4.3 电解池 第1课时（同步讲义）化学沪科版2020选择性必修1

第四章 氧化还原反应和电化学 第三节 电解池 第1课时 电解池的工作原理 教学目标 1. 了解电解、电解池的概念 2. 认识电解是电能转化为化学能的一种重要形式。 3. 形成系统分析电解池的一般思路和方法，初步设计简单电解池。 4. 掌握粒子的放电顺序，认真分析，书写电极方程式和总反应方程式。 重点和难点 电解池电极方程式书写，电解原理的应用。 ◆知识点一 电解池 1、电解池：一种将电能转化为化学能的装置。 2、电解：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极发生氧化还原反应过程。 3、电解池反应原理： 阴极：与电源负极相连，本身不反应，溶液中正离子得电子发生还原反应。 阳极：与电源正极相连，发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中负离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子 特别提醒 电子的流向：负极—阴极—阳极—正极 电流的流向：正极—阳极—阴极—负极 即学即练 1．关于电解池的构成，下列说法错误的是 A．必须有两个电极，且电极需与电源连接 B．电解质可以是熔融状态，也可以是水溶液 C．无需形成闭合回路，只要有电源即可 D．直流电源是电解池工作的必要条件 2．下列装置中，属于电解池的是 A．锌铜原电池（稀硫酸作电解质） B．接通直流电源的 U 形管（内装熔融 NaCl，插入两个石墨电极） C．导线连接的铜片和铁片（浸入蔗糖溶液） D．未接电源的 CuCl2溶液（插入两个石墨棒） 3．下列过程中，将电能转化为化学能的是       A．干电池手电筒照明 B．在铁制品上镀铜 C．太阳能发电 D．人工智能机器人 ◆知识点二 电解反应中反应物的判断——放电顺序 ⑴阴极 A. 阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。 B. 正离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+ <Ca2+ < Na+ < Mg2+ < Al3+< Zn2+ < Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < (H+) < Cu2+ < Hg2+ < Ag+ （正离子放电顺序与浓度有关，并不绝对） ⑵阳极 A. 阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根离子 ＞F- B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。 易错提醒 正离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+ <Ca2+ < Na+ < Mg2+ < Al3+< Zn2+ < Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < (H+) < Cu2+ < Hg2+ < Ag+ （正离子放电顺序与浓度有关，并不绝对） 阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根离子 ＞F- 即学即练 1．氯碱工业的装置如图所示，下列说法错误的是 A．E、F电极上产生的气体分别为氯气和氢气 B．装置中的离子交换膜为阴离子交换膜 C．溶液M、N分别为NaCl稀溶液和NaOH浓溶液 D．总反应的离子方程式为 2．用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，实验装置如图①。电解过程中的实验数据如图②，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法正确的是 A．电解开始时的总反应离子方程式为： B．电解结束后，可加CuO固体或固体将溶液恢复原来浓度 C．曲线0～P段表示和混合气体的体积变化，曲线P～Q段表示的体积变化 D．从开始到Q点时收集到的混合气体的总的物质的量为0.2 mol ◆知识点三 寻找电解水的离子导体 石墨为电极——电解Na2SO4溶液 阴极 2H2O + 2e- = H2 + 2OH- 阳极 2H2O - 4e- = O2 + 4H+ 石墨为电极——电解NaOH溶液 阴极 2H2O + 2e- = H2 + 2OH- 阳极 2H2O - 4e- = O2 + 4H+ 石墨为电极——电解稀H2SO4 阴极 2H+ + 2e- = H2 阳极 2H2O - 4e- = O2 + 4H+ 通直流电 2H2O 2H2↑+ O2↑ 特别提醒 即学即练 1．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。下列说法中正确的是 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两端都可用石墨做电极 2．下图所示装置可用于制作简易的燃料电池。实验时，先接通开关，一段时间后断开开关，接通开关。下列说法正确的是 A．接通开关时，装置将化学能转化为电能 B．接通开关时，石墨电极b附近溶液碱性增强 C．接通开关时，溶液中从石墨a处向石墨b处移动 D．接通开关足够长时间，溶液最终呈碱性 3．宏观—微观—符号是化学的三重表征，下列化学符号表征正确的是 A．用铁作阳极电解氯化镁溶液： B．铜片上电镀银的总反应（银作阳极，硝酸银溶液作电镀液）：（阳极）（阴极） C．铅蓄电池充电时阳极电极反应式： D．用溶液做导电性实验，灯泡发光： 1、 电解池电解方程式的书写 ⑴阴极 C. 阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。 D. 正离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+ <Ca2+ < Na+ < Mg2+ < Al3+< Zn2+ < Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < (H+) < Cu2+ < Hg2+ < Ag+ （正离子放电顺序与浓度有关，并不绝对） ⑵阳极 B. 阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根离子 ＞F- B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。 实践应用 1．汞阴极法电解饱和食盐水制取NaOH的原理如图所示。下列说法错误的是 A．解汞室钠汞合金附近的pH上升 B．电解室中可使用惰性电极作阳极 C．电解室中汞阴极的反应为 D．两室联合生产的总反应为 2．双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的解离成和，作为和离子源。利用双极膜电渗析法处理含NaA的废水，工作原理如图，图中“→”和“←”表示离子通过交换膜的方向。下列说法错误的是 A．R电极与电源正极相连。 B．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜 C．产品X、Y二者浓度一定相同 D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1 mol电子，两极共得到1 mol气体 3．回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。 下列说法不正确的是 A．装置a的作用是吸收SO2并分离出CO2 B．该离子交换膜为阳离子交换膜 C．阳极的电极反应式为：SO - 2e- + 2HCO= SO+ H2O + 2CO2 D．装置b中的总反应为+CO2+H2OHCOOH+ 2、 原电池与电解池串联电路 多个装置串联且电路中无外接电源，串联装置中至少有一个充当原电池。 需要根据题目提示确定原电池或者是根据自发进行氧化还原反应确定原电池。 原电池确定后，根据原电池的正负极，确定电解池的阴极和阳极。 实践应用 1．如图所示，甲池的总反应式为4NH3+3O2=2N2+6H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是 A．该装置工作时，石墨电极上的反应为：4OH- - 4e- = O2 + 2H2O B．甲池和乙池中溶液的pH均减小 C．甲池中负极反应式为2NH3-6e-=N2+6H+ D．当甲池中消耗1.7 g NH3时，乙池中理论上最多产生6.4g固体 2．是一种常见燃料，利用下图装置可实现肼氧化辅助制氢，下列说法中正确的是 A．电极A为阳极 B．碱性条件下，电极B的反应式为 C．电极C附近溶液pH变小 D．电路中转移时，理论上可生成标准状况下 3．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。下列有关判断正确的是 A．甲池为原电池，乙池中A（石墨）电极上发生还原反应析出银单质 B．电池工作一段时间后，甲池的pH会增大（忽略溶液体积变化） C．若将CuCl2溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙池中溶液的pH将增大 D．当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中至少需通入消耗0.28 L O2 3、 电解池的串联电路 多个装置串联且电路中有外接电源。则每个装置都为电解池。根据外接电源的正负极，确定每个装置的阴阳极。 实践应用 1．如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解。 请回答： （1）b、c的电极名称分别为 。 （2）a、c的电极反应式分别为 、 。 （3）电解后，甲、乙装置内溶液的 pH 分别有什么变化？ 。 （4）甲装置电解后，要恢复原溶液，需加入 。 （5）电解CuSO4溶液的离子方程式为 。 2．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式为 。 （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 。 3. 如图所示装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的浓度和体积都相同(假设通电前后溶液体积不变)，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。回答下列问题： （1）B极是电源的 极；一段时间后，装置丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明胶粒带 (填“正”或“负”)电荷。 （2）①电解饱和NaCl溶液的总反应化学方程式为 。 ②若C、F两电极共产生标准状况下6.72L的气体，则D电极的质量增加 g。 （3）若在丙池中进行铁制品表面镀镍，电镀液用硫酸镍溶液，则镍应为 电极(填“G”或“H”)。通电一段时间后，欲使甲装置中电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的 [填“CuO”“”或“”]。 考点一 交换膜的应用 【例1】某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是 A．充电时，左边电极的电势低于右边 B．充电总反应： C．放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧 D．放电时，若有通过质子交换膜，则负极棒增重 解题要点 质子交换膜只允许H+通过，默认所处的环境为酸性环境。 阳离子交换膜表示只允许阳离子通过。 双极膜表示将水解离成H+和OH-向不同的方向移动 【变式1-1】利用电解原理电解含乙醛的废水制备乙醇和乙酸不仅能减少污染，还能回收利用资源，其原理如图所示（图中双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场的作用下分别向两极迁移）。下列说法正确的是 A．M电极上发生氧化反应 B．双极膜中的H＋移向N极 C．M电极上发生的反应为 D．电路中通过2mole－时，N电极上产生11.2LO2 【变式1-2】一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法正确的是 A．交换膜应当选择阳离子交换膜 B．K与b连接时，电极A的质量相比于K与a相连时，质量会减轻 C．K与b连接时，电极B上发生的反应为 D．电极K与b连接时，电极A发生还原反应 考点二 pH的变化 【例2】电解饱和食盐水(石墨作电极)时，阴极附近溶液的 pH 变化是 A．不变 B．减小 C．增大 D．先减小后增大 解题要点  溶液中不停产生H+或不停消耗OH-则pH减小。 溶液中不停消耗H+或不停产生OH-则pH增大。 当溶液中消耗水或者生成水时需要根据电解质溶液的性质来判定溶液pH值的变化。 【变式2-1】工业上用电解法处理酸性含铬废水(主要含有)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：，最后以形式除去。下列说法中错误的是 A．b电极的电极反应式为 B．电解过程中有沉淀生成 C．电解过程中废水的pH不发生变化 D．电解结束后，若要检验电解液中是否还有存在，则可选用溶液 【变式2-2】如图所示，A、B、C、D、E、F均为石墨电极，甲池与乙池中溶液的体积和浓度均为。按图示接通电路，反应一段时间后，检测到电路中通过，烧杯a中溶液变蓝。下列说法正确的是 A．M为电源负极 B．忽略体积变化，甲池中溶液的 C．烧杯b中溶液颜色变为浅红色 D．C极与E极产生的气体质量差为0.55g 考点三 电解池的计算 【例3】完全电解0.1mol/LAgNO3(水的体积变化忽略不计)，所得溶液pH为 A．1 B．2 C．3 D．5 解题要点 抓住电极上得失电子守恒，并且根据信息进行求解。 【变式3-1】设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．氢氧燃料电池正极消耗22.4 L气体时，负极消耗的气体分子数目为2NA B．用惰性电极电解饱和食盐水，若阴极产生35.5g气体，则线路中通过NA个电子 C．电解精炼铜时，若阴极得到电子数为2NA个，则阳极质量减少64g D．用惰性电极电解稀硫酸的过程中，溶液的质量每减少3.6g转移电子数为0.4NA 【变式3-2】一种基于氯碱工艺的新型电解池如图，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，每消耗80 g ，理论上阳极室溶液质量的变化正确的是 A．增加69 g B．减少138 g C．减少175.5 g D．减少106.5 g 基础达标 1．利用金属活动性的不同，可以采取不同的冶炼方法冶炼金属。下列反应所描述的冶炼方法不可能实现的是 A．2AlCl3(熔融)2Al＋3Cl2↑ B．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 C．Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu D．2KCl(熔融)2K＋Cl2↑ 2．一种基于氯碱工艺的节能新工艺是将电解池与NO—空气燃料电池相结合，可用于湿法冶铁的研究，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．a极为阳极，发生氧化反应 B．阴极区溶液的保持不变 C．d极为负极，其电极反应式为 D．理论上每生成气体，可得到2.8gFe 3．为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．1完全水解生成氢氧化铝胶体粒子的数目为 B．同温同压下，相同体积的氮气和氦气所含的原子数相等 C．电解熔融，阴极增重6.4g，外电路中通过电子的数目为 D．和于密闭容器中充分反应后，容器中分子总数为 4．下列有关四个常用电化学装置的叙述中，正确的是 图Ⅰ 银锌纽扣电池 图Ⅱ 铅-硫酸蓄电池 图Ⅲ 电解精炼铜 图Ⅳ 碱性锌锰电池 A．图Ⅰ所示电池中，是氧化剂，在电池工作过程中被还原为Ag B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大 C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中始终不变 D．图Ⅳ所示电池中，二氧化锰的作用是催化剂 5．电解法能同时处理含多种有害物质的废水，以提高处理效率。下图双极膜电解池装置通过电解产生具有极强氧化能力的羟基自由基，处理含苯酚废水和含甲醛废水。下列说法正确的是 A．M极连接电源正极，电极反应式： B．双极膜中解离出的透过膜a向N极移动 C．每处理1.5g甲醛，理论上消耗双极膜中 D．通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成的物质的量之比为 6．利用如图所示装置，当X、Y选用不同材料时，可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是 A．氯碱工业中，X、Y均为石墨，X附近能得到氢氧化钠溶液 B．铜的精炼中，X是纯铜，Y是粗铜，Z是CuSO4 C．电镀工业中，X是待镀金属，Y是镀层金属 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 7．某同学欲完成反应：2HCl+2Ag=2AgCl+H2↑，设计了下列四个实验，你认为可行的是 8．工业上利用电解含Co（Ⅱ）的水溶液制备金属Co和的装置如图。下列说法正确的是 A．Co电极应连接电源的正极 B．“电解”时石墨电极的电极反应为 C．膜Ⅰ和膜Ⅱ分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜 D．溶液浓度的大小： 9．燃煤烟气脱硫脱氮对解决雾霾污染很重要。下图是一种电化学烟气净化装置。 （1）该装置工作时电极I为___________极。 A．正极 B．负极 C．阴极 D．阳极 （2）写出该电极上的反应方程式 。 10．研究化学反应中的能量变化对生产、生活有重要意义。回答下列问题： （1）氢能是极具发展潜力的清洁能源。298K时，燃烧生成水蒸气放热，液态水蒸发吸热44kJ。表示燃烧热的热化学方程式为 。 （2）可用电解法由氮气直接制备硝酸，同时产生氢气，原理如图甲。 ①电极a上的电极反应式为 。 ②每生成4mol硝酸，通过“质子交换膜”的为 mol。 （3）我国科学家设计了一种草酸和偶联生产甘氨酸，装置如图乙，图中双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。 ①电解一段时间后，阳极区溶液pH (填“增大”、“减水”或“不变”)。 ②阴极的电极反应式为 。 ③理论上生成1mol甘氨酸，双极膜中有 mol水解离。 综合应用 11. 一种无膜电合成碳酸乙烯酯()的工作原理如图。下列说法正确的是 A．电源a极为负极 B．反应中的物质的量不断减少 C．总反应为 D．“反应Ⅱ”为 12. 石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充放电电池，其反应式为LixC6＋Li1-xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如下图所示。下列关于该电池的说法正确的是 A．充电时，Li＋嵌入LiCoO2中 B．放电时，LiCoO2极发生的电极反应为：LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2＋xLi＋ C．放电时负极反应可表示为：LixC6 -ye-=yLi＋ + Li(x-y)C6 D．充电时，若转移x mol e-，石墨烯电极增重7 g 13. 利用如图装置进行“铁件镀铜”实验，观察到阴极表面产生无色气体，一段时间后，气体减少，表面有红色固体，经检验，电解液中有Fe2+。下列分析或说法不正确的是 A．阴极表面产生气体的反应可能为2H++2e- = H2↑ B．Cu覆盖在Fe电极表面，导致气体减少 C．向电解后的溶液中滴加KSCN溶液，不会变成血红色 D．电镀完成后，阳极减少的质量等于阴极增加的质量 14. 利用有机电化学合成1，2-二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)的装置如图所示。若该装置工作时中间室NaCl溶液的浓度通过调整保持不变，电解时阴极生成气体的速率为x mol·h-1，下列说法错误的是 A．CuCl可循环使用，不需要一直补充 B．Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ为阳离子交换膜 C．合成室内发生的反应为CH2=CH2+2CuCl2→CH2ClCH2Cl+2CuCl D．中间室补充NaCl的速率为2x mol·h-1 15. 杭州亚运会主火炬塔的燃料首次使用甲醇燃料，这是人类历史上第一次实现再生、零碳甲醇点燃亚运主火炬，也是大型体育赛事首次使用燃烧高效、排放清洁、可再生、运输便捷的甲醇燃料，充分体现杭州亚运会“绿色、智能、节俭、文明”的办赛理念。 Ⅰ．氧化和还原是认识物质性质、分析化学变化的重要视角之一，对生产、生活乃至生命活动中有着十分重要的作用。 1. 下列物质间的转化，需要加入氧化剂才能实现的是_______。 A． B． C． D． 2. 下列溶液中的离子因发生氧化还原反应而不能大量共存的是_______。 A．、、、 B．、、、 C．、、、 D．、、、 3. 工业上利用NaIO3和NaHSO3反应来制取单质I2 （1）配平下列离子方程式并利用单线桥法标出电子转移方向和个数 。 （2）已知：、、、和一些未知物组成的一个氧化还原反应，其中是氧化产物，该反应中还原性 (填“>”或“<”)。 Ⅱ．本次亚运会火炬燃料甲醇是利用焦炉气中的氢气(H2)与从工业尾气中捕集的二氧化碳(CO2)合成，并由远程甲醇动力重卡提供运输保障。 4. 甲醇可作为燃料使用，也可用CH3OH和O2组合形成质子交换膜燃料电池(酸性环境)，其结构示意图如图所示： （1）电池总反应为：，则c电极的反应方程式 。 （2）下图是一个电化学过程的装置示意图。已知甲池的总反应式为： a．甲池是 (填“原电池”或“电解池”)，通入O2的电极作 极；一段时间后发现丙池 (填“阴极”或“阳极”)附近有白色浑浊出现。 b．当乙池中Ag电极的质量增加5.40 g时，乙池回路中转移电子总数为 。 拓展培优 16. 使用惰性电极及阳离子交换膜和阴离子交换膜电解磷酸钠溶液同时制备氢气、氧气、氢氧化钠溶液和磷酸溶液四种产品。是气体出口，下列说法错误的是 A．电极材料分别为石墨棒和铁棒 B．两口开始时分别输入稀磷酸溶液和稀氢氧化钠溶液 C．口输出的溶液，反应生成溶质的物质的量比为 D．若G口输入次磷酸钠溶液，则A口输出的是次磷酸溶液 17. 模拟海水淡化，并获得浓盐酸和浓NaOH溶液。双极膜组合电解装置示意图如图。阳极、阴极区溶液分别为稀NaOH、稀盐酸。双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜构成，在直流电场的作用下，双极膜间解离成和，并向两极迁移。下列说法错误的是 A．X极是阳极 B．Y极产生1 mol H2时，双极膜有2 mol H2O发生解离 C．电解后在a出口可获得较浓的盐酸，b出口得到淡水 D．电解过程中阳极区溶液中的n(OH-)变小 18. 如图所示为某变化的电化学过程。已知：Ni-YSZ电极上同时生成和，且二者在常温常压下的体积比为1:2，下列说法不正确的是 A．电极电势：a＞b B．阴极的电极反应式为 C．电解质可能是熔融态物质 D．当电路中有1 mol 移向Ni-YSZ电极时，理论上会有2 mol生成 19. 电化学原理在生产、生活中应用广泛。请回答下列问题。 （1）用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示。 ①电极Y为 (填“正极”或“负极”)。 ②电极X上的反应式为 。 ③电极Y上每消耗(标准状况)，由M室进入N室的有 mol。 （2）锂钒氧化物二次电池具有成本低、无污染等优点，其工作原理可表示为；用该电池电解含镍酸性废水可得到单质镍，装置如图所示。 ①锂钒氧化物二次电池放电时，正极反应式为 ，充电时B电极应与直流电源的 (填“正极”或“负极”)相连。 ②锂钒氧化物二次电池不能使用水溶液作为电解液，原因是 。 ③电解池工作时，a室中溶液的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”)。 ④已知：金属活泼性顺序。若含镍酸性废水中含有、、、等杂质，则沉积在镍棒上的镍中主要含有的杂质为 。 20. ．按要求回答下列问题。 （1）肼燃烧的能量变化如下图所示，热化学方程式为  ，该反应中能量 kJ。 （2）已知：键能是指化学键形成时放出的能量或化学键断裂时吸收的能量。根据键能数据计算的反应热 。 化学键 C—H C—F H—F F—F 键能() 414 489 565 155 ．乙醇是一种重要的化工原料和新型燃料。回答下列问题： （3）图中甲装置的正极反应式为 ；电池工作一段时间后，甲中KOH溶液的pH (填“增大”、“不变”或“减小”)。 （4）若利用乙装置精炼铜，则A为 (填“粗铜”或“精铜”)；若利用乙装置在铁钥匙上镀铜，则铁钥匙应在 极(填A或B)。 （5）若A、B、C、D均为石墨，W溶液为饱和氯化钠溶液： ①丙装置中的总化学方程式为 。 ②工作一段时间后，向乙装置中加入0.005 mol 后恰好使电解质溶液复原。工作中丙装置D电极上生成气体的体积(标况下)为 mL。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 氧化还原反应和电化学 第三节 电解池 第1课时 电解池的工作原理 教学目标 1. 了解电解、电解池的概念 2. 认识电解是电能转化为化学能的一种重要形式。 3. 形成系统分析电解池的一般思路和方法，初步设计简单电解池。 4. 掌握粒子的放电顺序，认真分析，书写电极方程式和总反应方程式。 重点和难点 电解池电极方程式书写，电解原理的应用。 ◆知识点一 电解池 1、电解池：一种将电能转化为化学能的装置。 2、电解：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极发生氧化还原反应过程。 3、电解池反应原理： 阴极：与电源负极相连，本身不反应，溶液中正离子得电子发生还原反应。 阳极：与电源正极相连，发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中负离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子 特别提醒 电子的流向：负极—阴极—阳极—正极 电流的流向：正极—阳极—阴极—负极 即学即练 1．关于电解池的构成，下列说法错误的是 A．必须有两个电极，且电极需与电源连接 B．电解质可以是熔融状态，也可以是水溶液 C．无需形成闭合回路，只要有电源即可 D．直流电源是电解池工作的必要条件 【答案】C 【分析】电解池的构成需满足以下条件：①两个电极（阳极和阴极）并与电源连接；②电解质（熔融或溶液）；③闭合回路；④直流电源。 【解析】A．必须有两个电极，且电极需与电源连接，满足条件①，故A不选； B．电解质可以是熔融状态，也可以是水溶液，能电离成自由移动的离子，在电极上发生氧化还原反应，符合条件②，故B不选； C．闭合回路是电流导通和反应发生的必要条件，仅有电源无法驱动电解，不符合条件③，故C选； D．直流电源是电解池工作的必要条件，符合条件，故D不选； 故选C。 2．下列装置中，属于电解池的是 A．锌铜原电池（稀硫酸作电解质） B．接通直流电源的 U 形管（内装熔融 NaCl，插入两个石墨电极） C．导线连接的铜片和铁片（浸入蔗糖溶液） D．未接电源的 CuCl2溶液（插入两个石墨棒） 【答案】B 【分析】电解池的构成需满足以下条件：①两个电极（阳极和阴极）并与电源连接；②电解质（熔融或溶液）；③闭合回路；④直流电源。 【解析】A．锌铜原电池（稀硫酸作电解质），能发生自发反应，无外接电源，故A不符； B．明确外接直流电源，熔融NaCl导电，石墨为惰性电极，符合电解池定义，故B符合； C．导线连接的铜片和铁片（浸入蔗糖溶液），因蔗糖不导电，无法形成有效反应，故C不符； D．无外接电源，且两电极材料相同，无法构成电解池，故D不符； 故选B。 3．下列过程中，将电能转化为化学能的是       A．干电池手电筒照明 B．在铁制品上镀铜 C．太阳能发电 D．人工智能机器人 【答案】B 【解析】A．干电池属于原电池，将化学能转化为电能，故A错误； B．该装置为电解池，将电能转化为化学能，故B正确； C．太阳能发电是将光能转化为电能，故C错误； D．人工智能机器人工作过程中需要电池提供能量，是将化学能转化为电能，故D错误； 故选：B。 ◆知识点二 电解反应中反应物的判断——放电顺序 ⑴阴极 A. 阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。 B. 正离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+ <Ca2+ < Na+ < Mg2+ < Al3+< Zn2+ < Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < (H+) < Cu2+ < Hg2+ < Ag+ （正离子放电顺序与浓度有关，并不绝对） ⑵阳极 A. 阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根离子 ＞F- B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。 易错提醒 正离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+ <Ca2+ < Na+ < Mg2+ < Al3+< Zn2+ < Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < (H+) < Cu2+ < Hg2+ < Ag+ （正离子放电顺序与浓度有关，并不绝对） 阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根离子 ＞F- 即学即练 1．氯碱工业的装置如图所示，下列说法错误的是 A．E、F电极上产生的气体分别为氯气和氢气 B．装置中的离子交换膜为阴离子交换膜 C．溶液M、N分别为NaCl稀溶液和NaOH浓溶液 D．总反应的离子方程式为 【答案】B 【分析】从图中可以看出，右侧流入NaOH稀溶液，流出的溶液N为浓NaOH，则F电极为阴极，E电极为阳极。 【解析】A．从分析可知，E电极为阳极，F电极为阴极，则E、F电极上产生的气体分别为氯气和氢气，A正确； B．为了在右侧得到纯净的NaOH溶液，离子交换膜应允许Na+透过，则装置中的离子交换膜为阳离子交换膜，B错误； C．电解池工作时，Cl-在E极(阳极)失电子，Na+透过离子交换膜进入F电极(阴极)，则溶液M、N分别为NaCl稀溶液和NaOH浓溶液，C正确； D．在阳极Cl-失电子生成Cl2，H2O在阴极得电子生成H2和OH-，总反应的离子方程式为，D正确； 故选B。 2．用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，实验装置如图①。电解过程中的实验数据如图②，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法正确的是 A．电解开始时的总反应离子方程式为： B．电解结束后，可加CuO固体或固体将溶液恢复原来浓度 C．曲线0～P段表示和混合气体的体积变化，曲线P～Q段表示的体积变化 D．从开始到Q点时收集到的混合气体的总的物质的量为0.2 mol 【答案】D 【分析】由电流方向可知，b为电解池阳极，a为电解池阴极，据此解答。 【解析】A．电解开始时，阳极是水电离的失电子，总反应离子方程式应为，A错误； B．电解分为两阶段：第一阶段析出Cu并生成（相当于失去CuO），第二阶段电解水（失去），恢复浓度需补充CuO和，B错误； C．0～P段（0.2 mol e⁻）：仅阳极生成（阴极无气体），气体为；P～Q段（0.2～0.4 mol e⁻）：电解水生成和混合气体，C错误； D．Q点气体总体积4.48 L （标准状况），，D正确； 故答案选D。 ◆知识点三 寻找电解水的离子导体 石墨为电极——电解Na2SO4溶液 阴极 2H2O + 2e- = H2 + 2OH- 阳极 2H2O - 4e- = O2 + 4H+ 石墨为电极——电解NaOH溶液 阴极 2H2O + 2e- = H2 + 2OH- 阳极 2H2O - 4e- = O2 + 4H+ 石墨为电极——电解稀H2SO4 阴极 2H+ + 2e- = H2 阳极 2H2O - 4e- = O2 + 4H+ 通直流电 2H2O 2H2↑+ O2↑ 特别提醒 即学即练 1．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。下列说法中正确的是 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两端都可用石墨做电极 【答案】C 【分析】要制取Fe(OH)2，需Fe2+和OH-结合，且需防止Fe(OH)2被氧化，所以需要B电极生成氢气隔绝空气，同时生成OH-，A电极生成Fe2+；B是阴极、A是阳极。 【解析】A．根据以上分析，A是阳极，A需接电源正极，B是阴极，B接电源负极，即电源a为正极、b为负极，故A错误； B．电解液可用NaCl溶液，其提供导电环境，阴极B发生反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极A铁失电子生成Fe2+，二者结合生成Fe(OH)2，故B错误； C．B为阴极，水得电子生成H2和OH-，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，生成的H2可隔绝空气，防止Fe(OH)2氧化，故C正确； D．若用石墨作阳极，无法获得Fe2+，且阳极生成的氧化性物质氧气、氯气等可以氧化Fe(OH)2，故D错误； 选C。 2．下图所示装置可用于制作简易的燃料电池。实验时，先接通开关，一段时间后断开开关，接通开关。下列说法正确的是 A．接通开关时，装置将化学能转化为电能 B．接通开关时，石墨电极b附近溶液碱性增强 C．接通开关时，溶液中从石墨a处向石墨b处移动 D．接通开关足够长时间，溶液最终呈碱性 【答案】B 【分析】闭合K1时，装置为电解池，电解质溶液为Na2SO4溶液，则该装置电解水，石墨a(阳极)的电极反应为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，石墨b(阴极)的电极反应为：4H++4e-=2H2↑；断开K1、闭合K2时，电流表发生偏转说明该装置内有电流产生，则该装置转变为了原电池，反应是电解池产生的O2和H2，原本O2在石墨a电极上产生，H2在石墨b电极上产生，故石墨a作正极，电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，石墨b作负极，电极反应为2H2-4e-=4H+。 【解析】A．接通开关K1时，装置有外接电源，为电解池，将电能转化为化学能，A错误； B．接通开关K1时，装置为电解池，电解Na2SO4溶液实质是电解水，阴极（与电源负极相连）发生反应：2H2O + 2e-= H2↑ + 2OH-，产生OH-使溶液碱性增强。假设石墨b为阴极（电源负极连接），则b附近生成OH-，碱性增强，B正确； C．接通开关K2时，装置为原电池（燃料电池），H2所在电极为负极，O2所在电极为正极。阳离子（Na+）向正极移动，若石墨a为正极，则Na+应从b向a移动，而非a向b，C错误； D．接通开关K2时，燃料电池总反应为2H2+O2= 2H2O，仅生成水，溶液始终为Na2SO4中性溶液，D错误； 故选B。 3．宏观—微观—符号是化学的三重表征，下列化学符号表征正确的是 A．用铁作阳极电解氯化镁溶液： B．铜片上电镀银的总反应（银作阳极，硝酸银溶液作电镀液）：（阳极）（阴极） C．铅蓄电池充电时阳极电极反应式： D．用溶液做导电性实验，灯泡发光： 【答案】B 【解析】A．铁作阳极时，阳极反应为Fe被氧化为Fe2+，阴极水得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根，镁离子、亚铁离子和氢氧根生成沉淀，A错误； B．电镀银时，阳极Ag溶解为Ag+，阴极Ag+还原为Ag，总反应正确表征了Ag的转移，B正确； C．铅蓄电池充电时阳极反应为PbSO4转化为PbO2：，C错误； D．CuCl2离解为Cu2+和Cl-是自发过程，无需电解条件，电离方程式：，D错误； 故选B。 1、 电解池电解方程式的书写 ⑴阴极 C. 阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。 D. 正离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+ <Ca2+ < Na+ < Mg2+ < Al3+< Zn2+ < Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < (H+) < Cu2+ < Hg2+ < Ag+ （正离子放电顺序与浓度有关，并不绝对） ⑵阳极 B. 阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：负离子失电子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根离子 ＞F- B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。 实践应用 1．汞阴极法电解饱和食盐水制取NaOH的原理如图所示。下列说法错误的是 A．解汞室钠汞合金附近的pH上升 B．电解室中可使用惰性电极作阳极 C．电解室中汞阴极的反应为 D．两室联合生产的总反应为 【答案】D 【分析】由原理图可知，电解室内阳极反应为，阴极反应为； 【解析】A．解汞室内发生的反应为。生成OH-使解汞室钠汞合金附近的pH上升，A正确； B．电解室阳极发生Cl-放电生成Cl2（2Cl-- 2e- = Cl2↑），需使用惰性电极（如石墨）防止电极参与反应，B正确； C．电解室汞阴极上Na+得电子生成Na，Na与Hg形成钠汞合金，反应式为Na++ e- = Na，C正确； D．两室联合生产时，电解室生成Na（汞合金中）和Cl2，解汞室中Na与水反应生成NaOH和H2，总反应为2NaCl + 2H2O2NaOH + H2↑ + Cl2↑，而非生成Na单质，D错误； 故选D。 2．双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的解离成和，作为和离子源。利用双极膜电渗析法处理含NaA的废水，工作原理如图，图中“→”和“←”表示离子通过交换膜的方向。下列说法错误的是 A．R电极与电源正极相连。 B．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜 C．产品X、Y二者浓度一定相同 D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1 mol电子，两极共得到1 mol气体 【答案】C 【分析】极室Ⅱ加入NaCl溶液，钠离子通过交换膜Ⅲ进入产品室Ⅱ，故交换膜Ⅲ为阳离子交换膜；R电极与电源正极相连，发生的反应为2Cl--2e-=Cl2↑，依此可推交换膜Ⅱ为阴离子交换膜。 【解析】A．R电极一侧双极膜解离的OH-向右移动，OH-为阴离子，电解池中阴离子移向阳极，故R为阳极，与电源正极相连，A正确； B．料室中A-通过交换膜II进入产品室I与H+结合生成HA，说明交换膜II允许阴离子通过，为阴离子交换膜；交换膜I若为阳离子交换膜，可允许极室I中Na+进入料室维持电荷平衡，B正确； C．产品X（HA）和Y（NaOH）的物质的量由H+、OH-、A-、Na+的迁移量决定（理论上1:1），但浓度取决于产品室体积，题目未说明体积相同，浓度不一定相同，C错误； D．去掉BP后，阴极（Q）反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-（1mol电子生成0.5mol H2），阳极（R）反应为2Cl--2e-=Cl2↑（1mol电子生成0.5mol Cl2），转移1mol电子共生成1mol气体，D正确； 故选C。 3．回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。 下列说法不正确的是 A．装置a的作用是吸收SO2并分离出CO2 B．该离子交换膜为阳离子交换膜 C．阳极的电极反应式为：SO - 2e- + 2HCO= SO+ H2O + 2CO2 D．装置b中的总反应为+CO2+H2OHCOOH+ 【答案】C 【分析】含二氧化硫和二氧化碳的废气通入碳酸氢钠溶液中，二氧化硫与碳酸氢钠溶液反应生成二氧化碳和亚硫酸钠，二氧化碳气体通入装置b的右室，CO2在电源右侧电极上反应生成HCOOH，则CO2得电子，右侧电极为阴极，电极反应式为；碳酸氢钠和亚硫酸钠混合溶液通入装置b的左室，左侧电极上亚硫酸根离子失电子生成硫酸根离子，则左侧电极为阳极，电极反应式为，据此分析； 【解析】A．装置a中NaHCO3溶液可吸收SO2，而CO2在NaHCO3溶液中溶解度小，从而分离出CO2，A正确； B．阳极区SO氧化为SO，阴极区CO2还原为HCOOH，为维持电荷平衡，阳离子需从阳极区移向阴极区，故离子交换膜为阳离子交换膜，B正确； C．阳极SO失电子发生氧化反应，S元素从+4价升至+6价，反应式为SO - 2e- + H2O = SO+2H+，C错误； D．阳极区SO氧化为SO，阴极区CO2还原为HCOOH，根据电子得失守恒，写出总反应为：+CO2+H2OHCOOH+，D正确； 故选C。 2、 原电池与电解池串联电路 多个装置串联且电路中无外接电源，串联装置中至少有一个充当原电池。 需要根据题目提示确定原电池或者是根据自发进行氧化还原反应确定原电池。 原电池确定后，根据原电池的正负极，确定电解池的阴极和阳极。 实践应用 1．如图所示，甲池的总反应式为4NH3+3O2=2N2+6H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是 A．该装置工作时，石墨电极上的反应为：4OH- - 4e- = O2 + 2H2O B．甲池和乙池中溶液的pH均减小 C．甲池中负极反应式为2NH3-6e-=N2+6H+ D．当甲池中消耗1.7 g NH3时，乙池中理论上最多产生6.4g固体 【答案】B 【分析】甲池能自发的发生氧化还原反应而作原电池，通入氨的电极为负极，通入氧气的电极为正极，负极反应为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，乙池为电解池，阴极电极反应为Cu2+＋2e-＝Cu、阳极反应为2H2O-4e-=4H++O2↑。 【解析】A．该装置中甲池为原电池，通入O2的电极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑，A错误； B．甲池总反应生成H2O，KOH溶液被稀释，OH-浓度降低，pH减小；乙池为电解池，电解CuSO4溶液时，生成硫酸、铜和氧气，溶液中H+浓度增大，pH减小，两池pH均减小，B正确； C．甲池为碱性环境（KOH溶液），负极NH3失电子生成N2，需结合OH-平衡电荷，正确反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，选项中生成H⁺不符合碱性环境，C错误； D．1.7g NH3（0.1mol）转移电子0.3mol（N从-3→0，1mol NH3转移3mol e-，乙池阴极Cu2+得电子生成Cu，根据电子守恒，生成Cu的物质的量为0.15mol，质量为9.6g，并非6.4g，D错误； 答案选B。 2．是一种常见燃料，利用下图装置可实现肼氧化辅助制氢，下列说法中正确的是 A．电极A为阳极 B．碱性条件下，电极B的反应式为 C．电极C附近溶液pH变小 D．电路中转移时，理论上可生成标准状况下 【答案】B 【分析】由题意可知，利用装置实现肼氧化辅助制氢，则左侧装置为原电池，右侧装置为电解池，外电路电子从右向左移动，电极A处O2转化为OH⁻，O元素化合价降低，发生还原反应，为原电池正极，电极B处转化为N2，N元素化合价升高，发生氧化反应，为原电池负极；电极C连接原电池负极，为电解池阴极，发生还原反应，电极D连接原电池正极，为电解池阳极，发生氧化反应，据此回答问题； 【解析】A．根据分析，电极A为原电池正极，A错误； B．电极B为原电池负极，转化为N2，反应式为，B正确； C．电极C为电解池阴极，发生还原反应，反应式为2H2O+2e⁻=H2↑+2OH⁻，生成OH-使溶液pH增大，C错误； D．转化为N2，每生成1mol N2转移4mol e-，装置中电极B和D均发生氧化反应，电路转移1mol e-时，两电极共生成0.5mol N2，标准状况下体积为11.2L，D错误； 故选B。 3．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。下列有关判断正确的是 A．甲池为原电池，乙池中A（石墨）电极上发生还原反应析出银单质 B．电池工作一段时间后，甲池的pH会增大（忽略溶液体积变化） C．若将CuCl2溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙池中溶液的pH将增大 D．当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中至少需通入消耗0.28 L O2 【答案】C 【分析】甲池为原电池（燃料电池），其中Pt（CH3OH）为负极，Pt（O2）为正极。乙池和丙池串联在燃料电池上，为电解池。其中A电极和C电极连接原电池正极，为阳极；B电极和D电极连接原电池负极，为阴极。 【解析】A．根据分析，甲池为甲醇燃料电池，是原电池；乙池中A电极（石墨）为阳极，发生氧化反应，电极反应式为，不会析出银单质，A错误； B．甲池（原电池）总反应为，反应消耗OH-，溶液碱性减弱，pH减小，B错误； C．丙池若为NaCl溶液，即总反应为电解NaCl溶液：，生成NaOH，溶液pH增大，C正确； D．乙池B极析出Ag：Ag⁺+e⁻=Ag，，转移电子0.05 mol；甲池正极O2~4e⁻，，标准状况下体积0.28 L，但选项未说明标准状况，无法确定体积，D错误； 故答案选C。 3、 电解池的串联电路 多个装置串联且电路中有外接电源。则每个装置都为电解池。根据外接电源的正负极，确定每个装置的阴阳极。 实践应用 1．如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解。 请回答： （1）b、c的电极名称分别为 。 （2）a、c的电极反应式分别为 、 。 （3）电解后，甲、乙装置内溶液的 pH 分别有什么变化？ 。 （4）甲装置电解后，要恢复原溶液，需加入 。 （5）电解CuSO4溶液的离子方程式为 。 【答案】（1）阴极、阳极 （2） （3）甲装置溶液pH减小；乙装置溶液pH增大 （4）或 （5） 【分析】a与电源的正极相连，作电解池的阳极，d与电源的负极相连，作电解池的阴极，a的电极反应式为：，d的电极反应式为：；b为阴极，电极反应式：，c为阳极，电极反应式：；据此回答问题。 【解析】（1）由分析可知，b为阴极，c为阳极； （2）a的电极反应式为：；c为阳极，电极反应式：； （3）甲装置有氢离子生成，溶液pH减小；乙装置生成氢氧根离子，溶液pH增大。 （4）甲溶液中失去，所以需要加入或；乙溶液中失去，所以乙装置需要通入HCl气体； （5）电解硫酸铜溶液的离子方程式为： 2．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式为 。 （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 含铜离子的盐溶液 （2）Ag++e-═Ag （3）电镀 不变 【分析】依据电解精炼的原理是粗铜作阳极，精铜作阴极，含铜离子的电解质溶液进行电解反应，在阴极是溶液中铜离子得到电子生成铜；乙池中Fe极为阴极，阴极阳离子放电； 【解析】（1）电解精炼的原理是粗铜作阳极，精铜作阴极，含铜离子的电解质溶液进行电解反应，在阴极是溶液中铜离子得到电子生成铜，电极反应是Cu2++2e-═Cu； （2）乙池C(石墨)极为电解池的阳极，Fe极为阴极，阴极阳离子放电，则Fe上银离子得电子生成银单质，其电极反应为：Ag++e-═Ag； （3）若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为电镀装置，阴极反应为Ag++e-═Ag，阳极反应是Ag-e-=Ag+，电解一段时间后，溶液的浓度不变； 3. 如图所示装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的浓度和体积都相同(假设通电前后溶液体积不变)，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。回答下列问题： （1）B极是电源的 极；一段时间后，装置丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明胶粒带 (填“正”或“负”)电荷。 （2）①电解饱和NaCl溶液的总反应化学方程式为 。 ②若C、F两电极共产生标准状况下6.72L的气体，则D电极的质量增加 g。 （3）若在丙池中进行铁制品表面镀镍，电镀液用硫酸镍溶液，则镍应为 电极(填“G”或“H”)。通电一段时间后，欲使甲装置中电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的 [填“CuO”“”或“”]。 【答案】（1）负 正 （2） 12.8 （3）G CuO 【分析】将直流电源接通后，F极附近溶液呈红色，说明F极附近溶液显碱性，氢离子在该电极放电，所以F是阴极，可得出D、F、H和Y均为阴极，C、E、G和X均为阳极，A极是电源的正极，B极是电源的负极。 【解析】（1）F极附近溶液呈红色，说明F极附近溶液显碱性，氢离子在该电极放电，所以F是阴极，则B极是电源的负极；在丁池中，Y极是阴极，该电极附近颜色逐渐变深，根据异性电荷相互吸引，说明氢氧化铁胶体粒子带正电荷，故答案为负；正； （2）①电解饱和NaCl溶液生成氢气、氯气、氢氧化钠，总反应化学方程式为。 ②若C和F两电极共产生标准状况下6.72L（即0.3mol）的气体，由C、D、F电极发生的电极反应分别为，，根据转移电子数相等，C电极产生的气体是F电极的，故0.3mol气体中有，，转移的电子数为0.4mol，故D电极增加12.8g铜。 （3）电镀装置中，镀层金属作阳极，镀件作阴极，所以电极G为镍，电极H为铁件。在甲池中，电解硫酸铜溶液的总反应为，产生铜和氧气，故使其恢复到起始状态需要加入适量的CuO。 考点一 交换膜的应用 【例1】某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是 A．充电时，左边电极的电势低于右边 B．充电总反应： C．放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧 D．放电时，若有通过质子交换膜，则负极棒增重 【答案】A 【分析】该原电池工作时，Pb/PbSO4电极为负极，Pb失电子生成PbSO4，负极反应式为Pb-2e-+=PbSO4；多孔碳电极为正极，正极反应式为Fe3++e-=Fe2+，放电总反应为Pb++2Fe3+=PbSO4+2Fe2+。充电时为电解池，原电池负极接电源负极、作阴极；正极接电源正极、作阳极，阴、阳极电极反应式与负、正极反应式相反，据此分析解答。 【解析】A．由上述分析可知：放电时Pb/PbSO4电极为负极，多孔碳电极为正极。充电时左边电极为阴极，右边多孔碳电极为阳极，由于阳极电势高于阴极，因此左边电极的电势低于右边，A正确； B．根据上述分析可知：放电总反应为Pb++2Fe3+=PbSO4+2Fe2+，则充电时总反应为PbSO4+2Fe2+= Pb++2Fe3+，B错误； C．放电时阳离子H+移向负电荷较多的正极，即左侧H+通过质子交换膜移向右侧，C错误； D．放电时负极反应式为：Pb-2e-+=PbSO4。放电时，若有0.2 mol H+通过质子交换膜，则电路中转移电子的物质的量是0.2 mol，根据电极反应式可知当电路中转移0.2 mol电子时，负极上有0.1 mol Pb被氧化反应变为0.1 mol PbSO4，则负极棒质量会增重△m(负极)=0.1 mol×96 g/mol=9.6 g，D错误； 故合理选项是A。 解题要点 质子交换膜只允许H+通过，默认所处的环境为酸性环境。 阳离子交换膜表示只允许阳离子通过。 双极膜表示将水解离成H+和OH-向不同的方向移动 【变式1-1】利用电解原理电解含乙醛的废水制备乙醇和乙酸不仅能减少污染，还能回收利用资源，其原理如图所示（图中双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场的作用下分别向两极迁移）。下列说法正确的是 A．M电极上发生氧化反应 B．双极膜中的H＋移向N极 C．M电极上发生的反应为 D．电路中通过2mole－时，N电极上产生11.2LO2 【答案】C 【分析】M电极乙醛被还原为乙醇，M是阴极；N电极水发生氧化反应生成氧气，N是阳极，则直流电源的a是负极、b是正极。 【解析】A．M电极乙醛被还原为乙醇，M电极上发生还原反应，故A错误； B．M是阴极、N是阳极，阳离子向阴极移动，则双极膜中的H＋移向M极，故B错误； C．M电极乙醛被还原为乙醇，发生的反应为，故C正确； D．N电极水发生氧化反应生成氧气，电路中通过2mole－时， N电极上产生0.5mol氧气，没有明确是否为标准状况，生成氧气的体积不一定是11.2L，故D错误； 选C。 【变式1-2】一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法正确的是 A．交换膜应当选择阳离子交换膜 B．K与b连接时，电极A的质量相比于K与a相连时，质量会减轻 C．K与b连接时，电极B上发生的反应为 D．电极K与b连接时，电极A发生还原反应 【答案】B 【分析】由题干信息可知，将开关K先与a连接后则电极B为阳极，电极反应为，电极A为阴极，电极反应为：，一段时间后右侧溶液中浓度增大，而左侧溶液中浓度减小，为了保持的浓度差必须保证不能通过半透膜，故交换膜是阴离子交换膜，一段时间后与b连接，电极A为负极，电极反应为：，电极B为正极，电极反应为：，据此分析解题。 【解析】A．由分析可知，交换膜应当选择阴离子交换膜，阻止阳极通过以保证两侧溶液中有浓度差，A错误； B．K与b连接时，形成原电池，电极A为负极，电极反应为：，电极质量减轻；K与a连接时，A为阴极，电极反应为：，质量增加；B正确； C．由分析可知，K与b连接时，电极B为正极，电极反应为：，C错误； D．K与b连接时，形成原电池，电极A为负极，电极A发生氧化反应（Cu失电子），D错误； 故选B。 考点二 pH的变化 【例2】电解饱和食盐水(石墨作电极)时，阴极附近溶液的 pH 变化是 A．不变 B．减小 C．增大 D．先减小后增大 【答案】C 【解析】电解饱和食盐水时，阳极（Cl-放电生成Cl2）和阴极（H+放电生成H2）反应分别为： 阳极：； 阴极：； 阴极附近H+被消耗，OH⁻浓度增加，溶液碱性增强，pH增大。由于溶液为饱和食盐水，NaCl会持续溶解补充Cl⁻和Na+，但阴极的OH⁻积累导致pH升高； 故选C。 解题要点  溶液中不停产生H+或不停消耗OH-则pH减小。 溶液中不停消耗H+或不停产生OH-则pH增大。 当溶液中消耗水或者生成水时需要根据电解质溶液的性质来判定溶液pH值的变化。 【变式2-1】工业上用电解法处理酸性含铬废水(主要含有)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：，最后以形式除去。下列说法中错误的是 A．b电极的电极反应式为 B．电解过程中有沉淀生成 C．电解过程中废水的pH不发生变化 D．电解结束后，若要检验电解液中是否还有存在，则可选用溶液 【答案】C 【解析】A．b电极为阳极，铁为活性电极，铁板作阳极时电解过程中电极本身失电子，电极反应为：，A选项正确； B．a电极为阴极，发生还原反应，溶液中的氢离子得电子生成氢气，氢离子浓度减少，铁离子水解生成沉淀，B选项正确； C．由总反应可知处理过程中消耗氢离子，溶液酸性减弱，溶液pH增大，C选项错误； D．]溶液可以检验的存在，生成蓝色沉淀，D选项正确； 故选C。 【变式2-2】如图所示，A、B、C、D、E、F均为石墨电极，甲池与乙池中溶液的体积和浓度均为。按图示接通电路，反应一段时间后，检测到电路中通过，烧杯a中溶液变蓝。下列说法正确的是 A．M为电源负极 B．忽略体积变化，甲池中溶液的 C．烧杯b中溶液颜色变为浅红色 D．C极与E极产生的气体质量差为0.55g 【答案】D 【分析】该装置为电解池，根据a中的现象可以判断C极产生氯气，则C极发生氧化反应，为电解池的阳极，由此可知D为阴极，甲池中A为阳极，B为阴极，乙池中E为阳极，F为阴极，所以M为电源正极，则N为电源负极，以此解题。 【解析】A．烧杯a中溶液变蓝，说明C极产生的是Cl2，发生氧化反应，为阳极，M为电源的正极，A项错误； B．通过，由A极电极反应式2H2O-4e-=O2↑+4H+，可知溶液中产生0.02molH+，忽略溶液体积的变化，c(H+)=0.1mol/L，pH=1，B项错误； C．由选项A分析可知，M为正极，则N为负极，则D为阴极，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，氢气进入烧杯D，和其中的碘化钾不反应，则其颜色不会变，C项错误； D．C极为阳极，电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，E极电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，当转移，则生成0.01mol氯气，质量为0.71g，同时生成0.005mol氧气，质量为0.16g，两极产生气体质量差为0.55g，D项正确； 故选D。 考点三 电解池的计算 【例3】完全电解0.1mol/LAgNO3(水的体积变化忽略不计)，所得溶液pH为 A．1 B．2 C．3 D．5 【答案】A 【解析】电解硝酸银溶液生成银、硝酸和氧气，反应的化学方程式为4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑，则电解VL0.1mol/L硝酸银得到硝酸溶液中氢离子浓度为=0.1mol/L，则溶液的pH为1，故选A。 解题要点 抓住电极上得失电子守恒，并且根据信息进行求解。 【变式3-1】设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．氢氧燃料电池正极消耗22.4 L气体时，负极消耗的气体分子数目为2NA B．用惰性电极电解饱和食盐水，若阴极产生35.5g气体，则线路中通过NA个电子 C．电解精炼铜时，若阴极得到电子数为2NA个，则阳极质量减少64g D．用惰性电极电解稀硫酸的过程中，溶液的质量每减少3.6g转移电子数为0.4NA 【答案】D 【解析】A．未指明气体是否处于标准状况，22.4 L气体不一定为1 mol，无法确定负极消耗的气体分子数，A错误； B．电解饱和食盐水时，阴极产生H2，35.5 g H2的物质的量为=17.75 mol，则转移电子数为17.75 mol×2=35.5 mol，与电子数NA不符，B错误； C．电解精炼铜时，阳极溶解的金属可能含杂质，即电极反应有：Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+、Cu-2e-=Cu2+，则实际溶解的铜少于1 mol，质量减少不等于64g，C错误； D．电解稀硫酸时，相当于电解水，则减少3.6 g(相当于生成0.2 mol H2和0.1 mol O2)对应转移0.4 mol电子，即0.4NA，D正确； 故答案为D。 【变式3-2】一种基于氯碱工艺的新型电解池如图，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，每消耗80 g ，理论上阳极室溶液质量的变化正确的是 A．增加69 g B．减少138 g C．减少175.5 g D．减少106.5 g 【答案】C 【分析】左侧电极为阴极，发生还原反应，在碱性条件下转化为Fe，从而实现冶铁，电极反应为；右侧电极为阳极，溶液为饱和食盐水，放电产生氯气，电极反应为；中间为阳离子交换膜，Na+由阳极向阴极移动。 【解析】80 g 物质的量为0.5 mol，根据，阴极反应共转移3 mol电子；阳极Cl-放电：，生成1.5 mol Cl2（质量为106.5g）；同时，3 mol Na+通过阳离子交换膜移向阴极（质量为69 g），故总质量为减少106.5 g+69 g=175.5 g，故选C。 基础达标 1．利用金属活动性的不同，可以采取不同的冶炼方法冶炼金属。下列反应所描述的冶炼方法不可能实现的是 A．2AlCl3(熔融)2Al＋3Cl2↑ B．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 C．Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu D．2KCl(熔融)2K＋Cl2↑ 【答案】A 【分析】金属冶炼的主要方法有：①热分解法：对于不活泼的金属，可直接加热分解的方法制备（Hg及后面的金属）；②热还原法：在金属活动顺序表中间位置的金属，通常用热还原法冶炼（Zn~Cu）；③电解法：活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融金属化合物的方法制备（K、Ca、Na、Mg、Al），Mg采用电解氯化镁，Al采用电解氧化铝。 【解析】A．氯化铝是共价化合物，铝是活泼金属，通过电解熔融氧化铝冶炼，故A符合题意； B．铁是位于金属活动顺序表中间位置的金属，通常用热还原法冶炼，故B不符合题意； C．铁可以置换出硫酸铜中的铜，故C不符合题意； D．钾是活泼金属，采用电解熔融氯化钾冶炼金属钾，故D不符合题意； 故选A。 2．一种基于氯碱工艺的节能新工艺是将电解池与NO—空气燃料电池相结合，可用于湿法冶铁的研究，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．a极为阳极，发生氧化反应 B．阴极区溶液的保持不变 C．d极为负极，其电极反应式为 D．理论上每生成气体，可得到2.8gFe 【答案】C 【分析】NO-空气燃料电池中，通入NO的多孔碳棒d电极为负极，通入O2的多孔碳棒c电极为正极，则b电极为阳极，b电极的电极反应：，a电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应：，中间为阳离子交换膜，Na+由阳极移向阴极，据此分析判断。 【解析】A．结合分析可知，b极为阳极，发生氧化反应，A错误； B．结合分析可知，a电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应：，阴极区溶液中浓度逐渐升高，pH增大，B错误； C．结合分析可知，d为负极，该电极NO失去电子，生成硝酸，电解质溶液为酸性，电极反应为：，C正确； D．结合分析可知，X为氯气，则每生成气体，转移电子，结合阴极电极反应式可知，此时可以生成，质量为，D错误； 故选C。 3．为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．1完全水解生成氢氧化铝胶体粒子的数目为 B．同温同压下，相同体积的氮气和氦气所含的原子数相等 C．电解熔融，阴极增重6.4g，外电路中通过电子的数目为 D．和于密闭容器中充分反应后，容器中分子总数为 【答案】D 【解析】A．氢氧化铝胶体粒子是很多分子的集合体，不能计算胶体粒子数值，A错误； B．氮气为双原子分子，氦气为单原子，同温同压下，相同体积的氮气所含的原子数是氦气的2倍，B错误； C．电解熔融CuCl2，阴极电极反应式为Cu2++2e-=Cu，阴极增重6.4g，即生成0.1molCu，外电路中通过电子的数目为0.2NA，C错误； D．氢气和碘反应前后分子数不变，所以0.1mol H2和0.1mol I2于密闭容器中充分反应后，其分子总数为0.2NA，D正确； 故答案为D。 4．下列有关四个常用电化学装置的叙述中，正确的是 图Ⅰ 银锌纽扣电池 图Ⅱ 铅-硫酸蓄电池 图Ⅲ 电解精炼铜 图Ⅳ 碱性锌锰电池 A．图Ⅰ所示电池中，是氧化剂，在电池工作过程中被还原为Ag B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大 C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中始终不变 D．图Ⅳ所示电池中，二氧化锰的作用是催化剂 【答案】A 【解析】A．图Ⅰ为银锌纽扣电池，总反应为。中为价，反应后生成为0价，元素化合价降低，得电子被还原，A正确； B．图Ⅱ为铅蓄电池放电过程，总反应为。反应消耗且生成水，硫酸浓度应减小，B错误； C．图Ⅲ为电解精炼铜，阳极（粗铜）中、等活泼杂质优先于失电子溶解，阴极仅得电子析出，阳极溶解的量少于阴极析出量，电解质溶液中减小，C错误； D．图Ⅳ为碱性锌锰电池，总反应为。中为价，反应后生成中为价，元素化合价降低，得电子被还原，作氧化剂，不是催化剂，D错误； 故答案选A。 5．电解法能同时处理含多种有害物质的废水，以提高处理效率。下图双极膜电解池装置通过电解产生具有极强氧化能力的羟基自由基，处理含苯酚废水和含甲醛废水。下列说法正确的是 A．M极连接电源正极，电极反应式： B．双极膜中解离出的透过膜a向N极移动 C．每处理1.5g甲醛，理论上消耗双极膜中 D．通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成的物质的量之比为 【答案】C 【分析】M电极通入，发生反应生成自由基，反应式为，M作阴极连接电源负极，N为阳极连接电源正极。 