4.3 电解池（6大题型专项训练） 化学沪科版2020选择性必修1

4.3 电解池 题型01 电解原理 题型02 电解规律 题型03 电解饱和食盐水 题型04 电镀与电解精炼铜 题型05 电冶炼 题型06 有关电解的计算 题型01 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．电解池的定义和构成 （1）定义：电解池是把 转化为 的装置。 （2）电解池的构成条件。 ①有外接直流电源。 ②有与电源相连的两个电极。其中与 正极相连的叫 ，与电源负极相连的叫 。 ③电解质溶液或熔融电解质。 ④形成闭合回路。 3．电解池的工作原理 （1）电极名称及电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。 （2）电子和离子移动方向。 电子：从电源负极流向电解池的 极，从电解池的阳极流向电源的 极。 离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 （3）电极的放电顺序 ①常见阳极的放电顺序： ②常见阳离子放电顺序：金属活动性顺序的 序 【典例1】 以锂硫电池(电池的总反应为2Li + xS= Li2Sx )为电源，电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥的原理如图(不考虑其他杂质离子的反应)。下列说法正确的是      A.膜1是阳离子交换膜，膜2是阴离子交换膜 B.电解一段时间后，原料室中溶液的pH会下降 C.N室的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H＋ D.锂硫电池每消耗2.8g锂，理论上M室产生2.24L气体(标准状况) 【变式1-1】下列说法中正确的是 A．电解氯化铜溶液就是氯化铜的电离 B．电解氯化铜溶液是化学变化，不通电也能发生 C．氯化铜溶液是强电解质 D．电解是最强的氧化还原手段，不能自发进行的氧化还原也可以发生 【变式1-2】有关利用某新型电化学装置(如下图所示)电催化合成偶氮化合物( )的研究，下列说法中不正确的是 A．CoP电极是阴极 B．电极反应式为 C．合成1mol偶氮化合物，要消耗4mol D．向极移动 【变式1-3】能源与科学、技术、社会密不可分。下列装置或过程能实现电能转化为化学能的是 A．风力发电 B．天然气燃烧 C．冶炼金属钠 D．暖宝宝发热 A．A B．B C．C D．D 题型02 电解规律 1.电解池的分析方法与规律 （1）判断阴、阳极，分析 材料是惰性电极还是活泼电极。 （2）分析电解质水溶液的全部离子并分为阴、阳两组。 （3）根据放电顺序写出电极反应式 ①阴极(与电极材料无关)： ②阳极(与电极材料有关)： （4）总化学方程式或离子方程式 书写反应的总离子方程式时，要注意：若参与电极反应的H＋(或OH－)是由水电离出来的，应用水的分子式表示。 【特别提醒】 ①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。 ②最常用的放电顺序：阳极：活泼金属＞Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。 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 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ 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 复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO3 【特别提醒】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。 【典例2】室温下，用惰性电极电解下列物质的稀溶液，其中pH增大的是 A.NaOH B. C. D. 【变式2-1】据报道，最近有科学家设计了一种在常压下运行的集成基质子陶瓷膜反应器(PCMR)，将PCMR与质子陶瓷燃料电池相结合进行电化学法合成氨的原理如图所示，下列说法不正确的是 A．阴极可能发生副反应： B．阳极的电极反应式： C．质子通过交换膜由阳极区向阴极区移动 D．理论上电路中通过电子时，阴极最多产生 【变式2-2】在提倡节能减碳的今天，二氧化碳又有了新用途。中国科学院利用二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计了一种可逆的水系金属二氧化碳电池，结构如图所示。下列说法正确的是 A．双极膜、双功能催化纳米片等材料是保证电池功能的重要条件 B．放电时，移向正极，正极区附近溶液pH不变 C．充电时，阳极反应为 D．若用该电池给铅蓄电池充电，理论上消耗的与铅蓄电池中产生的物质的量相等 【变式2-3】某兴趣小组利用电解装置，探究“铁作阳极”时发生反应的多样性，实验过程如图。 I．KCl作电解质 (1)一定电压下，按图1装置电解，现象：石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解。5min后U形管下部出现灰绿色固体，之后铁电极附近也出现灰绿色固体。 ①石墨电极上的电极反应式是 。 ②预测图2中的实验现象： ③图2与图1实验现象差异的原因是 。 II．KOH作电解质 (2)用图1装置电解浓KOH溶液，观察到铁电极上立即有气体生成，附近溶液变为淡紫色(FeO)，无沉淀产生。 ①铁电极上OH-能够放电的原因是 。 ②阳极生成FeO的总电极反应式是 。 题型03 电解饱和食盐水 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做 。 1.电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成 。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑( 反应)。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成 。其中H＋是由水电离产生的。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－( 反应)。 ③总反应： 化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2.氯碱工业生产流程 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 、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。 【典例3】如图是用惰性电极电解足量饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是 A.该装置是将电能转化为化学能 B.装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 C.装置中发生反应的离子方程式为 D.电解一段时间后，再加入一定量的盐酸能使电解后的溶液与原来溶液一样 【变式3-1】某实验小组模拟海水淡化的同时制备H2、Cl2和NaOH溶液，装置如图所示（两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过）。下列有关说法正确的是 A．戊室产生的气体能使湿润的淀粉—KI试纸变蓝 B．膜①是阳离子交换膜 C．淡水的出口只有a和c D．随着电解的进行，甲室溶液的pH不断增大 【变式3-2】同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。它是通过一种物质从高浓度状态向低浓度状态的转移而获得电动势。如图所示装置是利用浓差电池电解溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得、、和。下列说法不正确的是 A.a电极的电极反应为 B.c、d离子交换膜依次为阴离子交换膜和阳离子交换膜 C.电池放电过程中，电极上的电极反应为 D.电池从开始工作时，阴离子交换膜右侧溶液的浓度会增大 【变式3-3】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 题型04 电镀与电解精炼铜 类型 电镀 电解精炼铜 定义 电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺 运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜 主要目的 使金属增强抗腐蚀能力、增强表面硬度和美观 将粗铜提炼为纯铜 示意图 构成 条件 阳极 金属 阴极 金属 电解液 含　　　金属阳离子 CuSO4溶液 电极反应(以铁件镀 铜为例) 阳极 主要是Cu-2e-Cu2+(比铜活泼的金属杂质先于铜失电子,最终以　　　　的形式残留在溶液中,比铜不活泼的金属杂质形成　　　) 阴极 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度 CuSO4溶液的浓度 【典例4】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 【变式4-1】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 【变式4-2】 工业上用电解法精炼粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Zn)的装置如下图。已知：为强酸，的电离方程式为。下列说法正确的是 A．Y极材料为粗铅 B．通电过程中，溶液中不变 C．通电时，向X极移动 D．阳极泥的成分包括Cu、Ag和Zn 【变式4-3】列与金属铜相关的叙述正确的是 A.在镀件上镀铜时，可用铜做阳极 B.用铜做电极的原电池中，铜电极一定做正极 C.用电解法精炼铜时，用纯铜做阳极 D.电解饱和溶液时，用铜做阳极 题型05 电冶炼 1. 金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成 的过程。如Mn＋＋ne－===M。 2. 电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 【典例5】工业上利用电解NaGaO2溶液制备Ga的装置如图，已知NaGaO2性质与NaAlO2类似，下列说法错误的是 A．阴极的电极反应为GaO+3e-+4H+=Ga+2H2O B．电解获得1molGa，则阳极产生的气体在标准状况下的体积至少为16.8L C．中间的离子交换膜为正离子交换膜 D．电解结束后，两极溶液混合后可以循环使用 【变式5-1】如图所示为用固体二氧化钛生产海绵钛的装置示意图，其原理是中的氧解离进入熔融盐中而得到纯钛。下列说法正确的是 A．a极是正极，石墨极是阴极 B．反应后，石墨电极的质量不发生变化 C．电解过程中，均向a极移动 D．阴极的电极反应式为 【变式5-2】下列金属冶炼的反应原理，错误的是 A．2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑ B．Al2O3+3H22Al+3H2O C．Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 D．2HgO2Hg+O2↑ 【变式5-3】应用电解法制备的物质主要有三种：一是铝的工业制备；二是电解饱和NaCl溶液制备烧碱；三是金属钠的制备。下列关于这三个工业生产的描述中不正确的是 A．电解法制铝时一般是用熔融态的氧化铝进行电解，但不可用熔融态的 B．电解法生产铝时，每转移3mol电子的时候，理论上就能生产出1mol的铝单质 C．电解饱和NaCl溶液和金属钠的冶炼都用到了NaCl，电解时它们的阳极都是得电子 D．在电解饱和NaCl溶液中，电解池中的阴极区产生的是和NaOH 题型06 有关电解的计算 1. 计算原则 ①阳极失去的电子数 阴极得到的电子数。 ②串联电池中各电极上转移的电子数目 。 ③电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目 。 2. 计算方法 ①得失电子守恒法计算：用于串联电路各极的电量相同等类型的计算。 ②总反应式计算：根据总反应式列比例式计算。 ③关系式计算：根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。 以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 【典例6】在相同条件下，通以相同的电量，分别电解足量的CuCl2溶液和AgNO3溶液，如果析出64g铜，则析出银的质量为 A．108g B．54g C．216g D．64g 【变式6-1】 是常用的绿色氧化剂，可用如图所示装置电解和制备。下列说法不正确的是 A．移向a电极 B．装置工作过程中a极消耗的量等于b极生成的量 C．b电极的电极反应式为 D．电解生成时，电子转移的数目为 【变式6-2】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 【变式6-3】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阴极上的反应式为___________________________________________________________。 ②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.3 电解池 题型01 电解原理 题型02 电解规律 题型03 电解饱和食盐水 题型04 电镀与电解精炼铜 题型05 电冶炼 题型06 有关电解的计算 题型01 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．电解池的定义和构成 （1）定义：电解池是把电能转化为化学能的装置。 （2）电解池的构成条件。 ①有外接直流电源。 ②有与电源相连的两个电极。其中与电源正极相连的叫阳极，与电源负极相连的叫阴极。 ③电解质溶液或熔融电解质。 ④形成闭合回路。 3．电解池的工作原理 （1）电极名称及电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。 （2）电子和离子移动方向。 电子：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。 离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 （3）电极的放电顺序 ①常见阳极的放电顺序：活性电极 > S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F- ②常见阳离子放电顺序：金属活动性顺序的 倒 序 Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > H+(酸) > Pb2+ > Fe2+ > Zn2+ > H+（水）> Al3+>Mg2+ > Na+ > Ca2+ > K+ 【典例1】 以锂硫电池(电池的总反应为2Li + xS= Li2Sx )为电源，电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥的原理如图(不考虑其他杂质离子的反应)。下列说法正确的是      A.膜1是阳离子交换膜，膜2是阴离子交换膜 B.电解一段时间后，原料室中溶液的pH会下降 C.N室的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H＋ D.锂硫电池每消耗2.8g锂，理论上M室产生2.24L气体(标准状况) 【答案】D 【分析】由于电解含(NH4)2SO4的废水可制备硫酸和化肥，结合题图知，原料室中的和应分别移向M室和N室，则a为正极，b为负极，膜1为阴离子交换膜，膜2为阳离子交换膜。 【解析】A.经分析知，膜1为阴离子交换膜，膜2为阳离子交换膜，A错误； B.(NH4)2SO4属于强酸弱碱盐，其溶液显酸性，电解一段时间后，溶液浓度降低，酸性减弱，pH会升高，B错误； C.N室为阴极区，发生还原反应，电极反应式应为2H2O+2e-=H2↑+2OH—，C错误； D.2.8g锂为0.4mol，由总反应2Li + xS= Li2Sx知，当有1mol Li参与反应，转移1mol电子，现消耗2.8g锂，转移电子0.4mol，则理论上M室产生的氧气应为0.1mol，标准状况下为2.24L，D正确； 故选D。 【变式1-1】下列说法中正确的是 A．电解氯化铜溶液就是氯化铜的电离 B．电解氯化铜溶液是化学变化，不通电也能发生 C．氯化铜溶液是强电解质 D．电解是最强的氧化还原手段，不能自发进行的氧化还原也可以发生 【答案】D 【解析】A、电解氯化铜溶液就是电解氯化铜本身，电解总反应方程式为：，氯化铜是强电解质，完全电离：，A错误；     B、电解氯化铜溶液是化学变化，需要通电才能发生，B错误；             C、氯化铜是强电解质，溶液是混合物，C错误；             D、电解池反应是外加电源强迫下的氧化还原反应，不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现，D正确。 故选D。 【变式1-2】有关利用某新型电化学装置(如下图所示)电催化合成偶氮化合物( )的研究，下列说法中不正确的是 A．CoP电极是阴极 B．电极反应式为 C．合成1mol偶氮化合物，要消耗4mol D．向极移动 【答案】C 【解析】A．根据图中物质变化可知，为阳极，CoP电极是阴极，故A正确； B．为阳极，发生氧化反应，且为碱性溶液，反应式为，故B正确； C．阴极反应方程式为 ，合成1mol偶氮化合物转移电子8mol；阳极反应方程式为，故合成1mol偶氮化合物，要消耗2mol，C错误； D．左侧消耗氢氧根，向极移动，故D正确； 故选C。 【变式1-3】能源与科学、技术、社会密不可分。下列装置或过程能实现电能转化为化学能的是 A．风力发电 B．天然气燃烧 C．冶炼金属钠 D．暖宝宝发热 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】A．风力发电是将风能转化为机械能，机械能再转化为电能，A错误； B．天然气燃烧时化学能转化为热能、光能，B错误； C．电解法冶炼金属钠时，电能转化为化学能，C正确； D．暖宝宝发热时将化学能转化为热能，D错误； 故选C。 题型02 电解规律 1.电解池的分析方法与规律 （1）判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 （2）分析电解质水溶液的全部离子并分为阴、阳两组。 （3）根据放电顺序写出电极反应式 ①阴极(与电极材料无关)： ②阳极(与电极材料有关)： （4）总化学方程式或离子方程式 书写反应的总离子方程式时，要注意：若参与电极反应的H＋(或OH－)是由水电离出来的，应用水的分子式表示。 【特别提醒】 ①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。 ②最常用的放电顺序：阳极：活泼金属＞Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。 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 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ 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 【特别提醒】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。 【典例2】室温下，用惰性电极电解下列物质的稀溶液，其中pH增大的是 A.NaOH B. C. D. 【答案】A 【解析】A.电解NaOH溶液，实质是电解水，溶液体积减小，氢氧化钠浓度增大，pH增大，故A符合题意； B.电解，实质是电解水，溶液体积减小，硫酸浓度增大，pH减小，故B不符合题意； C.电解溶液，实质是电解水，溶液体积减小，硫酸钠浓度增大，由于硫酸钠溶液呈中性，因此pH不变，故C不符合题意； D.