第二单元 化学能与电能的转化 第4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4课时 电解原理的应用 教学目标 1．通过对氯碱工业、电镀、铜的电解精炼、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。 2．建立电解应用问题的分析思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 重点和难点 重点：电解原理的应用。 难点：离子膜在电解中的应用。 ◆知识点一 电解饱和食盐水的工作原理 1．电极反应和电解反应 (1)阳极：优先放电的离子：______，电极反应式：__________________，反应类型：______反应。 (2)阴极：优先放电的离子：____________，电极反应式：________________________，反应类型：______反应。 (3)电解方程式：______________________________。 2．电解饱和食盐水的工作原理 (1)电解过程中，阳极室______离子浓度减小，______离子通过阳离子交换膜进入阴极室，NaCl溶液浓度变小；阴极室______离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。 (2)阳极产物为______，阴极产物为：____________。 (3)阳离子交换膜的作用 ①防止阴极区的OH-进入阳极区，OH-与Cl2的反应方程式为______________________________。 ②防止H2与Cl2混合发生______。 【特别提醒】 电解饱和食盐水的过程中，阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH也会发生反应，因此工业上常采用特殊的电解槽电解饱和食盐水；一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。阳极区Cl-放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。 即学即练 1．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气和烧碱等化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图： (1)从a口放出的气体是什么？如何检验？写出阳极反应式。 (2)从b口放出的气体是什么？写出阴极反应式和总的电解反应方程式。 (3)离子交换膜的作用是什么？ 2．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是(　　) A．装置出口①处的物质是氯气 B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过 C．装置中发生的反应的离子方程式：2Cl-+2H+Cl2↑+H2↑ D．该装置是将电能转化为化学能 ◆知识点二 铜的电解精炼 1．电解池的构成和电极反应 粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。 (1)电解池的构成： 用______作阳极，用______作阴极，用__________________作电解质溶液。 (2)电极反应式 阳极反应式：________________________________________________等。 阴极反应式：__________________。 2．电解精炼铜的工作原理 (1)阳极反应 金属铜和比铜活泼的______等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜活泼的______等在阳极沉积下来，形成阳极泥。 (2)阴极反应 溶液中的Cu2+比Zn2+、Fe2+等离子优先______电子，成为金属铜析出。 (3)电解质溶液中Cu2+浓度____________。【特别提醒】 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。 即学即练 1．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，思考回答下列问题： (1)阳极发生______反应，其电极反应式为：________________________________________________。 (2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加______ (填“相等”或“不相等”)。 (3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有____________、Ni2＋等。 (4)电解后，电解槽底部含有__________等金属。 2．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，其电极反应是Cu===Cu2++2e- D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 ◆知识点三 电镀 1．电镀 (1)概念：应用______的原理在____________或____________表面镀上一薄层____________或______的过程。 (2)目的： ①提升______和增加____________；②增强材料的______能力，防止金属______。 (3)镀层金属通常是一些____________的金属或合金。 2．基础实验——铁钉镀锌 (1)实验操作要点 ①镀件的处理：铁钉依次用用______打磨、______浸泡、______浸泡、______浸泡，并洗净。 ②电镀操作：______作阳极，______作阴极。 (2)电镀池的构成 通常用____________为阴极，以_________为阳极，用含有____________的溶液作电解质溶液。 (3)电极反应 阳极：________________________ 阴极：________________________ 3．电镀银的工作原理 (1)电极反应式 阴极：________________________；阳极：________________________。 (2)可观察到的现象是________________________________________________。 (3)含银离子的溶液浓度的变化是______。 【特别提醒】 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。 1．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 2．某同学欲在铜钥匙上镀锌，下列有关说法正确的是(　　) A．用铜钥匙作阳极，碳棒作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液 B．Zn与铜钥匙用导线相连插入ZnSO4溶液中 C．Zn作阳极，铜钥匙作阴极，ZnSO4溶液作电镀液 D．在电镀过程中，溶液中的Zn2＋浓度减小，Cu2＋浓度增大 一、电解原理的应用 1．电解饱和食盐水 (1)电解饱和食盐水的过程中，阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH也会发生反应，因此工业上常采用特殊的电解槽电解饱和食盐水；一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。 (2)阳极区Cl-放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。 2．电解精炼铜和电镀铜的比较 电镀铜 精炼铜 能量转化 电能转化为化学能 阳极材料 纯铜 粗铜(含锌、银、金等) 阴极材料 镀件 纯铜 阳极反应 Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+ Cu-2e-===Cu2+ 阴极反应 Cu2++2e-===Cu 电解溶液及其变化 电解后硫酸铜溶液浓度保持不变 电解后溶液中混有Zn2+等，c(Cu2+)减小 实践应用 1．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。 2．“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。完成下列填空： (1)a为电源的________极，c为电解池的________极(填“正”“负”“阴”或“阳”)。 (2)d电极的电极反应式：__________________________________________，电解产生消毒液的总化学方程式为________________________________________________________________________。 二、离子膜在电解中的应用 1．常见的交换膜 离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类： 类型 性能 阳离子交换膜（阳膜） 只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子和分子通过 阴离子交换膜（阴膜） 只允许阴离子通过，不允许阳离子和分子通过 质子交换膜 只允许H＋通过，不允许其他阳离子、阴离子和分子通过 2．隔膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区生成的物质接触，防止发生副反应。 (2)能选择性通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 3．“隔膜”电解池的解题步骤 实践应用 1．一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a为直流电源的正极 B．阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ C．工作时，乙池中溶液的pH不变 D．若有1 mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.25 mol气体 2．NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．若直流电源为铅蓄电池，则b极为Pb B．阳极反应式为ClO2＋e－===ClO C．交换膜左侧NaOH 的物质的量不变，气体X为Cl2 D．制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na＋由交换膜左侧向右侧迁移 考点一 电解饱和食盐水 【例1】关于电解NaCl溶液，下列叙述正确的是(　　) A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B．若向阳极附近的溶液中滴入淀粉-KI溶液，溶液呈蓝色 C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色 D．与电源正极相连的电极上有NaOH生成 解题要点 (1)饱和食盐水中存在着：Na+、Cl-、H+、OH-四种离子。通电时，Na+、H+向阴极移动，Cl-、OH-向阳极移动，由于放电能力H+>Na+，Cl->OH-，因此两极上的电极反应分别为 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应) 阴极：2H++2e-===H2↑(还原反应) (2)接通电源，电极表面出现的现象：在两个极上都有气体放出，且阳极放出的气体具有刺激性气味。用镊子夹一块湿润的淀粉KI试纸靠近阳极，发现试纸变蓝，则说明阳极放出的气体是Cl2。用一干燥的小试管在阴极收集产生的气体，待收集满后，用拇指堵住管口，移到酒精灯火焰旁，松开拇指，若听到“噗”的一声，则说明收集的气体是H2；向阴极区滴入少量的酚酞试液，若溶液变红，证明有碱性物质生成。 (3)电极反应式和总反应式 阴极 阳极 现象 有无色无味的气体产生 有无色但有刺激性气味的气体产生 电极反应 2H++2e-===H2↑(还原反应) 2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应) 总反应 2NaCl +2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑ 【变式1-1】海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述正确的是(　　) A．两个电极必须都用惰性电极 B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极 C．电解熔融状态的氯化镁 D．电解氯化镁的水溶液 【变式1-2】下图中是电解氯化钠溶液(含酚酞)的装置。有毒气体收集的装置省略没有画出，两电极均是惰性电极。 (1)a电极的名称____________。 (2)电解过程中观察到的现象________________________________________。 (3)确定N出口的气体最简单的方法是________________________________。 (4)电解的总反应离子方程式为______________________________。 (5)若将b电极换成铁作电极，写出在电解过程中U形管底部出现的现象_________________________。 考点二 电解精炼铜和电镀 【例2】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，其电极反应是Cu===Cu2++2e- D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 解题要点 (1)电镀铜中电解质溶液的浓度保持不变，而电解精炼铜中Cu2+的浓度逐渐减小，Zn2+、Fe2+、Ni2+等的浓度逐渐增大，因此电解精炼铜时需要定期更换电解质溶液。 (2)电镀中阳极减小的质量等于阴极增加的质量。而电解精炼中，阳极减小的质量与阴极增加的质量不相等。 (3)不论电镀还是电解精炼，阳极失去电子的物质的量与阴极得到电子的物质的量必然相等。 【变式2-1】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　) A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋ D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 【变式2-2】在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是(　　) A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子 考点三 有关电解的计算 【例3】电解装置如图所示，图中装置中B是1 L 2 mol·L-1的AgNO3溶液，A装置中是1 L 2 mol·L-1的Na2SO4溶液，通电后，湿润的淀粉-KI试纸的X端变蓝色，电解一段时间后试回答： (1)Ag是电解池的　　　　极，写出此电极的电极方程式：　 　  　  　  。  (2)A中发生反应的化学方程式为 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 。  (3)B中观察到的现象是　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 。  (4)室温下，若电解一段时间后测得电路中通过的电子的物质的量为0.2 mol，电解过程中，B中析出物质是　　　　克，A中阳极收集到的气体体积为　　　　(标准状况)。  解题要点 1．电解计算的原则 (1)阳极失去的电子数=阴极得到的电子数。 (2)串联电路中通过电解池的电子总数相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 2．电解计算的常用方法 3．电化学计算中注意的几个等量关系式 (1)当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们皆处于同一闭合电路中，所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。 (2)常见电化学计算的对应关系： H2~Cl2~O2~Cu~2Ag~2H+~2OH- 如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)=1∶1∶0.5。 (3)电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。 【变式3-1】将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。 (1)当有1.0×10－3 mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是__________。 (2)若溶液的体积为1 L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6 mL O2时，溶液中的c(H＋)＝________。 【变式3-2】某公司开发了一种以甲醇为原料，以KOH为电解质的用于手机的可充电高效燃料电池，充一次电可连续使用一个月。如图是一个电化学过程的示意图。 请填空： (1)充电时：原电池的负极与电源　　　　极相连。B极的电极反应式为　　　　　　　　。  (2)放电时，负极的电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　。  (3)在此过程中若完全反应，乙池中A极的质量升高648 g，则甲池中理论上消耗O2　　L(标准状况下)。  (4)若在常温常压下，1 g CH3OH燃烧生成CO2和液态H2O时放出热量22.68 kJ，则表示该反应的热化学方程式为　　 　　　　　　　　　　　　　　。  考点四 电解的原理综合应用 【例4】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，Y是粗铜 C．在铁片上镀铜时，X是纯铜 D．制取金属铝时，Z是氯化铝溶液 解题要点 1．电解原理常用于物质的制备，具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点，电解原理能使许多不能自发的反应得以实现。工业上常用多室电解池制备物质，多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。 2．电化学原理在环境保护中的应用 利用电化学原理把污染物去除或把有毒物质变为无毒或低毒物质，具有易于控制、无污染或少污染、高度灵活性和经济性等优点。 【变式4-1】Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解反应方程式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　) A．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成 【变式4-2】电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题： (1)如图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为_____________________________。 (2)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为____________(填化学式)溶液，阳极电极反应式为___________________________，电解过程中Li＋向________(填“A”或“B”)电极迁移。 (3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为____________________________。 若改用氯化铝水溶液作电解液，则阴极产物为______________。 【变式4-3】H3PO2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________________________________。 基础达标 1．下列关于用惰性电极电解NaCl溶液的叙述正确的是(　　) A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B．若向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色 C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色 D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 2．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是(　　) A． 装置①中阳极上析出红色固体 B．装置②中铜片应与电源负极相连 C．装置③中外电路电流方向：b极→a极 D．装置④中阴极反应：2 Cl－－2e－===Cl2 3．下列关于铜电极的叙述正确的是(　　) A．铜锌原电池中铜是负极 B．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极 C．在镀件上电镀铜时可用铜作阳极 D．电解食盐水时铜作阳极 4．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是(　　) A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率 D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用 5．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　) A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体 C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小 6．餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观度等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是(　　) A．电路中每通过1 mol e－，阴极析出1 mol银 B．铁电极应与电源负极相连 C．阳极电极反应式为Ag－e－===Ag＋ D．电渡液需要不断更换 7．如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是(　　) A．电极A是粗铜，电极B是纯铜 B．电路中通过1 mol电子，生成32 g铜 C．溶液中SO向电极A迁移 D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 8．餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观度等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是(　　) A．电路中每通过1 mol e－，阴极析出1 mol银 B．铁电极应与电源负极相连 C．阳极电极反应式为Ag－e－===Ag＋ D．电渡液需要不断更换 9．如图A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色，请填空： (1)电源A上的a为________极； (2)滤纸B上发生的总化学方程式为_________________________________； (3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为__________________，电极f上发生的反应为____________________，槽中盛放的镀液可以是________溶液。 10．(1)利用电镀原理在铁件表面镀铜。装置如图所示： ①电镀时镀件作____________(填“阳”或“阴”)极。 ②与A连接的电极上发生的反应是____________________________________。 ③若电镀前铁、铜两电极的质量相同，电镀完成后将它们取出，洗净、烘干、称量，二者质量差为1.28 g，则电镀时电路中通过的电子为________ mol。 (2)用如图所示装置进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________(填标号)。 A．若阴极得到的电子数为2NA，则阳极质量减少64 g B．粗铜接A极，发生氧化反应 C．溶液中Cu2＋向阳极移动 D．利用阳极泥可回收Ag、Au 综合应用 11．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，CN－与阳极产生的ClO－反应生成无污染的气体，下列说法不正确的是(　　) A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．除去CN－的反应为2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋ 5Cl－＋ H2O C．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O D．阴极的电极反应式为2H2O ＋2e－===H2↑＋2OH－ 12．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 13．电解原理在化学工业中有着广泛的应用。如图所示装置中，E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近溶液呈红色。下列说法不正确的是(　　) A．用甲装置精炼铜时，C电极材料为粗铜 B．乙装置中E电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ C．用丙装置给铜件镀银，当乙中溶液的OH－浓度是0.1 mol·L－1时(此时乙溶液体积为 500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为5.4 g D．电解一段时间后，发现丁中Y极附近溶液红褐色加深，则Fe(OH)3胶体带正电荷 14．利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收，并用阴极排出的溶液吸收。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．电解时，由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室 D．阳极的电极反应式为 15．CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示。 (1)a为电源的____(填“正”或“负”)极。 (2)电极A的反应式为__________________，电极B生成乙烯的反应式为____________________。 (3)若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗CH4和CO2的体积比为________。 拓展培优 16．图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是(　　) A．图甲的X点要与图乙中的a极连接 B．图乙中b极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ C．当N极消耗1 mol气体时，有2 mol H＋通过离子交换膜 D．若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2＋24nH＋ 17．氯化氢回收氯气技术近年来成为科学研究的热点，一种新的氯化氢电解回收氯气的过程如图。下列说法正确的是(　　) A．石墨电极连接电源正极 B．H＋通过质子交换膜从铂电极向石墨电极移动 C．Fe3＋在石墨电极区域可循环再生，涉及到的反应为Fe2＋＋O2＋2H＋===Fe3＋＋H2O D．随着反应的进行，阴、阳两极电解质溶液pH均不变 18．电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．b极与电源的负极相连，发生氧化反应 B．电解一段时间，a、b两电极区的pH均减小 C．相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为5：3 D．若此装置中总共消耗2molN2，则转移的电子的物质的量为7.5mol 19．电解Na2CO3溶液可制得NaHCO3和NaOH，原理如图1所示： (1)阳极生成HCO的电极反应式为_________________________________________，阴极产生的物质A的化学式为___________。 (2)工作一段时间后，两极区制得NaHCO3与NaOH的物质的量之比约为___________。 (3)利用上述所得NaHCO3溶液在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原理如图2所示，原因是__________________________________(用相关的电极反应式表示)。 20．电化学原理在污染治理方面有着重要的作用。 Ⅰ．煤在直接燃烧前要进行脱硫处理。采用电解法脱硫的基本原理如图所示，利用电极反应将Mn2+转化为Mn3+，Mn3+再将煤中的含硫物质(主要成分是FeS2)氧化为Fe3+和SO： 已知：两电极为完全相同的惰性电极。 回答下列问题： (1)M为电源的 (填“正极”或“负极”)。 (2)电解池工作时，观察到R电极上有无色气体产生，写出电极反应式 。 (3)电解池工作时，混合液中SO的物质的量 (填“变大”、“变小”或“不变”)。 (4)电解过程中，混合溶液中的pH将 (填“变大”、“变小”或“不变”)，理由是 。 Ⅱ．电解还原法处理酸性含铬废水：以铁板做阴、阳极，电解含铬废水，示意如图。 (5)电解开始时，A 极上主要发生的电极反应式为 。 (6)产生的Fe2+将Cr2O还原为Cr3+的离子方程式为 。 (7)随着电解的进行，阳极铁板会发生钝化，表面形成FeO•Fe2O3的钝化膜，使电解池不能正常工作。将阴极铁板与阳极铁板交换使用，一段时间后，钝化膜消失。结合有关反应，解释钝化膜消失的原因：____________________________________________________。 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4课时 电解原理的应用 教学目标 1．通过对氯碱工业、电镀、铜的电解精炼、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。 2．建立电解应用问题的分析思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 重点和难点 重点：电解原理的应用。 难点：离子膜在电解中的应用。 ◆知识点一 电解饱和食盐水的工作原理 1．电极反应和电解反应 (1)阳极：优先放电的离子：Cl-，电极反应式：2Cl--2e-===Cl2↑，反应类型：氧化反应。 (2)阴极：优先放电的离子：H2O电离出的H+，电极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH- ，反应类型：还原反应。 (3)电解方程式：2NaCl+2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑。 2．电解饱和食盐水的工作原理 (1)电解过程中，阳极室Cl-离子浓度减小，Na+离子通过阳离子交换膜进入阴极室，NaCl溶液浓度变小；阴极室OH-离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。 (2)阳极产物为Cl2，阴极产物为：NaOH、H2。 (3)阳离子交换膜的作用 ①防止阴极区的OH-进入阳极区，OH-与Cl2的反应方程式为Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。 ②防止H2与Cl2混合发生爆炸。 【特别提醒】 电解饱和食盐水的过程中，阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH也会发生反应，因此工业上常采用特殊的电解槽电解饱和食盐水；一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。阳极区Cl-放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。 即学即练 1．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气和烧碱等化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图： (1)从a口放出的气体是什么？如何检验？写出阳极反应式。 Cl2；用湿润的淀粉­KI试纸检验，若试纸变蓝，证明该气体为Cl2。电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。 (2)从b口放出的气体是什么？写出阴极反应式和总的电解反应方程式。 H2；2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 (3)离子交换膜的作用是什么？ 一是避免了H2与Cl2混合光照下发生爆炸；二是阻止阴离子（OH－）透过交换膜，防止Cl2与OH－反应，从而提高了产品（NaOH）的纯度。 2．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是(　　) A．装置出口①处的物质是氯气 B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过 C．装置中发生的反应的离子方程式：2Cl-+2H+Cl2↑+H2↑ D．该装置是将电能转化为化学能 答案 C 解析 与电源负极相连的为阴极，则②处为阴极反应得到的物质，为氢气，与电源正极相连的为阳极，溶液中的氯离子在阳极失电子生成氯气，出口①处得到的是氯气，故A正确；出口②处的物质是氢气，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不能让阴离子通过，故B正确；装置是电解饱和食盐水，电解过程是氯化钠和水反应生成氢氧化钠和氢气、氯气，反应的离子方程式为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-，故C错误；装置是电解原理的应用，是电能转化为化学能的装置，故D正确；故选C。 ◆知识点二 铜的电解精炼 1．电解池的构成和电极反应 粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。 (1)电解池的构成： 用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸酸化的硫酸铜溶液作电解质溶液。 (2)电极反应式 阳极反应式：Zn -2e-=== Zn2+、Fe-2e-=== Fe2+、Cu -2e-===Cu2+等。 阴极反应式：Cu2++2e-===Cu。 2．电解精炼铜的工作原理 (1)阳极反应 金属铜和比铜活泼的锌、铁等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜活泼的银、金等在阳极沉积下来，形成阳极泥。 (2)阴极反应 溶液中的Cu2+比Zn2+、Fe2+等离子优先得到电子，成为金属铜析出。 (3)电解质溶液中Cu2+浓度先减小后不变。【特别提醒】 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。 即学即练 1．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，思考回答下列问题： (1)阳极发生氧化反应，其电极反应式为：Ni－2e－===Ni2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋。 (2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等(填“相等”或“不相等”)。 (3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋等。 (4)电解后，电解槽底部含有Cu、Pt等金属。 解析 (2)电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni，阴极析出的是镍，依据得失电子守恒，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等。(4)粗镍作阳极，Fe、Zn在电极上失去电子形成阳离子进入溶液中，但Cu和Pt沉降到电解槽底部。 2．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，其电极反应是Cu===Cu2++2e- 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 电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，故A错误；阳极与电池的正极相连发生氧化反应，阴极与电池的负极相连发生还原反应，故B错误；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，电极反应是Cu-2e-Cu2+，故C错误；金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag>Pt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式沉积下来，故D正确；故选D。 ◆知识点三 电镀 1．电镀 (1)概念：应用电解的原理在某些金属或其他材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。 (2)目的： ①提升美观和增加表面硬度；②增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化。 (3)镀层金属通常是一些不易被腐蚀的金属或合金。 2．基础实验——铁钉镀锌 (1)实验操作要点 ①镀件的处理：铁钉依次用用细砂纸打磨、NaOH溶液浸泡、浓盐酸浸泡、稀硝酸浸泡，并洗净。 ②电镀操作：锌片作阳极，铁钉作阴极。 (2)电镀池的构成 通常用待镀金属制品为阴极，以镀层金属为阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液。 (3)电极反应 阳极：Zn-2e-===Zn2+ 阴极：Zn+2e-===Zn 3．电镀银的工作原理 (1)电极反应式 阴极：Ag＋＋e－===Ag；阳极：Ag－e－===Ag＋。 (2)可观察到的现象是待镀金属表面镀上一层光亮的银，阳极上的银不断溶解。 (3)含银离子的溶液浓度的变化是不变。 【特别提醒】 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。 1．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 解析铜牌表面电镀一层银属于电镀池。镀层金属作阳极，与电源正极相连，镀件作阴极与电源的负极相连，电镀液的浓度基本不变，所以Ag片作阳极，镀件作阴极与电源的负极相连，铜牌是阴极，通电后，Ag+向阴极移动，故A错误；银片作阳极与电源正极相连，故B错误；铜牌是阴极，Ag+向阴极移动，在阴极得电子，发生还原反应，所以阴极反应式可表示为Ag++e-===Ag，故C正确；当电镀一段时间后，将电源反接，因为铜的金属性比银强，所以先放电变成离子，故D错误。 2．某同学欲在铜钥匙上镀锌，下列有关说法正确的是(　　) A．用铜钥匙作阳极，碳棒作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液 B．Zn与铜钥匙用导线相连插入ZnSO4溶液中 C．Zn作阳极，铜钥匙作阴极，ZnSO4溶液作电镀液 D．在电镀过程中，溶液中的Zn2＋浓度减小，Cu2＋浓度增大 答案 C 解析 根据电镀原理知，用镀层金属作阳极，待镀金属制品作阴极，含镀层金属离子的溶液作电解质溶液，则欲在铜钥匙上镀锌，应用锌作阳极，铜钥匙作阴极，含锌离子的盐溶液作电解质溶液，在电镀的过程中电解质溶液浓度不变，故A、B、D项错误，C项正确。 一、电解原理的应用 1．电解饱和食盐水 (1)电解饱和食盐水的过程中，阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH也会发生反应，因此工业上常采用特殊的电解槽电解饱和食盐水；一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。 (2)阳极区Cl-放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。 2．电解精炼铜和电镀铜的比较 电镀铜 精炼铜 能量转化 电能转化为化学能 阳极材料 纯铜 粗铜(含锌、银、金等) 阴极材料 镀件 纯铜 阳极反应 Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+ Cu-2e-===Cu2+ 阴极反应 Cu2++2e-===Cu 电解溶液及其变化 电解后硫酸铜溶液浓度保持不变 电解后溶液中混有Zn2+等，c(Cu2+)减小 实践应用 1．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。 2．“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。完成下列填空： (1)a为电源的________极，c为电解池的________极(填“正”“负”“阴”或“阳”)。 (2)d电极的电极反应式：__________________________________________，电解产生消毒液的总化学方程式为________________________________________________________________________。 答案　(1)负　阳　(2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　NaCl＋H2ONaClO＋H2↑ 解析　电解饱和氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，该学生的目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液，即要让Cl2与NaOH溶液充分混合反应。所以应在下端产生Cl2，上端产生NaOH，则a为负极，b为正极，c为阳极，d为阴极，Cl2和NaOH溶液反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故电解产生消毒液的总化学方程式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑。 二、离子膜在电解中的应用 1．常见的交换膜 离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类： 类型 性能 阳离子交换膜（阳膜） 只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子和分子通过 阴离子交换膜（阴膜） 只允许阴离子通过，不允许阳离子和分子通过 质子交换膜 只允许H＋通过，不允许其他阳离子、阴离子和分子通过 2．隔膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区生成的物质接触，防止发生副反应。 (2)能选择性通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 3．“隔膜”电解池的解题步骤 实践应用 1．一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a为直流电源的正极 B．阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ C．工作时，乙池中溶液的pH不变 D．若有1 mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.25 mol气体 答案　D 解析　A项，电解法制备铬，则Cr电极应该是阴极，即a为直流电源的负极，错误；B项，阴极反应式为Cr3＋＋3e－===Cr，错误；C项，工作时，甲池中硫酸根离子移向乙池，丙池中氢离子移向乙池，乙池中硫酸浓度增大，溶液的pH减小，错误；D项，若有1 mol离子通过A膜，即丙池产生1 mol氢离子，则理论上阳极生成0.25 mol氧气，正确。 2．NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．若直流电源为铅蓄电池，则b极为Pb B．阳极反应式为ClO2＋e－===ClO C．交换膜左侧NaOH 的物质的量不变，气体X为Cl2 D．制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na＋由交换膜左侧向右侧迁移 答案　C 解析　二氧化氯转化为NaClO2(亚氯酸钠)的过程发生了还原反应，应该发生在阴极，所以a是负极，b是正极，若直流电源为铅蓄电池，则b极为正极，应该是PbO2，故A错误；由总反应式2ClO2＋2NaCl===2NaClO2＋Cl2知，交换膜左边NaOH的物质的量不变，在阳极上氯离子失电子，发生氧化反应，产生氯气，气体X为Cl2，故B错误、C正确；Na＋由交换膜右侧向左侧迁移，故D错误。 考点一 电解饱和食盐水 【例1】关于电解NaCl溶液，下列叙述正确的是(　　) A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B．若向阳极附近的溶液中滴入淀粉-KI溶液，溶液呈蓝色 C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色 D．与电源正极相连的电极上有NaOH生成 答案 B 解析 电解NaCl溶液的化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极得到Cl2，阴极得到H2，A项错误；向阳极附近的溶液中滴入淀粉-KI溶液，由于I－比Cl－更容易失电子，故2I－－2e－===I2，淀粉遇I2呈蓝色，B项正确；由于阴极区电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，消耗了H＋，造成阴极区c(OH－)相对增大，滴入酚酞溶液，溶液变红，C项错误。 解题要点 (1)饱和食盐水中存在着：Na+、Cl-、H+、OH-四种离子。通电时，Na+、H+向阴极移动，Cl-、OH-向阳极移动，由于放电能力H+>Na+，Cl->OH-，因此两极上的电极反应分别为 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应) 阴极：2H++2e-===H2↑(还原反应) (2)接通电源，电极表面出现的现象：在两个极上都有气体放出，且阳极放出的气体具有刺激性气味。用镊子夹一块湿润的淀粉KI试纸靠近阳极，发现试纸变蓝，则说明阳极放出的气体是Cl2。用一干燥的小试管在阴极收集产生的气体，待收集满后，用拇指堵住管口，移到酒精灯火焰旁，松开拇指，若听到“噗”的一声，则说明收集的气体是H2；向阴极区滴入少量的酚酞试液，若溶液变红，证明有碱性物质生成。 (3)电极反应式和总反应式 阴极 阳极 现象 有无色无味的气体产生 有无色但有刺激性气味的气体产生 电极反应 2H++2e-===H2↑(还原反应) 2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应) 总反应 2NaCl +2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑ 【变式1-1】海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述正确的是(　　) A．两个电极必须都用惰性电极 B．阳极可以用金属电极，阴极必须是惰性电极 C．电解熔融状态的氯化镁 D．电解氯化镁的水溶液 答案　C 解析　电解氯化镁获取金属镁，也就是说镁离子需要得电子，如果在水溶液中，水电离的氢离子会优先得电子，因此只能电解熔融状态的氯化镁；在阴极发生的是镁离子得电子的反应，对电极材料没有要求，在阳极上发生失电子的反应，如果使用活性电极，电极材料会优先失电子，所以阳极必须用惰性电极。 【变式1-2】下图中是电解氯化钠溶液(含酚酞)的装置。有毒气体收集的装置省略没有画出，两电极均是惰性电极。 (1)a电极的名称____________。 (2)电解过程中观察到的现象________________________________________。 (3)确定N出口的气体最简单的方法是________________________________。 (4)电解的总反应离子方程式为______________________________。 (5)若将b电极换成铁作电极，写出在电解过程中U形管底部出现的现象_________________________。 答案 (1)阴极 (2)两极均有气泡产生；a极区溶液变成红色；b极液面上气体变为黄绿色；b极区溶液变为浅黄绿色 (3)用湿润的淀粉­KI试纸检验，若试纸变蓝则气体为Cl2 (4)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ (5)底部有白色沉淀产生，很快变为灰绿色，最终变为红褐色 解析 根据电子的流向，可以判断a极的名称，a极连接的是直流电源电子流出的一极，为负极，因此，a极是电解池的阴极；那么b极为阳极，产物为Cl2，检验Cl2的方法是用湿润的淀粉­KI试纸；当将b极改为铁电极时，铁失去电子变成阳离子进入溶液，与阴极放出H2后剩余的OH－结合，首先生成Fe(OH)2沉淀，然后转化为Fe(OH)3沉淀。 考点二 电解精炼铜和电镀 【例2】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，其电极反应是Cu===Cu2++2e- 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 电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，故A错误；阳极与电池的正极相连发生氧化反应，阴极与电池的负极相连发生还原反应，故B错误；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，电极反应是Cu-2e-=Cu2+，故C错误；金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag>Pt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式沉积下来，故D正确；故选D。 解题要点 (1)电镀铜中电解质溶液的浓度保持不变，而电解精炼铜中Cu2+的浓度逐渐减小，Zn2+、Fe2+、Ni2+等的浓度逐渐增大，因此电解精炼铜时需要定期更换电解质溶液。 (2)电镀中阳极减小的质量等于阴极增加的质量。而电解精炼中，阳极减小的质量与阴极增加的质量不相等。 (3)不论电镀还是电解精炼，阳极失去电子的物质的量与阴极得到电子的物质的量必然相等。 【变式2-1】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　) A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋ D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 答案 D 解析 在电解池中，阳极失去电子，化合价升高，发生氧化反应，而阴极得到电子，化合价降低，发生还原反应。题目中已经告诉氧化性：Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，可以推出题中几种金属在阳极的放电顺序为：Zn>Fe>Ni>Cu>Pt(惰性金属不放电)，阴极的放电顺序为：Zn2＋<Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，所以A中阳极电极反应式有：Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋(主要电极反应)。B：由于阳极中Cu和Pt沉于电解槽底部的阳极泥中，而Zn和Fe在阳极放电，在阴极不能放电，因此阳极质量的减少>阴极质量的增加。C：溶液中除了Fe2＋和Zn2＋还有Ni2＋、H＋等。 【变式2-2】在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是(　　) A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子 答案 A 解析 电镀时，通常用待镀金属制品为阴极，以镀层金属为阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液，在铁制品上镀锌，则铁作阴极，锌作阳极，电镀液中含有锌离子。故选A。 考点三 有关电解的计算 【例3】电解装置如图所示，图中装置中B是1 L 2 mol·L-1的AgNO3溶液，A装置中是1 L 2 mol·L-1的Na2SO4溶液，通电后，湿润的淀粉-KI试纸的X端变蓝色，电解一段时间后试回答： (1)Ag是电解池的　　　　极，写出此电极的电极方程式：　 　  　  　  。  (2)A中发生反应的化学方程式为 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 。  (3)B中观察到的现象是　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 。  (4)室温下，若电解一段时间后测得电路中通过的电子的物质的量为0.2 mol，电解过程中，B中析出物质是　　　　克，A中阳极收集到的气体体积为　　　　(标准状况)。  答案：(1)阳　Ag-e-=Ag+　(2)2H2O2H2↑+O2↑ (3)Ag棒变细，Fe棒上有银白色物质析出　(4)21.6　1.12 L 解析：(1)由湿润的淀粉-KI试纸的X端变蓝可知Ag为阳极，电解时Ag失电子发生氧化反应，电极反应为Ag-e-=Ag+；(2)A装置中是1 L 2 mol·L-1的Na2SO4溶液，惰性电极电解实质是电解水，阳极生成氧气，阴极上生成H2，反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑；(3)B装置电解池中Ag为阳极失电子发生氧化反应，电极变细，B是1 L 2 mol·L-1的AgNO3溶液，溶液中Ag+氧化性强，先得到电子发生还原反应在Fe电极析出Ag，B装置中的现象为Ag棒变细，Fe棒上有银白色物质析出；(4)室温下，若电解一段时间后测得电路中通过的电子的物质的量为0.2 mol，电解过程中，B中Fe电极析出物质为Ag，电极反应为Ag++e-=Ag，由电子守恒计算得到析出Ag质量=0.2 mol×108 g·mol-1=21.6 g，A中收集到的是氢气和氧气，2H2O2H2↑+O2↑，A中阳极电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑，电子转移0.2 mol，生成气体O2物质的量=0.05 mol，标准状况下气体体积=0.05 mol×22.4 L·mol-1=1.12 L。 解题要点 1．电解计算的原则 (1)阳极失去的电子数=阴极得到的电子数。 (2)串联电路中通过电解池的电子总数相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 2．电解计算的常用方法 3．电化学计算中注意的几个等量关系式 (1)当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们皆处于同一闭合电路中，所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。 (2)常见电化学计算的对应关系： H2~Cl2~O2~Cu~2Ag~2H+~2OH- 如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)=1∶1∶0.5。 (3)电解混合溶液时要注意电解的阶段性，电极反应式和总反应式，电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。 【变式3-1】将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解。 (1)当有1.0×10－3 mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则在阴极上析出铜的质量是__________。 (2)若溶液的体积为1 L，忽略溶液体积变化，在标准状况下放出5.6 mL O2时，溶液中的c(H＋)＝________。 答案 (1)0.032 g　(2)1.0×10－3 mol·L－1 解析 (1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应为阴极：2Cu2＋＋4e－=2Cu，阳极：2H2O－4e－=O2↑＋4H+。当有1.0×10－3 mol的OH－放电时，此时转移电子为1.0×10－3 mol，则在阴极上析出Cu：32×10－3 g。 (2)阳极：2H2O－4e－===O2↑ ＋ 4H+ 1 mol 4mol 　　　 　 n n＝1.0×10－3 mol，生成1.0×10－3 mol H＋ 则c(H＋)＝＝1.0×10－3 mol·L－1。 【变式3-2】某公司开发了一种以甲醇为原料，以KOH为电解质的用于手机的可充电高效燃料电池，充一次电可连续使用一个月。如图是一个电化学过程的示意图。 请填空： (1)充电时：原电池的负极与电源　　　　极相连。B极的电极反应式为　　　　　　　　。  (2)放电时，负极的电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　。  (3)在此过程中若完全反应，乙池中A极的质量升高648 g，则甲池中理论上消耗O2　　L(标准状况下)。  (4)若在常温常压下，1 g CH3OH燃烧生成CO2和液态H2O时放出热量22.68 kJ，则表示该反应的热化学方程式为　　 　　　　　　　　　　　　　　。  答案 (1)负　4OH--4e-=2H2O+O2↑ (2) CH3OH-6e-+8OH-= CO+6H2O (3)33.6 (4)CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-725.76 kJ·mol-1 解析 (1)充电时，原电池负极与电源负极相连，B为阳极，阳极上氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑； (2)放电时，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，所以电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-= CO+6H2O； (3)乙池中A极上银离子得电子发生还原反应，当乙池中A极的质量升高648 g，则甲池中理论上消耗O2体积=××22.4 L·mol-1=33.6 L； (4)n(CH3OH)=mol，生成CO2和液态H2O时放热22.68 kJ，则1 mol CH3OH燃烧放出的热量为22.68 kJ×32=725.76 kJ，反应的热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-725.76 kJ·mol-1。 考点四 电解的原理综合应用 【例4】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，Y是粗铜 C．在铁片上镀铜时，X是纯铜 D．制取金属铝时，Z是氯化铝溶液 答案 C 解析 氯碱工业中，X电极连接电源正极，为电解池的阳极，溶液中的氯离子失电子生成氯气，2Cl--2e-=Cl2↑，选项A错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极连接正极，精铜作阴极连接负极，则Y是精铜，选项B错误；在铁片上镀铜时，铁片作阴极为Y电极，铜作阳极为X电极，选项C正确；制取金属铝时，Z是氯化铝溶液时，阴极是水电离出来的氢离子得到电子析出氢气，水溶液中铝离子不放电，选项D错误。答案选C。 解题要点 1．电解原理常用于物质的制备，具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点，电解原理能使许多不能自发的反应得以实现。工业上常用多室电解池制备物质，多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。 2．电化学原理在环境保护中的应用 利用电化学原理把污染物去除或把有毒物质变为无毒或低毒物质，具有易于控制、无污染或少污染、高度灵活性和经济性等优点。 【变式4-1】Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解反应方程式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　) A．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成 答案 A 解析 由电解反应方程式可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D选项错误。 【变式4-2】电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题： (1)如图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为_____________________________。 (2)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为____________(填化学式)溶液，阳极电极反应式为___________________________，电解过程中Li＋向________(填“A”或“B”)电极迁移。 (3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为____________________________。 若改用氯化铝水溶液作电解液，则阴极产物为______________。 答案 (1)a　NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O　(或NO＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O、2NO＋O2===2NO2) (2)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B (3)负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2 解析 (1)电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中，含有杂质的粗银作阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，则该装置中a极为含有杂质的粗银。该电解池的b极为阴极，阴极上有红棕色气体生成，可知NO被还原为NO2，电极反应式为NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O。 (2)根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B极区产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，剩余OH－与Li＋结合生成LiOH，所以B极区电解液为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解过程中Li＋向B电极迁移。 (3)在钢制品上电镀铝，故钢制品作阴极，与电源负极相连。由于电镀过程中“不产生其他阳离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则电镀过程中阴极反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl。若电解液改为氯化铝水溶液，水溶液中得电子能力：Al3＋<H＋，故阴极上的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 【变式4-3】H3PO2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________________________________。 答案　(1)2H2O－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 (3)PO　H2PO或H3PO2被氧化 基础达标 1．下列关于用惰性电极电解NaCl溶液的叙述正确的是(　　) A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B．若向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色 C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色 D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 答案 B 解析用惰性电极电解NaCl溶液，由于阴离子放电能力：Cl->OH-，所以阳极上溶液中的Cl-失去电子变为Cl2，阳极的电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑，由于得到电子能力：H+>Na+，所以阴极上溶液中的H+得到电子变为H2逸出，不能得到金属钠，A错误；由于阴离子放电能力：Cl->OH-，阳极上溶液中的Cl-失去电子变为Cl2，若向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，会发生反应：Cl2+2KI===2KCl+I2，使溶液呈棕色，B正确；由于得到电子能力：H+>Na+，所以阴极上溶液中的H+得到电子变为H2逸出，阴极的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，阴极附近溶液显碱性，故向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈红色，C错误；电解时，阳极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑，阴极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，总反应方程式为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-，由于溶液中有NaOH生成，所以反应后溶液呈碱性，D错误；故答案为B。 2．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是(　　) A． 装置①中阳极上析出红色固体 B．装置②中铜片应与电源负极相连 C．装置③中外电路电流方向：b极→a极 D．装置④中阴极反应：2 Cl－－2e－===Cl2 答案 C 解析 电解氯化铜溶液时，阴极上铜离子得电子析出金属铜单质，A错误；电镀时，镀层应与电源正极相连，镀件与电源负极相连，所以铜作阳极，待镀铁制品应与电源负极相连，B错误；氢氧燃料电池中，负极上氢气失电子，正极上氧气得电子，所以装置③中闭合电键后外电路电子由a极流向b极，电路电流方向：b极→a极，C正确；装置④是电解池，阴极上氢离子得到电子生成氢气，D错误。 3．下列关于铜电极的叙述正确的是(　　) A．铜锌原电池中铜是负极 B．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极 C．在镀件上电镀铜时可用铜作阳极 D．电解食盐水时铜作阳极 答案 C 解析 原电池中活泼金属作负极，铜锌原电池中，Zn活泼，则Zn为负极，Cu为正极，故A错误；粗铜精炼时粗铜作阳极，纯铜作阴极，故B错误；电镀Cu时Cu作阳极，在镀件上铜离子得到电子生成Cu，故C正确；电解食盐水用惰性电极作阳极，若利用Cu为阳极，则生成氢氧化铜沉淀，故D错误；故选C。 4．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是(　　) A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率 D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用 答案 C 解析 未通电前上述镀锌装置可构成原电池，因原电池反应与电镀时所发生的反应为不同的两个反应，故电镀过程不是该原电池的充电过程，故A错误；电解过程中确实存在电能转化成热能的情况，但电镀时通过的电量与析出的锌的量存在确定的关系，与能量的其他转化无关，故B错误；电镀时保持电流恒定，即单位时间内转移的电子数恒定，则消耗的反应物与产生的生成物的量恒定，也就是反应速率恒定，与温度无关，故C正确；镀锌层破损后，能形成锌、铁原电池，铁为正极，锌为负极，同样起到保护铁的作用，故D错误；答案为C。 5．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　) A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体 C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小 答案 D 解析 以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。 6．餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观度等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是(　　) A．电路中每通过1 mol e－，阴极析出1 mol银 B．铁电极应与电源负极相连 C．阳极电极反应式为Ag－e－===Ag＋ D．电渡液需要不断更换 答案 D 解析 阴极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，故电路中每通过1 mol e－析出1 mol银，故A正确；铁为镀件，应与电源负极相连，故B正确；阳极为镀层金属，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，故C正确；电镀液浓度不变，不需要更换，故D错误。 7．如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是(　　) A．电极A是粗铜，电极B是纯铜 B．电路中通过1 mol电子，生成32 g铜 C．溶液中SO向电极A迁移 D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 答案 D 解析 电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，则电极A为粗铜，电极B为纯铜，A正确；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过1 mol电子时，生成0.5 mol Cu，即生成32 g Cu，B正确；根据电解原理，SO向阳极移动，C正确；阳极泥是阳极区产物，所以膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D错误。 8．餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观度等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是(　　) A．电路中每通过1 mol e－，阴极析出1 mol银 B．铁电极应与电源负极相连 C．阳极电极反应式为Ag－e－===Ag＋ D．电渡液需要不断更换 答案　D 解析　阴极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，故电路中每通过1 mol e－析出1 mol银，故A正确；铁为镀件，应与电源负极相连，故B正确；阳极为镀层金属，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，故C正确；电镀液浓度不变，不需要更换，故D错误。 9．如图A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色，请填空： (1)电源A上的a为________极； (2)滤纸B上发生的总化学方程式为_________________________________； (3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为__________________，电极f上发生的反应为____________________，槽中盛放的镀液可以是________溶液。 答案 (1)正 (2)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (3) Zn－2e－===Zn2＋　Zn2＋＋2e－===Zn ZnCl2(ZnSO4，合理即可) 解析 (1)B连接外接电源，所以B是电解氯化钠溶液的电解池，B上的c点显红色，说明c点有氢氧根离子生成，根据离子的放电顺序知，该极上为水电离的氢离子得电子放电，同时生成氢氧根离子，所以c是阴极，外电源b是负极，a是正极；(2)电解氯化钠溶液时，溶液中的离子放电顺序为氢离子放电能力大于钠离子，氯离子放电能力大于氢氧根离子，所以电解氯化钠时生成物是氯气、氢气、氢氧化钠，所以其反应方程式为 2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。(3)电镀时，e是阳极，f是阴极，镀层锌作阳极，镀件铁作阴极，阳极上失电子变成离子进入溶液，阴极上锌离子得电子生成锌单质，所以阳极e上电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；阴极f上的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn；电镀液的选取：用含有镀层金属离子的溶液作电镀液，所以可选ZnCl2(ZnSO4)溶液作电镀液。 10．(1)利用电镀原理在铁件表面镀铜。装置如图所示： ①电镀时镀件作____________(填“阳”或“阴”)极。 ②与A连接的电极上发生的反应是____________________________________。 ③若电镀前铁、铜两电极的质量相同，电镀完成后将它们取出，洗净、烘干、称量，二者质量差为1.28 g，则电镀时电路中通过的电子为________ mol。 (2)用如图所示装置进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________(填标号)。 A．若阴极得到的电子数为2NA，则阳极质量减少64 g B．粗铜接A极，发生氧化反应 C．溶液中Cu2＋向阳极移动 D．利用阳极泥可回收Ag、Au 答案 (1)①阴　②Cu－2e－===Cu2＋ ③0.02　(2)BD 解析 镀铜时，铜作阳极，失电子生成铜离子，而镀件作阴极，铜离子得电子生成单质铜。铜的电解精炼时，粗铜作阳极，失电子生成离子，而溶液中的铜离子在阴极得电子生成单质铜。(1)①电镀时镀件上要生成铜，发生还原反应，所以镀件作电解池的阴极。②A为直流电源的正极，与A连接的电极作阳极，即铜作阳极，失去电子发生氧化反应，电极反应是Cu－2e－===Cu2＋。③阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上Cu2＋得电子发生还原反应，若电镀前铁、铜两金属质量相同，电镀完成后二者质量差为1.28 g，二者质量差的一半为阴极析出的铜，则转移电子的物质的量＝×2＝0.02 mol。(2)粗铜作为阳极，则粗铜中的Al、Zn、Cu都可以失去电子，所以当转移电子数为2 mol 时，阳极质量减少量不能确定，A说法错误；电解精炼，粗铜发生氧化反应生成铜离子进入溶液，所以粗铜接A极，发生氧化反应，B说法正确；溶液中Cu2＋向阴极移动，得电子发生还原反应生成Cu，C说法错误；在精炼过程中，粗铜中Ag、Au不放电，在电极下形成阳极泥，所以利用阳极泥可回收Ag、Au，D说法正确；答案为BD。 综合应用 11．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，CN－与阳极产生的ClO－反应生成无污染的气体，下列说法不正确的是(　　) A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．除去CN－的反应为2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋ 5Cl－＋ H2O C．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O D．阴极的电极反应式为2H2O ＋2e－===H2↑＋2OH－ 答案　B 解析　根据已知信息可知，阳极上Cl－失电子生成ClO－，铁不能作阳极，否则阳极铁失电子发生氧化反应，得不到ClO－，故用石墨作阳极，铁作阴极，A正确；阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，两种气体为二氧化碳和氮气，该反应在碱性条件下进行，化学方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，B错误；阳极上Cl－失电子生成ClO－，电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，C正确；电解质溶液呈碱性，则阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，D正确。 12．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。 13．电解原理在化学工业中有着广泛的应用。如图所示装置中，E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近溶液呈红色。下列说法不正确的是(　　) A．用甲装置精炼铜时，C电极材料为粗铜 B．乙装置中E电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ C．用丙装置给铜件镀银，当乙中溶液的OH－浓度是0.1 mol·L－1时(此时乙溶液体积为 500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为5.4 g D．电解一段时间后，发现丁中Y极附近溶液红褐色加深，则Fe(OH)3胶体带正电荷 答案　D 解析　由信息可知，将直流电源接通后，F极附近溶液呈红色，可知氢离子在该电极放电，所以F极是阴极，E极是阳极，则电源电极A是正极，电极B是负极，C极是阳极，D极是阴极，X极是阳极，Y极是阴极。用甲装置精炼铜时，C电极是阳极，电极材料为粗铜，A正确；乙装置中E电极是阳极，Cl－放电，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B正确；当乙中溶液的OH－浓度是0.1 mol·L－1时(此时乙溶液体积为500 mL)时，根据电极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，可知生成的OH－的物质的量为0.1 mol·L－1×0.5 L＝0.05 mol，转移电子的物质的量为0.05 mol，丙中镀件上析出银的质量m(Ag)＝0.05 mol×108 g·mol－1＝5.4 g，C正确；Y为阴极，阴极上负电荷较多，电解一段时间后Y极附近溶液红褐色加深，说明Fe(OH)3胶粒带正电荷，Fe(OH)3胶体不带电荷，D错误。 14．利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收，并用阴极排出的溶液吸收。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．电解时，由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室 D．阳极的电极反应式为 答案 D 【解析】电解池阳极发生氧化反应，a为正极，b为负极，阳极反应式为， 阴极反应式为2HSO+2e-+2H+=S2O+2H2O。 A．二氧化硫被氧化为硫酸根，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极a相连，则b为电源负极，故A错误；B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，阴极变为氢离子得电子，阳极变为亚硫酸氢根离子失电子，电极反应式发生改变，故B错误；C．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到阴极室，故C错误；D．阳极的电极反应式为：，故D正确；故答案为：D。 15．CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示。 (1)a为电源的____(填“正”或“负”)极。 (2)电极A的反应式为__________________，电极B生成乙烯的反应式为____________________。 (3)若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗CH4和CO2的体积比为________。 答案　(1)负　(2)CO2 ＋2e－===CO ＋O2－　2CH4＋2O2－ －4e－===C2H4＋2H2O　(3)6∶5 解析　(1)电极A上CO2变为CO，发生还原反应，为阴极，则a为电源的负极。(2)电极A为阴极，电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－；电极B为阳极，生成乙烯的反应式为2CH4＋2O2－－4e－===C2H4＋2H2O。(3)令生成乙烯和乙烷分别为2体积和1体积，根据得失电子守恒，发生的总反应为：6CH4＋5CO2===2C2H4＋C2H6＋5H2O＋5CO，即消耗CH4和CO2的体积比为6∶5。 拓展培优 16．图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是(　　) A．图甲的X点要与图乙中的a极连接 B．图乙中b极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ C．当N极消耗1 mol气体时，有2 mol H＋通过离子交换膜 D．若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2＋24nH＋ 答案　C 解析　题图甲中N极上O2转化为H2O，发生还原反应，为正极，M极为负极，图乙通过电解饱和食盐水获得消毒液，a极生成H2，b极生成Cl2，则a极为阴极，b极为阳极，电解池的阴极与电源负极相连，故X点与a极相连，A正确；图乙中b极生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B正确；根据反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当N极消耗1 mol气体时，转移4 mol电子，故有4 mol H＋通过离子交换膜，C错误；若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极上淀粉转化为CO2，电极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2＋24nH＋，D正确。 17．氯化氢回收氯气技术近年来成为科学研究的热点，一种新的氯化氢电解回收氯气的过程如图。下列说法正确的是(　　) A．石墨电极连接电源正极 B．H＋通过质子交换膜从铂电极向石墨电极移动 C．Fe3＋在石墨电极区域可循环再生，涉及到的反应为Fe2＋＋O2＋2H＋===Fe3＋＋H2O D．随着反应的进行，阴、阳两极电解质溶液pH均不变 答案　B 解析　石墨电极上Fe3＋转化为Fe2＋，得电子，应该是在电解池中作阴极，连接电源负极，A错误；铂电极为阳极，HCl失电子产生Cl2和H＋，H＋通过质子交换膜从阳极(铂电极)向阴极(石墨电极)移动，B正确；涉及的反应为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，C错误；随着反应的进行，阳极H＋向阴极移动，移动过来的H＋在阴极又参与反应生成了水，所以阴、阳两极电解质溶液pH均升高，D错误。 18．电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．b极与电源的负极相连，发生氧化反应 B．电解一段时间，a、b两电极区的pH均减小 C．相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为5：3 D．若此装置中总共消耗2molN2，则转移的电子的物质的量为7.5mol 答案 D 解析 电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图，分析可知a极氮气失去电子发生氧化反应，此为阳极；b极氮气得到电子生成铵根离子，此为阴极。 A．由原理图分析可知，b为阴极，与电源负极相连，发生还原反应，A错误；B．b极电极反应式为：，电解过程中c(H+)减小，溶液pH逐渐增大，a极，电解过程中c(H+)增大，溶液pH逐渐减小，B错误；C．由上述可知，a极上每消耗1mol N2时转移10mol e-，b极上每消耗1mol N2时转移6mol e-，由转移电子守恒可知，电解相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为3：5，C错误；D．总反应为：，分析可知4molN2参加反应，转移15mol电子，故若此装置中总共消耗2molN2，则转移的电子的物质的量为7.5mol，D正确； 故选D。 19．电解Na2CO3溶液可制得NaHCO3和NaOH，原理如图1所示： (1)阳极生成HCO的电极反应式为_________________________________________，阴极产生的物质A的化学式为___________。 (2)工作一段时间后，两极区制得NaHCO3与NaOH的物质的量之比约为___________。 (3)利用上述所得NaHCO3溶液在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原理如图2所示，原因是__________________________________(用相关的电极反应式表示)。 答案　(1)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2　(2)1∶1　(3)Al－3e－＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑ 解析　(1)电解时阳极区碳酸钠溶液中水电离的OH－失电子产生O2，同时生成HCO，电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑；阴极区水电离的H＋得电子产生H2，物质A的化学式为H2。(2)工作一段时间后，两极区的电极反应分别为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑、4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，制得NaHCO3与NaOH的物质的量之比约为1∶1。(3)铝与直流电源正极相连，为阳极，被氧化为Al3＋，继而和溶液中的HCO发生相互促进的水解反应，生成氢氧化铝沉淀，电极反应式为Al－3e－＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑。 20．电化学原理在污染治理方面有着重要的作用。 Ⅰ．煤在直接燃烧前要进行脱硫处理。采用电解法脱硫的基本原理如图所示，利用电极反应将Mn2+转化为Mn3+，Mn3+再将煤中的含硫物质(主要成分是FeS2)氧化为Fe3+和SO： 已知：两电极为完全相同的惰性电极。 回答下列问题： (1)M为电源的 (填“正极”或“负极”)。 (2)电解池工作时，观察到R电极上有无色气体产生，写出电极反应式 。 (3)电解池工作时，混合液中SO的物质的量 (填“变大”、“变小”或“不变”)。 (4)电解过程中，混合溶液中的pH将 (填“变大”、“变小”或“不变”)，理由是 。 Ⅱ．电解还原法处理酸性含铬废水：以铁板做阴、阳极，电解含铬废水，示意如图。 (5)电解开始时，A 极上主要发生的电极反应式为 。 (6)产生的Fe2+将Cr2O还原为Cr3+的离子方程式为 。 (7)随着电解的进行，阳极铁板会发生钝化，表面形成FeO•Fe2O3的钝化膜，使电解池不能正常工作。将阴极铁板与阳极铁板交换使用，一段时间后，钝化膜消失。结合有关反应，解释钝化膜消失的原因：____________________________________________________。 【答案】(1)正极 (2)2H++2e-=H2↑ (3)变大 (4) 变小 在电解过程中生成1 mol Fe3+，消耗15 mol Mn3+，生成16 mol H+；Mn3+由阳极反应Mn2+-e-=Mn3+生成，根据得失电子守恒，阳极生成15 mol Mn3+，消耗15 mol H+；因此总体来看，电解过程中H+浓度增大，pH变小 (5)Fe-2e-=Fe2+ (6)Cr2O+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O (7)阴极产生H2：2H++2e-=H2↑，阴、阳极铁板交换使用时，H2将钝化膜还原：4 H2+ FeO•Fe2O3=3Fe+4 H2O 【解析】（1）根据图示可知在电解时，P电极上Mn2+失去电子变为Mn3+，则P电解为阳极，则与P相连的M电极为正极，N电极为负极； （2）R为电解池的阴极，发生得电子的还原反应，电极反应式：； （3）根据电解池反应：可知，电解过程中SO的物质的量不断增大； （4）在电解过程中生成1 mol Fe3+，消耗15 mol Mn3+，生成16 mol H+；Mn3+由阳极反应Mn2+-e-=Mn3+生成，根据得失电子守恒，阳极生成15 mol Mn3+，消耗15 mol H+；因此总体来看，电解过程中H+浓度增大，pH变小； （5）铁板做阴、阳极，电解含铬废水，则A电极发生电极反应：Fe-2e-=Fe2+； （6）产生的Fe2+将Cr2O还原为Cr3+的离子方程式：Cr2O+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O； （7）阴极产生H2：2H++2e-=H2↑，阴、阳极铁板交换使用时，H2将钝化膜还原：4H2+ FeO•Fe2O3=== 3Fe + 4H2O。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$