4.2 练习1　电解原理 同步练 2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

**基本信息** 聚焦电解原理，采用“基础概念→规律应用→综合探究”三层递进设计，通过题组分层实现知识巩固与能力进阶，融合化学观念与科学思维培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |题组一|电解池构成、工作原理|4道选择，聚焦单一概念（如电极反应判断、装置识别），夯实化学观念| |题组二（基础应用）|电解规律（溶液pH变化、离子放电）|5道选择，结合具体溶液电解（如MgSO₄、CuSO₄），培养科学思维中的推理能力| |题组二（综合提升）|工业应用、计算与实验探究|6道选择+填空，涉及精炼铜、全钒液流电池及定量计算，体现科学探究与实践素养|

4.2 练习1　电解原理 题组一　电解池的构成及电解原理 1. 下列关于电解池及工作原理的说法，错误的是(　 ) A. 电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B. 电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C. 电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D. 与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 2. 下列装置能构成电解池的是(　 ) A.　　　 B. C.　　　 D. 3. 下列关于如图所示装置的说法，错误的是(　 ) ①　　 ② ③　　　 ④ A. 装置①中溶液里存在Fe2＋ B. 装置②盐桥中的阳离子移向ZnSO4溶液 C. 装置③中反应的离子方程式为Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑ D. 用装置④精炼铜时，d电极为粗铜 4. (2026·承德模拟) 我国科学家设计了一套装置，实现了电还原制备甲酸盐，其原理如图所示。下列说法正确的是(　 ) A. 通电时，阴极区溶液的降低 B. 通电时，向电极迁移 C. 电解池总反应为 D. 外电路每通过电子，增加 题组二　电解规律及应用 5. 用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列物质的溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是(　 ) A. 硫酸 B. 氢氧化钠 C. 硫酸钠 D. 氯化钠 6. 用石墨作电极电解稀MgSO4溶液的装置如图所示，电解质溶液中事先加有指示剂，此时溶液呈红色(指示剂变色的pH范围是6.8~8.0，酸性溶液中呈红色，碱性溶液中呈黄色)。下列说法中，正确的是(　 ) A. 电解过程中，A管溶液由红色变为黄色 B. 电解过程中，B管溶液由红色变为黄色 C. A管中发生的电极反应为Mg2＋＋2e－====Mg D. 用拇指堵住b管口，取出b管，靠近火焰，移开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰 7. 用惰性电极电解Fe2(SO4)3和CuSO4的混合液，下列说法中，正确的是(　 ) A. 阴极反应式：Cu2＋＋2e－====Cu，当有Cu2＋存在时，Fe3＋不放电 B. 阴极上首先析出铁，然后析出铜 C. 首先被电解的是Fe2(SO4)3溶液，后被电解的是CuSO4溶液 D. 阴极上不可能析出铜 8. 用惰性电极电解下列溶液一段时间后，再加入一定量的某种物质(方括号内的物质)，不能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( ) A. AgNO3溶液[AgOH(s)] B. K2SO4溶液[H2O(l)] C. KCl溶液[HCl(g)] D. CuSO4溶液[CuCO3(s)] 9. 如图甲所示的电解池中，Pt电极位于含Cu(NO3)2和AgNO3均为0.05 mol·L－1的电解质溶液中，图乙是该电解过程中转移电子数与阴极质量的变化关系图。下列说法中，错误的是(　 ) 甲 乙 A. 过程Ⅰ，在阴极上析出金属银 B. 过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，溶液的pH均降低 C. 过程Ⅱ，阳极上有氧气放出 D. 过程Ⅱ析出固体的质量是过程Ⅰ析出固体的质量的2倍 10. 基于甲烷蒸气重整工业制氢面临着大量的“碳排放”，我国科技工作者发明了一种电化学分解甲烷的方法，从而实现了碳和水的零排放方式生产氢气。电化学反应机理如图所示。下列说法中，正确的是(　 ) A. 上述电化学装置中电解质溶液可使用水溶液 B. O2－既是阳极的生成物，也是阴极的反应物 C. 阳极反应：CH4－4e－＋2O2－====CO2＋2H2 D. 理论上阳极生成1.5 mol 气体，电路中转移8 mol 电子 11. 250 mL K2SO4和CuSO4的混合溶液中c(S)＝0.5 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况下)。假定电解后溶液体积仍为250 mL，下列说法中，错误的是(　 ) A. 电解得到Cu的质量为3.2 g B. 上述电解过程中共转移电子0.2 mol C. 电解后的溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1 D. 原混合溶液中c(K＋)＝0.6 mol·L－1 12. 用石墨作电极电解0.1 mol·L－1的CuSO4溶液，当有0.4 mol 电子通过外电路时，发现阴极质量增加6.4 g，则要使电解后的溶液恢复到电解前的状态，则可向电解后的溶液中加入下列物质中的(　 ) A. 0.1 mol Cu(OH)2 B. 0.1 mol CuO C. 0.2 mol CuO D. 0.1 mol CuO和0.2 mol H2O 13. 全钒液流电池的电解质溶液不易燃，具有循环寿命较长、安全性能好等优势。全钒液流电池充电时的工作原理如图所示。 下列说法中，错误的是(　 ) A. 充电时，N极为阴极 B. 放电时，左侧储液罐中的pH增大 C. 放电时，电流流动方向：N极→导线→M极 D. 充电时，该装置的总反应为VO2＋＋V3＋＋H2O====V＋V2＋＋2H＋ 14. 如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和电镀实验，其中乙装置中X为离子交换膜。请回答下列问题： (1)甲烷燃料电池的负极反应式是 。  (2)Fe电极的电极反应式为 。  (3)X选择 (填“阴”或“阳”)离子交换膜。  (4)若a、b为惰性电极，写出装置丙中电解总反应的离子反应方程式： 。  15. 如图所示为两套实验装置，请回答下列问题： 图1 图2 (1)图1中的Cu是 (填“正”或“负”)极，该装置发生的总反应的离子方程式为 。   (2)图2中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol·L－1的NaCl溶液，乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol·L－1的CuSO4溶液。反应一段时间后，停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞溶液，观察到右边石墨电极附近首先变红，左边石墨电极附近无明显现象。 ①电源的M端为 极，结合平衡移动原理说明甲烧杯右边石墨电极附近首先变红的原因是 。   ②乙烧杯中电解反应的离子方程式为 。   ③若装置甲中阴、阳两极各产生112 mL气体(标准状况)，则装置乙所得溶液的pH为 (忽略反应前后溶液的体积变化)。   学科网（北京）股份有限公司 $ 4.2 练习1　电解原理 题组一　电解池的构成及电解原理 1. 下列关于电解池及工作原理的说法，错误的是(　D　) A. 电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B. 电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C. 电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D. 与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 【解析】 如果阳极是活泼电极，电极本身失去电子，发生氧化反应。 2. 下列装置能构成电解池的是(　D　) A.　　　 B. C.　　　 D. 【解析】 电解池是将电能转化为化学能的装置，必须有外接电源，同时形成闭合电路，A、B、C错误，D正确。 3. 下列关于如图所示装置的说法，错误的是(　B　) ①　　 ② ③　　　 ④ A. 装置①中溶液里存在Fe2＋ B. 装置②盐桥中的阳离子移向ZnSO4溶液 C. 装置③中反应的离子方程式为Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑ D. 用装置④精炼铜时，d电极为粗铜 【解析】 装置①为原电池，铁为负极，被氧化生成亚铁离子，A正确； 锌为负极，铜为正极，阳离子向正极移动，即移向硫酸铜溶液，B错误；装置③为电解装置，阳极铜被氧化，阴极生成氢气，总反应为Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑，C正确； 精炼铜时，粗铜为阳极，纯铜为阴极，可在阴极得到纯净的铜，D正确。 4. (2026·承德模拟) 我国科学家设计了一套装置，实现了电还原制备甲酸盐，其原理如图所示。下列说法正确的是(　C ) A. 通电时，阴极区溶液的降低 B. 通电时，向电极迁移 C. 电解池总反应为 D. 外电路每通过电子，增加 【解析】 A、电极为阴极，发生反应，生成，阴极区溶液碱性增强，升高，故A错误；B、装置中间为阳离子交换膜，只允许阳离子通过，等阴离子无法透过，因此不能迁移至阳极区，故B错误；C、阴极反应为，阳极反应为，将两式相加可得总反应：，故C正确；D、根据阴极反应，电路中每通过电子生成，因此通过电子时生成，但题目未给出溶液体积，无法计算其物质的量浓度，故D错误。 题组二　电解规律及应用 5. 用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列物质的溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是(　C　) A. 硫酸 B. 氢氧化钠 C. 硫酸钠 D. 氯化钠 【解析】 用惰性电极电解硫酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液的实质是电解水，浓度增大，硫酸的pH减小，氢氧化钠溶液的pH增大，硫酸钠溶液的pH不变，A、B、D错误；电解氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶液的pH增大，C正确。 6. 用石墨作电极电解稀MgSO4溶液的装置如图所示，电解质溶液中事先加有指示剂，此时溶液呈红色(指示剂变色的pH范围是6.8~8.0，酸性溶液中呈红色，碱性溶液中呈黄色)。下列说法中，正确的是(　A　) A. 电解过程中，A管溶液由红色变为黄色 B. 电解过程中，B管溶液由红色变为黄色 C. A管中发生的电极反应为Mg2＋＋2e－====Mg D. 用拇指堵住b管口，取出b管，靠近火焰，移开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰 【解析】 由题图可知，该装置为电解池，与直流电源负极相连的A电极为电解池的阴极，水在阴极得到电子生成氢气和氢氧根离子，电极附近溶液呈碱性，溶液由红色变为黄色，B电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极附近溶液酸性增强，溶液仍为红色。电解过程中，A管溶液由红色变为黄色，A正确；电解过程中，B管溶液仍为红色，B错误；与直流电源负极相连的A电极为电解池的阴极，水在阴极得到电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－====H2↑＋2OH－，C错误；b管中收集的气体为氧气，检验氧气的方法为用拇指堵住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，看到木条复燃说明收集的气体为氧气，D错误。 7. 用惰性电极电解Fe2(SO4)3和CuSO4的混合液，下列说法中，正确的是(　C　) A. 阴极反应式：Cu2＋＋2e－====Cu，当有Cu2＋存在时，Fe3＋不放电 B. 阴极上首先析出铁，然后析出铜 C. 首先被电解的是Fe2(SO4)3溶液，后被电解的是CuSO4溶液 D. 阴极上不可能析出铜 【解析】 由反应方程式：Fe2(SO4)3＋Cu====2FeSO4＋CuSO4可知，氧化性：Fe3＋＞Cu2＋，则Fe3＋得电子的能力比Cu2＋的强，则在阴极Fe3＋首先得电子，当有Fe3＋存在时，Cu2＋不放电，A错误；Fe3＋放电生成Fe2＋，当Fe3＋完全反应后，Cu2＋放电，析出铜单质，B错误；因氧化性：Fe3＋＞Cu2＋，阴极Fe3＋先放电，Fe3＋完全反应后Cu2＋放电，C正确；当Fe3＋完全反应后，Cu2＋放电，阴极上可能析出铜，D错误。 8. 用惰性电极电解下列溶液一段时间后，再加入一定量的某种物质(方括号内的物质)，不能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　A　) A. AgNO3溶液[AgOH(s)] B. K2SO4溶液[H2O(l)] C. KCl溶液[HCl(g)] D. CuSO4溶液[CuCO3(s)] 【解析】 电解AgNO3溶液，Ag＋在阴极放电生成Ag，水电离出的OH－在阳极放电生成O2，结合元素守恒可知，应加入Ag2O使溶液恢复到原来的成分和浓度，A符合题意；电解K2SO4溶液，水电离出的OH－在阳极放电生成O2，水电离出的H＋在阴极放电生成H2，实质为电解水，加入一定量的H2O(l)能使溶液恢复到原来的成分和浓度，B不符合题意；电解KCl溶液，水电离出的H＋在阴极放电生成H2，Cl－在阳极放电生成Cl2，结合元素守恒可知，需要加入一定量的HCl(g)能使溶液恢复到原来的成分和浓度，C不符合题意；电解CuSO4溶液，Cu2＋在阴极放电生成Cu，水电离出的OH－在阳极放电生成O2，结合元素守恒可知，应加入一定量的CuO使溶液恢复到原来的成分和浓度，由于CuCO3(s)与硫酸反应生成CuSO4、CO2和H2O，CO2从溶液中逸出，加入一定量的CuCO3(s)也可以使溶液恢复到原来的成分和浓度，D不符合题意。 9. 如图甲所示的电解池中，Pt电极位于含Cu(NO3)2和AgNO3均为0.05 mol·L－1的电解质溶液中，图乙是该电解过程中转移电子数与阴极质量的变化关系图。下列说法中，错误的是(　D　) 甲 乙 A. 过程Ⅰ，在阴极上析出金属银 B. 过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，溶液的pH均降低 C. 过程Ⅱ，阳极上有氧气放出 D. 过程Ⅱ析出固体的质量是过程Ⅰ析出固体的质量的2倍 【解析】 过程Ⅰ发生反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋，过程Ⅱ发生反应：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，过程Ⅲ发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑。因为氧化性：Ag＋＞Cu2＋，故在阴极上Ag＋先放电，析出金属银，A正确；过程Ⅰ、Ⅱ发生的电解反应中均有H＋生成，溶液中c(H＋)增大，pH降低，过程Ⅲ发生的电解反应是电解水的反应，溶液中c(H＋)增大，pH降低，B正确；过程Ⅱ中阳极的电极反应为2H2O－4e－====O2↑＋4H＋，C正确；过程Ⅱ析出的Cu和过程Ⅰ析出的Ag的物质的量相同，则析出Cu与Ag的质量比为64∶108，D错误。 10. 基于甲烷蒸气重整工业制氢面临着大量的“碳排放”，我国科技工作者发明了一种电化学分解甲烷的方法，从而实现了碳和水的零排放方式生产氢气。电化学反应机理如图所示。下列说法中，正确的是(　C　) A. 上述电化学装置中电解质溶液可使用水溶液 B. O2－既是阳极的生成物，也是阴极的反应物 C. 阳极反应：CH4－4e－＋2O2－====CO2＋2H2 D. 理论上阳极生成1.5 mol 气体，电路中转移8 mol 电子 【解析】 O2－在水中不存在，装置中电解质溶液不可使用水溶液，A错误；CO2＋O2－====C，该反应不是阴极反应，阴极反应为C＋4e－====C＋3O2－，O2－是阴极的生成物，B错误；由Ni－YSZ电极上生成CO2可知，该电极为阳极，CH4失电子生成CO2，阳极反应：CH4－4e－＋2O2－====CO2＋2H2，C正确；阳极不仅生成氧化产物CO2，还生成还原产物H2，由阳极反应可知，理论上阳极生成1.5 mol 气体(即0.5 mol CO2和1 mol H2)，转移2 mol 电子，D错误。 11. 250 mL K2SO4和CuSO4的混合溶液中c(S)＝0.5 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况下)。假定电解后溶液体积仍为250 mL，下列说法中，错误的是(　C　) A. 电解得到Cu的质量为3.2 g B. 上述电解过程中共转移电子0.2 mol C. 电解后的溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1 D. 原混合溶液中c(K＋)＝0.6 mol·L－1 【解析】 根据溶液中离子放电能力的强弱，该混合溶液在电解过程中分两个阶段：第一阶段，当阴极析出铜时，阳极析出O2；第二阶段，当阴极析出H2时，阳极析出O2。已知通电一段时间后，两极均收集到1.12 L气体(标准状况下)，即0.05 mol，可见当阴极析出0.05 mol H2，转移0.1 mol电子，同时，在阳极只能析出0.025 mol O2，即第二阶段；所以在第一阶段，阳极析出的O2也是0.025 mol，转移0.1 mol电子，同时，在阴极析出0.05 mol Cu，溶液中生成0.1 mol H＋，电路中共转移0.2 mol电子，根据溶液中电荷守恒可求出K＋的浓度。根据上述分析，第一阶段，溶液中的Cu2＋在阴极全部放电，析出0.05 mol Cu，其质量为3.2 g，A正确；两个阶段转移电子的物质的量都是0.1 mol，所以共转移0.2 mol电子，B正确；溶液中的H＋是在第一阶段生成的，当阳极析出0.025 mol O2时，溶液中生成0.1 mol H＋，所以c(H＋)＝0.4 mol·L－1，C错误；n(Cu2＋)＝ 0.05 mol，n(S)＝0.5 mol·L－1×0.25 L＝0.125 mol，由电荷守恒可得n(K＋)＝0.15 mol，c(K＋)＝0.6 mol·L－1，D正确。 12. 用石墨作电极电解0.1 mol·L－1的CuSO4溶液，当有0.4 mol 电子通过外电路时，发现阴极质量增加6.4 g，则要使电解后的溶液恢复到电解前的状态，则可向电解后的溶液中加入下列物质中的(　A　) A. 0.1 mol Cu(OH)2 B. 0.1 mol CuO C. 0.2 mol CuO D. 0.1 mol CuO和0.2 mol H2O 【解析】 该过程转移0.4 mol 电子，则阳极生成0.1 mol 氧气，理论上阴极应该生成0.2 mol 铜，但实际上阴极生成的铜为＝0.1 mol，故铜离子不足，阴极生成0.1 mol 铜后，氢离子继续放电，生成0.1 mol氢气。因此应该补充0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，或补充0.1 mol Cu(OH)2，A正确。 13. 全钒液流电池的电解质溶液不易燃，具有循环寿命较长、安全性能好等优势。全钒液流电池充电时的工作原理如图所示。 下列说法中，错误的是(　C　) A. 充电时，N极为阴极 B. 放电时，左侧储液罐中的pH增大 C. 放电时，电流流动方向：N极→导线→M极 D. 充电时，该装置的总反应为VO2＋＋V3＋＋H2O====V＋V2＋＋2H＋ 【解析】 由题图装置可知，充电时H＋移向N极，说明N极为阴极，M极为阳极，充电时，M极的电极反应式为VO2＋＋H2O－e－====V＋2H＋，N极的电极反应式为V3＋＋e－====V2＋，故该装置的总反应为VO2＋＋V3＋＋H2O====V＋V2＋＋2H＋，则放电过程中，H＋移向M极，M极的电极反应式为V＋2H＋＋e－====VO2＋＋H2O。根据分析可知，充电时H＋移向N极，说明N极为阴极，M极为阳极，A正确；放电时，H＋移向M极，但M极的电极反应式为V＋2H＋＋e－====VO2＋＋H2O，消耗的H＋大于流入的H＋，故左侧储液罐中的pH增大，B正确；放电时，电流流动方向与电子流动方向相反，即电流流动方向：M极→导线→N极，C错误；根据分析，充电时，M极的电极反应式为VO2＋＋H2O－e－====V＋2H＋，N极的电极反应式为V3＋＋e－====V2＋，故该装置的总反应为VO2＋＋V3＋＋H2O====V＋V2＋＋2H＋，D正确。 14. 如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和电镀实验，其中乙装置中X为离子交换膜。请回答下列问题： (1)甲烷燃料电池的负极反应式是　CH4＋10OH－－8e－====C＋7H2O　。  (2)Fe电极的电极反应式为　2H2O＋2e－====H2↑＋2OH－　。  (3)X选择　阳　(填“阴”或“阳”)离子交换膜。  (4)若a、b为惰性电极，写出装置丙中电解总反应的离子反应方程式：　4Ag＋2H2O4Ag＋+O2↑＋4H＋　。  【解析】 装置甲为原电池，通氧气一极为正极，通甲烷一极为负极，b连接正极，作阳极，a为阴极，C为阳极，装置乙中Fe为阴极，其电极反应式为2H＋＋2e－====H2↑，C为阳极，氯离子失电子生成氯气。　(1)装置甲中电解质溶液为KOH溶液，碱性环境下甲烷燃料电池的负极反应式为CH4＋10OH－－8e－====C＋7H2O。　(2)铁作阴极，其电极反应式为2H2O＋2e－====H2↑＋2OH－。　(3)钠离子通过X进入阴极室，则X为阳离子交换膜。　(4)惰性电极电解硝酸银溶液得到银、氧气和硝酸，反应的离子方程式为4Ag＋2H2O4Ag＋＋O2↑＋4H＋。 15. 如图所示为两套实验装置，请回答下列问题： 图1 图2 (1)图1中的Cu是　负　(填“正”或“负”)极，该装置发生的总反应的离子方程式为　2Fe3＋＋Cu====2Fe2＋＋Cu2＋　。   (2)图2中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol·L－1的NaCl溶液，乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol·L－1的CuSO4溶液。反应一段时间后，停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞溶液，观察到右边石墨电极附近首先变红，左边石墨电极附近无明显现象。 ①电源的M端为　正　极，结合平衡移动原理说明甲烧杯右边石墨电极附近首先变红的原因是　H2O⥫⥬H＋＋OH－，2H＋＋2e－====H2↑，c(OH－)＞c(H＋)，溶液呈碱性　。   ②乙烧杯中电解反应的离子方程式为　2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋ 4H＋　。   ③若装置甲中阴、阳两极各产生112 mL气体(标准状况)，则装置乙所得溶液的pH为　1　(忽略反应前后溶液的体积变化)。   【解析】 (1)图1为原电池，铜为负极，被氧化，石墨为正极，电池反应式为2Fe3＋＋Cu====2Fe2＋＋Cu2＋。　(2)①由分析可知，M为正极，阴极上分别发生H2O⥫⥬H＋＋OH－、2H＋＋2e－====H2↑，c(OH－)＞c(H＋)，溶液呈碱性。②装置乙为电解硫酸铜溶液，阳极生成氧气，阴极生成铜，电解的方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。③装置甲中电解氯化钠溶液，阳极生成氯气，阴极生成氢气，若装置甲中阴、阳两极各产生112 mL气体(标准状况)，则n(H2)＝＝0.005 mol，由2H2O＋2e－====H2↑＋2OH－可知转移0.01 mol电子，由2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋可知，生成0.01 mol H＋，则c(H＋)＝＝ 0.1 mol·L－1，pH＝1。 学科网（北京）股份有限公司 $