电解溶液，阴极得到银，阳极得到氧气和硝酸，pH减小，故D不符合题意； 故选A。 【变式2-1】据报道，最近有科学家设计了一种在常压下运行的集成基质子陶瓷膜反应器(PCMR)，将PCMR与质子陶瓷燃料电池相结合进行电化学法合成氨的原理如图所示，下列说法不正确的是 A．阴极可能发生副反应： B．阳极的电极反应式： C．质子通过交换膜由阳极区向阴极区移动 D．理论上电路中通过电子时，阴极最多产生 【答案】B 【解析】A. 阴极得电子，右边为阴极，阴极主要是氮气得到电子变为氨气，可能发生副反应2H+ +2e-=H2 ↑，A正确； B. 根据图中信息分析，CH4化合价升高变为CO2，因此左边为阳极，阳极的电极反应式为CH4+2H2O− 8e－ = CO2 +8H+，B错误； C. 根据电解池“异性相吸”原理，质子(H+)通过交换膜由阳极区向阴极区移动，C正确； D. 阴极发生反应：，理论上电路中通过电子时，阴极最多产生，D正确； 故选B。 【变式2-2】在提倡节能减碳的今天，二氧化碳又有了新用途。中国科学院利用二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计了一种可逆的水系金属二氧化碳电池，结构如图所示。下列说法正确的是 A．双极膜、双功能催化纳米片等材料是保证电池功能的重要条件 B．放电时，移向正极，正极区附近溶液pH不变 C．充电时，阳极反应为 D．若用该电池给铅蓄电池充电，理论上消耗的与铅蓄电池中产生的物质的量相等 【答案】A 【解析】A．双极膜、双功能催化纳米片等新材料可以减小电阻，是保证电池功能的重要条件，A正确； B．放电时，H+移向正极，正极区生成HCOOH，溶液的酸性改变，B错误； C．充电时，阳极甲酸转化为二氧化碳，其电极反应式为：HCOOH-2e-=CO2↑+2H+，C错误； D．理论上消耗1molCO2转移2mol电子，铅蓄电池充电时总方程式为：2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4，Pb元素化合价由+2价上升到+4价，转移2mol电子时消耗1molPbSO4，同时生成2mol H2SO4，D错误； 故选A。 【变式2-3】某兴趣小组利用电解装置，探究“铁作阳极”时发生反应的多样性，实验过程如图。 I．KCl作电解质 (1)一定电压下，按图1装置电解，现象：石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解。5min后U形管下部出现灰绿色固体，之后铁电极附近也出现灰绿色固体。 ①石墨电极上的电极反应式是 。 ②预测图2中的实验现象： ③图2与图1实验现象差异的原因是 。 II．KOH作电解质 (2)用图1装置电解浓KOH溶液，观察到铁电极上立即有气体生成，附近溶液变为淡紫色(FeO)，无沉淀产生。 ①铁电极上OH-能够放电的原因是 。 ②阳极生成FeO的总电极反应式是 。 【答案】 石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解 盐桥的存在阻碍了OH-向阳极迁移，避免灰绿色固体生成 c(OH-)增大，反应速率加快（更容易放电） 【解析】I．KCl作电解质 (1)①石墨电极上是氢离子放电，产生氢气，电极反应式是，故本题答案为：； ②图2中纯铁做阳极，石墨做阴极，所以石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极逐渐溶解，无气体产生， 故本题答案为：石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解； ③图2的装置存在盐桥，阻碍了OH-向阳极迁移，避免灰绿色固体生成，故本题答案为：盐桥的存在阻碍了OH-向阳极迁移，避免灰绿色固体生成； II．KOH作电解质 (2)①在电解池中，氢氧根向阳极移动，铁电极上c(OH-)增大，反应速率加快（更容易放电），故本题答案为：c(OH-)增大，反应速率加快（更容易放电）； ②阳极上铁失电子，生成FeO，电极反应式为，故本题答案为：。 题型03 电解饱和食盐水 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 1.电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水电离产生的。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 ③总反应： 化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2.氯碱工业生产流程 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。 【典例3】如图是用惰性电极电解足量饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是 A.该装置是将电能转化为化学能 B.装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 C.装置中发生反应的离子方程式为 D.电解一段时间后，再加入一定量的盐酸能使电解后的溶液与原来溶液一样 【答案】D 【分析】①是电解池的阳极，装置中出口①处的物质是氯气，②是电解池的阴极，出口②处的物质是氢气，总反应为。 【解析】A. 该装置是电解装置，将电能转化为化学能，A正确； B. ①是电解池的阳极，装置中出口①处的物质是氯气，②是电解池的阴极，出口②处的物质是氢气，B正确； C. 装置中发生反应生成氢气、氯气和氢氧化钠，离子方程式为，C正确； D. 从质量守恒的角度，电解产生的氢气和氯气的总质量与两者反应生成的氯化氢一样，电解一段时间后，应通入一定量的气体才能使电解后的溶液与原来溶液一样，D错误； 故选D。 【变式3-1】某实验小组模拟海水淡化的同时制备H2、Cl2和NaOH溶液，装置如图所示（两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过）。下列有关说法正确的是 A．戊室产生的气体能使湿润的淀粉—KI试纸变蓝 B．膜①是阳离子交换膜 C．淡水的出口只有a和c D．随着电解的进行，甲室溶液的pH不断增大 【答案】C 【分析】甲室的电极与电源的正极相连，则为阳极室，Cl-放电，其电极反应式为：，戊室的电极与电源的负极相连，则为阴极室，水得电子生成氢气同时生成OH-，其电极反应式为：。 【解析】A．戊室为阳极室，电极反应式为：，能氧化KI为碘单质，生成的碘单质使湿润的淀粉变蓝，A错误； B．电解池中，阳离子向阴离子移动，阴离子向阳极移动，丙室中为海水，在反应过程中丙室中Na+通过膜②到丁室，为保持电荷守恒，则通过膜①到乙室，因此膜①是阴离子交换膜，膜②是阳离子交换膜，B错误； C．甲室中氯离子发生氧化反应产生氯气，则钠离子通过阳离子交换膜移动到乙室，丙室中的氯离子进入到乙室中，因此出水口a为淡水，而丙室中钠离子移动到丁室，氯离子移动到乙室，因此出水口c为淡水，戊室中产生氢气和氢氧根离子，氢氧根离子透过阴离子交换膜进入到丁室，出口d主要为NaOH，C正确； D．甲室的电极反应式为：，随电解的进行，溶液的pH不变，D错误； 故选C。 【变式3-2】同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。它是通过一种物质从高浓度状态向低浓度状态的转移而获得电动势。如图所示装置是利用浓差电池电解溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得、、和。下列说法不正确的是 A.a电极的电极反应为 B.c、d离子交换膜依次为阴离子交换膜和阳离子交换膜 C.电池放电过程中，电极上的电极反应为 D.电池从开始工作时，阴离子交换膜右侧溶液的浓度会增大 【答案】B 【分析】左侧的浓差电池中，Cu（1）电极为正极，电极反应为Cu2++2e−=Cu，Cu（2）电极为负极，电极反应为Cu-2e−=Cu2+；右侧的电解池中，NaOH在a电极处产生，获得浓NaOH溶液和H2，H2SO4在b电极处产生，获得较浓的硫酸和O2，则a电极为阴极，电极反应式为4H2O+4e-=2H2↑+4OH-，b电极为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑。 【解析】A.由分析可知，a电极为阴极，电极反应式为4H2O+4e-=2H2↑+4OH-，A正确； B.由分析可知，OH-在a电极上产生，并获得浓NaOH溶液，H+在b电极上产生，并获得较浓的硫酸，则c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜，B错误； C.由分析可知，电池放电过程中，Cu（1）电极为正极，电极反应为Cu2++2e−=Cu，C正确； D.电池放电过程中，左侧c(Cu2+)逐渐减小，右侧c(Cu2+)逐渐增大，右侧溶液的浓度会增大，D正确； 故选B。 【变式3-3】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 【分析】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。 【解析】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。 题型04 电镀与电解精炼铜 类型 电镀 电解精炼铜 定义 电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺 运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜 主要目的 使金属增强抗腐蚀能力、增强表面硬度和美观 将粗铜提炼为纯铜 示意图 构成 条件 阳极 金属 阴极 金属 电解液 含　　　金属阳离子 CuSO4溶液 电极反应(以铁件镀 铜为例) 阳极 主要是Cu-2e-Cu2+(比铜活泼的金属杂质先于铜失电子,最终以　　　　的形式残留在溶液中,比铜不活泼的金属杂质形成　　　) 阴极 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度 CuSO4溶液的浓度 【典例4】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，A错误； 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，B正确； 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，C错误； 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，D错误。 故选B 【变式4-1】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。 故选D。 【变式4-2】 工业上用电解法精炼粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Zn)的装置如下图。已知：为强酸，的电离方程式为。下列说法正确的是 A．Y极材料为粗铅 B．通电过程中，溶液中不变 C．通电时，向X极移动 D．阳极泥的成分包括Cu、Ag和Zn 【答案】A 【分析】电解法精炼粗铅，粗铅作为阳极，与外接直流电正极相连，放在Y极，X为阴极。 【解析】A．据分析，Y极为阳极，材料为粗铅，A正确； B．Zn比Pb活泼，通电过程中由于Zn先放电，阴极上Pb2+先得电子，所以溶液中降低，B错误； C．通电时，阴离子朝阳极移动，向Y极移动，C错误； D．Zn会先放电，所以阳极泥的成分不包括Zn，D错误； 故选A。 【变式4-3】列与金属铜相关的叙述正确的是 A.在镀件上镀铜时，可用铜做阳极 B.用铜做电极的原电池中，铜电极一定做正极 C.用电解法精炼铜时，用纯铜做阳极 D.电解饱和溶液时，用铜做阳极 【答案】A 【解析】A.在镀件上镀铜时，铜做阳极在电极上发生氧化反应补充溶液中的铜离子，A正确； B.用铜做电极的原电池中，铜与锌做电极，硫酸铜做电解液，铜做正极，铜与银做电极，硝酸银做电解液，铜做负极，B错误； C.用电解法精炼铜时，用粗铜做阳极，纯铜做阴极，C错误； D.电解CuCl2饱和溶液时，不能用铜做阳极，若用铜做阳极，铜会发生氧化反应，失去电子形成铜离子，D错误； 故选A。 题型05 电冶炼 1. 金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M。 2. 电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 【典例5】工业上利用电解NaGaO2溶液制备Ga的装置如图，已知NaGaO2性质与NaAlO2类似，下列说法错误的是 A．阴极的电极反应为GaO+3e-+4H+=Ga+2H2O B．电解获得1molGa，则阳极产生的气体在标准状况下的体积至少为16.8L C．中间的离子交换膜为正离子交换膜 D．电解结束后，两极溶液混合后可以循环使用 【答案】A 【解析】由图可知，与直流电源正极相连的左侧电极为阳极，碳酸根离子作用下水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和碳酸氢根离子，电极反应式为2H2O—4e—+2CO=O2↑+2HCO，与直流电源负极相连的右侧电极为阴极，水分子作用下偏镓酸根离子在阴极得到电子发生还原反应生成镓和氢氧根离子，电极反应式为GaO+3e—+2H2O=Ga+4OH—。 A．由分析可知，与直流电源负极相连的右侧电极为阴极，水分子作用下偏镓酸根离子在阴极得到电子发生还原反应生成镓和氢氧根离子，电极反应式为GaO+3e—+2H2O=Ga+4OH—，A错误； B．由得失电子数目守恒可知，电解获得1mol镓，标准状况下阳极生成氧气的体积为1mol××22.4mol/L=16.8L，B正确； C．由分析可知，电解时左侧阳极室中负离子电荷数减小，右侧阴极室中负离子电荷数增大，则钠离子从阳极室经正离子交换膜进入阴极室，C正确； D．由分析可知，电解结束后，左侧阳极室得到碳酸氢钠溶液，右侧阴极室得到氢氧化钠溶液，两极溶液混合得到的碳酸钠溶液可以循环使用，D正确； 故选A。 【变式5-1】如图所示为用固体二氧化钛生产海绵钛的装置示意图，其原理是中的氧解离进入熔融盐中而得到纯钛。下列说法正确的是 A．a极是正极，石墨极是阴极 B．反应后，石墨电极的质量不发生变化 C．电解过程中，均向a极移动 D．阴极的电极反应式为 【答案】D 石墨极生成氧气，则说明，生成CO2和CO，说明石墨发生氧化反应，则石墨是阳极，b是正极，a是负极，以此分析； 【解析】A．根据分析，石墨是阳极，b是正极，a是负极，A错误； B．根据分析，石墨发生氧化反应生成CO2、CO，B错误； C．根据分析，负离子移动到阳极，向b处石墨移动，C错误； D．根据分析，阴极发生还原反应，则二氧化钛发生还原反应生成单质钛和氧负离子，D正确； 故选D。 【变式5-2】下列金属冶炼的反应原理，错误的是 A．2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑ B．Al2O3+3H22Al+3H2O C．Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 D．2HgO2Hg+O2↑ 【答案】B 【详解】A. 钠是活泼金属，应采用电解法制取，A正确； B. 铝是活泼金属，应采用电解氧化铝可以制的金属铝，B错误； C. Fe、Zn、Cu等中等活泼金属用热还原法冶炼，C正确； D. Hg、Ag等不活泼金属采用热分解法冶炼，加热氧化汞可以获得金属汞，D正确； 故选B。 【变式5-3】应用电解法制备的物质主要有三种：一是铝的工业制备；二是电解饱和NaCl溶液制备烧碱；三是金属钠的制备。下列关于这三个工业生产的描述中不正确的是 A．电解法制铝时一般是用熔融态的氧化铝进行电解，但不可用熔融态的 B．电解法生产铝时，每转移3mol电子的时候，理论上就能生产出1mol的铝单质 C．电解饱和NaCl溶液和金属钠的冶炼都用到了NaCl，电解时它们的阳极都是得电子 D．在电解饱和NaCl溶液中，电解池中的阴极区产生的是和NaOH 【答案】C 【详解】A．电解法制取金属应电解熔融态的金属离子化合物，AlCl3属于共价化合物，熔融状态不能导电，不能电解熔融态的共价化合物，A正确； B．电解法生成Al时，阴极发生Al3++3e-=Al，每转移3mol电子的时候，理论上就能生产出1mol的铝单质，B正确； C．电解饱和NaCl溶液和金属钠的冶炼都用到了NaCl，阳极上发生氧化反应，Cl-失去电子生成Cl2，C错误； D．在电解饱和NaCl溶液中，电解池中的阳极上氯离子失去电子生成氯气，阴极区产生的是和NaOH，D正确； 故选C。 题型06 有关电解的计算 1. 计算原则 ①阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。 ②串联电池中各电极上转移的电子数目相等。 ③电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。 2. 计算方法 ①得失电子守恒法计算：用于串联电路各极的电量相同等类型的计算。 ②总反应式计算：根据总反应式列比例式计算。 ③关系式计算：根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。 以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 【典例6】在相同条件下，通以相同的电量，分别电解足量的CuCl2溶液和AgNO3溶液，如果析出64g铜，则析出银的质量为 A．108g B．54g C．216g D．64g 【答案】C 【详解】电解足量的CuCl2溶液，阴极的电极反应式为，如果析出64g铜，则析出1molCu，转移2mol电子；电解足量的AgNO3溶液的阴极反应式为，若通以相同的电量，则析出Ag2mol，质量为，故选C。 【变式6-1】 是常用的绿色氧化剂，可用如图所示装置电解和制备。下列说法不正确的是 A．移向a电极 B．装置工作过程中a极消耗的量等于b极生成的量 C．b电极的电极反应式为 D．电解生成时，电子转移的数目为 【答案】B 【分析】由图可知，a电极：由O2生成H2O2，氧元素化合价降低，发生还原反应，a电极为阴极，电极反应式为：O2+2e-+2H+=H2O2，b电极：由H2O生成O2，氧元素化合价升高，发生氧化反应，b电极为阳极，电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，据此回答。 【详解】A．由图可知，b极水失电子生成氧气和氢离子，b极为阳极，氢离子向a极移动，A正确； B．a极电极反应式为：O2+2e-+2H+=H2O2，b极电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，当转移4mol电子时，a极消耗2mol氧气，b极产生1mol氧气，B错误； C．b电极为阳极，其电极反应式：2H2O-4e-=O2↑+4H+，C正确； D．a极电极反应式为：O2+2e-+2H+=H2O2，每生成1molH2O2时，转移2mol电子，转移电子数目为2×6.02×1023，D正确； 故选B。 【变式6-2】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； 故选B。 【变式6-3】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阴极上的反应式为___________________________________________________________。 ②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。 【答案】①CO2＋2e－＝CO＋O2－ ②6∶5 【解析】假设生成的乙烯和乙烷的物质的量分别为2 mol和1 mol，由2CH4―→C2H4＋2H2、2CH4―→C2H6＋H2知，生成2 mol乙烯和1 mol乙烷时，共脱去5 mol H2，转移10 mol e－，根据电子转移数目守恒可知，此时消耗的CO2为5 mol，消耗的CH4为6 mol，即消耗的CH4和CO2的体积比为6∶5。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $