第3节 电能转化为化学能——电解 第1课时（同步讲义）化学鲁科版2019选择性必修1

第1章 化学反应与能量转化 第3节 电能转化为化学能 第1课时 电解的原理 教学目标 1．能正确判断电解池装置，理解原电池与电解池的区别与联系。 2．理解电解池中电子、离子的移动，阴阳两极上的反应及其变化，电流形成的过程和原理。 3．理解电解的规律，能正确书写电解池的电极反应式和总反应式。 重点和难点 重点：电解的原理。 难点：电解池电极反应式和总反应式的书写。 ◆知识点一 电解原理 1．实验探究——电解氯化铜溶液 装置示意图 实验现象 实验分析 电流表指针 电解质溶液导电，形成闭合回路 b极上逐渐覆盖一层红色物质 析出 ：Cu2＋＋2e－=== Cu(还原反应) a极上产生刺激性气味的气体，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸 产生了 ：2Cl－－2e－=== Cl2↑(氧化反应) 电解CuCl2溶液的总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑ 2.电解原理 (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(也称电解槽)：将 转化为 的装置。 构成条件 ①直流电源；②两个电极；③闭合回路；④电解质溶液或熔融电解质 电 极 阳极 与电源 相连的电极，发生 反应 阴极 与电源 相连的电极，发生 反应 离子流向 阳离子移向电解池的 ；阴离子移向电解池的 电子流向 从电源 流向电解池的 ，从电解池的 流向电源的 3．电解池阴阳极的判断方法 4．电解池电极产物的判断 即学即练 1．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 2.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 ◆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 相连，阳极与电源 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 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相等的，利用 使各电极得失电子均相等，在各极反应式中建立联系。 【特别提醒】 惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型。再根据阴阳离子在电极的放电顺序判断。 (1)阴极有H2生成，阳极有O2生成，实质为电解水，故电解质是活泼金属的含氧酸盐，即Na2SO4。 (2)实质为放氧气生酸型，即电解质为不活泼金属的含氧酸盐，即CuSO4。 (3)实质为放氢气生碱型(或电解盐酸，此处无H＋不合理)，即电解质为活泼金属的无氧酸盐，即NaCl。 即学即练 1．用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是(　　) A．H2和Cl2 B．H2和O2 C．Cu和Cl2 D．Cu和O2 2.某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图)。通电后，溶液中产生白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法正确的是(　　) A．电源中a为负极，b为正极 B．电解池中的电解液不可以是NaCl溶液 C．B电极发生的反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．A、B两端都必须使用铁作为电极 3．用石墨作为电极完全电解含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的是(　　) 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 一、电极反应式及电解总反应方程式的书写步骤 （以惰性电极电解Cu(NO3)2溶液为例） 实践应用 1．下列关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是(　　) A．Fe电极为阳极，发生氧化反应 B．Cl－向石墨电极做定向移动 C．石墨电极上的电极反应：Fe3＋＋3e－===Fe D．电解池总反应：2Cl－＋2Fe3＋Cl2↑＋2Fe2＋ 2．如图所示X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d极附近显红色。 (1)①b为电源的____________极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)； ②Z池中e为________极； ③连接Y、Z池线路，电子流动的方向是d________e(用“→”或“←”填空)。 (2)①写出c极的电极反应式：__________________________________________； ②写出Y池中总反应的化学方程式：__________________________________________________； ③写出e极的电极反应式：___________________________________。 考点一 电解及其装置判断 【例1】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 【变式1-1】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 【变式1-2】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 考点二 电解规律及其应用 【例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↑ 【变式2-1】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 【变式2-2】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 考点三 电解质溶液的复原 【例3】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 【解题要点】 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。 【变式3-1】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 【变式3-2】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____________。 基础达标 1．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Na2SO4溶液　阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ C．电解熔融NaCl　阴极：Na＋＋e－===Na D．电解NaOH溶液　阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 2.如图所示，电解质溶液是NaCl的水溶液，过一段时间发现d电极附近有黄绿色气体产生，下列说法正确的是(　　) A．a是电源的正极 B．电子流动的方向：b→d C．c电极发生氧化反应 D．若将c、d两电极互换，则c电极附近不一定会生成黄绿色气体 3．用石墨电极电解稀硫酸的过程中，溶液pH的变化情况为(　　) A．逐渐减小 B．逐渐增大 C．不改变 D．先减小，后增大 4．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 5．如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是(　　) A．该过程是电能转化为化学能的过程 B．铜电极的电极反应式为CO2＋8HCO＋8e－===CH4＋8CO＋2H2O C．一段时间后，①池中n(KHCO3)不变 D．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降 6．用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，下列说法不正确的是(　　) A．阴极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu B．阳极上的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ C．若有6.4 g金属Cu析出，放出的O2为0.05 mol D．恰好电解完时，加入一定量的Cu(NO3)2使溶液恢复到原来的浓度 7．用惰性电极电解饱和食盐水，下列说法正确的是(　　) A．电解过程中，Cl－向阳极方向移动，发生还原反应 B．电解一段时间后，阴极附近溶液pH增大 C．电解池中的总反应为2H＋＋2Cl－===H2↑＋Cl2↑ D．欲使电解池中的溶液恢复到电解前的状态，应加入适量浓盐酸 8.某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是(　　) A．电解过程中，铜电极上有H2产生 B．电解初期，主反应方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑ C．电解一定时间后，石墨电极上始终无铜析出 D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大 9．用惰性电极电解下列各组中的三种溶液，电解过程中，溶液的pH变化依次为减小、不变、增大的是(不考虑气体的溶解)(　　) A．HCl、HNO3、K2SO4 B．AgNO3、CuCl2、Cu(NO3)2 C．CaCl2、KOH、NaNO3 D．CuSO4、Na2SO4、KCl 10．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 综合应用 11.（24-25高二下·河南·期中）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 12.（23-24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 13.（24-25高二下·广西南宁·期中）天津大学化学团队以CO2和辛胺为原料实现了甲酸和辛腈的高选择性合成，装置工作原理如下图。下列说法错误的是 A．Ni2P电极与电源正极相连 B．In/In2O3-x电极上可能有副产物H2产生 C．在In/In2O3-x电极上发生的反应为： D．溶液中有2molOH−迁移时，理论上Ni2P电极上有1mol辛腈生成 14.（24-25高二下·浙江杭州·期中）科技工作者设计耦合高效制的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。 下列说法不正确的是 A．电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动 B．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍 C．在一定电压下，b极可能产生 D．阳极反应： 15.（24-25高二下·浙江衢州·期中）比亚迪新能源车使用的“刀片电池”是磷酸铁锂电池，电池充电原理：，装置示意图如图。 下列叙述不正确的是 A．充电时电子从c→a→b→d B．放电时，脱离石墨，经电解质嵌入正极 C．充电时的b极反应为 D．若初始两电极质量相等，放电过程中当转移个电子时，两电极的质量差为 16.（24-25高二下·浙江·期中）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过。该工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示(电极未标出，离子交换膜都只允许阳离子通过)。下列说法正确的是 A．装置A是原电池，装置B是电解池 B．装置A中生成X气体的电极材料可以是碳棒或铁棒 C．装置B中Y气体参与的电极反应为： D．溶液的浓度： 17.（24-25高二下·浙江·期中）一种耦合HCHO制的装置如图1所示，电极为惰性催化电极，阳极反应机理如图2所示： 下列说法正确的是 A．电解时，电极a上有生成 B．电解时，通过阴离子交换膜向电极a移动 C．电解时，阳极反应过程中有非极性共价键的断裂与形成 D．电解时，电路中每通过1mol电子，装置中共生成 18.（24-25高二下·浙江·期中）氯碱工业是高能耗产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中电极未标出，图中NaOH溶液的浓度。分析图示原理，判断下列说法不正确的是 A．电解池阳极反应方程式为： B．燃料电池中的由燃料电池右室向左室迁移 C．Y为，燃料电池的正极反应为： D．新工艺利用燃料电池提供电能实现节能，同时获得更高浓度的NaOH溶液，为后续的NaOH结晶过程节约能源 19.（24-25高二下·河北石家庄·期中）某研究小组试图利用电解法将碱性条件下的还原为Zn，同时根据电极上析出Zn的质量来测定阿伏加德罗常数。①用直流电源电解溶液，所用仪器如下图所示；②在电流强度为IA，通电时间为t秒钟后，精准测得A电极上析出的锌的质量为mg；③单个电子的电荷量为，Q为流经电路的电荷总量，。下列说法错误的是 A．电流方向可能为： B．B极的电极反应： C．从复合膜流向A电极，从复合膜流向B电极 D．1mol金属锌所含的原子数： 20.（24-25高二下·江苏南通·期中）科研工作者用金催化电极实现了常温、常压条件下合成氨，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电解过程中，通过交换膜从右往左迁移 B．的主要作用是降低的溶解度 C．金催化电极的电极反应式： D．理论上合成，左室溶液质量减少27g 拓展培优 21.（24-25高二下·河南周口·期末）用电解法制备2-氯环己醇的工作原理如图所示： 下列叙述正确的是 A．H+由N极移向M极 B．N极电势高于M极电势 C．外电路中转移2 mol电子，一定生成1 mol2-氯环己醇 D．从有机基本反应类型看，环己烯与HClO的反应类型属于加成反应 22.（24-25高二下·河南焦作·期中）氯化钴可用于电解制备金属钴，还可用作氨的吸收剂、防毒面具和肥料添加剂。某实验小组通过电解溶液获得单质和较浓的盐酸，其工作原理如图所示。 已知：能与盐酸反应生成氢气。下列说法正确的是 A．膜a是阴离子交换膜 B．生成，理论上Ⅰ室产生氧气 C．石墨电极电势低于电极 D．Ⅱ室、Ⅲ室合并后有利于的生成 23.（24-25高二上·四川成都·期末）某电化学合成氨技术的工作原理如图所示，在双极膜中解离产生和。下列说法正确的是 A．电极b接电源正极，发生氧化反应 B．电极a上发生 C．双极膜中向Ⅰ室迁移，向Ⅱ室迁移，维持电荷平衡 D．理论上，导线中每通过4mol电子，Ⅱ室溶液质量将减少32g 24．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示： 阳离子 Na＋、K＋、Cu2＋ 阴离子 SO、OH－ 图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下，各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题： (1)M为电源的________极(填“正”或“负”)，b电极上发生的电极反应为________________________________________________________________________。 (2)写出乙烧杯中电解的总化学方程式：______________________________________________________。 (3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？____________________________________________________________________________。 (4)若经过这一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是______________________。 25．如图所示，X和Y均为石墨电极。 (1)若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为____________________________。电解过程中____________(填“阴”或“阳”)极附近会出现红色。 (2)若电解液为500 mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色固体物质生成，Y电极表面有无色气体生成。当溶液中原有溶质完全电解后，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6 g。 ①电解后溶液中c(H＋)＝________。要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的________(填物质的化学式，假设电解前后溶液的体积不变)； ②请推测原溶液中所含的酸根离子可能是________。设计实验验证推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：_______________________________________________________________________________。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第1章 化学反应与能量转化 第3节 电能转化为化学能 第1课时 电解的原理 教学目标 1．能正确判断电解池装置，理解原电池与电解池的区别与联系。 2．理解电解池中电子、离子的移动，阴阳两极上的反应及其变化，电流形成的过程和原理。 3．理解电解的规律，能正确书写电解池的电极反应式和总反应式。 重点和难点 重点：电解的原理。 难点：电解池电极反应式和总反应式的书写。 ◆知识点一 电解原理 1．实验探究——电解氯化铜溶液 装置示意图 实验现象 实验分析 电流表指针发生偏转 电解质溶液导电，形成闭合回路 b极上逐渐覆盖一层红色物质 析出金属铜：Cu2＋＋2e－=== Cu(还原反应) a极上产生刺激性气味的气体，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生了氯气：2Cl－－2e－=== Cl2↑(氧化反应) 电解CuCl2溶液的总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑ 2.电解原理 (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(也称电解槽)：将电能转化为化学能的装置。 构成条件 ①直流电源；②两个电极；③闭合回路；④电解质溶液或熔融电解质 电 极 阳极 与电源正极相连的电极，发生氧化反应 阴极 与电源负极相连的电极，发生还原反应 离子流向 阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极 电子流向 从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极 3．电解池阴阳极的判断方法 4．电解池电极产物的判断 即学即练 1．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 【答案】B 【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。 2.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溶液的电极反应为阳极(c电极)：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(d电极)：Cu2＋＋2e－===Cu，故A、B、D项错误，C项正确。 ◆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。 【特别提醒】 惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型。再根据阴阳离子在电极的放电顺序判断。 (1)阴极有H2生成，阳极有O2生成，实质为电解水，故电解质是活泼金属的含氧酸盐，即Na2SO4。 (2)实质为放氧气生酸型，即电解质为不活泼金属的含氧酸盐，即CuSO4。 (3)实质为放氢气生碱型(或电解盐酸，此处无H＋不合理)，即电解质为活泼金属的无氧酸盐，即NaCl。 即学即练 1．用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是(　　) A．H2和Cl2 B．H2和O2 C．Cu和Cl2 D．Cu和O2 【答案】C 【解析】稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，阳离子的放电顺序：Cu2＋＞H＋＞Na＋，阴离子的放电顺序：Cl－＞OH－＞酸根离子，因此用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，阳极Cl－先失电子生成Cl2，阴极Cu2＋先得电子生成Cu，即最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是Cu和Cl2，故选C。 2.某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图)。通电后，溶液中产生白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法正确的是(　　) A．电源中a为负极，b为正极 B．电解池中的电解液不可以是NaCl溶液 C．B电极发生的反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．A、B两端都必须使用铁作为电极 【答案】C 【解析】结合氢氧化亚铁不被氧化变色可知，生成的氢气需将装置中原有氧气带出，且氢气的密度小于水，所以氢气从B端阴极析出，A电极则是铁作为阳极失电子生成亚铁离子，则b为负极，a为正极，A错误；因为阳极是铁，活性电极作为阳极时，阳极材料铁失电子生成亚铁离子，阴极上水放电生成氢气和氢氧根离子，所以能生成氢氧化亚铁白色沉淀，故电解液可以是NaCl溶液，B错误；B为阴极，阴极上发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确；A电极为Fe，B电极可为惰性电极，D错误。 3．用石墨作为电极完全电解含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的是(　　) 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】电解氯化铜溶液，在两极上分别产生金属铜和氯气，所以电解质复原加入氯化铜即可，故A错误；电解氢氧化钾溶液的实质是电解水，所以电解质复原加入水即可，故B错误；电解硫酸钠溶液的实质是电解水，所以电解质复原加入水即可，故C错误；电解硝酸银溶液，在两极上分别产生金属银和氧气，所以电解质复原加氧化银即可，电解含1 mol溶质硝酸银的溶液，会析出金属银1 mol，根据银元素守恒，所以加入0.5 mol Ag2O后即可复原，故D正确。 一、电极反应式及电解总反应方程式的书写步骤 （以惰性电极电解Cu(NO3)2溶液为例） 实践应用 1．下列关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是(　　) A．Fe电极为阳极，发生氧化反应 B．Cl－向石墨电极做定向移动 C．石墨电极上的电极反应：Fe3＋＋3e－===Fe D．电解池总反应：2Cl－＋2Fe3＋Cl2↑＋2Fe2＋ 【答案】A 【解析】电子流出的一极是电源的负极，故Fe电极连接电源的正极，为阳极，发生氧化反应，A正确；电解池中，阴离子向阳极移动，则Cl－向Fe电极做定向移动，B错误；石墨电极是电解池的阴极，发生还原反应，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，C错误；Fe电极为阳极，是活性电极，Fe被氧化生成Fe2＋，石墨电极是电解池的阴极，Fe3＋发生还原反应生成Fe2＋，故电解池总反应为Fe＋2Fe3＋3Fe2＋，D错误。 2．如图所示X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d极附近显红色。 (1)①b为电源的____________极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)； ②Z池中e为________极； ③连接Y、Z池线路，电子流动的方向是d________e(用“→”或“←”填空)。 (2)①写出c极的电极反应式：__________________________________________； ②写出Y池中总反应的化学方程式：__________________________________________________； ③写出e极的电极反应式：___________________________________。 【解析】d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，c为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Y池电解NaCl溶液的总反应的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流电源中a为正极，b为负极，Z池中f为阴极，e为阳极，电极反应式分别为Cu2＋＋2e－===Cu、Cu－2e－===Cu2＋，电子流动方向为e→d。 【答案】(1)①负　②阳　③← (2)①2Cl－－2e－===Cl2↑　②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　③Cu－2e－===Cu2＋ 考点一 电解及其装置判断 【例1】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。 【变式1-1】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。 【变式1-2】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，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 【例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，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↑。 【变式2-1】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。 【变式2-2】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。 考点三 电解质溶液的复原 【例3】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。 【解题要点】 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。 【变式3-1】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 【答案】C 【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。 【变式3-2】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。 基础达标 1．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Na2SO4溶液　阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 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】A项中电解饱和食盐水时，阴极应是H2O放电生成H2和OH－。 2.如图所示，电解质溶液是NaCl的水溶液，过一段时间发现d电极附近有黄绿色气体产生，下列说法正确的是(　　) A．a是电源的正极 B．电子流动的方向：b→d C．c电极发生氧化反应 D．若将c、d两电极互换，则c电极附近不一定会生成黄绿色气体 【答案】D 【解析】d电极附近有黄绿色气体产生，应该是Cl－放电，说明d电极是阳极，所以b是电源的正极，A错；电子流向是阳极→电源正极，即d→b，B错；c电极是阴极，发生还原反应，C错；如果c电极是活性电极，则其附近不产生黄绿色气体，D对。 3．用石墨电极电解稀硫酸的过程中，溶液pH的变化情况为(　　) A．逐渐减小 B．逐渐增大 C．不改变 D．先减小，后增大 【答案】A 【解析】用石墨电极电解稀硫酸，实质为电解水，所以电解过程中，硫酸浓度逐渐增大，则溶液pH逐渐减小。 4．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。 5．如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是(　　) A．该过程是电能转化为化学能的过程 B．铜电极的电极反应式为CO2＋8HCO＋8e－===CH4＋8CO＋2H2O C．一段时间后，①池中n(KHCO3)不变 D．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降 【答案】C 【解析】该装置连接有电源，则该过程是电能转化为化学能的过程，A项正确；二氧化碳转化为甲烷的反应过程中，碳元素的化合价降低，在铜电极上发生还原反应，电极反应式为CO2＋8HCO＋8e－===CH4＋8CO＋2H2O，B项正确；由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗，故一段时间后，碳酸氢钾的物质的量减少，C项错误；①池中的铜电极为阴极，发生还原反应，②池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋，该过程中有H＋生成，故溶液的pH降低，D项正确。 6．用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，下列说法不正确的是(　　) A．阴极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu B．阳极上的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ C．若有6.4 g金属Cu析出，放出的O2为0.05 mol D．恰好电解完时，加入一定量的Cu(NO3)2使溶液恢复到原来的浓度 【答案】D 【解析】用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，阴极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极上的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，若有6.4 g金属Cu(即0.1 mol)析出，则转移电子0.2 mol，放出的O2为0.2 mol÷4＝0.05 mol；恰好电解完时，应加入一定量的CuO或CuCO3使溶液恢复到原来的浓度。 7．用惰性电极电解饱和食盐水，下列说法正确的是(　　) A．电解过程中，Cl－向阳极方向移动，发生还原反应 B．电解一段时间后，阴极附近溶液pH增大 C．电解池中的总反应为2H＋＋2Cl－===H2↑＋Cl2↑ D．欲使电解池中的溶液恢复到电解前的状态，应加入适量浓盐酸 【答案】B 【解析】电解过程中，Cl－向阳极方向移动，发生氧化反应，A错误；电解过程中，阴极上水放电生成H2和OH－，阴极附近溶液pH增大，B正确；电解池中的总反应为2H2O＋2Cl－H2↑＋Cl2↑＋2OH－，C错误；欲使电解池中的溶液恢复到电解前的状态，应通入适量氯化氢气体，D错误。 8.某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是(　　) A．电解过程中，铜电极上有H2产生 B．电解初期，主反应方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑ C．电解一定时间后，石墨电极上始终无铜析出 D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大 【答案】B 【解析】铜电极与电源正极相连作为阳极，铜失去电子，电解过程中，铜电极上不会有H2产生，A错误；铜电极与电源正极相连作为阳极，铜失去电子，石墨电极是阴极，溶液中的氢离子放电，则电解初期，主反应方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑，B正确；电解一定时间后，溶液中铜离子浓度增大，由于Cu2＋的氧化性大于H＋，所以Cu2＋也会在阴极放电生成铜，即阴极上先是H＋得电子放出H2，后是Cu2＋得电子析出Cu，C错误；根据C项分析可知，在整个电解过程中，起始时H＋的浓度不断减小，随后基本保持不变，D错误。 9．用惰性电极电解下列各组中的三种溶液，电解过程中，溶液的pH变化依次为减小、不变、增大的是(不考虑气体的溶解)(　　) A．HCl、HNO3、K2SO4 B．AgNO3、CuCl2、Cu(NO3)2 C．CaCl2、KOH、NaNO3 D．CuSO4、Na2SO4、KCl 【答案】D 【解析】电解HCl溶液生成氯气和氢气，为电解电解质型，电解HNO3溶液生成氢气和氧气，为电解水型，电解K2SO4溶液生成氢气和氧气，为电解水型，溶液的pH变化依次为增大、减小、不变，故A错误；电解AgNO3溶液生成硝酸、银和氧气，溶液的pH减小；氯化铜溶液呈酸性，电解CuCl2溶液生成铜和氯气，CuCl2溶液浓度减小，铜离子水解产生的氢离子浓度减小，溶液的pH增大；电解Cu(NO3)2溶液生成铜、硝酸和氧气，溶液的pH减小，故B错误；电解CaCl2溶液生成氢氧化钙、氯气和氢气，电解KOH溶液生成氢气和氧气，为电解水型，电解NaNO3溶液生成氢气和氧气，为电解水型，溶液的pH变化依次为增大、增大、不变，故C错误；电解CuSO4溶液生成铜、氧气和硫酸，电解Na2SO4溶液生成氢气和氧气，为电解水型，电解KCl溶液生成氢气、氯气和氢氧化钾，溶液的pH变化依次为减小、不变、增大，故D正确。 10．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＋(指酸电离的)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(指水电离的)>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.X为AgNO3、Y为Na2CO3时，根据离子的放电顺序可知，b电极上Ag＋放电生成固体银，d电极上水放电生成H2和OH－，A错误；B.X为Cu(NO3)2、Y为Pb(NO3)2时，根据离子的放电顺序可知，b电极上Cu2＋放电生成固体铜，d电极上Pb2＋放电生成固体铅，B错误；C.X为FeSO4、Y为Al2(SO4)3时，根据离子的放电顺序可知，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－，C错误；D.X为MgSO4、Y为CuSO4时，根据离子的放电顺序可知，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，D正确。 综合应用 11.（24-25高二下·河南·期中）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。 12.（23-24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。 13.（24-25高二下·广西南宁·期中）天津大学化学团队以CO2和辛胺为原料实现了甲酸和辛腈的高选择性合成，装置工作原理如下图。下列说法错误的是 A．Ni2P电极与电源正极相连 B．In/In2O3-x电极上可能有副产物H2产生 C．在In/In2O3-x电极上发生的反应为： D．溶液中有2molOH−迁移时，理论上Ni2P电极上有1mol辛腈生成 【答案】D 【解析】根据电解质“异性相吸”原理，氢氧根向Ni2P电极移动，说明Ni2P电极为阳极，与电源正极相连，A正确；In/In2O3-x电极为阴极，阴极可能有氢离子得到电子，因此可能有副产物H2生成，B正确；In/In2O3-x电极为阴极，根据图中信息，阴极上发生的反应为，C正确；Ni2P电极上发生的反应为，故溶液中2mol OH-迁移时，生成辛腈物质的量为0.5mol，D错误；故选D。 14.（24-25高二下·浙江杭州·期中）科技工作者设计耦合高效制的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。 下列说法不正确的是 A．电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动 B．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍 C．在一定电压下，b极可能产生 D．阳极反应： 【答案】B 【分析】由图可知，b极碳元素化合价升高失电子，故b极为阳极，电极反应式为2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，a极为阴极，电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，据此作答。 【解析】b为阳极，电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动，故A正确；用该方法转移2mol电子生成2mol氢气，传统电解水转移2mol电子生成1mol氢气，相同电量下理论产量是传统电解水的2倍，故B错误；b极是阳极，一定电压下OH-失电子发生氧化反应生成氧气，故C正确；b极为阳极，电极反应式为2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，故D正确；故选B。 15.（24-25高二下·浙江衢州·期中）比亚迪新能源车使用的“刀片电池”是磷酸铁锂电池，电池充电原理：，装置示意图如图。 下列叙述不正确的是 A．充电时电子从c→a→b→d B．放电时，脱离石墨，经电解质嵌入正极 C．充电时的b极反应为 D．若初始两电极质量相等，放电过程中当转移个电子时，两电极的质量差为 【答案】A 【解析】由电池充电原理可知石墨一极为阴极，充电时电子不能经过电解质溶液，不能从a→b，A错误；放电时正极反应(负极反应)，故脱离石墨，经电解质嵌入正极，B正确；充电时的b极为阳极，发生氧化反应，由电池充电原理可得b电极反应为，C正确；放电时发生反应，若初始两电极质量相等，放电过程中当转移个电子时，两电极的质量差为，D正确；故选A。 16.（24-25高二下·浙江·期中）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过。该工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示(电极未标出，离子交换膜都只允许阳离子通过)。下列说法正确的是 A．装置A是原电池，装置B是电解池 B．装置A中生成X气体的电极材料可以是碳棒或铁棒 C．装置B中Y气体参与的电极反应为： D．溶液的浓度： 【答案】D 【分析】氯碱工业产生，与组成燃料电池为氯碱工业提供能量。可知为，为。 【解析】装置是电解池，装置是燃料电池，A错误。生成的电极反应为：，电解池中生成气体的电极材料可以是碳棒，但不能是铁棒，否则作为阳极的铁棒本身参与反应：，B错误。燃料电池中气体参与的电极反应为：，应该是失去电子，而不是得到电子，C错误。燃料电池中空气参与的电极反应为，有生成，且通过阳离子交换膜向右移动，导致浓度增大，故：燃料电池中气体参与的电极反应为，参与电极反应而消耗且通过阳离子交换膜向右移动，导致浓度减小，故。综合上述两者，溶液的浓度：，D正确；故选D。 17.（24-25高二下·浙江·期中）一种耦合HCHO制的装置如图1所示，电极为惰性催化电极，阳极反应机理如图2所示： 下列说法正确的是 A．电解时，电极a上有生成 B．电解时，通过阴离子交换膜向电极a移动 C．电解时，阳极反应过程中有非极性共价键的断裂与形成 D．电解时，电路中每通过1mol电子，装置中共生成 【答案】D 【分析】由图可知，b电极上HCHO被氧化为，则b电极为阳极，a电极为阴极；电解质溶液为KOH溶液，结合反应机理，则阳极反应涉及：①HCHO+OH−=，②，③，则阳极反应式为：，阴极反应式为：，据此解题； 【解析】电解时，电极a为阴极，阴极反应式为：，有生成，A错误；电解时，通过阴离子交换膜向阳极移动，应向电极b移动，B错误；根据阳极反应机理分析可知，反应过程中无非极性键的断裂，C错误；阳极反应为，阴极反应式为：，电极反应中每通过1mol电子，生成，D正确；故选D。 18.（24-25高二下·浙江·期中）氯碱工业是高能耗产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中电极未标出，图中NaOH溶液的浓度。分析图示原理，判断下列说法不正确的是 A．电解池阳极反应方程式为： B．燃料电池中的由燃料电池右室向左室迁移 C．Y为，燃料电池的正极反应为： D．新工艺利用燃料电池提供电能实现节能，同时获得更高浓度的NaOH溶液，为后续的NaOH结晶过程节约能源 【答案】B 【分析】燃料电池中通入空气(或氧气)的一极为正极，所以燃料电池右侧为正极，左侧为负极；A装置左侧加入饱和NaCl溶液，右侧加入氢氧化钠溶液，为使氯化钠和氢氧化钠不混合，离子膜为阳离子交换膜，所以左侧Cl-被氧化生成氯气，为电解池阳极，右侧为电解池阴极，水电离出的氢离子被还原为氢气，同时产生OH-。阴极生成的氢气通入燃料电池的负极。 【解析】电解池电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极反应方程式为，故A正确；根据以上分析，燃料电池的左侧为负极、右侧为正极，依据氢氧化钠溶液浓度的变化可知由燃料电池左室向右室迁移，故B错误；电解池阴极生成氢气，Y为，燃料电池右侧为正极，正极氧气得电子生成氢氧根离子，正极反应为，故C正确；燃料电池可以补充电解池消耗的电能；同时可提高产出碱液的浓度，NaOH溶液的浓度，为后续的NaOH结晶过程节约能源，故D正确；故选B。 19.（24-25高二下·河北石家庄·期中）某研究小组试图利用电解法将碱性条件下的还原为Zn，同时根据电极上析出Zn的质量来测定阿伏加德罗常数。①用直流电源电解溶液，所用仪器如下图所示；②在电流强度为IA，通电时间为t秒钟后，精准测得A电极上析出的锌的质量为mg；③单个电子的电荷量为，Q为流经电路的电荷总量，。下列说法错误的是 A．电流方向可能为： B．B极的电极反应： C．从复合膜流向A电极，从复合膜流向B电极 D．1mol金属锌所含的原子数： 【答案】C 【解析】根据化合价变化得A电极为阴极、B电极为阳极，B电极接电源的正极，所以线路连接顺序可以为：E接C，D接A，B接F；外电路电流方向是由电源正极流向负极，电流方向为，A项正确；B极的电极反应：，B项正确；从复合膜流向阳极B电极，从复合膜流向阴极A电极，C项错误；，则，其物质的量为，由、生成Zn的质量为mg，直接得1mol金属锌所含的原子：，D项正确；故选C。 20.（24-25高二下·江苏南通·期中）科研工作者用金催化电极实现了常温、常压条件下合成氨，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电解过程中，通过交换膜从右往左迁移 B．的主要作用是降低的溶解度 C．金催化电极的电极反应式： D．理论上合成，左室溶液质量减少27g 【答案】D 【分析】根据图示知，金催化电极发生还原反应，得电子，是阴极，电极反应：；惰性电极是是阳极，。 【解析】电解过程中，向阴极移动，即H+通过质子交换膜从左往右迁移，A错误；可以电离出自由移动的离子，主要作用是增强溶液导电性，B错误；根据分析知，金催化电极的电极反应式：，C错误；理论上合成，转移电子，则左室生成，还有向阴极移动，则溶液质量减少，D正确；故选D。 拓展培优 21.（24-25高二下·河南周口·期末）用电解法制备2-氯环己醇的工作原理如图所示： 下列叙述正确的是 A．H+由N极移向M极 B．N极电势高于M极电势 C．外电路中转移2 mol电子，一定生成1 mol2-氯环己醇 D．从有机基本反应类型看，环己烯与HClO的反应类型属于加成反应 【答案】D 【分析】根据图示可知：在M电极Cl-失去电子变为Cl2，则M电极 阳极；H2O在N电极得到电子被还原为H2，同时产生OH-，则N电极为阴极，然后根据电解原理分析解答。 【解析】阳离子H+通过质子交换膜向负电荷较多的阴极N极迁移，A错误；M极为阳极，发生失去电子的氧化反应，故M电极应与外接电源的正极相连，N电极为阴极，连接外接电源的负极，故M极电势高于N极电势，B错误；Cl2与水反应生成HCl、HClO，HClO与环己烯发生加成反应产生2-氯环己醇，但Cl2与水反应属于可逆反应，生成的HClO、HCl会重新生成Cl2、H2O，故外电路中转移2 mol电子，生成2-氯环己醇的物质的量不一定是1 mol ，C错误；从有机基本反应类型看，环己烯中双键断裂，与HClO发生加成反应生成2-氯环己醇，D正确；故选D。 22.（24-25高二下·河南焦作·期中）氯化钴可用于电解制备金属钴，还可用作氨的吸收剂、防毒面具和肥料添加剂。某实验小组通过电解溶液获得单质和较浓的盐酸，其工作原理如图所示。 已知：能与盐酸反应生成氢气。下列说法正确的是 A．膜a是阴离子交换膜 B．生成，理论上Ⅰ室产生氧气 C．石墨电极电势低于电极 D．Ⅱ室、Ⅲ室合并后有利于的生成 【答案】B 【分析】电解装置工作时，I 室反应为2H2O-4e-=4H++O2↑，Ⅲ室反应为Co2++2e-=Co，形成闭合回路，H+移向II室，Cl-移向II室。 【解析】Ⅰ室中H+移向Ⅱ室，Ⅲ室中Cl-移向Ⅱ室，故膜a为阳离子交换膜，故A错误；根据分析可知，2Co~ O2，生成，理论上Ⅰ室产生氧气0.25mol，质量为0.25mol32g/mol=8g，故B正确；石墨为阳极，Co为阴极，故石墨电极电势高于电极，故C错误；根据已知能与盐酸反应生成氢气，II室中为盐酸，故Ⅱ室、Ⅲ室合并后不利于的生成，故D错误；故选B。 23.（24-25高二上·四川成都·期末）某电化学合成氨技术的工作原理如图所示，在双极膜中解离产生和。下列说法正确的是 A．电极b接电源正极，发生氧化反应 B．电极a上发生 C．双极膜中向Ⅰ室迁移，向Ⅱ室迁移，维持电荷平衡 D．理论上，导线中每通过4mol电子，Ⅱ室溶液质量将减少32g 【答案】A 【分析】该装置为电解池装置，I室中a电极发生电极反应：，为电解池阴极，则II室中b电极为电解池阳极，发生电极反应：，据此分析； 【解析】根据分析可知，b电极为电解池阳极，电极b接电源正极，发生氧化反应，A正确；电极a上发生，B正确；电解池中阳离子向阴极移动，即双极膜中解离出的向电极a极移动，向b极移动，C错误；理论上，导线中每通过4mol电子，Ⅱ室电极反应：，生成1mol氧气，同时有4mol氢离子移动到Ⅱ室，溶液质量将减少32g-4g=28g，D错误；故选A。 24．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示： 阳离子 Na＋、K＋、Cu2＋ 阴离子 SO、OH－ 图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下，各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题： (1)M为电源的________极(填“正”或“负”)，b电极上发生的电极反应为________________________________________________________________________。 (2)写出乙烧杯中电解的总化学方程式：______________________________________________________。 (3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？____________________________________________________________________________。 (4)若经过这一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是______________________。 【解析】(1)乙中c电极质量增加，则c处发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，即c电极为阴极，由此可推出b电极为阳极，a电极为阴极，M为电源的负极，N为电源的正极。乙溶液中含Cu2＋，而Cu2＋只能和SO结合，可以确定B为CuSO4；由题图2可以确定A为KOH或NaOH，C为Na2SO4或K2SO4；甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解水，阳极b处OH－放电，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(2)乙烧杯中电解的是CuSO4溶液，电解的总化学方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。(3)乙中铜全部析出后，电解质变为H2SO4，所以电解仍能继续进行。 【答案】(1)负　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (2)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4 (3)能，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，变为电解水的反应 (4)向丙烧杯中加入一定量水 25．如图所示，X和Y均为石墨电极。 (1)若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为____________________________。电解过程中____________(填“阴”或“阳”)极附近会出现红色。 (2)若电解液为500 mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色固体物质生成，Y电极表面有无色气体生成。当溶液中原有溶质完全电解后，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6 g。 ①电解后溶液中c(H＋)＝________。要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的________(填物质的化学式，假设电解前后溶液的体积不变)； ②请推测原溶液中所含的酸根离子可能是________。设计实验验证推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：_______________________________________________________________________________。 【解析】(1)电解饱和食盐水，阳极上Cl－放电生成Cl2，阴极上水放电生成H2和OH－，阴极附近会出现红色。(2)蓝色溶液说明是可溶性铜盐溶液，X电极表面有红色固体物质生成，说明溶液中的Cu2＋放电，X电极是阴极，Y电极是阳极，有无色气体生成，说明是溶液中的OH－放电，阴离子为含氧酸根离子SO或NO；生成铜的物质的量为0.025 mol，由电解反应的离子方程式2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋可知，生成H＋的物质的量为0.05 mol，c(H＋)＝0.1 mol·L－1；使其恢复至电解前的状态，可加入氧化铜或碳酸铜。 【答案】(1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－　阴　(2)①0.1 mol·L－1　CuO(或CuCO3)　②SO(或NO)　取少量待测液于试管中，滴加盐酸，无明显现象，继续滴入氯化钡溶液，若有白色沉淀产生，则证明含有硫酸根离子(或取少量待测液于试管中，滴加浓硫酸，再加入铜粉，若有红棕色气体产生，则证明含有硝酸根离子) 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$