第04讲 电解池及其应用 -2026年暑假新高二化学自学提升讲义（全国通用）（原卷版）

第04讲 电解池及其应用 学习目标 1、理解电解池中电子的移动，阴、阳离子的移动，阴、阳两极上的反应及其变化，电流形成的过程和原理。 2、会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。 3、通过对氯碱工业、电镀、铜的电解精炼等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。 知识导图 新知精讲 【知识点1】电解的原理 1、电解熔融氯化钠 (1)电解装置 (2)分析产生金属钠的过程 ①通电前 熔融NaCl中存在的微粒有Na+、Cl-，这些微粒做无规则(或自由)运动。 ②通电后 离子移动方向：Na+移向铁电极，Cl-移向石墨电极。 电极上发生的反应： 铁电极：2Na++2e-===2Na，发生还原反应； 石墨电极：2Cl--2e-===Cl2↑，发生氧化反应。 (3)结论 熔融NaCl在直流电作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2。 2、电解和电解池 (1)电化学是以电能和化学能之间的相互转化及转化过程中的有关规律为主要研究内容的科学。 (2)电解：将直流电通过熔融电解质或电解质溶液，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (3)电解池：将电能转化为化学能的装置。 (4)电解池的构成条件 ①直流电源，②两个电极，③电解质溶液或熔融电解质，④形成闭合回路。 3、电解原理 4、原电池与电解池的比较 工作原理 电极反应 装置构成条件 反应类型 能量转化 原电池 氧化还原反应 化学能→电能 负极：氧化反应 电极反应物、电极材料、离子导体、电子导体 正极：还原反应 电解池 电能→化学能 阳极：氧化反应 电极反应物、电极材料、离子导体、电子导体、直流电源 阴极：还原反应 【典例分析】 【例1】下列关于电解池的说法错误的是 A.电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B.非自发的氧化还原反应可通过电解实现 C.电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D.电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 【答案】D 【解析】电解池中阳极若为活泼金属，在反应中失去电子而被氧化，D错误。 【例2】某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是 选项 a电极 d电极 Q离子 A 阳极 正极 阳离子 B 阴极 正极 阳离子 C 阳极 负极 阴离子 D 阴极 负极 阴离子 【答案】B 【解析】根据题图知，该装置有外接电源，属于电解池，根据电子流向知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q离子是阳离子，P离子是阴离子，故B正确。 【例3】如图所示装置中属于电解池的是__________(填序号)。 【答案】③⑥ 【解析】①②⑤无外接直流电源，不能构成电解池；④无电解质溶液或熔融电解质；⑦中乙醇属于非电解质，不能构成电解池；⑧没有形成闭合回路，不能构成电解池。 【知识点2】电解规律 1、放电规律 在阳极上阴离子失去电子发生氧化反应，在阴极上阳离子得到电子发生还原反应的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。 （1）阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。 常见阳离子的放电顺序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>…… (在溶液中Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋等是不会在阴极上放电的，但在熔融状态下的物质中会放电) 反应物 阴极金属阳离子(H+) 产物 金属(H2) （2）阳极： ①若是活性电极(银以前包括银在内的金属)作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应，电极反应式为M-ne-===Mn+，电极被溶解变成离子而进入溶液，溶液中的阴离子不能失电子。 反应物 阳极活性金属电极 产物 金属离子 ②若是惰性电极(如：Pt、石墨、Au等)作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见阴离子的放电顺序为：S2－>SO32－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。 反应物 S2－ I－ Br－ Cl－ OH－ 产物 S I2 Br2 Cl2 O2、H2O 2、用惰性电极电解电解质溶液的规律（四种类型） 电解后电解质溶液的复原：电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什么”原则，先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。 （1）电解水型 电解质类型 电极反应式及总反应式 电解质 浓度变化 pH 电解质 溶液 复原 含氧酸， 如H2SO4 阳极 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 增大 减小 加水 阴极 4H＋＋4e－===2H2↑ 总反应式 2H2O2H2↑＋O2↑ 可溶性强碱， 如NaOH 阳极 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 增大 增大 加水 阴极 4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应式 2H2O2H2↑＋O2↑ 活泼金属 含氧酸盐， 如KNO3、 Na2SO4 阳极 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 增大 不变 加水 阴极 4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应式 2H2O2H2↑＋O2↑ （2）电解电解质型 电解质类型 电极反应式及总反应式 电解质 溶液 浓度 溶液pH 电解质溶液 复原 无氧酸， 如HCl 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－=== Cl2↑ 总反应式：2HClH2↑＋Cl2↑ 减小 增大 通入HCl气体 (不能加盐酸) 不活泼金属 无氧酸盐， 如CuCl2 阴极：Cu2＋＋2e－=== Cu 阳极：2Cl－－2e－=== Cl2↑ 总反应式：CuCl2 Cu＋Cl2↑ 加入CuCl2固体 （3）电解电解质和水，生成H2和碱 电解质 (水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 活泼金属的 无氧酸盐 (如NaCl) 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成 新电解质 增大 通入 HCl 气体 （4）电解电解质和水，生成O2和酸 电解质 (水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液复原 不活泼金属的 含氧酸盐 [如CuSO4] 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 总反应式： 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新 电解质 减小 加CuO或CuCO3 [不能加Cu2O、 Cu(OH)2、 Cu2(OH)2CO3] 3、电解池电极反应式的书写 (1)判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极； (2)分析电解质溶液或熔融电解质的组成，找全离子并分为阴、阳离子两组； (3)确定阴极、阳极上的放电物质及放电顺序； (4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要遵循原子守恒和电荷守恒； (5)最后写出总反应方程式。 4．活性电极电解电解质溶液的情况分析——用金属电极电解下列电解质溶液 ①铜为电极电解H2SO4溶液 阳极 Cu－2e－===Cu2＋ 阴极 2H＋＋2e－===H2↑ 总反应 Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑ ②用铁作电极电解NaOH溶液 阳极 Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 阴极 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应 Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑ ③用Ag作电极电解稀盐酸 阳极 2Ag－2e－＋2Cl－===2AgCl 阴极 2H＋＋2e－===H2↑ 总反应 2Ag＋2H＋＋2Cl－2AgCl＋H2↑ ④以铝材为阳极，电解H2SO4溶液， 铝材表面形成氧化膜 阳极 2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 阴极 6H＋＋6e－===3H2↑ 总反应 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑ ⑤用Al作电极电解NaOH溶液 阳极 2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O 阴极 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 总反应 2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑ 5．混合溶液——用惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合液(CuSO4与NaCl的物质的量为1∶1)，明显分三个阶段，写出三个阶段的阴、阳两极反应式 第一阶段 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应化学方程式：CuCl2 Cu＋Cl2↑ 第二阶段 阳极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应化学方程式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 第三阶段 阳极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应化学方程式：2H2O2H2↑＋O2↑ 【典例分析】 【例1】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)] 【答案】A 【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(s)使溶液恢复到原来的成分和浓度，A错误；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正确；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，加入一定量的HCl(g)能使溶液恢复到原来的成分和浓度，C正确；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(s)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正确。 【例2】下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是 A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B.NaOH、CuSO4、H2SO4 C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 【答案】C 【解析】电解HCl、CuCl2溶液就是电解电解质本身，电解NaBr、CuSO4溶液时，电解质、水均被电解，分别属于放氢生碱型、放氧生酸型。 【例3】 （1）用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式：____________；  阴极反应式：____________；  总反应离子方程式：____________。  （2）以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式：____________；  阴极反应式：____________；  总反应方程式：______________________。  【答案】（1）2Cl--2e-===Cl2↑　2H2O+2e-+Mg2+===H2↑+Mg(OH)2↓ Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑ （2）2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+ 6H++6e-===3H2↑ 2Al+3H2OAl2O3+3H2↑ 【知识点3】电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气 1、实验室电解饱和食盐水 (1)实验装置 (2)实验现象 ①阳极上有刺激性气味的黄绿色气体产生，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。 ②阴极上有无色气体产生，阴极附近溶液变红色。 (3)原理分析 ①通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na+、Cl-、H+、OH-。 ②通电后，Na+、H+移向阴极，Cl-、OH-移向阳极。 阳极：离子放电顺序为Cl->OH-，电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑； 阴极：离子放电顺序为H+>Na+，电极反应式为2H++2e-===H2↑或者2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，因H+放电，故阴极区生成NaOH。 (4)电解的总反应式 化学方程式：2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH； 离子方程式：2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-。 2、氯碱工业 工业上，用隔膜阻止OH-移向阳极，则Na+和OH-可以在阴极附近的溶液中富集，这样就可以从阴极溶液中得到NaOH。这就是电解食盐水制备烧碱的原理，也称作氯碱工业。 阳离子交换膜 将电解槽隔成阳极室和阴极室，只允许阳离子通过，阻止Cl2、H2、OH－通过，这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O而影响烧碱的质量。 加入物质 a、b、c、d加入或取出的物质分别是精制饱和NaCl溶液、含少量NaOH的水、淡盐水、NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。 【典例分析】 【例1】用石墨电极电解饱和食盐水，下列分析错误的是 A.得电子能力：H+>Na+，故阴极得到H2 B.电解过程中Na+的物质的量不变 C.失电子能力：Cl->OH-，故阳极得到Cl2 D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后，溶液呈中性 【答案】D 【解析】得电子能力：H+>Na+，电解饱和食盐水阴极发生反应：2H++2e-===H2↑，故A正确；失电子能力：Cl->OH-，阳极发生反应：2Cl--2e-===Cl2↑，故C正确；电解池中，总反应化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，所以电解过程中Na+的物质的量不变且电解后溶液呈碱性，故B正确，D错误。 【例2】如图，用有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的立式隔膜电解槽电解食盐水时，下列叙述错误的是 A.精制饱和氯化钠溶液从阳极区补充 B.Z处流出的溶液是较浓的NaOH溶液 C.使用离子交换膜时产品烧碱更纯 D.每转移NA个电子理论上可生成0.5 mol烧碱 【答案】D 【解析】电解食盐水时，阳极发生氧化反应，消耗NaCl，则应在阳极补充NaCl，故A正确；阴极生成OH-，且Na+向阴极移动，则产品烧碱溶液从阴极区Z处流出，故B正确；电解方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，每转移NA个电子理论上可生成1 mol烧碱，故D错误。 【例3】氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品，如图是离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图，图中阳离子交换膜只允许Na+等通过，不允许OH-、Cl-等阴离子及气体分子通过。 (1)阳极(金属钛网)电极反应式：____________；  阴极(碳钢网)电极反应式：____________；  电解饱和食盐水总离子方程式：______________________。  (2)阳离子交换膜的作用为____________。  从图中b位置补充的为含有少量NaOH的水，NaOH的作用为___________。  (3)精制饱和食盐水从图中________________(填“a”“b”“c”或“d”，下同)位置补充，NaOH溶液从图中__________位置流出。图中e位置排出的气体为____________。  【答案】(1)2Cl--2e-===Cl2↑　2H++2e-===H2↑　2Cl-+2H2OCl2↑+2OH-+H2↑　(2)将电解槽隔成阳极室和阴极室，允许阳离子Na+通过，阻止阴离子OH-和气体通过，使生成的NaOH更纯，并防止H2、Cl2混合发生爆炸　增强导电性，提高电解效率　(3)a　c　氯气 【知识点4】铜的电解精炼、电镀、电冶金 1、铜的电解精炼 (1)粗铜成分 ①主要成分：Cu。 ②杂质金属：比铜活泼的有Zn、Fe、Ni等；不如铜活泼的有Ag、Pt、Au等。 (2)装置 (3)电解精炼的电极反应 (4)电解精炼的结果 粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe、Ni等失去电子形成的阳离子进入溶液；不如铜活泼的金属Ag、Au、Pt等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，与其他不溶性杂质混在一起形成阳极泥；阴极上得到精铜。 长时间电解后，CuSO4溶液的浓度变小，电解质溶液必须补充，阳极减少的质量和阴极增加的质量不相等。 2、电镀 (1)定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。 (2)目的：提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。 (3)电镀池的设计 一般都是用含有镀层金属离子的盐溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；镀件与直流电源的负极相连，作为阴极。 (4)案例(铁钉镀铜实验) 阴极 铁钉(镀件)，电极反应：Cu2++2e-===Cu 阳极 铜片(镀层金属)，电极反应：Cu-2e-===Cu2+ 离子导体 硫酸铜溶液 装置图与实验现象 铜片：逐渐溶解。 铁钉：表面覆盖一层红色物质 阴、阳极质量变化 阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。 3、电解法用于冶炼较活泼的金属 金属 电极反应 总反应 钠 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑ 阴极：2Na++2e-===2Na 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ 铝 阳极：6O2--12e-===3O2↑ 阴极：4Al3++12e-===4Al 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 镁 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑ 阴极：Mg2++2e-===Mg MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 【典例分析】 【例1】衣服上漂亮的“金属”塑料纽扣表面金色的华贵外衣是采用化学方法电镀上去的，下列有关电镀的说法正确的是 A.通常以待镀制品为阳极 B.通常以镀层金属为阴极 C.用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液 D.纽扣表面镀铜时，可采用如图所示方法进行电镀 【答案】C 【解析】电镀时，以镀层金属为阳极，以待镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的盐溶液为电解质溶液，A、B错误，C正确；装置图缺少外接直流电源，应该使铜连接电源的正极，作阳极，纽扣连接电源的负极，作阴极，D错误。 【例2】利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是 A.氯碱工业中，X电极反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2+浓度不变 C.在铁片上镀铜时，Y为纯铜 D.制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 【答案】D 【解析】X电极与电源的正极相连，为电解池的阳极，氯碱工业中，氯离子在阳极失电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑，故A错误；电解精炼铜时，电解液为含Cu2+的溶液，粗铜除含有Cu外，还含有比铜活泼的锌、铁等杂质，锌、铁和铜在阳极发生氧化反应生成离子，而阴极上只有Cu2+得电子发生还原反应生成铜，则Z溶液中的Cu2+浓度减小，故B错误；在铁片上镀铜时，镀层金属铜与电源正极相连作阳极，镀件铁片与电源负极相连作阴极，则Y为铁片，故C错误；工业上电解熔融氯化镁得到金属镁，故D正确。 【例3】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，思考回答下列问题： (1)阳极发生 反应，其电极反应式： 。 (2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加 (填“相等”或“不相等”)。 (3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有 、 、Ni2+等。 (4)电解后，电解池底部含有 等金属。 【答案】(1)氧化 Ni-2e-===Ni2+，Fe-2e-===Fe2+，Zn-2e-===Zn2+ (2)不相等 (3)Fe2+ Zn2+ (4)Cu、Pt 【解析】(2)电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni，阴极析出的是镍，依据得失电子守恒，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等。(4)粗镍作阳极，Fe、Zn在电极上失去电子形成阳离子进入溶液中，Cu和Pt沉降到电解池底部。 课后精练 1、某同学为了使反应HCl+Ag—→AgCl+H2↑能进行，设计了下列四个实验，如图所示，你认为可行的方案是 【答案】C 2、如图为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置，则下列说法不正确的是 A.电源a极为负极 B.KI⁃淀粉溶液会变蓝色 C.Cl-向电极Ⅱ区域移动 D.电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu-2e-===Cu2+ 【答案】D 【解析】由题图知，电极Ⅱ处生成氯气为阳极，对应的b为电源正极，则a为电源负极，Ⅰ为阴极，电解CuCl2溶液，阴极铜离子放电生成Cu，阳极氯离子放电生成Cl2。 3、等物质的量的BaCl2、K2SO4和AgNO3溶于水形成混合溶液，用石墨电极电解此溶液，经过一段时间后，阴、阳两极收集到的气体体积之比为3∶2。下列说法正确的是 A.阴极反应为2H++2e-===H2↑ B.阳极始终发生反应：2Cl--2e-===Cl2↑ C.两极共生成两种气体 D.向电解后溶液中通入适量的HCl可使溶液恢复到电解前的状态 【答案】A 【解析】等物质的量的BaCl2、K2SO4和AgNO3溶于水形成混合溶液，发生反应+Ba2+===BaSO4↓，Cl-+Ag+===AgCl↓，混合后溶液中溶质为等物质的量的氯化钾、硝酸钾，据此分析。若阳极始终发生反应2Cl--2e-===Cl2↑，阴、阳两极产生的气体的体积比为1∶1，与题干矛盾，B错误；阳极首先是氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑，然后是氢氧根离子放电，电极反应式为4OH--4e-=== 2H2O+O2↑，阴极发生还原反应：2H++2e-===H2↑，一段时间后，阴、阳两极产生的气体的体积比为3∶2，说明阳极生成氯气、氧气，阴极生成氢气，C错误；电解的本质为电解氯化氢、电解水，仅向电解后的溶液中通入适量的HCl，不能使溶液恢复到电解前的状态，D错误。 4、用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是 A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2 C.H2和O2 D.Cu和O2 【答案】B 【解析】由题意知，溶液中存在H+、Cu2+、Na+、S、N、Cl-、OH-。根据离子的放电顺序，阳离子为Cu2+>H+>Na+，阴离子为Cl->OH->S、N，则最初一段时间，阴极：Cu2++2e-===Cu，阳极：2Cl--2e-===Cl2↑。 5、氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是 A.电极A接电源正极，发生氧化反应 B.电极B的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH- C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液 D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 【答案】B 【解析】电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；电极B为阴极，通入的氧气得到电子，其电极反应式为2H2O+4e-+O2===4OH-，故B错误；右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，从而降低电解电压，减少能耗，故D正确。 6、如图所示，铁片、铜片和CuSO4溶液可以构成原电池或电解池，下列说法正确的是 A.构成原电池时，Cu极反应式为Cu-2e-===Cu2+ B.构成电解池时，Cu极质量可能减少也可能增加 C.构成电解池时，Fe极质量一定减少 D.构成的原电池或电解池在工作时的反应原理一定不同 【答案】B 【解析】用导线将两极直接相连构成原电池，此时发生的反应为Fe+Cu2+===Fe2++Cu，Fe作负极，发生的电极反应为Fe-2e-===Fe2+，Cu作正极，发生的电极反应为Cu2++2e-===Cu，A项错误；若连接直流电源构成电解池，有两种情况：(1)铁与电源负极相连作阴极，阴极发生还原反应：Cu2++2e-===Cu，铜与电源正极相连作阳极，阳极发生氧化反应：Cu-2e-===Cu2+；(2)铜与电源负极相连作阴极，阴极发生还原反应：Cu2++2e-===Cu，铁与电源正极相连作阳极，阳极发生氧化反应：Fe-2e-===Fe2+，此时的电解总反应为Fe+Cu2+Fe2++Cu，反应的原理和构成原电池时一样，B项正确，C、D项错误。 7、以酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示。下列说法正确的是 A.燃料电池工作时，正极的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH- B.若a极是铁，b极是铜，则b极逐渐溶解，a极上有铜析出 C.若a、b极都是石墨，则在相同条件下a极产生的气体的体积与燃料电池中消耗的H2体积相等 D.若a极是粗铜，b极是纯铜，则a极逐渐溶解，b极上有铜析出 【答案】D 【解析】酸性环境中，氢氧燃料电池的正极的电极反应为O2+4e-+4H+===2H2O，不生成OH-，A项错误；a极为阳极，b极为阴极，若a极是铁，b极是铜，活泼金属Fe作阳极，则a极的电极反应为Fe-2e-===Fe2+，逐渐溶解，b极的电极反应为 +2e-===Cu，有Cu析出，B项错误；若a、b极都是石墨，则根据得失电子守恒知，相同条件下，a极上产生的氧气的体积和燃料电池中消耗的氧气的体积相等，是消耗的氢气体积的一半，C项错误；a极为阳极，b极为阴极，若a极是粗铜，b极是纯铜，则a极逐渐溶解，b极上有铜析出，D项正确。 8、某同学设计如图所示装置探究电化学原理，下列有关推断正确的是 A.若Q为直流电源，铁电极质量减轻，则a为直流电源的负极 B.若Q为用电器，X和Y均为烧碱溶液，则电流方向为由b到a C.若Q为用电器，X和Y分别为FeCl2溶液、AlCl3溶液，则铁电极的电极反应式为Fe2++2e-===Fe D.若Q为直流电源，X和Y均为饱和氯化钠溶液，则铝电极上一定发生氧化反应 【答案】C 【解析】Q为直流电源时该装置为电解池，铁电极质量减轻，说明铁电极发生氧化反应，故铁电极是电解池的阳极，则a是直流电源的正极，b是直流电源的负极，A错误；若Q为用电器，则该装置为原电池，在烧碱溶液中铝失去电子发生氧化反应，电子经用电器由b流向a，电流方向为由a到b，B错误；若Q为用电器，则该装置为原电池，铝比铁活泼，则铝电极是负极，铁电极是正极，电极反应式为Fe2++2e-===Fe，C正确；若Q为直流电源，该装置为电解池，电解池的电极类型与外接电源的正、负极有关，故铝电极上可能发生氧化反应，也可能发生还原反应，D错误。 9、ClO2是国家卫健委专家推荐的高效、安全的消毒用品。某电解法制备ClO2的装置如图所示，下列有关说法不正确的是 A.a电极为电源的正极 B.生成NCl3和H2的物质的量比为1∶3 C.转移2 mol电子后，阴极区加入2 mol HCl可复原 D.二氧化氯发生器中生成的X溶液的主要溶质为NaCl 【答案】D 【解析】根据装置图分析，与直流电源b电极相连的电极有H2生成，电极反应式为2H++2e-===H2↑，故b为直流电源负极，a为直流电源正极，在电解池中，左侧为阳极区，右侧为阴极区，电解质溶液Cl-通过阴离子交换膜进入阳极区，在Cl-作用下在阳极失去电子、发生氧化反应生成NCl3和H+，电极反应式为+3Cl--6e-===NCl3+4H+，NCl3在ClO2发生器中与亚氯酸钠溶液反应生成ClO2、NH3、NaCl和NaOH，反应的化学方程式为NCl3+6NaClO2+3H2O===6ClO2↑+NH3↑+3NaCl+3NaOH。根据电极反应式及得失电子数目守恒可知，生成NCl3和H2的物质的量比为1∶3，B项正确；阴极区变化有电极反应：2H++2e-===H2↑及Cl-通过阴离子交换膜进入阳极区，转移2 mol电子时，有2 mol H+参加反应，2 mol Cl-移向阳极区，则阴极区加入2 mol HCl可复原，C项正确；由分析可知，X溶液的主要溶质为NaCl和NaOH，D项错误。 10、利用太阳能光伏电池电解水获得H2，工作示意图如图所示。下列分析不正确的是 A.控制开关连接K1，电极1发生反应2H2O+2e-===H2↑+2OH- B.控制开关连接K2，电极3附近溶液的酸性增强 C.通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2 D.电极3的主要作用是通过NiOOH和Ni(OH)2相互转化实现电子转移 【答案】B 【解析】控制开关连接K1，电极1为阴极，H2O电离出的H+放电生成H2：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，A正确；控制开关连接K2，电极3为阴极，电极反应为NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-，c(OH-)增大，溶液的碱性增强，B错误；当开关连接K1时，电极1为阴极，水电离出的H+放电生成H2，当开关连接K2时，电极2为阳极，水电离出的OH-放电生成O2，通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2，C正确；连接K1，电极3为阳极，连接K2，电极3为阴极，通过NiOOH和Ni(OH)2相互转化实现电子转移，D正确。 11、84消毒液是常用的环境消毒液之一。某课外小组制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨做电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，可以使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，装置如图所示。 完成下列填空： (1)a为电源的_______(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，c为电解池的_____极。  (2)d电极上发生的电极反应式：________________________________，电解产生消毒液的总化学方程式为_____________。 【答案】(1)负　阳　(2)2H++2e-===H2↑ NaCl+H2ONaClO+H2↑ 【解析】电解饱和氯化钠溶液的方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，该学生目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液，即要让Cl2与NaOH充分混合反应。所以应在下端产生Cl2，上端产生NaOH，则a为负极，b为正极，c为阳极，d为阴极，Cl2和NaOH溶液反应：Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O，故电解产生消毒液的总化学方程式为NaCl+H2ONaClO+H2↑。 12、(1)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为_________。  (2)用石墨电极电解含有溶质0.1 mol的CuSO4溶液，在阴、阳两极各收集到2.24 L气体(标准状况下)后停止电解，若要恢复原电解质，溶液中需要加入的物质和物质的量分别是 _________、_________。  (3)甲、乙两同学，均用惰性电极电解相同浓度的硫酸铜溶液，各通电一段时间后，甲、乙分别向所得的溶液中加入0.1 mol CuO和0.1 mol Cu(OH)2，都恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则甲、乙在电解过程中转移的电子的物质的量之比为(　　) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4 (4)如图为电解熔融的氧化铝冶炼铝的示意图。 ①资料表明Al2O3的熔点2 054 ℃，冰晶石(Na3AlF6)的熔点1 000 ℃，用电解Al2O3制取金属铝时会加入冰晶石，其作用是____________。  ②该电解装置中的离子导体是______________________。  ③该电解过程要在1 000 ℃以上进行，工业上冶炼铝过程中会发生阳极损耗，可能发生的反应有____________。  (5)“电解精炼”装置如图所示(以粗Ga为原料制高纯Ga)，电解池温度控制在40~45 ℃的原因是____________，阴极的电极反应式为____________。  已知：金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8 ℃。 【答案】(1)Mn2++2H2O-2e-===MnO2↓+4H+ (2)Cu(OH)2　0.1 mol(或CuO、H2O　0.1 mol、0.1 mol) (3)B (4)①降低氧化铝的熔点 ②熔融状态的冰晶石和Al2O3 ③2O2--4e-===O2，O2+CCO2，O2+2C2CO (5)确保生成的Ga为液体，便于从出料口流出 [Ga(OH)4]-+3e-===Ga+4OH- 【解析】(3)加入0.1 mol CuO后恢复到电解前的浓度，可知发生反应 2H2O+2CuSO42Cu+O2↑+2H2SO4　转移电子 　　　　　　　　2 mol　　　　　　　4 mol 　　　　　　　　0.1 mol　　　　　　0.2 mol 故转移电子的总物质的量为0.2 mol；Cu(OH)2从组成上可看成CuO·H2O，加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度，即电解了0.1 mol硫酸铜和0.1 mol H2O，由电解的总反应式可知， 2H2O+2CuSO42Cu+O2↑+2H2SO4　转移电子 　　　　　　　　2 mol　　　　　　　4 mol 　　　　　　　　0.1 mol　　　　　　0.2 mol 2H2O2H2↑+O2↑　转移电子 2 mol　　　　　　　　　4 mol 0.1 mol　　　　　　　　0.2 mol 所以电解过程中共转移电子的物质的量为0.2 mol+0.2 mol=0.4 mol，则甲、乙在电解过程中转移的电子的物质的量之比为0.2 mol∶0.4 mol=1∶2，B正确。 13、电解法处理氮氧化物生产HNO3或硝酸盐有较高的环境效益和经济效益(图中电极均为石墨)。 Ⅰ.电解NO制备NH4NO3原理如图1所示。 (1)阳极为________(填“X”或“Y”)，Y极的电极反应式为____________。  (2)为使电解产物完全转化为NH4NO3，需要补充的物质A的化学式为________。  Ⅱ.用图2装置进行模拟电解NO2气体实验，可制备硝酸。 (3)电解时NO2发生的电极反应为______________________。  (4)若有0.1 mol NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H+为_____ mol。  【答案】(1)Y　NO-3e-+2H2O===N+4H+ (2)NH3　(3)NO2-e-+H2O===N+2H+ (4)0.1 【解析】(3)根据图2知，电解时，左室电极上氢离子放电生成氢气，则左室为阴极室，右室为阳极室，阳极上通入二氧化氮，生成硝酸，所以阳极电极反应式为NO2-e-+H2O===N+2H+。 (4)n(NO2)=0.1 mol，阳极反应式为NO2-e-+H2O===N+2H+，生成0.1 mol HNO3，则有0.1 mol氢离子进入阴极室。 14、(1)高铁酸钠(Na2FeO4)易溶于水，是一种新型多功能水处理剂。从环境保护的角度看，制备Na2FeO4较好的方法为电解法，其装置如图1所示。 ①电解过程中阳极的电极反应式为______________________。  ②图1装置中的电源采用NaBH4(硼元素的化合价为+3)和H2O2作原料的燃料电池，电池工作原理如图2所示。工作过程中该电源的正极反应式为_______________________，Na+的移向：________(填“a→b”或“b→a”)。  (2)利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2的废水，如图3所示，电解过程中溶液发生反应：Cr2+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O。 ①甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨Ⅱ是_____极；石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为_____________________。  ②工作时，甲池内的N向__________(填“石墨 Ⅰ”或“石墨 Ⅱ”)电极移动；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为________。  ③乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为___________________。  ④若溶液中减少了0.01 mol Cr2，则电路中至少转移了________ mol电子。  【答案】(1)①Fe+8OH--6e-===Fe+4H2O　②H2O2+2e-===2OH-　a→b (2)①正　NO2+N-e-===N2O5　②石墨Ⅰ　1∶4　③Fe-2e-===Fe2+　④0.12 【解析】(1)①电解时阳极Fe失电子被氧化为Fe，结合电解质溶液为碱性可得阳极电极反应式为Fe+8OH--6e-===Fe+4H2O。②电池工作时正极发生还原反应，结合图2原理知正极H2O2得电子被还原为OH-；电解质溶液中的阳离子(Na+)应由负极区(a极)移向正极区(b极)。(2)①根据题图3知甲池为燃料电池，电池工作时，石墨Ⅰ附近NO2转变成N2O5，发生氧化反应，电极反应式为NO2+N-e-===N2O5，则石墨Ⅱ是电池的正极，O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+2N2O5===4N。②电池工作时，电解质溶液中的阴离子移向负极，即甲池内的N向石墨Ⅰ电极移动；根据两极的电极反应式及得失电子守恒知，在相同条件下，消耗O2和NO2的体积比为1∶4。③乙池为电解池，Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极，发生的电极反应为Fe-2e-===Fe2+。④根据反应：Cr2+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O知，若溶液中减少了0.01 mol Cr2，则参加反应的Fe2+为0.06 mol，根据电极反应：Fe-2e-===Fe2+知电路中至少转移了0.12 mol电子。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第04讲 电解池及其应用 学习目标 1、理解电解池中电子的移动，阴、阳离子的移动，阴、阳两极上的反应及其变化，电流形成的过程和原理。 2、会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。 3、通过对氯碱工业、电镀、铜的电解精炼等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。 知识导图 新知精讲 【知识点1】电解的原理 1、电解熔融氯化钠 (1)电解装置 (2)分析产生金属钠的过程 ①通电前 熔融NaCl中存在的微粒有Na+、Cl-，这些微粒做无规则(或自由)运动。 ②通电后 离子移动方向：Na+移向铁电极，Cl-移向石墨电极。 电极上发生的反应： 铁电极：2Na++2e-===2Na，发生还原反应； 石墨电极：2Cl--2e-===Cl2↑，发生氧化反应。 (3)结论 熔融NaCl在直流电作用下发生了氧化还原反应，分解生成了Na和Cl2。 2、电解和电解池 (1)电化学是以电能和化学能之间的相互转化及转化过程中的有关规律为主要研究内容的科学。 (2)电解：将直流电通过熔融电解质或电解质溶液，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (3)电解池：将电能转化为化学能的装置。 (4)电解池的构成条件 ①直流电源，②两个电极，③电解质溶液或熔融电解质，④形成闭合回路。 3、电解原理 4、原电池与电解池的比较 工作原理 电极反应 装置构成条件 反应类型 能量转化 原电池 氧化还原反应 化学能→电能 负极：氧化反应 电极反应物、电极材料、离子导体、电子导体 正极：还原反应 电解池 电能→化学能 阳极：氧化反应 电极反应物、电极材料、离子导体、电子导体、直流电源 阴极：还原反应 【典例分析】 【例1】下列关于电解池的说法错误的是 A.电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B.非自发的氧化还原反应可通过电解实现 C.电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D.电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 【例2】某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是 选项 a电极 d电极 Q离子 A 阳极 正极 阳离子 B 阴极 正极 阳离子 C 阳极 负极 阴离子 D 阴极 负极 阴离子 【例3】如图所示装置中属于电解池的是__________(填序号)。 【知识点2】电解规律 1、放电规律 在阳极上阴离子失去电子发生氧化反应，在阴极上阳离子得到电子发生还原反应的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。 （1）阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。 常见阳离子的放电顺序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>…… (在溶液中Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋等是不会在阴极上放电的，但在熔融状态下的物质中会放电) 反应物 阴极金属阳离子(H+) 产物 金属(H2) （2）阳极： ①若是活性电极(银以前包括银在内的金属)作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应，电极反应式为M-ne-===Mn+，电极被溶解变成离子而进入溶液，溶液中的阴离子不能失电子。 反应物 阳极活性金属电极 产物 金属离子 ②若是惰性电极(如：Pt、石墨、Au等)作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见阴离子的放电顺序为：S2－>SO32－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。 反应物 S2－ I－ Br－ Cl－ OH－ 产物 S I2 Br2 Cl2 O2、H2O 2、用惰性电极电解电解质溶液的规律（四种类型） 电解后电解质溶液的复原：电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什么”原则，先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。 （1）电解水型 电解质类型 电极反应式及总反应式 电解质 浓度变化 pH 电解质 溶液复原 含氧酸， 如H2SO4 阳极 阴极 总反应式 可溶性强碱， 如NaOH 阳极 阴极 总反应式 活泼金属 含氧酸盐， 如KNO3、 Na2SO4 阳极 阴极 总反应式 （2）电解电解质型 电解质类型 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 溶液 pH 电解质溶液 复原 无氧酸， 如HCl 阴极： 阳极： 总反应式： 不活泼金属 无氧酸盐， 如CuCl2 阴极： 阳极： 总反应式： （3）电解电解质和水，生成H2和碱 电解质 (水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 活泼金属的 无氧酸盐 (如NaCl) 阳极： 阴极： 总反应式： （4）电解电解质和水，生成O2和酸 电解质 (水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 不活泼金属的 含氧酸盐 [如CuSO4] 阳极： 阴极： 总反应式： 3、电解池电极反应式的书写 (1)判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极； (2)分析电解质溶液或熔融电解质的组成，找全离子并分为阴、阳离子两组； (3)确定阴极、阳极上的放电物质及放电顺序； (4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要遵循原子守恒和电荷守恒； (5)最后写出总反应方程式。 4．活性电极电解电解质溶液的情况分析——用金属电极电解下列电解质溶液 ①铜为电极电解H2SO4溶液 阳极 阴极 总反应 ②用铁作电极电解NaOH溶液 阳极 阴极 总反应 ③用Ag作电极电解稀盐酸 阳极 阴极 总反应 ④以铝材为阳极， 电解H2SO4溶液， 铝材表面形成氧化膜 阳极 阴极 总反应 ⑤用Al作电极电解NaOH溶液 阳极 阴极 总反应 5．混合溶液——用惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合液(CuSO4与NaCl的物质的量为1∶1)，明显分三个阶段，写出三个阶段的阴、阳两极反应式 第一阶段 阳极反应式： 阴极反应式： 总反应化学方程式： 第二阶段 阳极反应式： 阴极反应式： 总反应化学方程式： 第三阶段 阳极反应式： 阴极反应式： 总反应化学方程式： 【典例分析】 【例1】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)] 【例2】下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是 A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B.NaOH、CuSO4、H2SO4 C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 【例3】 （1）用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式：____________；  阴极反应式：____________；  总反应离子方程式：____________。  （2）以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式：____________；  阴极反应式：____________；  总反应方程式：______________________。  【知识点3】电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气 1、实验室电解饱和食盐水 (1)实验装置 (2)实验现象 ①阳极上有刺激性气味的黄绿色气体产生，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。 ②阴极上有无色气体产生，阴极附近溶液变红色。 (3)原理分析 ①通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na+、Cl-、H+、OH-。 ②通电后，Na+、H+移向阴极，Cl-、OH-移向阳极。 阳极：离子放电顺序为Cl->OH-，电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑； 阴极：离子放电顺序为H+>Na+，电极反应式为2H++2e-===H2↑或者2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，因H+放电，故阴极区生成NaOH。 (4)电解的总反应式 化学方程式：2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH； 离子方程式：2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-。 2、氯碱工业 工业上，用隔膜阻止OH-移向阳极，则Na+和OH-可以在阴极附近的溶液中富集，这样就可以从阴极溶液中得到NaOH。这就是电解食盐水制备烧碱的原理，也称作氯碱工业。 阳离子交换膜 将电解槽隔成阳极室和阴极室，只允许阳离子通过，阻止Cl2、H2、OH－通过，这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O而影响烧碱的质量。 加入物质 a、b、c、d加入或取出的物质分别是精制饱和NaCl溶液、含少量NaOH的水、淡盐水、NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。 【典例分析】 【例1】用石墨电极电解饱和食盐水，下列分析错误的是 A.得电子能力：H+>Na+，故阴极得到H2 B.电解过程中Na+的物质的量不变 C.失电子能力：Cl->OH-，故阳极得到Cl2 D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后，溶液呈中性 【例2】如图，用有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的立式隔膜电解槽电解食盐水时，下列叙述错误的是 A.精制饱和氯化钠溶液从阳极区补充 B.Z处流出的溶液是较浓的NaOH溶液 C.使用离子交换膜时产品烧碱更纯 D.每转移NA个电子理论上可生成0.5 mol烧碱 【例3】氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品，如图是离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图，图中阳离子交换膜只允许Na+等通过，不允许OH-、Cl-等阴离子及气体分子通过。 (1)阳极(金属钛网)电极反应式：____________；  阴极(碳钢网)电极反应式：____________；  电解饱和食盐水总离子方程式：______________________。  (2)阳离子交换膜的作用为____________。  从图中b位置补充的为含有少量NaOH的水，NaOH的作用为___________。  (3)精制饱和食盐水从图中________________(填“a”“b”“c”或“d”，下同)位置补充，NaOH溶液从图中__________位置流出。图中e位置排出的气体为____________。  【知识点4】铜的电解精炼、电镀、电冶金 1、铜的电解精炼 (1)粗铜成分 ①主要成分：Cu。 ②杂质金属：比铜活泼的有Zn、Fe、Ni等；不如铜活泼的有Ag、Pt、Au等。 (2)装置 (3)电解精炼的电极反应 (4)电解精炼的结果 粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe、Ni等失去电子形成的阳离子进入溶液；不如铜活泼的金属Ag、Au、Pt等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，与其他不溶性杂质混在一起形成阳极泥；阴极上得到精铜。 长时间电解后，CuSO4溶液的浓度变小，电解质溶液必须补充，阳极减少的质量和阴极增加的质量不相等。 2、电镀 (1)定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。 (2)目的：提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。 (3)电镀池的设计 一般都是用含有镀层金属离子的盐溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；镀件与直流电源的负极相连，作为阴极。 (4)案例(铁钉镀铜实验) 阴极 铁钉(镀件)，电极反应：Cu2++2e-===Cu 阳极 铜片(镀层金属)，电极反应：Cu-2e-===Cu2+ 离子导体 硫酸铜溶液 装置图与实验现象 铜片：逐渐溶解。 铁钉：表面覆盖一层红色物质 阴、阳极质量变化 阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。 3、电解法用于冶炼较活泼的金属 金属 电极反应 总反应 钠 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑ 阴极：2Na++2e-===2Na 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ 铝 阳极：6O2--12e-===3O2↑ 阴极：4Al3++12e-===4Al 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 镁 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑ 阴极：Mg2++2e-===Mg MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 【典例分析】 【例1】衣服上漂亮的“金属”塑料纽扣表面金色的华贵外衣是采用化学方法电镀上去的，下列有关电镀的说法正确的是 A.通常以待镀制品为阳极 B.通常以镀层金属为阴极 C.用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液 D.纽扣表面镀铜时，可采用如图所示方法进行电镀 【例2】利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是 A.氯碱工业中，X电极反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2+浓度不变 C.在铁片上镀铜时，Y为纯铜 D.制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 【例3】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，思考回答下列问题： (1)阳极发生 反应，其电极反应式： 。 (2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加 (填“相等”或“不相等”)。 (3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有 、 、Ni2+等。 (4)电解后，电解池底部含有 等金属。 课后精练 1、某同学为了使反应HCl+Ag—→AgCl+H2↑能进行，设计了下列四个实验，如图所示，你认为可行的方案是 2、如图为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置，则下列说法不正确的是 A.电源a极为负极 B.KI⁃淀粉溶液会变蓝色 C.Cl-向电极Ⅱ区域移动 D.电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu-2e-===Cu2+ 3、等物质的量的BaCl2、K2SO4和AgNO3溶于水形成混合溶液，用石墨电极电解此溶液，经过一段时间后，阴、阳两极收集到的气体体积之比为3∶2。下列说法正确的是 A.阴极反应为2H++2e-===H2↑ B.阳极始终发生反应：2Cl--2e-===Cl2↑ C.两极共生成两种气体 D.向电解后溶液中通入适量的HCl可使溶液恢复到电解前的状态 4、用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是 A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2 C.H2和O2 D.Cu和O2 5、氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是 A.电极A接电源正极，发生氧化反应 B.电极B的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH- C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液 D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗 6、如图所示，铁片、铜片和CuSO4溶液可以构成原电池或电解池，下列说法正确的是 A.构成原电池时，Cu极反应式为Cu-2e-===Cu2+ B.构成电解池时，Cu极质量可能减少也可能增加 C.构成电解池时，Fe极质量一定减少 D.构成的原电池或电解池在工作时的反应原理一定不同 7、以酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示。下列说法正确的是 A.燃料电池工作时，正极的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH- B.若a极是铁，b极是铜，则b极逐渐溶解，a极上有铜析出 C.若a、b极都是石墨，则在相同条件下a极产生的气体的体积与燃料电池中消耗的H2体积相等 D.若a极是粗铜，b极是纯铜，则a极逐渐溶解，b极上有铜析出 8、某同学设计如图所示装置探究电化学原理，下列有关推断正确的是 A.若Q为直流电源，铁电极质量减轻，则a为直流电源的负极 B.若Q为用电器，X和Y均为烧碱溶液，则电流方向为由b到a C.若Q为用电器，X和Y分别为FeCl2溶液、AlCl3溶液，则铁电极的电极反应式为Fe2++2e-===Fe D.若Q为直流电源，X和Y均为饱和氯化钠溶液，则铝电极上一定发生氧化反应 9、ClO2是国家卫健委专家推荐的高效、安全的消毒用品。某电解法制备ClO2的装置如图所示，下列有关说法不正确的是 A.a电极为电源的正极 B.生成NCl3和H2的物质的量比为1∶3 C.转移2 mol电子后，阴极区加入2 mol HCl可复原 D.二氧化氯发生器中生成的X溶液的主要溶质为NaCl 10、利用太阳能光伏电池电解水获得H2，工作示意图如图所示。下列分析不正确的是 A.控制开关连接K1，电极1发生反应2H2O+2e-===H2↑+2OH- B.控制开关连接K2，电极3附近溶液的酸性增强 C.通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2 D.电极3的主要作用是通过NiOOH和Ni(OH)2相互转化实现电子转移 11、84消毒液是常用的环境消毒液之一。某课外小组制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨做电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，可以使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，装置如图所示。 完成下列填空： (1)a为电源的_______(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)极，c为电解池的_____极。  (2)d电极上发生的电极反应式：________________________________，电解产生消毒液的总化学方程式为_____________。 12、(1)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为_________。  (2)用石墨电极电解含有溶质0.1 mol的CuSO4溶液，在阴、阳两极各收集到2.24 L气体(标准状况下)后停止电解，若要恢复原电解质，溶液中需要加入的物质和物质的量分别是 _________、_________。  (3)甲、乙两同学，均用惰性电极电解相同浓度的硫酸铜溶液，各通电一段时间后，甲、乙分别向所得的溶液中加入0.1 mol CuO和0.1 mol Cu(OH)2，都恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则甲、乙在电解过程中转移的电子的物质的量之比为(　　) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4 (4)如图为电解熔融的氧化铝冶炼铝的示意图。 ①资料表明Al2O3的熔点2 054 ℃，冰晶石(Na3AlF6)的熔点1 000 ℃，用电解Al2O3制取金属铝时会加入冰晶石，其作用是____________。  ②该电解装置中的离子导体是______________________。  ③该电解过程要在1 000 ℃以上进行，工业上冶炼铝过程中会发生阳极损耗，可能发生的反应有____________。  (5)“电解精炼”装置如图所示(以粗Ga为原料制高纯Ga)，电解池温度控制在40~45 ℃的原因是____________，阴极的电极反应式为____________。  已知：金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8 ℃。 13、电解法处理氮氧化物生产HNO3或硝酸盐有较高的环境效益和经济效益(图中电极均为石墨)。 Ⅰ.电解NO制备NH4NO3原理如图1所示。 (1)阳极为________(填“X”或“Y”)，Y极的电极反应式为____________。  (2)为使电解产物完全转化为NH4NO3，需要补充的物质A的化学式为________。  Ⅱ.用图2装置进行模拟电解NO2气体实验，可制备硝酸。 (3)电解时NO2发生的电极反应为______________________。  (4)若有0.1 mol NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H+为_____ mol。  14、(1)高铁酸钠(Na2FeO4)易溶于水，是一种新型多功能水处理剂。从环境保护的角度看，制备Na2FeO4较好的方法为电解法，其装置如图1所示。 ①电解过程中阳极的电极反应式为______________________。  ②图1装置中的电源采用NaBH4(硼元素的化合价为+3)和H2O2作原料的燃料电池，电池工作原理如图2所示。工作过程中该电源的正极反应式为_______________________，Na+的移向：________(填“a→b”或“b→a”)。  (2)利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2的废水，如图3所示，电解过程中溶液发生反应：Cr2+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O。 ①甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨Ⅱ是_____极；石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为_____________________。  ②工作时，甲池内的N向__________(填“石墨 Ⅰ”或“石墨 Ⅱ”)电极移动；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为________。  ③乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为___________________。  ④若溶液中减少了0.01 mol Cr2，则电路中至少转移了________ mol电子。  第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $