第26讲 电解原理的应用（暑假预习讲义）新高二化学人教版

第26讲 电解原理的应用 内容导航 01 预习航标 → 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 深研精炼：聚焦常考要点，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 预习目标 1.了解氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析。 2.能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。 3.建立守恒法解答电解相关计算的思维模型。 预习重点 电解原理的应用、电解池的电极反应式、用守恒法进行电解相关计算。 预习难点 电解池的电极反应式的书写、用守恒法进行电解相关计算 情｜境｜启｜思 如下图所示，工业上会通过电解饱和食盐水获得NaOH、Cl2、H2等产品，根据前面所学的电解原理你可以把阴阳极的方程式写出来吗？根据电解原理，在工业上我们还有其他什么应用呢？ 深｜研｜精｜炼 知识点01 氯碱工业 1.电解饱和食盐水的原理 实验装置 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。 反应方程式 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.氯碱工业生产流程 工业生产中，电解饱和食盐水的反应在 电解槽中进行。 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层) (氧化反应) 阴极 碳钢网 (还原反应) 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 与阳极产生的 混合发生爆炸，也能避免 与阴极产生的 反应而影响氢氧化钠的产量。 总反应方程式 3.氯碱工业产品及其应用 (1)氯碱工业产品主要有 、 、 、 、含氯漂白剂等。 (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。 【例1】（24-25高二上·北京房山·期中）降低能耗是氯碱工业发展的方向。氯碱工业示意图如图所示，下列说法不正确的是 A．该装置a处获得，b处获得 B．该装置中透过阳离子交换膜向N极区移动 C．该装置中c处一侧流出的是淡盐水 D．电解饱和食盐水的离子方程式是： 【解题要点】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 【即练1】（24-25高二下·广东东莞·月考）利用下图装置电解饱和食盐水，进行如图所示实验，下列有关说法正确的是 A．Ⅱ中有黄色浑浊产生，说明氧化性：Cl2 > S B．Ⅲ中溶液变为黄色，一定是Br-被氧化 C．Ⅳ和V中溶液均褪色，说明Cl2具有漂白性 D．Ⅰ中铜电极和石墨电极互换，重做实验，各装置中的实验现象相同 【即练2】如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是(　　) 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 知识点02 电镀与电冶金 1.电镀和电解精炼铜 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。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 电镀 电解精炼铜 示意图 电极材料 阳极 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极 镀件金属Fe 纯铜 电极反应 阳极 ， 阴极 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度 CuSO4溶液的浓度 ，金、银等金属沉积形成阳极泥 2.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： 阳极： 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 阳极： 阴极： 总反应 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ ①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的 很高。 ②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是 化合物，其熔融态不导电；为降低 ，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；电解过程中，阳极生成的 与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。 【例2】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 【解题要点】电镀时，镀件应接在电源负极上。 【即练3】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 【即练4】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 知识点03 电解的相关计算 1.电解计算的依据 (1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。 (2)串联电路中各电解池转移的电子总数 。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数 。 2.电解计算的方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数 。 (2)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比例式计算。 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的 。电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。 3.电解计算的步骤 (1)正确书写 (特别要注意阳极材料)。 (2)注意溶液中有多种离子共存时，要确定离子放电的 。 (3)根据得失电子守恒，列出 进行计算。 【例3】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 【即练5】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 【即练6】用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2 mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　) A．0.4 mol B．0.5 mol C．0.6 mol D．0.8 mol 一、单选题 1．（25-26高二上·西藏拉萨·期末）下列有关电解原理在工业上的应用正确的是 A．直接电解海水生产烧碱和氯气 B．电镀时镀件与电源正极相连 C．电解熔融的氯化钠冶炼金属钠 D．粗铜精炼时溶液中铜离子浓度不变 2．（25-26高二下·山东枣庄·期中）工业常用反应2Al2O3(熔融)4Al ＋ 3O2↑来获得铝，反应时还需添加冰晶石Na3AlF6下列说法错误的是‌ ‌ A．作阳极的石墨需定期补充 B．Na3AlF6中含有配位键 C．铝加工时易变形与其含有金属键有关 D．可将反应中的Al2O3换成AlCl3 3．（25-26高二上·贵州贵阳·期末）某电镀实验装置如图所示，实验过程中主要出现的情况是 A．阳极上析出 B．阴极上析出 C．溶液中基本保持不变 D．溶液pH下降 4．（25-26高二下·广东韶关·期中）铁片上镀镍的实验装置如图所示，该装置工作时，下列说法错误的是 A．电镀液可能为硝酸镍溶液 B．能量转化形式主要是由电能转化为化学能 C．铁片上的电极反应式为Ni2+-2e-=Ni D．若电源为铅蓄电池，与镍片相连的电极应为PbO2电极 5．（25-26高二上·辽宁葫芦岛·期末）下列关于各装置图的叙述正确的是 A．Ⅰ装置中盐桥中的移向右边烧杯 B．Ⅱ装置电解精炼铜的过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等 C．Ⅲ装置模拟工业上在镀件上镀银 D．Ⅳ装置中钢闸门应与外接电源的负极相连，称之为“牺牲阳极法” 6．（25-26高二上·浙江温州·期末）在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是 A．X电极是阳极，发生氧化反应 B．Y电极的电极反应式为： C．离子交换膜为阴离子交换膜 D．右侧电极室中加入少量NaOH增强溶液导电性 7．（24-25高二下·浙江宁波·期末）用惰性电极电解溶液可制金属铅，电解装置如图所示。已知：，下列说法不正确的是 A．电极a附近有气体生成 B．电极b的电极反应为： C．电解一段时间后，在右室加入PbO，可实现右室电解液的再生 D．通过质子交换膜从左室流向右室，左室溶液的pH增大 8．（25-26高二上·甘肃武威·期末）如图是铜的电解精炼部分示意图(粗铜中含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质)。下列说法错误的是 A．粗铜连接电源的正极，纯铜连接电源的负极 B．电解时，Cu2+移向纯铜，移向粗铜 C．形成的阳极泥中含有银、铂、锌、铁等金属 D．电解时阴极上发生的电极反应为 9．（25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期末）如图所示，甲池总反应式为，下列关于该装置工作时的说法正确的是 A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成 B．甲池中负极反应式为 C．甲池溶液的pH增大，乙池溶液的pH减小 D．当甲池中消耗3.2 g时，乙池中理论上最多产生12.8 g铜 10．（25-26高二上·浙江杭州·期中）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(忽略水的电离)，下列说法正确的是 A．右侧电解室生成的气体为 B．阳极电极反应式为： C．应选择阴离子交换膜 D．理论上每生成2 mol Fe，右侧电解室溶液减少351 g 11．（25-26高二上·湖北武汉·期末）A、B、C、D均为石墨电极，E、F为两种活泼金属，这两种金属元素均位于短周期，且位置相邻，E能与NaOH溶液反应。按图示接通线路，反应一段时间。下列说法错误的是 A．甲池为电解池，乙池为原电池 B．E极电极反应为 C．a中溶液会变蓝 D．已知烧杯和U形管中的溶液均足量，当E电极减轻2.7 g时，若想将甲中溶液复原，需加入0.15 mol Cu(OH)2固体 12．（25-26高二上·浙江台州·期末）制造尼龙－66的原料己二腈在工业上用量很大，某研究小组利用如图所示的电池作为电源电合成己二腈。 下列有关说法不正确的是 A．图中KOH溶液用稀硫酸代替，石墨电极a发生氧化反应 B．离子交换膜可选用阳离子交换膜 C．阴极室的电极反应为，一段时间后，阴极室的pH增大 D．当甲烷电池中总共有0.25 mol氧气参加反应时，电解池阳极室溶液质量减少9 g 13．（25-26高二上·浙江宁波·期末）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，其中电极未标出。下列说法中不正确的是 A．比较图中a%与b%的大小：a%＞b% B．图中Y为，若电解产生11.2L（标准状况）该物质，则至少转移电子1mol C．图中离子膜均为阳离子交换膜 D．燃料电池B中的正极反应方程式为： 二、非选择题 14．（25-26高二上·北京海淀·期末）原电池和电解池能实现电能与化学能的相互转化。 Ⅰ．在铁制品上电镀铜的工艺装置如图所示。 (1)甲处应为电源的___________(填“正极”或“负极”)。 (2)溶液中铜离子的浓度___________(填“变大”、“变小”或“基本不变”)。 Ⅱ．通过甲醇燃料电池实现用溶液制取溶液的工作原理如图所示。 (3)a极的电极反应式为___________。 (4)c口处获得的气体为___________(填化学式)。 (5)X处应为___________(填“阴离子交换膜”或“阳离子交换膜”)。 Ⅲ．一种利用电化学原理联合制备硫酸和氨的装置如下图所示。a、b、c、d均为惰性电极，其中d电极上有可催化放电的纳米颗粒，固体氧化物电解质只允许在其中迁移。 (6)在燃料电池中制备硫酸的总反应方程式为___________。 (7)下列说法正确的是___________(填序号)。 A．d上，被还原 B．c电极上的反应为： C．固体氧化物中的迁移方向为 (8)燃料电池中每消耗，在电解池中理论上产生的在标准状况下的体积为___________。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第26讲 电解原理的应用 内容导航 01 预习航标 → 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 深研精炼：聚焦常考要点，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 预习目标 1.了解氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析。 2.能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。 3.建立守恒法解答电解相关计算的思维模型。 预习重点 电解原理的应用、电解池的电极反应式、用守恒法进行电解相关计算。 预习难点 电解池的电极反应式的书写、用守恒法进行电解相关计算 情｜境｜启｜思 如下图所示，工业上会通过电解饱和食盐水获得NaOH、Cl2、H2等产品，根据前面所学的电解原理你可以把阴阳极的方程式写出来吗？根据电解原理，在工业上我们还有其他什么应用呢？ 深｜研｜精｜炼 知识点01 氯碱工业 1.电解饱和食盐水的原理 实验装置 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。 反应方程式 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。 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层) 2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极 碳钢网 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应) 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。 总反应方程式 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 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、含氯漂白剂等。 (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。 【例1】（24-25高二上·北京房山·期中）降低能耗是氯碱工业发展的方向。氯碱工业示意图如图所示，下列说法不正确的是 A．该装置a处获得，b处获得 B．该装置中透过阳离子交换膜向N极区移动 C．该装置中c处一侧流出的是淡盐水 D．电解饱和食盐水的离子方程式是： 【答案】A 【分析】该题涉及到的是电解食盐水，即氯碱工业问题。M极连接电源正极，即M为阳极；N极连接电源负极，即N是阴极。M极产生氯气，同时钠离子通过阳离子交换膜移动到N极，生成NaOH和氢气。 【解析】在氯碱工业电解池中，阳极发生反应，阴极发生反应。与电源正极相连的是阳极，与电源负极相连的是阴极，由图可知M处为阳极，a应获得Cl2；N处为阴极，b应获得H2 ，A错误；电解池中，阳离子向阴极移动，N极为阴极，所以Na+透过阳离子交换膜向N极区移动，B正确；a处（阳极）Cl−放电生成Cl2 ，Na+通过阳离子交换膜移向阴极，所以c处一侧流出的是淡盐水 ，C正确；电解饱和食盐水时，Cl−在阳极放电生成Cl2，H2O在阴极放电生成H2和OH−，离子方程式为 ，D正确；故选A。 【解题要点】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 【即练1】（24-25高二下·广东东莞·月考）利用下图装置电解饱和食盐水，进行如图所示实验，下列有关说法正确的是 A．Ⅱ中有黄色浑浊产生，说明氧化性：Cl2 > S B．Ⅲ中溶液变为黄色，一定是Br-被氧化 C．Ⅳ和V中溶液均褪色，说明Cl2具有漂白性 D．Ⅰ中铜电极和石墨电极互换，重做实验，各装置中的实验现象相同 【答案】A 【分析】石墨作阳极电解饱和食盐水，阳极放出氯气、阴极生成氢气和氢氧化钠，氯气通入硫化钠溶液中，氯气置换出硫化钠中的硫；氯气通入溴化亚铁溶液中反应生成氯化铁和溴单质，氯气通入品红溶液中，品红溶液褪色；氯气通入氢氧化钠溶液中生成氯化钠和次氯酸钠。 【解析】Ⅱ中有黄色浑浊产生，说明Cl2和Na2S反应生成NaCl和S，方程式为：Na2S+Cl2=2NaCl+S↓，Cl2是氧化剂，S是氧化产物，说明氧化性：Cl2 > S，故A正确；Fe2+、Br-都能被氯气氧化，还原性：Fe2+>Br-，Ⅲ中溶液变为黄色，氯气先氧化Fe2+，Br-不一定被氧化，故B错误；Ⅳ中溶液褪色是因为Cl2和水反应生成的HClO具有漂白性，V中溶液褪色是因为Cl2和NaOH反应，Cl2没有漂白性，故C错误；Ⅰ中铜电极和石墨电极互换，铜作阳极，阳极铜失电子，不放出氯气，各装置中的实验现象不相同，故D错误；故选A。 【即练2】如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是(　　) 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。 知识点02 电镀与电冶金 1.电镀和电解精炼铜 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。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 电镀 电解精炼铜 示意图 电极材料 阳极 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极 镀件金属Fe 纯铜 电极反应 阳极 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋ 阴极 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度不变 CuSO4溶液的浓度变小，金、银等金属沉积形成阳极泥 2.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↑ ①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。 ②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；为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。 【例2】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 【解题要点】电镀时，镀件应接在电源负极上。 【即练3】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。 【即练4】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。 知识点03 电解的相关计算 1.电解计算的依据 (1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。 (2)串联电路中各电解池转移的电子总数相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 2.电解计算的方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。 (2)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比例式计算。 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的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。电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。 3.电解计算的步骤 (1)正确书写电极反应式(特别要注意阳极材料)。 (2)注意溶液中有多种离子共存时，要确定离子放电的先后顺序。 (3)根据得失电子守恒，列出关系式进行计算。 【例3】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。 【即练5】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。 【即练6】用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2 mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　) A．0.4 mol B．0.5 mol C．0.6 mol D．0.8 mol 【答案】D 【解析】将Cu(OH)2改写为CuO·H2O，根据CuO·H2O知，阳极上OH－放电生成O2，阴极上Cu2＋和H＋放电生成Cu和H2，根据氧原子守恒得n(O2)＝n[Cu(OH)2]＝0.2 mol，则转移电子的物质的量为0.2 mol×4＝0.8 mol，故D正确。 一、单选题 1．（25-26高二上·西藏拉萨·期末）下列有关电解原理在工业上的应用正确的是 A．直接电解海水生产烧碱和氯气 B．电镀时镀件与电源正极相连 C．电解熔融的氯化钠冶炼金属钠 D．粗铜精炼时溶液中铜离子浓度不变 【答案】C 【详解】A．工业上生产烧碱和氯气通常电解饱和精制食盐水，直接电解海水因杂质多、浓度低不适用，A错误； B．电镀时镀件应作为阴极连接电源负极，若与正极相连会作为阳极被氧化导致腐蚀，B错误； C．电解熔融氯化钠时，钠离子在阴极得电子被还原为金属钠，是工业冶炼钠的标准方法，C正确； D．粗铜精炼时，阳极粗铜溶解(含杂质)的铜量小于阴极纯铜析出的铜量，导致溶液中铜离子浓度降低，D错误； 故选C。 2．（25-26高二下·山东枣庄·期中）工业常用反应2Al2O3(熔融)4Al ＋ 3O2↑来获得铝，反应时还需添加冰晶石Na3AlF6下列说法错误的是‌ ‌ A．作阳极的石墨需定期补充 B．Na3AlF6中含有配位键 C．铝加工时易变形与其含有金属键有关 D．可将反应中的Al2O3换成AlCl3 【答案】D 【详解】A．电解过程中阳极生成，高温下会和石墨电极发生反应消耗电极，因此作阳极的石墨需定期补充，A正确； B．的阴离子为，其中提供空轨道，提供孤电子对，二者形成配位键，B正确； C．金属键没有方向性，铝受到外力作用时，金属阳离子层可发生相对滑动且不会断裂金属键，表现出延展性易变形，该性质和金属键有关，C正确； D．是共价化合物，熔融状态下不发生电离，无法导电，不能通过电解熔融制取铝，因此不能替换，D错误； 故选D。 3．（25-26高二上·贵州贵阳·期末）某电镀实验装置如图所示，实验过程中主要出现的情况是 A．阳极上析出 B．阴极上析出 C．溶液中基本保持不变 D．溶液pH下降 【答案】C 【分析】由图可知，该装置为电镀池，与直流电源正极相连的铜电极为阳极，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成铜离子，铁制镀件做阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，电镀过程中，溶液中的铜离子浓度基本保持不变，溶液的pH也基本保持不变。 【详解】A．由分析可知，与直流电源正极相连的铜电极为阳极，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成铜离子，则阳极上不会析出氧气，A错误； B．由分析可知，铁制镀件做阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，阴极上不会析出氢气，B错误； C．由分析可知，电镀过程中，溶液中的铜离子浓度基本保持不变，C正确； D．由分析可知，电镀过程中，溶液的pH基本保持不变，D错误； 故选C。 4．（25-26高二下·广东韶关·期中）铁片上镀镍的实验装置如图所示，该装置工作时，下列说法错误的是 A．电镀液可能为硝酸镍溶液 B．能量转化形式主要是由电能转化为化学能 C．铁片上的电极反应式为Ni2+-2e-=Ni D．若电源为铅蓄电池，与镍片相连的电极应为PbO2电极 【答案】C 【分析】镀层金属（镍片）作阳极，连接电源正极， 发生氧化反应： ，待镀金属（铁片）作阴极，连接电源负极，发生还原反应： 。 【详解】A．电镀液需含 ，硝酸镍溶液可提供该离子，且无干扰副反应，A正确； B．装置为电解池，能量转化形式为电能转化为化学能，B正确； C．铁片为阴极，应发生还原反应，正确反应式为 ，选项中写为 ，电荷不守恒，C错误； D．铅蓄电池中， 为正极，镍片作为阳极需接正极，D正确； 故选C。 5．（25-26高二上·辽宁葫芦岛·期末）下列关于各装置图的叙述正确的是 A．Ⅰ装置中盐桥中的移向右边烧杯 B．Ⅱ装置电解精炼铜的过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等 C．Ⅲ装置模拟工业上在镀件上镀银 D．Ⅳ装置中钢闸门应与外接电源的负极相连，称之为“牺牲阳极法” 【答案】B 【详解】A．图Ⅰ中Zn为负极，Zn极电极反应为Zn-2e-=Zn2+，Cu为正极，Cu极电极反应为Cu2++2e-=Cu，盐桥中KCl的阴离子Cl-移向左边烧杯，A错误； B．图Ⅱ为电解精炼铜，粗铜为阳极，纯铜为阴极，粗铜上是比Cu活泼的金属Zn、Fe等先失电子转化成Zn2+、Fe2+等，然后Cu失电子转化成Cu2+，活泼性比Cu弱的金属如Ag等形成阳极泥，纯铜上的电极反应为Cu2++2e-=Cu，根据得失电子守恒，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，B正确； C．图Ⅲ中若要镀件上镀银，则银为阳极、镀件应为阴极，C错误； D．图Ⅳ装置中钢闸门与外接电源的负极相连，钢闸门为阴极，辅助电极为阳极，称之为“外加电流法”， D错误； 故答案选B。 6．（25-26高二上·浙江温州·期末）在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是 A．X电极是阳极，发生氧化反应 B．Y电极的电极反应式为： C．离子交换膜为阴离子交换膜 D．右侧电极室中加入少量NaOH增强溶液导电性 【答案】C 【详解】A．X电极连接电源正极，为阳极，溶液中在阳极失去电子发生氧化反应，A正确； B．Y电极连接电源负极，为阴极，水电离出的在阴极得到电子，电极反应式为，B正确； C．氯碱工业中使用的是阳离子交换膜，作用是允许钠离子从阳极室移向阴极室，同时阻止和迁移，避免与阳极生成的氯气反应，也防止氢气和氯气混合，不是阴离子交换膜，C错误； D．右侧阴极室水的离子浓度低，导电性弱，加入少量NaOH可以增大离子浓度，增强导电性，D正确； 故答案选C。 7．（24-25高二下·浙江宁波·期末）用惰性电极电解溶液可制金属铅，电解装置如图所示。已知：，下列说法不正确的是 A．电极a附近有气体生成 B．电极b的电极反应为： C．电解一段时间后，在右室加入PbO，可实现右室电解液的再生 D．通过质子交换膜从左室流向右室，左室溶液的pH增大 【答案】D 【分析】用惰性电极电解溶液可制金属铅，则电极b为阴极，电极反应式为，电极a为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+。 【详解】A．电极a附近有氧气生成，A正确； B．电极b为阴极，电极反应式为，B正确； C．右室电极反应式为，加之H+向右移动，电解一段时间后b电极区变为HCl和NaCl混合溶液，加入PbO，发生反应生成，可实现右室电解液的再生，C正确； D．左室电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，每转移4e-产生4H+，同时有4H+向右移动，即左室H+数目不变，但是水减少，H+浓度增大，pH减小，D错误； 答案选D。 8．（25-26高二上·甘肃武威·期末）如图是铜的电解精炼部分示意图(粗铜中含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质)。下列说法错误的是 A．粗铜连接电源的正极，纯铜连接电源的负极 B．电解时，Cu2+移向纯铜，移向粗铜 C．形成的阳极泥中含有银、铂、锌、铁等金属 D．电解时阴极上发生的电极反应为 【答案】C 【分析】电解精炼铜时，粗铜作阳极（连接电源正极），纯铜作阴极（连接电源负极），电解质溶液为含的溶液(如硫酸铜溶液)。阳极发生氧化反应，粗铜中的及比活泼的金属（如和）失去电子生成离子进入溶液；比不活泼的金属（如和）因难以失电子，沉积形成阳极泥。阴极发生还原反应，溶液中得电子生成纯铜析出。 【详解】A．粗铜作阳极，连接电源的正极，纯铜作阴极，连接电源的负极，故A正确； B．电解时，（阳离子）移向纯铜（阴极），（阴离子）移向粗铜（阳极），故B正确； C．形成的阳极泥中含有银、铂，不含有锌、铁，故C错误； D．电解时溶液中的Cu2+在阴极上得电子，阴极上发生的电极反应为，故D正确； 故答案为C。 9．（25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期末）如图所示，甲池总反应式为，下列关于该装置工作时的说法正确的是 A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成 B．甲池中负极反应式为 C．甲池溶液的pH增大，乙池溶液的pH减小 D．当甲池中消耗3.2 g时，乙池中理论上最多产生12.8 g铜 【答案】D 【分析】甲池为碱性燃料电池，左侧电极为负极，负极反应为 ，右侧电极为正极，正极反应为 ，KOH 被稀释，pH 减小。乙池为电解 溶液，石墨为阳极，Ag为阴极，总反应为 ，溶液酸性增强，pH 减小。 【详解】A．根据上述分析，乙池中 Ag 电极是阴极。在电解 溶液时，阴极优先发生 ，而不是 ，因为 的氧化性强于 ，因此，Ag 电极上析出的是 Cu，而不是气体，A错误； B．甲池是碱性环境（KOH 溶液），负极反应中不能出现 ，正确的负极反应为：，B错误； C．由分析可知，甲池为碱性燃料电池，左侧电极为负极，负极反应为 ，右侧电极为正极，正极反应为 ，KOH 被稀释，pH 减小，乙池中总反应为 ，反应生成 ，溶液酸性增强，pH 减小，C错误； D．3.2 g 的物质的量为：，根据负极反应 ，每消耗 1 mol ，转移 4 mol 电子。因此，0.1 mol 转移的电子数为：，在乙池中，阴极反应为 ，每转移 2 mol 电子，生成 1 mol Cu，因此，转移 0.4 mol 电子时，生成 Cu 的质量为：，D正确； 故选D。 10．（25-26高二上·浙江杭州·期中）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(忽略水的电离)，下列说法正确的是 A．右侧电解室生成的气体为 B．阳极电极反应式为： C．应选择阴离子交换膜 D．理论上每生成2 mol Fe，右侧电解室溶液减少351 g 【答案】D 【详解】A．右侧电解室为阳极，饱和食盐水中失电子生成，不是，A错误； B．给出的电极反应是得电子生成Fe，属于阴极反应，阳极发生失电子的氧化反应，B错误； C．若选择阴离子交换膜，阴极生成的会移向阳极与发生反应，应选择阳离子交换膜，使移向阴极得到，C错误； D．生成2mol时转移6mol电子，阳极生成3mol，同时有6mol移向阴极，右侧溶液减少质量为，D正确； 故选D。 11．（25-26高二上·湖北武汉·期末）A、B、C、D均为石墨电极，E、F为两种活泼金属，这两种金属元素均位于短周期，且位置相邻，E能与NaOH溶液反应。按图示接通线路，反应一段时间。下列说法错误的是 A．甲池为电解池，乙池为原电池 B．E极电极反应为 C．a中溶液会变蓝 D．已知烧杯和U形管中的溶液均足量，当E电极减轻2.7 g时，若想将甲中溶液复原，需加入0.15 mol Cu(OH)2固体 【答案】D 【分析】短周期活泼金属包括Li、Be、Na、Mg、Al，结合题目中E能与NaOH溶液反应的信息，Al在短周期的活泼金属中能与NaOH溶液发生反应，故推测E是Al，则F为其相邻元素Mg。乙池由Al、Mg、NaOH溶液组成原电池，Al为负极，电极反应式为；Mg为正极，甲池和U型管均为电解池。 【详解】A．由分析可知甲池为电解池，乙池为原电池，A正确； B．由分析知E是Al，电极反应式为，B正确； C．由分析知E为Al，在放电过程中失去电子，为负极，根据电流方向可知D为电解池阴极，发生H++2e－=H2的电极反应；C为电解池阳极，发生Cl－-2e－=Cl2的电极反应，C极生成的氯气可氧化I－至I2使淀粉变蓝，即a中溶液会变蓝，C正确； D．根据题目信息可知铝的摩尔质量为27 g/mol，失去3个电子形成Al3+，在甲池中B极发生还原反应Cu2+ + 2e－= Cu↓，A极发生反应2H2O - 4e－=O2↑+ 4H+，生成铜单质沉淀和氧气脱离溶液体系，故要使甲溶液复原，根据元素守恒定律应加入CuO，其物质的量为，D错误； 故答案选D。 12．（25-26高二上·浙江台州·期末）制造尼龙－66的原料己二腈在工业上用量很大，某研究小组利用如图所示的电池作为电源电合成己二腈。 下列有关说法不正确的是 A．图中KOH溶液用稀硫酸代替，石墨电极a发生氧化反应 B．离子交换膜可选用阳离子交换膜 C．阴极室的电极反应为，一段时间后，阴极室的pH增大 D．当甲烷电池中总共有0.25 mol氧气参加反应时，电解池阳极室溶液质量减少9 g 【答案】C 【分析】以甲烷燃料电池为电源，电解合成己二腈，左侧甲烷燃料电池中，通入的电极为负极，电极反应为，通入的电极为正极，电极反应为；右侧电解池中，石墨电极b为阴极，发生还原反应生成己二腈，阴极室的电极反应为，石墨电极为a阳极，发生氧化反应生成氧气，阳极反应为。 【详解】A．图中溶液用稀硫酸代替，甲烷燃料电池的仍为负极，石墨电极a仍为阳极，发生氧化反应，A不符合题意； B．电解池阴极反应为，消耗，阳极反应为，生成，可选用阳离子交换膜让由阳极室向阴极室迁移，补充阴极消耗的，B不符合题意； C．阴极室的电极反应为，消耗，由阳极室向阴极室迁移，补充阴极消耗的，阴极室不变，C符合题意； D．甲烷燃料电池中总反应为，参加反应时转移电子；电解池阳极反应为，转移电子时生成，质量，同时有通过阳离子交换膜进入阴极室，质量，阳极室溶液质量减少，D不符合题意； 故选C。 13．（25-26高二上·浙江宁波·期末）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，其中电极未标出。下列说法中不正确的是 A．比较图中a%与b%的大小：a%＞b% B．图中Y为，若电解产生11.2L（标准状况）该物质，则至少转移电子1mol C．图中离子膜均为阳离子交换膜 D．燃料电池B中的正极反应方程式为： 【答案】A 【分析】左侧A为电解饱和食盐水的电解池，左侧通入饱和，排出稀，说明左侧为阳极，放电生成，右侧为阴极，水电离的放电生成，同时生成，作为右侧燃料电池B的负极燃料，为燃料电池正极反应物，据此分析： 【详解】A．燃料电池B中，负极反应为，消耗、稀释，正极反应为，且经阳离子交换膜从负极迁移到正极，使正极浓度升高，通入正极的是，流出的是，因此，A错误； B．为电解池阴极产物，标准状况下物质的量为，生成转移电子，故转移电子，B正确; C．电解池中需要阳离子交换膜，允许从阳极迁移到阴极，同时隔绝和气体，燃料电池中需要阳离子交换膜允许从负极迁移到正极，因此两个离子膜均为阳离子交换膜，C正确； D．燃料电池正极是碱性环境下得电子，反应式为，D正确； 故答案选A。 二、非选择题 14．（25-26高二上·北京海淀·期末）原电池和电解池能实现电能与化学能的相互转化。 Ⅰ．在铁制品上电镀铜的工艺装置如图所示。 (1)甲处应为电源的___________(填“正极”或“负极”)。 (2)溶液中铜离子的浓度___________(填“变大”、“变小”或“基本不变”)。 Ⅱ．通过甲醇燃料电池实现用溶液制取溶液的工作原理如图所示。 (3)a极的电极反应式为___________。 (4)c口处获得的气体为___________(填化学式)。 (5)X处应为___________(填“阴离子交换膜”或“阳离子交换膜”)。 Ⅲ．一种利用电化学原理联合制备硫酸和氨的装置如下图所示。a、b、c、d均为惰性电极，其中d电极上有可催化放电的纳米颗粒，固体氧化物电解质只允许在其中迁移。 (6)在燃料电池中制备硫酸的总反应方程式为___________。 (7)下列说法正确的是___________(填序号)。 A．d上，被还原 B．c电极上的反应为： C．固体氧化物中的迁移方向为 (8)燃料电池中每消耗，在电解池中理论上产生的在标准状况下的体积为___________。 【答案】(1)正极 (2)基本不变 (3) (4) (5)阳离子交换膜 (6) (7)AC (8)11.2L 【分析】I．电镀铜装置中铜片为阳极，待镀铁制品为阴极，外接电源中甲为正极、乙为负极，电镀液为硫酸铜溶液。 II．左边装置为甲醇燃料电池，a为负极通甲醇，b为正极通氧气，右边装置为电解KCl溶液，i极Cl-发生氧化反应，失电子生成氯气，j极水发生还原反应，得电子生成氢气，同时在j极生成OH-，为了左侧得到KOH，X应为阴离子交换膜使OH-从右侧迁移至左侧。 III．左侧为二氧化硫电化学氧化制硫酸，a极二氧化硫氧化为硫酸，电极反应为，b极氧气还原为水，电极反应为，右侧为氮气电化学还原制备氨气，c极O2-氧化为氧气，电极方程式为，d极氮气还原为氨气，电极方程式为。 【详解】（1）据分析，甲为正极。 （2）铜片溶解为Cu2+，待镀铁制品表面Cu2+生成Cu，转移相同的电子数时，溶解生成的Cu2+和消耗的Cu2+浓度基本相等，溶液中铜离子的浓度基本不变。 （3）a极为甲醇在碱性条件下失电子氧化，电极反应式为。 （4）i极Cl-发生氧化反应，失电子生成氯气，则c口获得得气体是Cl2。 （5）i极为阳极，Cl-放电，j极为阴极，水放电生成氢气和OH-，为在右侧获得KOH溶液，左侧的钾离子需要通过X膜进入右侧，故X为阳离子交换膜。 （6）左侧为二氧化硫电化学氧化制硫酸，化学方程式为。 （7）A．d极氮气被还原为氨气，电极方程式为，A正确； B．c电极上O2-氧化为氧气，电极方程式为，B错误； C．d电极生成O2-，c电极消耗O2-，则O2-的迁移方向为d→c，C正确； 故答案为AC。 （8）据分析，根据得失电子守恒可得计量关系：，则标况下。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $