正确；过程Ⅱ析出的Cu和过程Ⅰ析出的Ag的物质的量相同，则析出Cu与Ag的质量比为64∶108，D项错误。 17．由于Fe(OH)2极易被氧化，实验室很难直接用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。若用如图所示实验装置则可制得纯净的Fe(OH)2沉淀，两极材料分别为石墨和铁。 (1)a电极材料为__________，该电极的电极反应式为_______________________。 (2)若白色沉淀在电极周围生成，则电解液d是__________(填字母，下同)；若白色沉淀在两极之间的溶液中生成，则电解液d是____________。 A．纯水 B．NaCl溶液 C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液 (3)液体c为苯，其作用是__________________________________________。 (4)要想尽早在两极之间的溶液中看到白色沉淀，可以采取的措施是__________(填字母)。 A．改用稀硫酸作电解液 B．适当增大电源电压 C．适当降低电解液温度 答案 (1)Fe(或铁)　Fe－2e－===Fe2＋　(2)C　B (3)隔绝空气，防止白色沉淀被氧化　(4)B 解析 (1)铁作阳极与电源的正极相连，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。(2)若要在电极周围生成白色沉淀，则电解质溶液应该选择氢氧化钠溶液。若在两极之间的溶液中产生白色沉淀，阴极的电极反应式应该为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，氢氧根离子向阳极移动，亚铁离子向阴极移动，二者在两极之间的溶液中反应生成氢氧化亚铁白色沉淀，可选择氯化钠溶液。(3)Fe(OH)2不稳定，容易被空气中的氧气氧化，因此苯起到了隔绝空气的作用。(4)适当增大电压，反应速率加快，同时离子的迁移速率也加快，能尽早看到白色沉淀。 拓展培优 18．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．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 答案 D 解析 由题意可知，废水中含有CN－、Cl－，溶液呈碱性，阳极产生ClO－，所以电解池中阳极应该是Cl－失电子，阳极不是活性电极，A正确；由题意可知阳极是Cl－失电子生成ClO－，又在碱性环境下，所以电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，B正确；阴极是H2O得电子发生还原反应，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确；因为是碱性环境，所以在反应物中不可能出现H＋，正确的离子方程式：5ClO－＋2CN－＋H2O===5Cl－＋2CO2↑＋N2↑＋2OH－，D错误。 19．2020年，大连化学物理研究所503组在太阳能可规模化分解水制氢方面取得新进展——率先提出全新的基于粉末纳米颗粒光催化剂太阳能分解水制氢的“氢农场”策略，其太阳能光催化全分解水制氢的效率创国际最高记录(如图所示，M1、M2为含铁元素的离子，电解质为酸性环境)。下列说法正确的是( ) A．制装置中，太阳能转化为电能 B．制装置中，阳极区氢离子浓度增大 C．系统制得的同时可制得 D．制时阳极可能发生反应： 答案 D 【解析】制氧气装置中，光催化剂太阳能分解水得到氧气，M1转化为M2，O元素化合价升高，则M1中Fe元素化合价下降这个过程没有产生电；制氢装置中阳极M2转化为M1，阴极H+得到电子生成H2，交换膜为阴离子交换膜，总反应方程式为：2H2O2H2↑+O2↑，据此进行分析。 A．制O2装置中，太阳能转化为化学能，故A错误；B．制H2装置中，阳极区Fe2+失电子生成Fe3+，电极反应式为Fe2+-e-= Fe3+，氢离子浓度不变，故B错误；C．由总反应方程式：2H2O=2H2↑+O2↑，可知系统制得2molH2的同时可制得1molO2，故C错误；D．制H2时阳极M2转化为M1，且M1中Fe元素化合价比M2低，可发生反应：，故D正确；故选：D。 20．工业上以软锰矿(主要成分MnO2)为原料，通过液相法生产KMnO4，即在碱性条件下用氧气氧化MnO2得到K2MnO4，分离后得到的K2MnO4，再用惰性材料为电极电解K2MnO4溶液得到KMnO4，其生产工艺简略如下： (1)反应器中反应的化学方程式为 。 (2)电解槽中总反应的化学方程式为 。 (3)在传统工艺中得到K2MnO4后，向其溶液中通入适量CO2反应生成黑色固体、KMnO4等，反应的离子方程式为 。与该传统工艺相比，电解法的优势是 。 【答案】(1) (2) (3) KMnO4产率更高，KOH可以循环利用 【分析】软锰矿主要成分MnO2，碱性条件下用氧气氧化MnO2得到K2MnO4，分离出的K2MnO4用惰性材料为电极电解得到KMnO4，电解生成的KOH循环利用。 【解析】（1）反应器中在碱性条件下用氧气氧化MnO2得到K2MnO4，Mn元素化合价由+4升高为+6，O元素化合价由0降低为-2，根据得失电子守恒，反应的化学方程式为 （2）电解槽中阳极失电子生成，阴极水得电子生成H2，总反应的化学方程式为； （3）在传统工艺中得到K2MnO4后，向其溶液中通入适量CO2反应生成黑色固体、KMnO4等，根据氧化还原反应规律，生成的黑色固体为MnO2，反应的离子方程式为。与该传统工艺相比，电解法中Mn元素全部转化为KMnO4，产率更高，KOH可以循环利用。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$