第二节 电解池 第2课时（同步讲义）化学人教版2019选择性必修1

教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第四章 化学反应与电能 第二节 电解池 第2课时 电解池的应用 教习目标 1.通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、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和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 重点和难点 重点:理解电解原理以及在生产生活中的应用。 难点:理解电解原理及其应用。 ◆知识点一 氯碱工业 1.电解饱和食盐水原理的实验探究 （1）实验装置： （2） 原理分析 通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电后： 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。 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。 （3）电极方程式 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 总反应：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2.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。 即学即练 1.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阳极室 D．饱和食盐水从c处进入，淡盐水从d处流出 【答案】C 【解析】从图中看出，右侧通入水，故c侧通入饱和食盐水；e出口为氢氧化钠溶液，故b为阴极，钠离子通过离子交换膜移向右侧；a电极为阳极，d出口为淡盐水。 A．a为阳极，氯离子失去电子生成氯气，发生氧化反应，A正确； B．b极为阴极，水得电子生成氢气和氢氧根，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，B正确； C．电解时，Na+穿过离子交换膜进入阴极室，C错误； D．根据分析，饱和食盐水从c处进入，淡盐水从d处流出，D正确； 故选C。 2.氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，下列有关说法不正确的是 A．能通过离子交换膜 B．产品溶液从口导出 C．从口补充饱和溶液 D．用盐酸控制阳极区溶液的在2～3，有利于氯气的逸出 【答案】C 【解析】由图可知，与电源正极相连的左侧电极是电解池的阳极，氯离子在阳极发生氧化反应生成氯气，右侧电极为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，则a口补充的是精制饱和食盐水、b口补充的是稀氢氧化钠溶液、c口流出的是浓氢氧化钠溶液、d口流出的是淡盐水，电解时钠离子通过离子交换膜由左侧阳极室移向右侧阴极室。 A．由分析可知，电解时钠离子通过离子交换膜由左侧阳极室移向右侧阴极室，故A正确；B．由分析可知，c口流出的是浓氢氧化钠溶液，故B正确；C．由分析可知，b口补充的是稀氢氧化钠溶液，故C错误；D．氯气与水发生反应：Cl2+H2OHCl+HClO，用盐酸控制阳极区溶液的在2～3，溶液中氢离子浓度增大，平衡向逆反应方向移动，有利于氯气的逸出，故D正确；故选C。 ◆知识点二 电镀 1.概念 应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方法 2.装置 3.工作原理 电镀时，一般用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，把待镀的金属制品浸入电镀液中，与直流电源的负极相连，作为阴极；把镀层金属作为阳极，与直流电源的正极相连，通入低压直流电，阳极金属铜溶解，成为铜离子，移向阴极，铜离子在阴极获得电子被还原成金属铜，覆盖在待镀金属表面。 4.电极方程式 阳极（镀层金属）：Cu－2e－===Cu2＋ 阴极（待镀金属）：Cu2＋＋2e－===Cu 特别提醒 1.电镀装置的构成，一般用镀件做阴极，镀层金属做阳极，含有镀层金属离子的盐溶液做电镀液。 2.在反应过程中，电镀液的离子浓度不变。 ◆知识点三 电解精炼铜 1.概念 利用电解方法提取纯金属的技术。其基本原理是通过电解过程，利用不同元素在阳极溶解或阴极析出难易程度的差异，从而提取纯金属。 2.装置： 3.工作原理 粗铜中往往含有锌、铁、镍、金等多种金属，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序中铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+,但是它们的阳离子比Cu2+难还原，所以Zn2+、Fe2+、Ni2+并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序中铜之后的金属如银、金等金属杂质，因为银、金的失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子，所以以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等费重金属的原料)。 4.电极方程式 阳极（粗铜）：Zn－2e－===Zn2＋、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+等 Cu－2e－===Cu2＋ 阴极（精铜）：Cu2＋＋2e－===Cu 易错提醒 1.电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。 2.在反应过程中，电镀液的离子浓度变小。 ◆知识点四 电冶金 K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。 电解冶炼 冶炼钠 冶炼镁 冶炼铝 电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 阳极：2Cl－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 总反应 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ MgCl2熔融Mg＋Cl2↑ 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 易错提醒 1.氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SO。 2.电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。 3.电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。 即学即练 1.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．粗铜接电源的负极，其电极反应是Cu-2e - = Cu2+ C．电解后，电解槽底部会形成含少量Fe、Ag、Pt等金属的阳极泥 D．以CuSO4溶液为电解质溶液，同时应向电解液中加入硫酸以抑制金属阳离子水解 【答案】D 【解析】A．电解时，阳极发生氧化反应，故精铜放在阴极，粗铜放在阳极，A错误； B．粗铜接电源阴极，电极反应式有：、、，B错误； C．电解时，活泼金属发生氧化反应，不活泼金属会沉到底部形成阳极泥。因此，电解槽底部会形成含有Ag、Pt等金属的阳极泥，C错误； D．以CuSO4溶液为电解质溶液，同时向电解液中加入硫酸，因为溶液中存在大量Cu2+和H+，会抑制金属阳离子水解，D正确。 故本题选D。 2.电解法将粗Cu(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯Cu的装置图如下所示，下列叙述中错误的是 A．a是粗Cu，作阳极，发生氧化反应 B．电解时，b极上的电极反应为 C．电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的Cu为6.4 g D．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属 【答案】C 【解析】A．电解精炼粗铜时，粗铜作阳极、纯铜作阴极，即a是粗Cu，作阳极，发生氧化反应，A正确；B．精铜连接电源的负极，阴极发生还原反应，b极上的电极反应为：Cu2++2e- = Cu，B正确；C．粗铜作阳极，阳极连接原电池正极，铜、铁、锌等失电子发生氧化反应，阳极反应式为：Cu-2e-=Cu2+，Fe-2e-=Fe2+，Zn-2e-=Zn2+，故电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的Cu的质量小于6.4 g，C错误；D．电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥，D正确；故答案为：C。 3.铁制品镀铜的电镀装置如下图所示，下列说法中不正确的是（ ）资料： A．铜片接电源的正极 B．电镀过程中向阳极移动 C．随铜单质析出电解质溶液中减小 D．加入氨水后可使铜缓慢析出，镀层更致密 【答案】C 【解析】该图为电解装置，电解时，与外加电源正极相连的为阳极，发生氧化反应，与外接电源负极相连的为阴极，得电子发生还原反应。 A．铜片做阳极被腐蚀，连接电源正极，故A正确； B．电镀过程中，阴离子往阳极移动，即向阳极移动，故B正确； C．铜片做阳极，失去电子生成Cu2+，阴极上铜离子得电子生成Cu，阳极减小质量等于阴极增加的质量，电解质溶液中c(Cu2+)不变，故C错误； D．加入氨水后可发生反应Cu2++4NH3⇌[Cu(NH3)4]2+，使铜缓慢析出，镀层更致密，故D正确； 故选C。 1、 原电池、电解池、电镀池的比较 实践应用 1.下列图示中关于铜电极的连接错误的是 A．铜锌原电池 B．电解精炼铜 C．在镀件上镀铜 D．电解氯化铜溶液 【答案】C 【解析】A．锌、铜、稀硫酸原电池中，锌作负极，铜作正极，A正确； B．电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，精铜作阴极，与电源负极相连，B正确； C．在镀件上镀铜时，镀件作阴极，与电源负极相连，镀层金属铜作阳极，与电源正极相连，C错误； D．电解氯化铜溶液时，铜电极不参予电极反应，则铜作阴极，与电源负极相连，D正确； 故选C。 2.关于如图所示各装置的叙述中，正确的是 A．图1是原电池，总反应是：Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋ B．图2通电一段时间后石墨I电极附近溶液红褐色加深(已知氢氧化铁胶粒带正电荷) C．若用图3精炼铜，则d极为纯铜，电子迁移方向为b→d→c→a D．若用图4电镀，M为CuSO4溶液，可以实现在铁上镀铜 【答案】D 【解析】A．根据形成原电池装置条件，图1为原电池装置，因为Fe比Cu活泼，且Fe能与Fe3+发生氧化还原反应，因此Fe作负极，总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+，故A错误； B．氢氧化铁胶粒带正电荷，通电后向阴极移动，即向石墨Ⅱ电极移动，该电极附近溶液红褐色加深，故B错误； C．根据图3电流方向，a为正极，b为负极，依据原电池工作原理，电子不通过电解质溶液，电子迁移方向是b→d，c→a，精炼铜时，纯铜作阴极，粗铜作阳极，即d电极为纯铜，故C错误； D．电镀过程中，待镀金属作阴极，根据图4可知，铁作阴极，电解质溶液为硫酸铜溶液，根据原电池工作原理，阴极反应式为Cu2++2e-=Cu，可以实现在铁上镀铜，故D正确； 答案为D。 2、 利用电解原理进行物质的制备、分离和提纯以及污染的治理 1.物质的制备（电解合成） （1）氯碱工业（制备Cl₂、H₂、NaOH） （2）电解熔融氯化钠制备金属钠 （3）电解熔融氧化铝制备金属铝* 2.物质的分离与提纯 （1）电解精炼铜 （2）海水淡化 3.污染的治理（电解法处理废水） （1）含氰废水处理 原理：阳极氧化CN⁻为CO₂和N₂ （2）重金属离子回收（如Cu²⁺、Cr⁶⁺） 阴极还原： Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ = 2Cr³⁺ + 7H₂O（还原为低毒性Cr³⁺） Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu（沉积回收金属） 阳极氧化：降解有机物或产生Cl₂辅助消毒。 （3）有机废水处理 电化学氧化：阳极直接氧化有机物，或产生强氧化剂。 4.关键注意事项 （1）电极材料选择 惰性电极（石墨、铂）：用于离子放电。 活性电极（Cu、Ag）：参与反应（精炼、电镀）。 （2）离子交换膜作用： 防止产物混合（如氯碱工业中阻止Cl₂与NaOH反应）。 （3）能耗控制： 降低槽电压、提高电流效率（如加入Na₃AlF₆降低Al₂O₃熔点）。 （4）安全与环保： 处理含氯废气（用NaOH吸收）； 避免阳极产生有毒物质（如Cr⁶⁺需完全还原）。 实践应用 1.电解法制备的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．M为电源的负极 B．阳极上的电极反应式为 C．阴离子交换膜应能允许通过而能阻止的扩散 D．理论上每转移0.1mol，阴极上会产生1.12L气体 【答案】C 【分析】电解法制备的工作原理如图所示，Fe为电解池的阳极，M为电源的正极，电极反应式为Fe-6e-+8OH-=+4H2O，Pt为电解池的阴极，N为电源的负极，电极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阴离子交换膜能允许OH-通过而能阻止的扩散，据此分析解题。 【解析】A．由分析可知，M为电源的正极，A错误； B．由分析可知，阳极上的电极反应式为Fe-6e-+8OH-=+4H2O，B错误； C．由分析可知，负极生成氢氧根，正极需要氢氧根作为反应物，故阴离子交换膜能允许OH-通过而能阻止的扩散，C正确； D．由分析可知，阴极电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，根据电子守恒可知，理论上每转移0.1mol e-，阴极上会产生标准状况下0.05molH2即0.05mol×22.4L/mol=1.12L气体，但是题干中没有标明气体状态，D错误； 2.一种利用硼砂电解制备硼酸的装置如图所示。不考虑两极区的溶液体积变化，下列有关说法正确的是 A．每生成0.1mol，n极产生气体的质量为0.05g B．m极连接电源的负极 C．该电解池中采用的是质子交换膜 D．a>b 【答案】A 【分析】该装置为电解池装置，m极产生氧气，为阳极，电极反应为：； n极为阴极，电极反应为；阳离子向n极移动，n极区a%NaOH溶液反应后变为b%NaOH溶液，根据电极反应可知阴极生成氢氧根离子，氢氧化钠浓度变大，钠离子迁移到n极区，故采用的膜为阳离子交换膜。 【解析】A．在阳极区，生成氢离子，，生成0.1molH3BO3，消耗氢离子0.05mol，电路中转移电子的物质的量为0.05mol，生成氢气的质量为：，A正确；B．根据分析，m极为阳极，连接电源的正极，B错误；C．根据分析，该电解池中采用的是阳离子交换膜，C错误；D．根据分析，n极区氢氧化钠溶液浓度变大，故a<b，D错误；答案选A。 考点一 氯碱工业 【例1】氯碱工业的原理如图所示，下列说法中不正确的是 A．电极a接电源的正极 B．电极b上电极反应为： C．Na+透过阳离子交换膜由左向右移动 D．总离子反应为： 【答案】D 【分析】电解饱和食盐水，连接正极的阳极上氯离子失电子产生氯气，故电极a为阳极，连接电源的正极；连接负极的阴极上水得电子产生氢气和氢氧根，故电极b为阴极，连接电源的负极。 【解析】A．根据分析可知，电极a接电源的正极，选项A正确； B．电极b为阴极，电极上水电离产生的氢离子得电子产生氢气，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，选项B正确； C．电解池中阳离子定向移动到阴极，故Na+透过阳离子交换膜由左向右移动，选项C正确； D．氯碱工业为电解饱食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，总反应为：2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-，选项D错误； 故答案选D。 解题要点 氯碱工业应使用阳离子交换膜。阳离子交换膜只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量；氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SO。 【变式1-1】模拟工业上电解法制备烧碱的原理，设计的电解装置如图所示。下列说法正确的是 A．用湿润的KI淀粉试纸可检验阴极产物 B．离子交换膜可以避免氯气与碱反应 C．阳极反应式为 D．生成理论上有迁移 【答案】B 【解析】A．电解池中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，阴极上产生氢气，阳极上产生氯气，用KI淀粉试纸可检验阳极产物，A项错误； B．离子交换膜将氢氧化钠溶液与氯气隔开，避免氯气与氢氧化钠溶液反应，B项正确； C．阳极反应式为，C项错误； D．没有标明标准状况，无法计算，D项错误； 故选B。 【变式1-2】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30%，在此工艺中，物料传输和转化关系如图所示(电极均为石墨电极)，下列说法错误的是 A．A池中通过交换膜向乙电极移动 B．若两池中所用离子膜类型相同，则 C．A池中每生成1mol ，B池中会消耗标准状况下11.2L D．B池中丁电极上的反应为 【答案】B 【解析】A是电解池，甲电极通入饱和NaCl溶液，出来的是稀NaCl溶液，则甲为阳极，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2，乙为阴极，电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-，钠离子通过阳离子交换膜向乙电极移动，阴极生成NaOH，X是氯气、Y是氢气。B是氢氧燃料电池，丙电极通入氢气、丁电极通入空气，则丙作燃料电池负极，电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O；丁作正极，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。A．根据分析，A是电解池，甲为阳极，乙为阴极，Na+通过交换膜向乙电极移动，A正确；B．若两池中所用离子膜类型相同，则燃料电池中与电解池一样，其离子膜为阳离子交换膜，在B中丁作正极，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，钠离子通过阳离子交换膜向丁电极移动，丁电极生成NaOH，则a%<b%，B错误；C．根据转移电子守恒可得关系式2H2O24e-，则A池中每生成1mol H2，B池中会消耗0.5molO2，其在标准状况下的体积为11.2L，C正确；D．根据分析，B池中丁作正极，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，D正确；故选B。 考点二 电镀与电解精炼铜 【例2】若在铜片上镀银，下列叙述正确的是 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4OH--4e-= O2↑＋2H2O ⑤需用硫酸铜溶液为电镀液 ⑥需用硝酸银溶液为电镀液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 【答案】B 【解析】根据电镀原理，若在铜片上镀银，铜做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，电极反应式为Ag++e-=Ag；银做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，电极反应式为Ag-e-=Ag+；电解质溶液为硝酸银溶液。①将铜片接在电源的负极上，故①错误；②银做电解池的阳极，与电源正极相连，故②正确；③在铜片上，电解质溶液中的Ag+得到电子发生还原反应生成Ag，电极反应式为Ag++e-=Ag，故③正确；④在银片上，Ag失电子发生氧化反应生成Ag+，电极反应式为Ag-e-=Ag+，故④错误；⑤用含有镀层金属的盐溶液作电解质溶液，不能选用硫酸铜溶液为电镀液，故⑤错误；⑥用含有镀层金属的盐溶液作电解质溶液，可以选用硝酸银溶液为电镀液，故⑥正确；综上所述，正确的有②③⑥；故选B。 解题要点 1.电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其他活泼性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。 2.电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液中电解质的浓度保持不变。 【变式2-1】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，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有铜和铂，没有锌、铁、镍 【答案】D 【解析】电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有Ni2＋，则阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，阴极电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Ni2＋、 Zn2＋，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。 【变式2-2】关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(　　) A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极 B．电解液的成分都保持不变 C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋ D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu 答案　D 解析　A项，电镀时镀件作阴极；B项，电解精炼铜时电解液成分改变；C项，电解精炼铜时，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。 考点三 电冶金 【例3】下列描述中，不符合生产实际的是(　　) A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极 C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 【答案】A 【解析】电解池的阳极发生失电子的氧化反应、阴极发生得电子的还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生反应Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋移动到阴极上发生反应Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的Al不纯。 解题要点 电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。 【变式3-1】中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种：一是铝的工业制备，二是氯碱工业，三是金属钠的制备。下列关于这三种工业生产的描述中正确的是(　　) A．电解法制金属钠时，阳极反应式：Na＋＋e－===Na B．电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性 C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生 D．氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl，在电解时它们的阴极都是Cl－失电子 【答案】B 【解析】A项，阴极反应式为Na＋＋e－===Na，错误；B项，氧化铝和氢氧化铝具有两性，在分离提纯时可用NaOH溶液将其溶解，过滤除去难溶物，再将AlO转化成Al(OH)3，Al(OH)3热分解即得Al2O3，正确；C项，阴极产物为H2和NaOH，阳极产物为Cl2，错误；D项，阳极都是Cl－失电子，错误。 【变式3-2】21世纪是钛的世纪，在800～1 000 ℃时电解TiO2可制得钛，装置如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．a为电源的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C．阴极发生的反应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ D．每生成0.1 mol Ti，转移0.2 mol电子 【答案】C 【解析】由O2－的移动方向可知，b为电源正极，A错误；石墨电极作阳极，发生氧化反应，B错误；每生成0.1 mol Ti，转移电子0.4 mol，D错误。 考点四 电化学的综合计算 【例4】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 解题要点 1.计算依据——三个相等 （1）同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。 （2）同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。 （3）串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。 2.计算方法——三种常用方法 （1）根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 （2）根据电子守恒计算 ①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 ②用于混合溶液中分阶段电解的计算。 （3）根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:4e-~ (式中M为金属,n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 3.在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。 【变式4-1】Co是磁性合金的重要材料，也是维生素重要的组成元素。工业上可用如下装置制取单质Co并获得副产品盐酸(A、B均为离子交换膜)。下列说法正确的是 A．A为阴离子交换膜，B为阳离子交换膜 B．若去掉膜A，石墨电极的电极反应不变 C．当电路中转移2mol电子时，阳极产生 D．若产品室，阴极溶液质量减少13g 【答案】D 【分析】由图可知，Co为阴极，电极反应式为Co2++2e-=Co，石墨为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+。 【解析】A．氯离子透过B膜进入盐酸溶液，故B膜为阴离子交换膜，阳极生成氢离子，氢离子透过A膜进入盐酸，故A膜为阳离子交换膜，A错误；B．若去掉膜A，则阳极室的电解质溶液为硫酸和盐酸的混合溶液，此时石墨电极的电极反应为：2Cl--2e-=Cl2↑，发生改变，B错误；C．根据电子守恒可知，当电路中转移2mol电子时，阳极产生O2的物质的量为：=0.5mol，由于题干未告知气体所处的状态，故无法计算其体积，C错误； D．若产品室Δn（HCl）═0.2mol，则有0.2mol氯离子透过交换膜B进入盐酸溶液，析出Co0.1mol，阴极室质量减少0.1mol×59g/mol+0.2mol×35.5g/mol=13g，D正确；故答案为：D。 【变式4-2】在下图串联装置中，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，则下列说法不正确的是 A．丙中Ag电极连接的是电源的正极 B．向甲中加入适量的盐酸，可使溶液恢复到电解前的状态 C．电解过程中丙中溶液pH无变化 D．标准状况下当甲中产生4.48L气体时，丙中Cu电极质量增加21.6g 【答案】B 【分析】由题干信息，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，即乙池中左侧电极为阴极：电极反应为：Cu2++2e-=Cu，乙池中右侧电极为阳极，电极反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，甲池中左侧电极为阴极，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，右侧电极为阳极，电极反应为：2Cl-- 2e-=Cl2↑，丙池中左侧Cu电极为阴极，电极反应为：Ag++e-=Ag，右侧Ag电极为阳极，电极反应为：Ag-e-=Ag+，据此分析解题。 【解析】A．由分析可知，丙中Ag电极为阳极，连接的是电源的正极，A正确； B．由分析可知，甲池阴极的电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极的电极反应为：2Cl-- 2e-=Cl2↑，总反应为：2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-，则向甲中通入适量的HCl，可使溶液恢复到电解前的状态，加盐酸会增大水的量，不能达到目的，B错误； C．由分析可知，电解过程中丙中溶液AgNO3的浓度保持不变，故溶液中pH无变化，C正确； D．标准状况下当甲中产生4.48L气体时即产生的H2和Cl2的物质的量之和为：=0.2mol，则n(H2)=0.1mol，转移的电子的物质的量为0.2mol，丙中Cu电极质量增加0.2mol×108g/mol=21.6g，D正确； 故答案为B 基础达标 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中，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MgCl2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，因此只能在熔融状态下进行。在阴极发生的是镁离子得到电子的反应，对电极材料没有要求，在阳极上发生失电子的反应，如果使用活性电极时会失电子，所以阳极必须用惰性电极。 2.用惰性电极电解等浓度等体积的AgNO3和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上最先析出的物质分别是 A．和 B．Ag和 C．和 D．Ag和 【答案】C 【解析】由于等浓度等体积的AgNO3和NaCl的混合溶液发生反应生成硝酸钠和氯化银沉淀，故所得溶液为硝酸钠溶液，电解硝酸钠溶液相当于电解水型，含有H+、Na+两种阳离子，且放电的先后顺序为：H+、Na+，故阴极上首先发生的电极反应为：2H++2e-= H2↑，溶液中的阴离子有：OH-、，且放电的先后顺序为：OH-、，故阳极上首先发生的电极反应为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，故用惰性电极电解AgNO3和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上最先析出的物质分别是和； 答案选C。 3.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。 4.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．电解时以纯铜作阳极 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】电解精炼铜时，粗铜应作阳极，纯铜作阴极，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，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，以单质形式在阳极附近沉积下来，故D正确 5.如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是(　　) 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Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑ D．该装置是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。 6.如图甲为锌铜原电池装置，乙为电解熔融氯化钠装置。则下列说法正确的是(　　) A．甲装置中锌为负极，发生还原反应，铜为正极，发生氧化反应 B．甲装置盐桥的作用是使反应过程中ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性 C．乙装置中铁极的电极反应式为2Na－2e－===2Na＋ D．乙装置中B是氯气出口，A是钠出口 【答案】B 【解析】甲装置为原电池，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，A错误；乙装置中铁为阴极，反应式为2Na＋＋2e－===2Na，石墨为阳极，反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A是Cl2出口，B是Na出口，C、D错误。 7.用石墨作电极，电解1 L0.2 mol/LNaCl溶液的装置如图，当电路中通过0.002 mol e-时，下列说法错误的是 A．b试管及对应烧杯盛放的是蒸馏水 B．滴有酚酞的NaCl溶液变为红色 C．a试管中的气体体积略大于b试管中的 D．A极的电极反应式仅为 【答案】A 【分析】对于电解池，与正极连接的B电极为阳极，阳极发生氧化反应；与电源负极连接的电极A为阴极，阴极发生还原反应。由于石墨电极为惰性电极，因此阳极是阴离子放电，阴极的阳离子放电，溶液中NaCl的物质的量为n(NaCl)=0.2 mol/L×1 L=0.2 mol，当电路中通过0.002 mol e-时，NaCl未反应完全，因此可结合离子放电顺序分析解答。 【解析】A．根据装置图可知：b试管一侧对应的电极为阳极。由于是石墨惰性电极，因此阳极上溶液中阴离子放电。离子的放电顺序：Cl-＞OH-，故B电极发生反应为：2Cl--2e-=Cl2↑，由于Cl2能够与水发生可逆反应：Cl2+H2OHCl+HClO，为抑制Cl2在水中的溶解及反应，b试管及对应烧杯盛放的是饱和食盐水，而不能使蒸馏水，A错误； B．电解饱和食盐水，总反应方程式为：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，因此电解一段时间后溶液显碱性，能够使酚酞试液变为红色，B正确； C．a试管连接的电极A与电源负极连接，作阴极，阴极发生还原反应，由于放电能力：H+＞Na+，因此A电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，a试管收集到H2，根据同一闭合回路中电子转移数目相等，可知A、B两极反应产生的气体的物质的量相等，但由于H2不溶于水，Cl2能够溶于水，并与水发生反应而消耗，故a试管中的气体体积略大于b试管中的气体体积，C正确； D．由于A电极连接电源负极，作阴极，所以阴极上水电离产生的H+得到电子，发生还原反应，电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，D正确； 8.利用电解法可将含有、、、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．电解时阴极上发生的反应为 C．用溶液作电解质溶液，反应一段时间后浓度保持不变 D．电解后，可在电解槽阴极下方收集到少量、等金属 【答案】B 【解析】A．将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯时，以精铜作阴极，粗铜作阳极，A错误； B．电解时，溶液中的Cu2+在阴极上得电子，发生的反应为，B正确； C．电解时，阳极的其他金属杂质也会放电，故电解液中溶液浓度减小，C错误； D．电解时，阳极粗铜中的Fe、Zn、Cu失电子转化为金属阳离子，Ag、Pt不失电子，则电解后，电解槽阳极底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥，D错误； 故选B。 9.模拟铁制品镀铜的装置如图，下列说法正确的是 A．a电极为铁制品 B．可用CuSO4溶液作电镀液 C．b电极上发生氧化反应 D．电镀过程中，理论上溶液中Cu2+浓度不断减小 【答案】B 【解析】A．由图示分析可知：该装置为电解池。a为阳极发生氧化反应，b为阴极发生还原反应，所以a电极为铜，b电极为铁制品，故A错； B．为减少副反应发生的同时增加电镀液的导电性，所以应选CuSO4溶液作电镀液，故选B； C．由A分析可知b电极为阴极，Cu2+在b电极上得到电子发生还原反应，故C错； D．Cu2+在阴极(b电极)得到电子被还原为Cu，Cu在阳极(a电极)被氧化为Cu2+，根据得失电子守恒可知，理论上溶液中Cu2+浓不变，故D错。 答案选B 10.有关电解池的应用，下列叙述错误的是 A．使用阳离子交换膜工业电解饱和食盐水时，阴极区获得烧碱溶液和氧气 B．电解精炼铜时外电路通过，阳极质量减少64g C．以硫酸铜溶液为电镀液，在铁件上镀铜的过程中，硫酸铜溶液的浓度保持不变 D．工业上用石墨电极电解熔融冶炼铝时，阳极因被氧气氧化需定期更换 【答案】B 【解析】A．工业电解饱和食盐水，阴极上H2O得电子生成氢气和OH-，因此阴极区获得烧碱溶液和氢气，A正确； B．电解精炼铜时外电路通过2mol电子，则阴极上生成1mol铜，阳极上为粗铜，除了铜还有其它金属失电子，转移2mol电子并不是消耗1mol铜，阳极质量减少量不是64g，B错误； C．以硫酸铜溶液为电镀液，在铁件上镀铜的过程中，阳极铜溶解、阴极铜析出，硫酸铜溶液的浓度保持不变，C正确； D．工业上用石墨电极电解熔融冶炼铝时，阳极上生成氧气，石墨高温下容易被氧气氧化因此需定期更换，D正确； 故选B。 11.电解原理具有广泛的应用。下列装置不正确的是 A．用装置甲制取和溶液 B．用装置乙在金属制品表面镀银 C．用装置丙电解精炼粗铜 D．用装置丁制取 【答案】A 【解析】A．电解饱和NaCl溶液，饱和NaCl溶液应从阳极进入，氯气在阳极产生，且应选用阳离子交换膜，A项错误； B．在金属制品表面镀银，Ag作阳极，与电源正极相连，金属制品作阴极，与电源负极相连，B项正确； C．粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源正极相连，精铜作阴极，与电源负极相连，C项正确； D．制取金属钠，用惰性电极电解熔融的氯化钠，D项正确； 故选A。 12.双隔膜电解池的结构示意图如图所示,利用该装置可以电解硫酸钠溶液以制取硫酸和氢氧化钠,并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是(　　) A.a气体为氢气,b气体为氧气 B.A溶液为氢氧化钠,B溶液为硫酸 C.c隔膜为阳离子交换膜,d隔膜为阴离子交换膜 【答案】D 【解析】电解硫酸钠溶液的阴极反应为2H++2e-=H2↑,该极区生成NaOH(B溶液),阳极反应为 4OH--4e-=2H2O+O2↑,总反应的化学方程式为2Na2SO4+6H2O2H2SO4+4NaOH+O2↑+2H2↑,A、B两项错误,D项正确;电解过程中,阳离子向阴极区移动,c隔膜应为阴离子交换膜,C项错误。答案：D 13.如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。 （1）甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A极为________极，电极材料是________________，电极反应式为________，电解质溶液可以是_________________________________________。 （2）乙池中铁极的电极反应为__________________。 （3）若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为______________装置，电解一段时间后，溶液的浓度______________。 【答案】（1）阴　纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu　CuSO4溶液(合理即可)　（2）Ag＋＋e－===Ag　（3）电镀　不变 【解析】（1）由题图可知，甲池中A极为阴极，B极为阳极，在电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，故A为纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。电解质溶液应为含有Cu2＋的盐溶液，如CuSO4溶液等。（2）由题图可知，乙池中铁极作阴极，石墨作阳极，故铁极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。（3）若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为电镀池，电镀过程中电解质溶液的浓度不变。 14.工业电解饱和食盐水制烧碱时须阻止OH－移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如图)(F处加少量NaOH以增加溶液导电性)。 （1）C、D分别是直流电源的两电极，C是电源________极，D是电源________极。 （2）电解一段时间后，________由A口导出，________由B口导出。阴极附近碱性增强的原因是(用电离方程式及电极反应式表示)____________________________________________。 （3）若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，发生的反应可用离子方程式表示为___________ ______________________________________________________________________________。 【答案】 （1）负　正 （2）Cl2　H2　H2OH＋＋OH－、2H＋＋2e－===H2↑ （3）Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O 【解析】 （1）阳离子向阴极方向移动，由Na＋移动方向知右侧电极为阴极，C、D分别是直流电源的两电极，故C是电源负极，D是电源正极。 （2）电解一段时间后，左侧电极产生Cl2，右侧电极电解水电离出的H＋产生H2和NaOH，因此由电解池图可知Cl2从A口导出，H2从B口导出，由于阴极附近发生的是电解水的反应，产生的H＋不断形成氢气析出，导致溶液中OH－浓度增大，碱性增强，用电离方程式及电极反应式表示为H2OH＋＋OH－、2H＋＋2e－===H2↑。 （3）若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，与Cl2发生反应，离子方程式表示为Cl2＋ 2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。 15.在如图所示的装置中，通电5 min后，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题： （1）电源中X极为直流电源的________极。 （2）溶液pH的变化情况：A________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。 （3）通电5 min后，B装置中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前该装置溶液中CuSO4的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。 【答案】（1）阴　纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu　阳　粗铜 Cu－2e－===Cu2＋　CuSO4溶液(其他合理答案也可) （2）红　（3）4.48 L　1.0 mol·L－1　 【解析】 根据实验现象分析出电源的正负极，进而确定三个电解池中电极的名称是解题的关键。 （1）三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，故Y极是电源的正极，X极是电源的负极。 （2）A装置中，电解KCl溶液生成KOH，溶液的pH增大；B装置中，电解CuSO4溶液生成H2SO4，电解K2SO4溶液的实质是电解水，溶液的pH减小；C装置中，电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋的浓度基本不变，溶液的pH不变。 （3）通电5 min后，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B装置中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，与事实不符。因此，B装置中的电解过程分为两个阶段，先电解CuSO4溶液生成O2，然后实质是电解水，生成O2和H2，即B装置中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，生成H2的物质的量为2y，则4x＋4y＝0.02 mol(电子守恒)，x＋3y＝0.01 mol，解得x＝y＝0.002 5 mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。 综合应用 16．四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法不正确的是(　　) A．N为正极 B．标准状况下制备0.75NA (CH3)4NOH，a、b两极共产生16.8 L气体 C．c、e均为阳离子交换膜 D．b极电极反应式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 【答案】B 【解析】电解后左侧(CH3)4NOH溶液由稀变浓，说明a极发生还原反应，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，据此判断a为阴极，b为阳极，所以N为正极，故A正确；b极为OH－放电生成O2：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，标准状况下制备0.75NA (CH3)4NOH，需要阴极提供0.75 mol OH－，转移电子0.75 mol，a、b两极共产生( mol＋ mol)×22.4 L·mol－1＝12.6 L气体，故B错误，D正确；(CH3)4NOH溶液由稀变浓，说明(CH3)4N＋穿过c膜，c膜是阳离子交换膜，NaCl溶液由稀变浓，说明Na＋穿过e膜，e膜是阳离子交换膜，故C正确。 17．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 e－，则燃料电池中消耗1 mol O2，C项错误；题给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。 18．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＋及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4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑。n(Cu)＝12.8 g÷64 g·mol－1＝0.2 mol，n(O2)＝0.1 mol，在标准状况下体积为2.24 L，D正确。 19．有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为(　　) A．4∶1 B．1∶1 C．4∶3 D．3∶4 【答案】C 【解析】串联电路中，相同时间内各电极得电子或失电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出Cl2，第二个烧杯中放出Cl2和H2，第三个烧杯中放出O2。在有1 mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5 mol＋0.5 mol＝1 mol，无色气体(O2和H2)0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol。 20.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，阴极电极反应式为________。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2H＋＋2e－===H2↑，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，则电镀过程中阴极电极反应式为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2H＋＋2e－===H2↑。 拓展培优 21.用惰性电极电解1 L CuCl2和NaCl的混合溶液，其中c(Cl−)为5.0 mol·L−1，一段时间后两极均收集到标准状况下67.2 L的气体。下列说法错误的是 A．原溶液中c(Na+)为4 mol·L−1 B．电解过程共转移7 mol电子 C．电解过程阴极共析出32 g铜 D．加入CuCl2和HCl即可复原电解质溶液 【答案】D 【解析】用惰性电极电解1 L CuCl2和NaCl的混合溶液，其中c(Cl−)为5.0 mol·L−1，Cl-物质的量为5mol，阳极先发生的电极反应为2Cl- -2e-=Cl2↑，Cl-完全反应生成2.5molCl2(标准状况下的体积为56L)，阳极接着发生的电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，此过程产生O2的体积为67.2L-56L=11.2L；阴极依次发生的反应为Cu2++2e-=Cu、2H2O+2e-=H2↑+2OH-。A．阳极收集到3mol气体，n(Cl−)=5.0 mol，完全反应生成2.5 mol氯气，转移电子数为5mol；说明还生成了0.5mol氧气；转移电子数为2mol；总电子转移数为7 mol；阴极也收集到3mol氢气，转移电子数为6mol，说明Cu2+得到了1mol电子，n(Cu2+)=0.5 mol；n(Cl−)=5.0 mol，根据电荷守恒可知n(Na+)=4.0 mol，原溶液中c(Na+)为4 mol·L−1；故A正确；B．根据A项计算，电解过程共转移7 mol电子，故B正确；C．根据A项计算，n(Cu2+)=0.5 mol，所以电解过程阴极共析出32 g铜；故C正确；D．复原电解质溶液需加入CuCl2、HCl和H2O；故D错误；故答案选D。 22.如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液在F极附近显红色。则下列说法正确的是 A．电源B极是正极 B．(甲)(乙)装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1：2：2：1 C．欲用(丙)装置给铜镀银，G应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液 D．装置(丁)中Y极附近红褐色变深，说明Fe(OH)3胶体带正电荷 【答案】C 【解析】A．根据图片知，该装置是电解池，将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说明F极附近有大量氢氧根离子，由此得出F极上氢离子放电生成氢气，所以F极是阴极，则电源B极是负极，A极是正极，A错误； B．甲装置中C电极上氢氧根离子放电生成氧气，D电极上铜离子放电生成铜单质，E电极上氯离子放电生成氯气，F电极上氢离子放电生成氢气，所以甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成；生成1mol氧气需要4mol电子，生成1mol铜时需要2mol电子，生成1mol氯气时需要2mol电子，生成1mol氢气时需要2mol子，所以转移相同物质的量的电子时生成单质的物质的量之比为1：2：2：2，B错误； C．若用丙装置给铜镀银，G应该是Ag，H是Cu，电镀液是AgNO3溶液，C正确； D．丁装置中Y电极是阴极，如果Y极附近红褐色变深，说明Fe(OH)3胶粒带正电荷，Fe(OH)3胶体是不带电的，D错误； 故选C。 23.Co(H2PO2)2可用于化学镀钴。工业上以金属钴和不锈钢为电极，NaH2PO2溶液为原料按图装置进行电解生产Co(H2PO2)2。 下列说法正确的是 A．电源的a电极是正极，M电极是不锈钢 B．膜I、膜III是阳离子交换膜，膜II是阴离子交换膜 C．理论上每生成1 mol Co(H2PO2)2，装置中同时生成标准状况下气体11.2 L D．该装置工作时，M极室溶液的pH减小，N极室溶液pH增大 【答案】B 【分析】以金属钴和不锈钢为电极，以NaH2PO2溶液为原料，采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴[Co(H2PO2)2]，由图可知：阳极上Co失去电子，变为Co2+进入溶液，Co2+通过膜I进入产品室，而通过膜II由原料室进入产品室，则膜II为阴离子交换膜；在阴极不锈钢上是H2O电离产生H+得到电子生成H2，使附近溶液中c(OH-)增大，Na+通过阳离子膜III进入NaOH溶液中，N极室NaOH溶液浓度增大，据此来解答。 【解析】A．根据上述分析可知：M为阳极，N为阴极，所以电源的a电极是正极，M电极是Co电极，N为不锈钢电极，A错误； B．根据上述分析可知：膜I、膜III是阳离子交换膜，膜II是阴离子交换膜，B正确； C．根据原子守恒、电子守恒可得关系式：Co~Co2+~2e- ~2H+~H2，所以n(H2)=n(Co)=1 mol，当生成1 molCo(H2PO2)2时，阴极反应产生1 mol H2，其在标准状况下的体积V(H2) =1 mol×22.4 L/mol=22.4 L，C错误； D．该装置工作时，M电极产生的Co2+通过膜I进入产品室， 通过膜II进入产品室，M极室溶质、溶剂不消耗，溶液，故溶液的pH不变，二者阴极N上水电离产生H+放电产生H2，使N极室溶剂水减少，n(OH-)增大，故c(OH-)增大，因此M极室溶液的pH不变，N极室溶液pH增大，D错误； 故合理选项是B。 24.回答下列问题： （1）双极膜是一种能将水分子解离为和的特殊离子交换膜。制取聚合硫酸铁净水剂(简称)的电化学装置如图所示。回答下列问题： ①图中均为石墨电极，极的电极反应式为 。 ②为 (填“阴离子”或“阳离子”)交换膜，图中甲是 (填“”或“”)。 （2）工业可用电解精炼法提纯镓，具体原理如图所示。 已知：金属活动性强弱顺序为：，镓的化学性质与铝相似。 ①电解精炼镓时产生的阳极泥的主要成分是 。 ②电解过程中阳极产生的离子迁移到阴极并在溶液阴极析出高纯镓。请写出电解过程中阴极析出高纯镓的电极反应式 。 ③电解过程中需控制合适的电压，若电压太高，阴极会产生导致电解效率下降。若外电路通过，阴极得到的镓，则该电解装置的电解效率 (生成目标产物消耗的电子数转移的电子总数)。 【答案】 （1） 阴 （2）①Fe、Cu ② ③75% 【解析】 （1）该装置为电解池，电极b为阳极，电极反应为，则乙为，甲为，加入硫酸铁的电解槽中，硫酸根离子向右侧移动，在右侧得到较浓的硫酸，则交换膜M为阴离子交换膜，向右侧移动，在加入硫酸铁的电解槽中得到；①由分析可知，电极b为阳极，发生氧化反应，电极反应为；②由分析可知，则交换膜M为阴离子交换膜；甲为； （2）①电解精炼法提纯镓类比电解精炼铜，粗镓作阳极，发生失电子的氧化反应，则N极为电源正极，M极为电源负极；根据金属活动性强弱顺序为：Zn>Ga>Fe>Cu可知，Zn优先失电子，然后Ga失电子，则阳极泥的主要成分Fe、Cu；②电解过程中阳极产生的离子迁移到阴极并在NaOH溶液阴极析出高纯镓，且镓的化学性质与铝相似，则电解过程中阴极析出高纯镓的电极反应式；③阴极得到3.5g的镓，对应物质的量为=0.05mol，根据电极反应可知生成0.05molGa时转移电子数为0.15mol，则电解效率η==75％； 25.常温下用惰性电极电解200 mL 氯化钠、硫酸铜的混合溶液，所得气体的体积随时间变化如下图所示，根据图中信息回答下列问题。(气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化) （1）曲线________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示阳极产生气体的变化。 （2）氯化钠的物质的量浓度为________，硫酸铜的物质的量浓度为________。 （3）t2时所得溶液的pH为________。 【答案】 （1）Ⅱ　（2）0.1 mol·L－1　0.1 mol·L－1　　（3）1 【解析】 （1）阴极上Cu2＋首先放电，故开始时，阴极上无气体生成，故Ⅱ表示阳极产生气体的变化。 （2）0～t1时间内阳极发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，n(Cl2)＝＝0.01 mol，n(NaCl)＝n(Cl－)＝2n(Cl2)＝0.02 mol，c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1；阴极上依次发生反应Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，阳极上依次发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，由图可知V(H2)＝0.672 L，V(Cl2)＝0.224 L，V(O2)＝0.448 L，由得失电子守恒可知×2＋c(Cu2＋)×0.2 L×2＝×2＋×4，解得c(Cu2＋)＝ 0.1 mol·L－1。 （3）由4OH－～O2～4H＋可得：n(H＋)＝×4＝0.02 mol，则溶液中的c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第四章 化学反应与电能 第二节 电解池 第2课时 电解池的应用 教习目标 1.通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、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和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 重点和难点 重点:理解电解原理以及在生产生活中的应用。 难点:理解电解原理及其应用。 ◆知识点一 氯碱工业 1.电解饱和食盐水原理的实验探究 （1）实验装置： （2） 原理分析 通电前：溶液中的离子是________________。 通电后： 移向阳极的离子是________，________比________容易失去电子，被氧化成________。 移向阴极的离子是________，________比________容易得到电子，被还原成________。其中H＋是由水电离产生的。 （3）电极方程式 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(________反应)。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(________反应)。 总反应：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH 离子方程式为________________________________________________。 2.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________等阳离子通过，不允许________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。 即学即练 1.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阳极室 D．饱和食盐水从c处进入，淡盐水从d处流出 2.氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，下列有关说法不正确的是 A．能通过离子交换膜 B．产品溶液从口导出 C．从口补充饱和溶液 D．用盐酸控制阳极区溶液的在2～3，有利于氯气的逸出 ◆知识点二 电镀 1.概念 应用________原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或________的方法 2.装置 3.工作原理 电镀时，一般用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，把待镀的金属制品浸入电镀液中，与直流电源的负极相连，作为阴极；把镀层金属作为阳极，与直流电源的正极相连，通入低压直流电，阳极________溶解，成为铜离子，移向阴极，________在阴极获得电子被还原成________，覆盖在待镀金属表面。 4.电极方程式 阳极（镀层金属）：________________________________________ 阴极（待镀金属）：________________________________________ 特别提醒 1.电镀装置的构成，一般用镀件做阴极，镀层金属做阳极，含有镀层金属离子的盐溶液做电镀液。 2.在反应过程中，电镀液的离子浓度________。 ◆知识点三 电解精炼铜 1.概念 利用________________提取纯金属的技术。其基本原理是通过电解过程，利用不同元素在阳极________或阴极________难易程度的差异，从而提取纯金属。 2.装置： 3.工作原理 粗铜中往往含有锌、铁、镍、金等多种金属，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序中铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+,但是它们的阳离子比Cu2+难还原，所以________________并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序中铜之后的金属如银、金等金属杂质，因为银、金的失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子，所以以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼________等费重金属的原料)。 4.电极方程式 阳极（粗铜）：________________________________________________________ 阴极（精铜）：________________________________ 易错提醒 1.电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。 2.在反应过程中，电镀液的离子浓度________。 ◆知识点四 电冶金 ________________等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。 电解冶炼 冶炼钠 冶炼镁 冶炼铝 电极反应 总反应 易错提醒 1.氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SO。 2.电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。 3.电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。 即学即练 1.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．粗铜接电源的负极，其电极反应是Cu-2e - = Cu2+ C．电解后，电解槽底部会形成含少量Fe、Ag、Pt等金属的阳极泥 D．以CuSO4溶液为电解质溶液，同时应向电解液中加入硫酸以抑制金属阳离子水解 2.电解法将粗Cu(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯Cu的装置图如下所示，下列叙述中错误的是 A．a是粗Cu，作阳极，发生氧化反应 B．电解时，b极上的电极反应为 C．电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的Cu为6.4 g D．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属 3.铁制品镀铜的电镀装置如下图所示，下列说法中不正确的是（ ）资料： A．铜片接电源的正极 B．电镀过程中向阳极移动 C．随铜单质析出电解质溶液中减小 D．加入氨水后可使铜缓慢析出，镀层更致密 1、 原电池、电解池、电镀池的比较 实践应用 1.下列图示中关于铜电极的连接错误的是 A．铜锌原电池 B．电解精炼铜 C．在镀件上镀铜 D．电解氯化铜溶液 2.关于如图所示各装置的叙述中，正确的是 A．图1是原电池，总反应是：Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋ B．图2通电一段时间后石墨I电极附近溶液红褐色加深(已知氢氧化铁胶粒带正电荷) C．若用图3精炼铜，则d极为纯铜，电子迁移方向为b→d→c→a D．若用图4电镀，M为CuSO4溶液，可以实现在铁上镀铜 2、 利用电解原理进行物质的制备、分离和提纯以及污染的治理 1.物质的制备（电解合成） （1）氯碱工业（制备Cl₂、H₂、NaOH） （2）电解熔融氯化钠制备金属钠 （3）电解熔融氧化铝制备金属铝* 2.物质的分离与提纯 （1）电解精炼铜 （2）海水淡化 3.污染的治理（电解法处理废水） （1）含氰废水处理 原理：阳极氧化CN⁻为CO₂和N₂ （2）重金属离子回收（如Cu²⁺、Cr⁶⁺） 阴极还原： Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ = 2Cr³⁺ + 7H₂O（还原为低毒性Cr³⁺） Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu（沉积回收金属） 阳极氧化：降解有机物或产生Cl₂辅助消毒。 （3）有机废水处理 电化学氧化：阳极直接氧化有机物，或产生强氧化剂。 4.关键注意事项 （1）电极材料选择 惰性电极（石墨、铂）：用于离子放电。 活性电极（Cu、Ag）：参与反应（精炼、电镀）。 （2）离子交换膜作用： 防止产物混合（如氯碱工业中阻止Cl₂与NaOH反应）。 （3）能耗控制： 降低槽电压、提高电流效率（如加入Na₃AlF₆降低Al₂O₃熔点）。 （4）安全与环保： 处理含氯废气（用NaOH吸收）； 避免阳极产生有毒物质（如Cr⁶⁺需完全还原）。 实践应用 1.电解法制备的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．M为电源的负极 B．阳极上的电极反应式为 C．阴离子交换膜应能允许通过而能阻止的扩散 D．理论上每转移0.1mol，阴极上会产生1.12L气体 2.一种利用硼砂电解制备硼酸的装置如图所示。不考虑两极区的溶液体积变化，下列有关说法正确的是 A．每生成0.1mol，n极产生气体的质量为0.05g B．m极连接电源的负极 C．该电解池中采用的是质子交换膜 D．a>b 考点一 氯碱工业 【例1】氯碱工业的原理如图所示，下列说法中不正确的是 A．电极a接电源的正极 B．电极b上电极反应为： C．Na+透过阳离子交换膜由左向右移动 D．总离子反应为： 解题要点 氯碱工业应使用阳离子交换膜。阳离子交换膜只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量；氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SO。 【变式1-1】模拟工业上电解法制备烧碱的原理，设计的电解装置如图所示。下列说法正确的是 A．用湿润的KI淀粉试纸可检验阴极产物 B．离子交换膜可以避免氯气与碱反应 C．阳极反应式为 D．生成理论上有迁移 【变式1-2】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30%，在此工艺中，物料传输和转化关系如图所示(电极均为石墨电极)，下列说法错误的是 A．A池中通过交换膜向乙电极移动 B．若两池中所用离子膜类型相同，则 C．A池中每生成1mol ，B池中会消耗标准状况下11.2L D．B池中丁电极上的反应为 考点二 电镀与电解精炼铜 【例2】若在铜片上镀银，下列叙述正确的是 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4OH--4e-= O2↑＋2H2O ⑤需用硫酸铜溶液为电镀液 ⑥需用硝酸银溶液为电镀液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 解题要点 1.电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其他活泼性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。 2.电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液中电解质的浓度保持不变。 【变式2-1】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，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有铜和铂，没有锌、铁、镍 【变式2-2】关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(　　) A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极 B．电解液的成分都保持不变 C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋ D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu 考点三 电冶金 【例3】下列描述中，不符合生产实际的是(　　) A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极 C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 【变式3-1】中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种：一是铝的工业制备，二是氯碱工业，三是金属钠的制备。下列关于这三种工业生产的描述中正确的是(　　)解题要点 电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。 A．电解法制金属钠时，阳极反应式：Na＋＋e－===Na B．电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性 C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生 D．氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl，在电解时它们的阴极都是Cl－失电子 【变式3-2】21世纪是钛的世纪，在800～1 000 ℃时电解TiO2可制得钛，装置如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．a为电源的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C．阴极发生的反应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ D．每生成0.1 mol Ti，转移0.2 mol电子 考点四 电化学的综合计算 【例4】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 【变式4-1】Co是磁性合金的重要材料，也是维生素重要的组成元素。工业上可用如下装置制取单质Co并获得副产品盐酸(A、B均为离子交换膜)。下列说法正确的是解题要点 1.计算依据——三个相等 （1）同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。 （2）同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。 （3）串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。 2.计算方法——三种常用方法 （1）根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 （2）根据电子守恒计算 ①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 ②用于混合溶液中分阶段电解的计算。 （3）根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:4e-~ (式中M为金属,n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 3.在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。 A．A为阴离子交换膜，B为阳离子交换膜 B．若去掉膜A，石墨电极的电极反应不变 C．当电路中转移2mol电子时，阳极产生 D．若产品室，阴极溶液质量减少13g 【变式4-2】在下图串联装置中，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，则下列说法不正确的是 A．丙中Ag电极连接的是电源的正极 B．向甲中加入适量的盐酸，可使溶液恢复到电解前的状态 C．电解过程中丙中溶液pH无变化 D．标准状况下当甲中产生4.48L气体时，丙中Cu电极质量增加21.6g 基础达标 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中，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 2.用惰性电极电解等浓度等体积的AgNO3和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上最先析出的物质分别是 A．和 B．Ag和 C．和 D．Ag和 3.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 4.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．电解时以纯铜作阳极 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 5.如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是(　　) 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Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑ D．该装置是将电能转化为化学能 6.如图甲为锌铜原电池装置，乙为电解熔融氯化钠装置。则下列说法正确的是(　　) A．甲装置中锌为负极，发生还原反应，铜为正极，发生氧化反应 B．甲装置盐桥的作用是使反应过程中ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性 C．乙装置中铁极的电极反应式为2Na－2e－===2Na＋ D．乙装置中B是氯气出口，A是钠出口 7.用石墨作电极，电解1 L0.2 mol/LNaCl溶液的装置如图，当电路中通过0.002 mol e-时，下列说法错误的是 A．b试管及对应烧杯盛放的是蒸馏水 B．滴有酚酞的NaCl溶液变为红色 C．a试管中的气体体积略大于b试管中的 D．A极的电极反应式仅为 8.利用电解法可将含有、、、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．电解时阴极上发生的反应为 C．用溶液作电解质溶液，反应一段时间后浓度保持不变 D．电解后，可在电解槽阴极下方收集到少量、等金属 9.模拟铁制品镀铜的装置如图，下列说法正确的是 A．a电极为铁制品 B．可用CuSO4溶液作电镀液 C．b电极上发生氧化反应 D．电镀过程中，理论上溶液中Cu2+浓度不断减小 10.有关电解池的应用，下列叙述错误的是 A．使用阳离子交换膜工业电解饱和食盐水时，阴极区获得烧碱溶液和氧气 B．电解精炼铜时外电路通过，阳极质量减少64g C．以硫酸铜溶液为电镀液，在铁件上镀铜的过程中，硫酸铜溶液的浓度保持不变 D．工业上用石墨电极电解熔融冶炼铝时，阳极因被氧气氧化需定期更换 11.电解原理具有广泛的应用。下列装置不正确的是 A．用装置甲制取和溶液 B．用装置乙在金属制品表面镀银 C．用装置丙电解精炼粗铜 D．用装置丁制取 12.双隔膜电解池的结构示意图如图所示,利用该装置可以电解硫酸钠溶液以制取硫酸和氢氧化钠,并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是(　　) A.a气体为氢气,b气体为氧气 B.A溶液为氢氧化钠,B溶液为硫酸 C.c隔膜为阳离子交换膜,d隔膜为阴离子交换膜 13.如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。 （1）甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A极为________极，电极材料是________________，电极反应式为________，电解质溶液可以是_________________________________________。 （2）乙池中铁极的电极反应为__________________。 （3）若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为______________装置，电解一段时间后，溶液的浓度______________。 14.工业电解饱和食盐水制烧碱时须阻止OH－移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如图)(F处加少量NaOH以增加溶液导电性)。 （1）C、D分别是直流电源的两电极，C是电源________极，D是电源________极。 （2）电解一段时间后，________由A口导出，________由B口导出。阴极附近碱性增强的原因是(用电离方程式及电极反应式表示)____________________________________________。 （3）若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，发生的反应可用离子方程式表示为___________ ______________________________________________________________________________。 15.在如图所示的装置中，通电5 min后，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题： （1）电源中X极为直流电源的________极。 （2）溶液pH的变化情况：A________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。 （3）通电5 min后，B装置中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前该装置溶液中CuSO4的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。 综合应用 16．四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法不正确的是(　　) A．N为正极 B．标准状况下制备0.75NA (CH3)4NOH，a、b两极共产生16.8 L气体 C．c、e均为阳离子交换膜 D．b极电极反应式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 17．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 18．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 19．有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为(　　) A．4∶1 B．1∶1 C．4∶3 D．3∶4 20.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，阴极电极反应式为________。若改用氯化铝水溶液作电解液，则阴极产物为________。 拓展培优 21.用惰性电极电解1 L CuCl2和NaCl的混合溶液，其中c(Cl−)为5.0 mol·L−1，一段时间后两极均收集到标准状况下67.2 L的气体。下列说法错误的是 A．原溶液中c(Na+)为4 mol·L−1 B．电解过程共转移7 mol电子 C．电解过程阴极共析出32 g铜 D．加入CuCl2和HCl即可复原电解质溶液 22.如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液在F极附近显红色。则下列说法正确的是 A．电源B极是正极 B．(甲)(乙)装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1：2：2：1 C．欲用(丙)装置给铜镀银，G应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液 D．装置(丁)中Y极附近红褐色变深，说明Fe(OH)3胶体带正电荷 23.Co(H2PO2)2可用于化学镀钴。工业上以金属钴和不锈钢为电极，NaH2PO2溶液为原料按图装置进行电解生产Co(H2PO2)2。 下列说法正确的是 A．电源的a电极是正极，M电极是不锈钢 B．膜I、膜III是阳离子交换膜，膜II是阴离子交换膜 C．理论上每生成1 mol Co(H2PO2)2，装置中同时生成标准状况下气体11.2 L D．该装置工作时，M极室溶液的pH减小，N极室溶液pH增大 24.回答下列问题： （1）双极膜是一种能将水分子解离为和的特殊离子交换膜。制取聚合硫酸铁净水剂(简称)的电化学装置如图所示。回答下列问题： ①图中均为石墨电极，极的电极反应式为 。 ②为 (填“阴离子”或“阳离子”)交换膜，图中甲是 (填“”或“”)。 （2）工业可用电解精炼法提纯镓，具体原理如图所示。 已知：金属活动性强弱顺序为：，镓的化学性质与铝相似。 ①电解精炼镓时产生的阳极泥的主要成分是 。 ②电解过程中阳极产生的离子迁移到阴极并在溶液阴极析出高纯镓。请写出电解过程中阴极析出高纯镓的电极反应式 。 ③电解过程中需控制合适的电压，若电压太高，阴极会产生导致电解效率下降。若外电路通过，阴极得到的镓，则该电解装置的电解效率 (生成目标产物消耗的电子数转移的电子总数)。 25.常温下用惰性电极电解200 mL 氯化钠、硫酸铜的混合溶液，所得气体的体积随时间变化如下图所示，根据图中信息回答下列问题。(气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化) （1）曲线________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示阳极产生气体的变化。 （2）氯化钠的物质的量浓度为________，硫酸铜的物质的量浓度为________。 （3）t2时所得溶液的pH为________。 学科网（北京）股份有限公司1 / 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