【解析】A．M电极通入，发生反应生成自由基，反应式为，M作阴极连接电源负极，A错误； B．N为阳极，电解时阴离子向阳极移动，所以透过膜a向N极移动，B错误； C．甲醛为，生成转移电子，消耗双极膜中，C正确； D．甲醛生成转移电子，苯酚生成转移电子，理论上苯酚和甲醛转化生成物质的量之比为，D错误； 故答案为C。 6．利用如图所示装置，当X、Y选用不同材料时，可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是 A．氯碱工业中，X、Y均为石墨，X附近能得到氢氧化钠溶液 B．铜的精炼中，X是纯铜，Y是粗铜，Z是CuSO4 C．电镀工业中，X是待镀金属，Y是镀层金属 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 【答案】D 【分析】由图可知，X极连接电源的正极，作阳极，Y极连接电源的负极，作阴极。 【解析】A．氯碱工业中，Y极为阴极，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，Y附近能得到氢氧化钠，故A错误； B．铜的电解精炼中，粗铜作阳极(X极)，纯铜作阴极(Y极)，故B错误； C．电镀工业中，镀件作阴极(Y极)，镀层金属作阳极(X极)，故C错误； D．电解熔融的氯化镁制取金属镁，所以制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁，故D正确； 答案选D。 7．某同学欲完成反应：2HCl+2Ag=2AgCl+H2↑，设计了下列四个实验，你认为可行的是 【答案】C 【解析】电解池中阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，根据电解总反应方程式可知：Ag元素化合价升高，发生氧化反应，故Ag与电源正极相连，电解质为盐酸，阴极氢离子得电子生成氢气，发生还原反应，满足条件的为C。 答案选C。 8．工业上利用电解含Co（Ⅱ）的水溶液制备金属Co和的装置如图。下列说法正确的是 A．Co电极应连接电源的正极 B．“电解”时石墨电极的电极反应为 C．膜Ⅰ和膜Ⅱ分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜 D．溶液浓度的大小： 【答案】B 【分析】工业上利用电解含Co（Ⅱ）的水溶液制备金属Co和，根据电解装置图可知，得电子生成Co，则Co电极为阴极，石墨电极为阳极。 【解析】A．根据分析，图中Co电极为阴极，应连接电源的负极，A错误； B．电解时石墨电极为阳极，失电子生成和，依据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒，可得电极反应为，B正确； C．阳极生成的透过膜Ⅰ进入中，在阴极得电子生成Co，则透过膜Ⅱ进入中，因此膜Ⅰ为阳离子交换膜，膜Ⅱ为阴离子交换膜，C错误； D．阳极生成的透过膜Ⅰ进入中，阴极区透过膜Ⅱ进入中，则溶液浓度增大，因此溶液浓度的大小：，D错误； 答案选B。 9．燃煤烟气脱硫脱氮对解决雾霾污染很重要。下图是一种电化学烟气净化装置。 （1）该装置工作时电极I为___________极。 A．正极 B．负极 C．阴极 D．阳极 （2）写出该电极上的反应方程式 。 【答案】（1）D （2） 【分析】根据电化学烟气净化装置可知，和NO反应最终转化为，则中S元素化合价升高，发生氧化反应，电极I为阳极，电极Ⅱ为阴极。 【解析】（1）根据分析，电极I为阳极，答案选D。 （2）根据分析，电极I中发生氧化反应生成，则该电极上的反应方程式为。 10．研究化学反应中的能量变化对生产、生活有重要意义。回答下列问题： （1）氢能是极具发展潜力的清洁能源。298K时，燃烧生成水蒸气放热，液态水蒸发吸热44kJ。表示燃烧热的热化学方程式为 。 （2）可用电解法由氮气直接制备硝酸，同时产生氢气，原理如图甲。 ①电极a上的电极反应式为 。 ②每生成4mol硝酸，通过“质子交换膜”的为 mol。 （3）我国科学家设计了一种草酸和偶联生产甘氨酸，装置如图乙，图中双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。 ①电解一段时间后，阳极区溶液pH (填“增大”、“减水”或“不变”)。 ②阴极的电极反应式为 。 ③理论上生成1mol甘氨酸，双极膜中有 mol水解离。 【答案】（1）   （2） 20 （3）减小 6 【解析】（1）燃烧热是在101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量；298K时，（为1mol）燃烧生成1mol水蒸气放热，液态水蒸发吸热44kJ，则气态水液化放热44kJ，故（为1mol）燃烧生成1mol液态水放热+44kJ=286kJ，故燃烧热的热化学方程式为：  ； （2）①由图，电极a上氮气失去电子发生氧化反应生成硝酸根离子，电极反应式为。 ②a极反应为，每生成2mol硝酸转移10mol电子，则每生成4mol硝酸会转移20mol电子，b极反应为，则通过“质子交换膜”的为20mol。 （3）①由图，该装置为电解池，左侧为阴极、右侧为阳极；阳极反应为甲醛失去电子被氧化为甲酸根离子，同时生成氢气：，电解一段时间后，阳极区溶液消耗氢氧根离子，则pH减小； ②由图，阴极的电极反应式为、得到电子发生还原反应生成和水，反应为：。 ③由阴极反应，理论上生成1mol甘氨酸，需要消耗6mol氢离子，则双极膜中有6mol水解离。 综合应用 11. 一种无膜电合成碳酸乙烯酯()的工作原理如图。下列说法正确的是 A．电源a极为负极 B．反应中的物质的量不断减少 C．总反应为 D．“反应Ⅱ”为 【答案】C 【分析】根据图中信息可知，电合成装置左边电极发生氧化反应，右边电极发生还原反应，即可判断电源a极为正极、电源b极为负极，据此解答。 【解析】A．由分析可知，电源a极为正极，A错误； B．从整个反应过程来看，在电极a转化为Br2后，又经反应I、Ⅱ等量产生（反应I为：），故的物质的量未发生变化，B错误； C．以整个电解池为研究对象，反应物为C2H4、CO2和H2O，生成物为C3H4O3和H2，总反应为，C正确； D．“反应Ⅱ”反应物为CO2和BrCH2CH2OH，生成物为C3H4O3和，题干中“无膜”及图中阴极产生OH-可知，“反应Ⅱ”是在碱性介质中进行，故“反应Ⅱ”应为，D错误； 故选C。 12. 石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充放电电池，其反应式为LixC6＋Li1-xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如下图所示。下列关于该电池的说法正确的是 A．充电时，Li＋嵌入LiCoO2中 B．放电时，LiCoO2极发生的电极反应为：LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2＋xLi＋ C．放电时负极反应可表示为：LixC6 -ye-=yLi＋ + Li(x-y)C6 D．充电时，若转移x mol e-，石墨烯电极增重7 g 【答案】C 【解析】A．充电时为电解池，阴极（石墨烯电极）反应为，Li+嵌入石墨烯中，A错误； B．放电时为原电池，LiCoO2是正极产物，正极反应为，B错误； C．放电时负极（LixC6）发生氧化反应，Li失去电子生成Li+，若失去y个电子，可表示为，C正确； D．充电时石墨烯电极为阴极，反应为，转移x mol e⁻时嵌入x mol Li，增重7x g，D错误； 故选C。 13. 利用如图装置进行“铁件镀铜”实验，观察到阴极表面产生无色气体，一段时间后，气体减少，表面有红色固体，经检验，电解液中有Fe2+。下列分析或说法不正确的是 A．阴极表面产生气体的反应可能为2H++2e- = H2↑ B．Cu覆盖在Fe电极表面，导致气体减少 C．向电解后的溶液中滴加KSCN溶液，不会变成血红色 D．电镀完成后，阳极减少的质量等于阴极增加的质量 【答案】D 【分析】该装置为电解池，Cu作阳极，电极反应为：Cu-2e-=Cu2+，Fe作阴极，根据题意，阴极表面产生无色气体，说明发生了反应2H++2e-=H2↑，Cu2+氧化性强于H+，故电极反应为：Cu2++2e-=Cu，2H++2e-=H2↑，经检验，电解液中有Fe2+，说明阴极上有Cu析出，可与Fe形成局部原电池反应，正极反应为：2H++2e-=H2↑，负极反应为：Fe-2e-=Fe2+，则Cu覆盖Fe表面越多，该电池反应越弱。 【解析】A．根据分析，阴极表面产生气体的反应可能为2H++2e- = H2↑，A正确； B．根据分析，一段时间后，气体减少，表面有红色固体，即Cu覆盖在Fe电极表面，导致气体减少，B正确； C．根据分析，电解液中有Fe2+，故向电解后的溶液中滴加KSCN溶液，不会变成血红色，C正确； D．根据分析，阳极电极反应为：Cu-2e-=Cu2+，阴极电极反应为：Cu2++2e-=Cu，2H++2e-=H2↑，根据电子守恒可知，电镀完成后，阳极减少的质量大于阴极增加的质量，D错误； 故选D。 14. 利用有机电化学合成1，2-二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)的装置如图所示。若该装置工作时中间室NaCl溶液的浓度通过调整保持不变，电解时阴极生成气体的速率为x mol·h-1，下列说法错误的是 A．CuCl可循环使用，不需要一直补充 B．Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ为阳离子交换膜 C．合成室内发生的反应为CH2=CH2+2CuCl2→CH2ClCH2Cl+2CuCl D．中间室补充NaCl的速率为2x mol·h-1 【答案】B 【解析】A．合成室中CuCl2与乙烯反应生成CuCl，CuCl进入阳极区被氧化为CuCl2后循环回合成室，故CuCl可循环使用，无需补充，A正确； B．阴极（M极）生成OH-，需中间室Na+通过阳离子交换膜Ⅰ进入阴极室平衡电荷；阳极（N极）CuCl氧化为CuCl2需Cl-，中间室Cl-通过阴离子交换膜Ⅱ进入阳极室。因此Ⅰ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，B错误； C．合成室中乙烯与CuCl2发生加成反应，乙烯（CH2=CH2）中的双键打开，与Cl结合生成1，2-二氯乙烷，CuCl2被还原为CuCl，反应式为CH2=CH2+2CuCl2→CH2ClCH2Cl+2CuCl，C正确； D．阴极生成x mol/h H2，转移电子2x mol/h。为平衡电荷，中间室2x mol Na+通过Ⅰ移向阴极，2x mol Cl-通过Ⅱ移向阳极，故需补充2x mol/h NaCl维持浓度，D正确； 故答案选B。 15. 杭州亚运会主火炬塔的燃料首次使用甲醇燃料，这是人类历史上第一次实现再生、零碳甲醇点燃亚运主火炬，也是大型体育赛事首次使用燃烧高效、排放清洁、可再生、运输便捷的甲醇燃料，充分体现杭州亚运会“绿色、智能、节俭、文明”的办赛理念。 Ⅰ．氧化和还原是认识物质性质、分析化学变化的重要视角之一，对生产、生活乃至生命活动中有着十分重要的作用。 1. 下列物质间的转化，需要加入氧化剂才能实现的是_______。 A． B． C． D． 2. 下列溶液中的离子因发生氧化还原反应而不能大量共存的是_______。 A．、、、 B．、、、 C．、、、 D．、、、 3. 工业上利用NaIO3和NaHSO3反应来制取单质I2 （1）配平下列离子方程式并利用单线桥法标出电子转移方向和个数 。 （2）已知：、、、和一些未知物组成的一个氧化还原反应，其中是氧化产物，该反应中还原性 (填“>”或“<”)。 Ⅱ．本次亚运会火炬燃料甲醇是利用焦炉气中的氢气(H2)与从工业尾气中捕集的二氧化碳(CO2)合成，并由远程甲醇动力重卡提供运输保障。 4. 甲醇可作为燃料使用，也可用CH3OH和O2组合形成质子交换膜燃料电池(酸性环境)，其结构示意图如图所示： （1）电池总反应为：，则c电极的反应方程式 。 （2）下图是一个电化学过程的装置示意图。已知甲池的总反应式为： a．甲池是 (填“原电池”或“电解池”)，通入O2的电极作 极；一段时间后发现丙池 (填“阴极”或“阳极”)附近有白色浑浊出现。 b．当乙池中Ag电极的质量增加5.40 g时，乙池回路中转移电子总数为 。 【答案】1．A 2．AD 3． > 4． 原电池 正极 阴极 0.05NA 【解析】1．氧化剂使被氧化物价态升高，A中N原子由-3价到+2价被氧化，B中Fe原子从+3价到0价，被还原，C中Cl原子从+5价到0价，被还原，D中S原子从+6价到+4价，被还原，故需要氧化剂的为A选项。 2．A中Fe2+与发生氧化还原反应不能共存，B中若溶液为酸性，Fe2+与发生氧化还原反应不能共存，若溶液为碱性，Fe2+，Al3+生成沉淀不能共存，发生非氧化还原反应，C中Al3+与OH-反应生成偏铝酸根不能大量共存，但为非氧化还原反应，D中与ClO-发生氧化还原反应而不能共存，故选AD。 3． ①； ②因为硫酸根为氧化产物，所以I-为还原产物，将I2还原生成I-，所以的还原性比I-强。 4．①c电极失电子，发生氧化反应，电极方程式为；②甲池为原电池，通入甲醇的电极为负极；③通入氧气的电极为正极；④乙池与丙池均为电解池，丙池右边的Pt电极为阴极，发生反应，所以阴极生成白色沉淀Mg(OH)2；⑤根据电子流向，b池Ag电极得到电子，为阴极，发生反应增加质量为5.4 g银，其物质的量为，根据电极反应式，回路转移电子总数为0.05NA。 拓展培优 16. 使用惰性电极及阳离子交换膜和阴离子交换膜电解磷酸钠溶液同时制备氢气、氧气、氢氧化钠溶液和磷酸溶液四种产品。是气体出口，下列说法错误的是 A．电极材料分别为石墨棒和铁棒 B．两口开始时分别输入稀磷酸溶液和稀氢氧化钠溶液 C．口输出的溶液，反应生成溶质的物质的量比为 D．若G口输入次磷酸钠溶液，则A口输出的是次磷酸溶液 【答案】A 【分析】电解磷酸钠溶液同时制备氢气、氧气、氢氧化钠溶液和磷酸溶液四种产品，结合题图可知，左侧为阳极区，右侧为阴极区，G口输入磷酸钠溶液，阳极区水电解生成氧气和H+()，阴极区水电解生成氢气和OH-()，阳极区生成的H⁺与移入的结合生成H3PO4，阴极区生成的OH-与移入的钠离子结合生成NaOH。 【解析】A．题目明确使用惰性电极，铁棒为活性电极，若b电极为铁棒，阴极虽主要是H⁺放电，但题目要求“惰性电极”，故b电极不能为铁棒，A错误； B．由分析可知，阳极区的产物为H3PO4，阴极区的产物为NaOH，两口开始时分别为稀磷酸溶液和稀氢氧化钠溶液，可增强溶液的导电性，B正确； C．A口输出H3PO4，B口输出NaOH，由于电荷守恒，当电路中转移3 mol 电子时，有1 mol 穿过阴离子交换膜与H+结合生成1 mol H3PO4，同时，有3 mol Na+穿过阳离子交换膜与OH-结合生成3 mol NaOH，故生成H3PO4与NaOH的物质的量比为1:3，C正确； D．若G口输入次磷酸钠（NaH2PO2）溶液，次磷酸根（）穿过阴离子交换膜进入阳极区与H＋结合生成次磷酸（H3PO2），则A口输出次磷酸溶液，D正确； 故答案选A。 17. 模拟海水淡化，并获得浓盐酸和浓NaOH溶液。双极膜组合电解装置示意图如图。阳极、阴极区溶液分别为稀NaOH、稀盐酸。双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜构成，在直流电场的作用下，双极膜间解离成和，并向两极迁移。下列说法错误的是 A．X极是阳极 B．Y极产生1 mol H2时，双极膜有2 mol H2O发生解离 C．电解后在a出口可获得较浓的盐酸，b出口得到淡水 D．电解过程中阳极区溶液中的n(OH-)变小 【答案】D 【分析】X极为阳极，产生氧气，H2O被氧化产生O2与H+，H+移动到a区产出盐酸，Y极发生水被氧化，生成H2和OH-，OH-移动到c区产出NaOH。 【解析】A．X极产生O2，电解池中阳极发生氧化反应生成O2，故X极是阳极，A正确； B．Y极产生H2，阴极反应为2H++2e-=H2↑，生成1 mol H2转移2 mol电子。双极膜解离出的H⁺向阴极迁移，1 mol H2需2 mol H+，则双极膜需解离2 mol H2O（1 mol H2O提供1 mol H+），B正确； C．a隔室：左侧双极膜解离的H+向右迁移进入a，阴膜允许Cl-从NaCl溶液（b隔室）向左进入a，H+与Cl-结合形成浓盐酸；b隔室为NaCl溶液，Cl-向左通过阴膜、Na+向右通过阳膜，离子减少，故b出口为淡水，C正确； D．阳极区（X极区）初始为稀NaOH，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O（消耗OH-），左侧双极膜解离的OH-向阳极迁移补充（迁移OH-量=电子转移量=消耗OH-量），故n(OH-)不变，D错误； 故选D。 18. 如图所示为某变化的电化学过程。已知：Ni-YSZ电极上同时生成和，且二者在常温常压下的体积比为1:2，下列说法不正确的是 A．电极电势：a＞b B．阴极的电极反应式为 C．电解质可能是熔融态物质 D．当电路中有1 mol 移向Ni-YSZ电极时，理论上会有2 mol生成 【答案】D 【解析】A．电解池中阴离子（）移向阳极，图中移向Ni-YSZ电极，则Ni-YSZ为阳极，连接电源正极（a），Ni电极为阴极，连接电源负极（b）。正极电势高于负极，故电极电势a＞b，A正确； B．阴极发生还原反应，图中Ni电极生成C，中C为+4价，得电子生成0价C，电极反应式为，电荷、元素守恒，B正确； C．电解质中存在，水溶液中会与水反应，故电解质可能为熔融态物质（如熔融金属氧化物），C正确； D．Ni-YSZ为阳极，阳极反应为（生成和的物质的量比1:2）。由反应式可知，2 mol⁻参与反应生成2 mol ，即1 mol 移向阳极时生成1 mol ，而非2 mol，D错误； 故答案选D。 19. 电化学原理在生产、生活中应用广泛。请回答下列问题。 （1）用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示。 ①电极Y为 (填“正极”或“负极”)。 ②电极X上的反应式为 。 ③电极Y上每消耗(标准状况)，由M室进入N室的有 mol。 （2）锂钒氧化物二次电池具有成本低、无污染等优点，其工作原理可表示为；用该电池电解含镍酸性废水可得到单质镍，装置如图所示。 ①锂钒氧化物二次电池放电时，正极反应式为 ，充电时B电极应与直流电源的 (填“正极”或“负极”)相连。 ②锂钒氧化物二次电池不能使用水溶液作为电解液，原因是 。 ③电解池工作时，a室中溶液的浓度 (填“增大”“减小”或“不变”)。 ④已知：金属活泼性顺序。若含镍酸性废水中含有、、、等杂质，则沉积在镍棒上的镍中主要含有的杂质为 。 【答案】（1）正 0.02 （2） 负极 锂单质能与水发生反应 减小 、 【解析】（1）图中为燃料电池，通氧气的电极Y为正极，正极反应式，则电极X为负极，乙醇放电生成乙酸，电极反应式为：，当消耗氧气时，转移电子为，则转移氢离子为； （2）①由总反应式可知，放电时正极反应物得电子，电极反应式为：；B电极为电池的负极，充电时应与电源负极相连； ②因为锂单质能与水发生反应，因此，锂钒氧化物二次电池不能使用水溶液作为电解液； ③电解池工作时，a极的电极反应式为,同时有通过阳离子交换膜进入b室，因此溶液的浓度减小； ④根据金属活泼性顺序，、在阴极放电，成为单质镍上的杂质。 20. ．按要求回答下列问题。 （1）肼燃烧的能量变化如下图所示，热化学方程式为  ，该反应中能量 kJ。 （2）已知：键能是指化学键形成时放出的能量或化学键断裂时吸收的能量。根据键能数据计算的反应热 。 化学键 C—H C—F H—F F—F 键能() 414 489 565 155 ．乙醇是一种重要的化工原料和新型燃料。回答下列问题： （3）图中甲装置的正极反应式为 ；电池工作一段时间后，甲中KOH溶液的pH (填“增大”、“不变”或“减小”)。 （4）若利用乙装置精炼铜，则A为 (填“粗铜”或“精铜”)；若利用乙装置在铁钥匙上镀铜，则铁钥匙应在 极(填A或B)。 （5）若A、B、C、D均为石墨，W溶液为饱和氯化钠溶液： ①丙装置中的总化学方程式为 。 ②工作一段时间后，向乙装置中加入0.005 mol 后恰好使电解质溶液复原。工作中丙装置D电极上生成气体的体积(标况下)为 mL。 【答案】（1）2254 （2） （3）O2+4e-+2H2O=4OH- 减小 （4）粗铜 B （5）2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ 112 【解析】（1）由，可得E=2254 kJ。 （2）由反应物总键能−生成物总键能，可得算式。 （3）①装置甲为燃料电池，通乙醇一极为负极，通氧气一极为正极，电解液呈碱性。正极电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-； ②负极电极反应式为，当正负极都转移12个电子时，正极得到12个氢氧根，负极消耗16个氢氧根，消耗的大于生成的氢氧根，所以其pH会减小。 （4）①图中甲中氧气为正极，图乙中的A电极与正极相连，作阳极，则B电极作阴极。在精炼铜中，精铜作阴极，粗铜作阳极，所以与A相连的是粗铜； ②在电镀中，镀件作阴极，镀层金属作阳极，所以铁钥匙应与B相连。 （5）①装置丙中两电极均为惰性电极，电解液为饱和食盐水，氯离子会在阳极放电产生氯气，水中的氢氧根离子在阴极放电产生氢气，使电解液呈碱性，其电解总方程式为：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑； ②向乙装置中加入0.005 mol CuCO3后恰好使电解质溶液复原，则0.005 mol CuCO3分解成0.005 mol CuO和0.005 mol CO2，也即相当于有0.005 molCu原子得到电子，共得电子0.01 mol，在丙装置D电极上，发生反应，则生成的H2的物质的量为0.005 mol，在标况下的体积为0.005 mol×22.4 L/mol=0.112 L=112 mL。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $