1.3 电能转化为化学能——电解（题型专练）化学鲁科版选择性必修1

第三节 电能转化为化学能——电解 （题型突破·举一反三） 题型01 电解原理 题型02 电解规律 题型03 氯碱工业 题型04 电解精炼与电镀 题型05 电解原理的应用 题型06 电解质溶液的复原 题型07 电解的相关计算 题型08 多池串联问题 题型09 离子交换膜 ▌题型01 电解原理 1.电解和电解池 (1)电化学是以 和 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 ，在两个电极上分别发生 反应和 反应的过程。 (3)电解池：将 转化为 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。 2．电解池阴阳极的判断方法 3．电解池电极产物的判断 【典例1】（24-25高二上·山东淄博·阶段检测）下列实验装置（夹持装置略）能达到实验目的的是 A．甲装置可测定中和反应的反应热 B．乙装置制备并能较长时间不变色 C．丙装置可实现粗铜提纯 D．丁装置可用于制备消毒液 【典例2】（20-21高二上·安徽黄山·期末）下图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是 A．a为阳极 B．b发生还原反应 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．溶液中Na+ 移向a极 【变式1-1】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 【变式1-2】香港城市大学支春义教授课题组设计了一个以高电位储锂材料为正极、锌金属为负极的水系混合离子电池，其放电时的工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A．放电时，电极a发生还原反应 B．充电时，通过交换膜M向电极a移动 C．放电时，电极b的电极反应式为 D．充电时，电极b连接电源的负极 【变式1-3】某同学按图示装置进行实验探究，电极材料为石墨，下列说法正确的是 A．电极N为阴极，电极上有红色物质生成 B．电极M为正极，电极上有气体产生 C．一段时间后，溶液质量增加 D．该装置是将化学能转化为电能 ▌题型02 电解规律 1.放电规律 (1)阳极为惰性电极(如碳棒、Pt、稀土金属材料等)时，离子的放电顺序： ①阳极：溶液中阴离子放电，常见阴离子的放电顺序：>I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。 ②阴极：溶液中阳离子放电，常见阳离子的放电顺序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>…… (2)阳极为活性电极(如Fe、Cu、Ag等)时，电极本身先放电，电极反应式为M-ne-===Mn+。 2.用惰性电极电解电解质溶液的规律 (1)电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O-4e-===O2↑+4H+ 阴极反应式 4H2O+4e-===2H2↑+4OH- 4H++4e-===2H2↑ pH变化 复原加入物质 (2)电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 阴极反应式 pH变化 - 复原加入物质 (3)电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 阴极反应式 pH变化 复原加入物质 3.电解池中的守恒规律 同一电路中转移的电子数是相等的，利用 使各电极得失电子均相等，在各极反应式中建立联系。 【典例1】（19-20高一下·河北邯郸·期末）下列实验现象预测不正确的是 A．实验I：电流表A指针偏转，碳棒上有红色固体析出 B．实验II：电流表A指针偏转，碳棒上有无色气体产生 C．实验Ⅲ：碳棒上有黄绿色气体产生，铁极上有无色气体产生 D．实验IV：可实现粗铜的提纯 【典例2】（23-24高二下·江苏泰州·期中）电池有铅蓄电池、燃料电池(如NO2-NH3电池)、锂离子电池、Mg一次氯酸盐电池等，它们可以将化学能转化为电能。NH3、CH4、NaBH4都可用作燃料电池的燃料。CH4的燃烧热为890.3kJ/mol。电解则可以将电能转化为化学能，电解饱和NaCl溶液可以得到Cl2，用电解法可制备消毒剂高铁酸钠(Na2FeO4)。电解法制备Na2FeO4的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．M为电源的负极 B．阳极上的电极反应式为 C．OH-通过阴离子交换膜移向Pt电极 D．理论上每转移0.1mol e-，阴极上会产生标准状况下1.12L气体 【变式2-1】利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图4所示实验。闭合，一段时间后 A．U形管左侧有、右侧有气体产生 B．a处布条褪色，说明具有漂白性 C．b处出现蓝色，说明还原性： D．断开，立刻闭合，电流表发生偏转 【变式2-2】我国科学家通过Cu2O超低电位下电催化硝酸盐与甲醛的耦合反应，实现了处理污染物的同时产生增值化学品，其原理如图所示。下列说法错误的是 A．Cu2O电极a为阳极 B．当电源的电压过大时，阳极可能会产生氧气 C．阴极电极反应式为+8e-+6H2O=NH3↑+9OH- D．当电路中转移2 mol e-时，Cu2O电极a的质量会增加52 g 【变式2-3】一种新型电解处理含酚废水装置如图所示，电极a材料表面附着石墨烯，下列说法错误的是 A．阳极的电极反应为 B．两极表面材料进行纳米级调控能使溶液相关物质充分参与电极反应 C．交换膜为质子交换膜，氢离子从b区转移到a区 D．b电极所在的电极区，一段时间后，溶液pH基本保持不变 ▌题型03 氯碱工业 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 气味的 色气体产生，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变 。 ②阴极上有 气体产生，阴极附近溶液变 。 (3)原理分析 ①通电前，氯化钠溶液中含有的离子： 。 ②通电后， 移向阴极， 移向阳极。 阳极：离子放电顺序为 ，电极反应式为 ； 阴极：离子放电顺序为 ，电极反应式为 。 因 放电，故阴极区生成NaOH。 (4)电解的总反应式 化学方程式： ； 离子方程式： 。 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。 【典例1】（25-26高二下·贵州铜仁·期末）我国某科研团队以、为电极组装了世界首例氢负离子电池。现以该电池作为电源，模拟氯碱工业制备。已知：为降低电压需求，图中氯碱工业已改进。 下列说法错误的是 A．电极d附近pH变大 B．电极a的反应为： C．电子流向为：a→d→c→b D．当生成标准状况下2.24 L 时，理论上从b电极迁出了0.2 mol 【典例2】（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 【变式3-1】新型三步法氯碱工艺，具有清洁、低成本的特点，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．与传统氯碱工艺相比，该方法不需要使用离子交换膜 B．第一步中阳极的电极反应式为 C．第二步中，放电结束后，电解质溶液的pH变大 D．理论上每消耗0.1 mol ，产生0.4 mol NaOH和4.48 L (标准状况下) 【变式3-2】氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相结合的新工艺设计节能超过30%。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出 下列说法不正确的是 A．X为 B．比较图示中 C．燃料电池中正极的电极反应式为 D．这种设计的主要节能之一在于燃料电池可以补充电解池消耗的电能 【变式3-3】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： ▌题型04 电解精炼与电镀 1.铜的电解精炼 (1)粗铜成分 ①主要成分： 。 ②杂质金属：比铜活泼的有 等；不如铜活泼的有 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 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 ；阴极上得到精铜。 2.电镀 (1)定义：应用 原理，在金属表面镀上一薄层 或 的方法。 (2)目的：提高金属的 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 作电镀液；把 浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极； 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 (镀件)，电极反应： 阳极 (镀层金属)，电极反应： 离子导体 硫酸铜溶液 装置图与实验现象 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： 阴极： 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ 铝 阳极： 阴极： 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 镁 阳极： 阴极： MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 【典例1】（25-26高二上·天津河西·期末）以硫酸铜溶液为电解质溶液进行粗铜(含Fe、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是 A．电解过程中，电能全部转化为化学能 B．电解时，阴极始终发生 C．溶液中浓度保持不变 D．电解后，电解槽底部会形成、、、等阳极泥 【典例2】（25-26高二下·浙江舟山·阶段检测）利用某储能电池(图甲)做电源可实现在铁制品上镀铜(图乙)。下列说法不正确的是 A．图甲装置工作时，左侧溶液pH将变大 B．镀铜时，应将a极和d极，b极与c极相连 C．向图乙溶液中加入一些氨水，制成铜氨溶液，可使镀层光亮 D．a极电极反应为 【变式4-1】提供几组常见的实验装置示意图，下列有关叙述正确的是 A．装置①中阳极上有红色物质析出 B．装置②中的铜片应与直流电源的负极相连 C．装置③中，若电解液为KOH溶液，则电极a的反应式： D．装置④中，CuSO4溶液的浓度始终不变 【变式4-2】钠离子电池因原料资源丰富、成本低廉和低温性能优异等优势，成为储能领域的研究热点。某钠离子电池结构如图所示，电极A的材料为，电极B的材料为(嵌钠硬碳)。下列说法正确的是 A．电极A为原电池的负极，发生氧化反应 B．用该电池电解精炼铜，当电池中迁移1 mol Na时，理论上可获得64 g纯铜 C．放电时，电极B的电势高于电极A的电势 D．充电时，阳极的电极反应式可表示为： 【变式4-3】氯碱工业和电解精炼铜是工业上电解原理的重要应用，如图所示。下列说法正确的是 A．M是电源的负极 B．电解精炼铜过程中硫酸铜溶液的浓度保持不变 C．F口产生的气体是氯气 D．电解精炼铜中纯铜作阳极 ▌题型05 电解原理的应用 配平电极反应式的思路方法 步骤1：运用 守恒，配平变价物质的计量数和得失电子数。 步骤2：运用电荷守恒，配平H+或OH-等离子的计量数。 一般，强酸性环境用 调电荷；强碱性环境用 调电荷。其他情况：生成物中加 或 。 步骤3：运用质量守恒配平其他物质的计量数，如 等。 【典例1】（25-26高二下·湖南长沙·阶段检测）用单原子Ni和纳米Cu作串联催化剂，通过电解法可将CO2转化为乙烯，实验装置如图所示[已知：电解效率η(B)=×100%]。其中双极膜是由阳膜和阴膜制成的复合膜，在直流电场的作用下，双极膜复合层间的H2O电离出的H+和OH-可以分别通过膜移向两极。下列说法正确的是 A．纳米Cu催化剂上发生的反应为2CO+8e-+8H+=CH2=CH2+2H2O B．若乙烯的电解效率为60%，电路中通过1 mol电子时，产生0.06 mol乙烯 C．电解池工作时，双极膜中H2O电离出的H+流向电极a D．电解结束后双极膜右侧区域n(KOH)减小 【典例2】（2026·江西·高考真题）背靠背式电解池可用于电化学合成氨，如图。下列说法正确的是 A．阳极反应： B．外电路电子由b流向a C．每生成，消耗 D．经交换膜从右向左移动 【变式5-1】如果烟气主要成分为，可通过电解法除去，其原理如图所示。下列说法正确的是 A．为电源负极 B．阳极电极反应式为 C．得到的浓溶液中可能含有 D．该装置可以将电能完全转化为化学能 【变式5-2】利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收。下列说法正确的是 A．b为直流电源的正极 B．阳极的电极反应式为SO2+2H2O- 2e-=+4H+ C．电解时，通过阳离子交换膜移到左侧 D．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜电极反应式不变 【变式5-3】利用电催化技术，将5-羟甲基糠醛(HMF)高效转化为高附加值的2，5-呋喃二甲醛(DFF)，工作原理如下图所示。双极膜中间层中的解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是 A．电解过程中，双极膜中解离出的向极迁移 B．产生气体，双极膜中解离了 C．b极的电极反应式为 D．一段时间后，阴极区变大，阳极区变小 ▌题型06 电解质溶液的复原 (1)电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O-4e-===O2↑+4H+ 阴极反应式 4H2O+4e-===2H2↑+4OH- 4H++4e-===2H2↑ pH变化 复原加入物质 (2)电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 阴极反应式 pH变化 - 复原加入物质 (3)电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 阴极反应式 pH变化 复原加入物质 【典例1】（25-26高二下·江西抚州·阶段检测）化学在科学研究、工农业生产和生活中有重要应用。下列说法正确的是 A．铵态氮肥与草木灰混合施用效果更好 B．用惰性电极电解CuSO4溶液，加入适量CuO固体，可能使CuSO4溶液恢复到原浓度 C．配制溶液时，将固体溶解在硫酸溶液中，再加水稀释到所需的浓度 D．电镀保护金属制品的过程中，镀层金属常作阴极 【典例2】（25-26高二上·辽宁·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。下列说法正确的是 A．电极a发生还原反应 B．电极b的电极反应： C．电解一段时间后，左室溶液的pH不变 D．电解一段时间后，在右室加入可实现电解液的再生 【变式6-1】如图为直流电源电解稀水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是 A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．电解一段时间后，向溶液加水可恢复至原溶液完全相同 【变式6-2】常温下，甲、乙两同学，均用惰性电极电解相同浓度的硫酸铜溶液，甲通电后，乙通电后，甲向所得的溶液中加入 ，乙向所得的溶液中加入 ，都恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则甲、乙对应的硫酸铜溶液在上述电解过程中转移的电子的物质的量之比为 A． B． C． D． 【变式6-3】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 ▌题型07 电解的相关计算 【典例1】（25-26高二下·广西柳州·期末）我国科研工作者设计了一种如图所示的Mg-海水电池驱动海水(pH=8.2)电解系统，在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是 A．电极1为负极 B．右侧装置中的OH-向电极3迁移 C．左侧装置总反应为 D．理论上，外电路每通过电子，可产生 【典例2】（25-26高二下·湖北鄂州·期末）2025年诺贝尔化学奖与金属有机框架（）的研发有关。材料可以电催化还原，装置原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极为阳极 B．电极上的电极反应式为： C．电极上生成时，理论上可还原 D．选用合适的催化剂，该装置也可将转化为、等 【变式7-1】电解法除烟气中并实现含尾气资源化利用的装置如图所示。下列有关说法正确的是 A．电极连接电源的负极 B．若不通，则电极区产生的气体为 C．Sn电极上的主要反应为： D．电解过程中，参与反应，由电极区移向电极区 【变式7-2】在微生物作用下电解有机废水(含)，可获得清洁能源，其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．电极B为正极 B．温度越高，处理有机废水的效率越高 C．阳极反应式： D．当电路中转移电子时，产生的质量为 【变式7-3】一种将废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化为 LiCoO2的电化学装置，其示意图如下： 下列说法正确的是 A．A电极电势高于B电极 B．LixCoO2电极上发生的反应：LixCoO2 +xe- +xLi+ = LiCoO2 C．一段时间后，阳极区附近溶液pH减小 D．电解过程中，外电路转移2mol e-时，溶液中有1mol SO移向LixCoO2电极 ▌题型08 多池串联问题 1．有外接电源的全部都是电解池 2．无明显外接电源的一般只有1个原电池，其余全是电解池 （1）有盐桥的是原电池 （2）有燃料电池的是原电池 （3）能发生自发氧化还原反应的装置为原电池 （4）多个自发，两电极金属性相差最大的为原电池 3．电极的连接顺序 负→阴→阳→阴→…→阳→正 4．串联电路的特点 每一个电极转移的电子数都相等 【典例1】（24-25高二下·广东广州·期末）某实验小组利用如图所示装置制备。已知甲装置的工作原理为：，电极a、b采用石墨或Fe。下列说法正确的是 A．乙装置中电极a应为石墨，b电极为Fe B．乙装置中可用溶液代替NaCl溶液 C．乙装置中发生的总反应为： D．理论上每生成9.0 g ，甲装置中将有0.2 mol 向惰性电极Ⅰ移动 【典例2】（25-26高二下·云南昆明·期末）浓差电池是利用两极电解质溶液浓度不同引起电势差而放电的装置，一般电解质溶液浓度高的一极电势高于浓度低的一极。利用浓差电池电解稀硫酸的装置如图所示[Cu(Ⅰ)与Cu(Ⅱ)电极的初始质量相等]，气体b能使带火星的木条复燃。下列说法正确的是 A． B．电流流向：Cu(Ⅰ)→惰性电极(Ⅱ)→惰性电极(Ⅰ)→Cu(Ⅱ)→Cu(Ⅰ) C．一段时间后稀硫酸的pH保持不变 D．产生2.24 L气体b(标准状况)时，理论上Cu(Ⅰ)与Cu(Ⅱ)电极的质量差为12.8 g 【变式8-1】微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，将其与微生物电解池进行串联，可实现海水淡化、去除重金属离子的同时制串联装置的示意图如下，所用电极均是惰性电极。 下列说法不正确的是 A．电子由R极经导线流向N极 B．交换膜1为阴离子交换膜 C．R极电极反应式： D．一段时间后，T极沉积2.07 gPb，NaCl溶液中减少0.02 molNaCl 【变式8-2】浓差电池是利用电解质溶液浓度不同而产生电流的一类电池。学习小组以浓差电池为电源，用如图所示装置，A室得到含的溶液，C室得到浓溶液。下列说法错误的是 已知： A．(Ⅰ)为负极，(Ⅱ)为正极，且起始加入的溶液的浓度 B．工作时，A室溶液的减小，C室溶液的增大 C．导线中通过，电解池中的阳极生成气体(标况下) D．膜a和膜b均选用阴离子交换膜 【变式8-3】利用氢氧燃料电池，以Ni、Fe为电极电解NaOH溶液制备Na2FeO4的装置如图所示(已知Na2FeO4在浓碱中稳定存在，固体电解质掺杂了K2CO3晶体)。下列说法不正确的是 A．外电路电子流向：d极经导线流向a极 B．该离子交换膜为阳离子交换膜 C．电极a的电极反应：O2+4e-+2CO2=2 D．理论上电解池中每制得0.1 mol Na2FeO4，固体电解质中迁移0.3 mol ▌题型09 离子交换膜 1．离子交换膜在电解池中的作用 （1）隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触 ①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量 ②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸） （2）通透：能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用 （3）实例：氯碱工业中-离子交换膜的作用 ①平衡电荷，形成闭合回路； ②防止Cl2和H2混合而引起爆炸； ③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量； ④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 2．常见的离子交换膜（隔膜） （1）阳离子交换膜：简称阳膜，只允许-离子通过 （2）阴离子交换膜：简称阴膜，只允许 离子通过 （3）质子交换膜：只允许 通过 3．含离子交换膜电化学装置的几个区域 （1）原料区 ①主料区：加入原料的 溶液，流出原料的 溶液 ②辅料区：加入辅料的 溶液，流出辅料的 溶液 （2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域 （3）缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用 （4）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移 装置 问题 根据O2~4e－~4H+，阳极产生lmol O2时，有4mol H+由阳极移向阴极，则阳极溶液的质量减轻32g+4g＝36g 【典例1】（24-25高二下·江苏南通·期末）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为： 下列说法正确的是 A．a极释放的气体是O2 B．电解过程中，a极区pH变小 C．b极的电极反应式： D．若生成22.4 L(标准状况下)H2，则有1 mol OH-通过阴离子交换膜 【典例2】（25-26高一下·辽宁沈阳·阶段检测）一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并在C区域以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．电极b上发生的电极反应为 B．此装置还可获得副产品NaOH C．Ⅰ为阴离子交换膜 D．穿过离子交换膜Ⅰ的离子质量为5.75 g时，理论上可回收LiCl约10.6 g 【变式9-1】我国科学家研制的自驱动高效制的电化学装置如图所示，下列说法正确的是 A．该装置是两个原电池的串联 B．装置b中与电极Ⅱ相连的为阴极 C．装置a中消耗时，整个装置中消耗 D．装置a中的离子交换膜是阳离子交换膜 【变式9-2】电催化还原硝酸盐生成氨气的原理如图所示，下列说法错误的是 A．惰性电极a为阳极 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．工作一段时间后，右室溶液变大 D．从溶液中逸出，左室溶液质量减少了 【变式9-3】浓差电池是利用电解质溶液浓度不同而产生电流的一类电池。学习小组以浓差电池为电源，用如图所示装置从含的浆液中分离得到含的溶液并制备NaOH。下列说法错误的是： 已知： A．起始加入的溶液浓度： B．膜a和膜b均适合选用阴离子交换膜 C．工作时，A室溶液质量减小、C室溶液质量增加 D．导线中通过，理论上电解池中两极共生成1.68 L气体（标准状况下） / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 电能转化为化学能——电解 （题型突破·举一反三） 题型01 电解原理 题型02 电解规律 题型03 氯碱工业 题型04 电解精炼与电镀 题型05 电解原理的应用 题型06 电解质溶液的复原 题型07 电解的相关计算 题型08 多池串联问题 题型09 离子交换膜 ▌题型01 电解原理 1.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。 2．电解池阴阳极的判断方法 3．电解池电极产物的判断 【典例1】（24-25高二上·山东淄博·阶段检测）下列实验装置（夹持装置略）能达到实验目的的是 A．甲装置可测定中和反应的反应热 B．乙装置制备并能较长时间不变色 C．丙装置可实现粗铜提纯 D．丁装置可用于制备消毒液 【答案】B 【详解】A．金属搅拌器会导热，造成热量损失，不可以用甲装置测定中和反应的反应热，A错误； B．Fe与电源正极相连作阳极，失去电子，阴极上水中氢离子得到电子生成氢气和氢氧根离子，煤油可隔绝空气，可制备Fe(OH)2并能较长时间不变色，B正确； C．粗铜为阳极，被氧化，粗铜逐渐溶解，精铜为阴极，会析出铜，但电流是从电源正极流出，C错误； D．应该上侧电极为阴极，水放电生成氢气和氢氧根离子，下侧电极为阳极，氯离子放电生成氯气，氯气上升和氢氧根离子生成次氯酸钠，D错误； 故选B。 【典例2】（20-21高二上·安徽黄山·期末）下图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是 A．a为阳极 B．b发生还原反应 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．溶液中Na+ 移向a极 【答案】D 【详解】A．a与电池的负极相连，为阴极，A错误； B．b为阳极，失电子，发生氧化反应，B错误； C．a电极水得电子，生成氢气和氢氧根离子，附近呈蓝色，C错误； D．电解池中，阳离子向阴极移动，则溶液中Na+移向a极，D正确； 答案为D。 【变式1-1】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。 【详解】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。 【变式1-2】香港城市大学支春义教授课题组设计了一个以高电位储锂材料为正极、锌金属为负极的水系混合离子电池，其放电时的工作原理如图所示。 下列说法正确的是 A．放电时，电极a发生还原反应 B．充电时，通过交换膜M向电极a移动 C．放电时，电极b的电极反应式为 D．充电时，电极b连接电源的负极 【答案】B 【详解】A．放电时电极a为Zn负极，Zn失电子发生氧化反应，A错误； B．充电时装置为电解池，阳离子向阴极移动，放电时的负极a充电时作阴极，因此通过交换膜M向电极a移动，B正确； C．放电时电极b为正极，发生得电子的还原反应，正确反应为，选项给出的是失电子的氧化反应，属于充电时阳极的反应，C错误； D．充电时，放电时的正极b作阳极，应连接电源的正极，D错误； 故答案为B。 【变式1-3】某同学按图示装置进行实验探究，电极材料为石墨，下列说法正确的是 A．电极N为阴极，电极上有红色物质生成 B．电极M为正极，电极上有气体产生 C．一段时间后，溶液质量增加 D．该装置是将化学能转化为电能 【答案】A 【详解】A．电极N与电源负极相连，为电解池的阴极，电极反应式为：Cu2++2e-=Cu，电极上有红色物质生成，故A正确； B．电极M与电源的正极相连，为电解池的阳极，电解材料为石墨，所以此极为溶液中的氯离子放电，电极反应式为：2Cl--2e- =Cl2↑，电极上有气体产生，故B错误； C．有电源，装置为电解池，电极材料为石墨，所以电极不放电，相当于电解氯化铜，溶质会减少，一段时间后，溶液质量减少，故C错误； D．该装置为电解池，将电能转化为化学能，故D错误； 答案选A。 ▌题型02 电解规律 1.放电规律 (1)阳极为惰性电极(如碳棒、Pt、稀土金属材料等)时，离子的放电顺序： ①阳极：溶液中阴离子放电，常见阴离子的放电顺序：>I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。 ②阴极：溶液中阳离子放电，常见阳离子的放电顺序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>…… (2)阳极为活性电极(如Fe、Cu、Ag等)时，电极本身先放电，电极反应式为M-ne-===Mn+。 2.用惰性电极电解电解质溶液的规律 (1)电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O-4e-===O2↑+4H+ 4OH--4e-===O2↑+2H2O 阴极反应式 4H++4e-===2H2↑ 4H2O+4e-===2H2↑+4OH- 4H++4e-===2H2↑ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 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 HCl 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↑ 4OH--4e-===O2↑+2H2O 阴极反应式 2H++2e-===H2↑ 2Cu2++4e-===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 HCl CuO或CuCO3 3.电解池中的守恒规律 同一电路中转移的电子数是相等的，利用电子守恒使各电极得失电子均相等，在各极反应式中建立联系。 【典例1】（19-20高一下·河北邯郸·期末）下列实验现象预测不正确的是 A．实验I：电流表A指针偏转，碳棒上有红色固体析出 B．实验II：电流表A指针偏转，碳棒上有无色气体产生 C．实验Ⅲ：碳棒上有黄绿色气体产生，铁极上有无色气体产生 D．实验IV：可实现粗铜的提纯 【答案】B 【详解】A．实验I：该装置符合原电池构成条件，能形成原电池，所以有电流产生，铁易失电子而作负极，碳作正极，碳棒上铜离子得电子生成铜单质，所以碳棒上有红色物质析出，故A正确； B．实验II：该电池符合原电池构成条件，能形成原电池，所以有电流产生，铁易失电子生成亚铁离子而作负极，没有无色气体产生，故B错误； C．实验III：该装置是电解池，碳作阳极，铁作阴极，碳棒上氯离子放电生成黄绿色的氯气，铁棒上氢离子放电生成无色的氢气，故C正确； D．实验IV：该装置是电解池，粗铜做阳极，精铜作阴极，阳极上铜失电子形成铜离子，还有一些金属失去电子，形成阳极泥，阴极上铜离子得电子发生还原反应生成金属单质铜，可实现粗铜的提纯，故D正确； 答案选B。 【典例2】（23-24高二下·江苏泰州·期中）电池有铅蓄电池、燃料电池(如NO2-NH3电池)、锂离子电池、Mg一次氯酸盐电池等，它们可以将化学能转化为电能。NH3、CH4、NaBH4都可用作燃料电池的燃料。CH4的燃烧热为890.3kJ/mol。电解则可以将电能转化为化学能，电解饱和NaCl溶液可以得到Cl2，用电解法可制备消毒剂高铁酸钠(Na2FeO4)。电解法制备Na2FeO4的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．M为电源的负极 B．阳极上的电极反应式为 C．OH-通过阴离子交换膜移向Pt电极 D．理论上每转移0.1mol e-，阴极上会产生标准状况下1.12L气体 【答案】D 【分析】电解法制备Na2FeO4的工作原理如图所示，Fe为电解池的阳极，M为电源的正极，电极反应式为Fe-6e-+8OH-=+4H2O，Pt为电解池的阴极，N为电源的负极，电极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阴离子交换膜应能允许OH-通过而能阻止的扩散，据此分析解题。 【详解】A．由分析可知，M为电源的正极，A错误； B．由分析可知，阳极上的电极反应式为Fe-6e-+8OH-=+4H2O，B错误； C．由分析可知，Fe为阳极，Pt电极为阴极，OH-通过阴离子交换膜由阴极即Pt电极移向阳极即Fe电极，C错误； D．由分析可知，阴极电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，根据电子守恒可知，理论上每转移0.1mol e-，阴极上会产生标准状况下0.05molH2即0.05mol×22.4L/mol=1.12L气体，D正确； 故答案为：D。 【变式2-1】利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图4所示实验。闭合，一段时间后 A．U形管左侧有、右侧有气体产生 B．a处布条褪色，说明具有漂白性 C．b处出现蓝色，说明还原性： D．断开，立刻闭合，电流表发生偏转 【答案】D 【详解】A．闭合时左侧为阳极，失电子生成，右侧为阴极，得电子生成，右侧气体是不是，A错误； B．a处是湿润红布条，与水反应生成的具有漂白性，本身无漂白性，B错误； C．b处出现蓝色是因为发生反应，还原剂的还原性大于还原产物，即还原性，C错误； D．断开立刻闭合，左侧吸附的和右侧生成的构成氢氯燃料电池，形成电流，左侧为正极，右侧为负极，电流表发生偏转，D正确； 故答案选D。 【变式2-2】我国科学家通过Cu2O超低电位下电催化硝酸盐与甲醛的耦合反应，实现了处理污染物的同时产生增值化学品，其原理如图所示。下列说法错误的是 A．Cu2O电极a为阳极 B．当电源的电压过大时，阳极可能会产生氧气 C．阴极电极反应式为+8e-+6H2O=NH3↑+9OH- D．当电路中转移2 mol e-时，Cu2O电极a的质量会增加52 g 【答案】D 【分析】根据装置图可知电极b上硝酸根被还原为氨气，发生还原反应，b为阴极，a电极氧化为，发生氧化反应，a为阳极。 【详解】A．电极a上，中Cu为+1价，转化为中+2价Cu，Cu化合价升高，发生失电子的氧化反应，电解池中失电子的一极为阳极，因此a为阳极，A正确； B．当电源的电压过大时，阳极区氢氧根可能会放电，发生反应，会产生氧气，B正确； C．阴极b上得电子生成，N从+5价变为−3价，每个得到8个电子，配平后电极反应为，C正确； D．当电路中转移2 mol e-时，先转化为，与甲醛又生成，则电极a的质量不变，D错误； 故选D。 【变式2-3】一种新型电解处理含酚废水装置如图所示，电极a材料表面附着石墨烯，下列说法错误的是 A．阳极的电极反应为 B．两极表面材料进行纳米级调控能使溶液相关物质充分参与电极反应 C．交换膜为质子交换膜，氢离子从b区转移到a区 D．b电极所在的电极区，一段时间后，溶液pH基本保持不变 【答案】C 【分析】苯酚在极被氧化为，发生氧化反应，因此为阳极，为阴极；阳极发生，阴极发生析氢反应。据此分析。 【详解】A．苯酚在阳极被氧化为，碳元素平均价态从(苯酚)升至()，每个苯酚分子失去28个电子(6个碳原子)，故反应式为，A正确； B．电极材料进行纳米级调控增加电极比表面积和活性位点，促进溶液中相关物质参与电极反应，B正确； C．该装置中a电极为阳极，b电极为阴极，氢离子应由a区转移到b区，C错误； D．阳极发生，阴极发生析氢反应，根据电子守恒计算，阳极产生的恰好可补充阴极放电消耗的，因此区浓度基本不变，溶液基本保持不变，D正确； 故选C。 ▌题型03 氯碱工业 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↑。 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。 【典例1】（25-26高二下·贵州铜仁·期末）我国某科研团队以、为电极组装了世界首例氢负离子电池。现以该电池作为电源，模拟氯碱工业制备。已知：为降低电压需求，图中氯碱工业已改进。 下列说法错误的是 A．电极d附近pH变大 B．电极a的反应为： C．电子流向为：a→d→c→b D．当生成标准状况下2.24 L 时，理论上从b电极迁出了0.2 mol 【答案】C 【分析】首先判断电极：左侧氢负离子电池中，极发生失电子的氧化反应（），故为负极，为正极；右侧电解池中，接正极为阳极，接负极为阴极。 【详解】A．为阴极，改进后在阴极得电子生成，反应：，浓度增大，变大，A正确； B．为负极，失电子结合生成，反应式满足原子、电荷守恒，B正确； C．电子只能沿导线移动，不能进入电解质溶液，电子流向为：a(负极)→d(阴极，导线)，c(阳极)→b(正极，导线)，不存在溶液中的电子移动，C错误； D．标准状况下为，生成时转移电子，原电池中对应从电极迁出进入电极参与反应，D正确； 故选C。 【典例2】（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。 【变式3-1】新型三步法氯碱工艺，具有清洁、低成本的特点，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．与传统氯碱工艺相比，该方法不需要使用离子交换膜 B．第一步中阳极的电极反应式为 C．第二步中，放电结束后，电解质溶液的pH变大 D．理论上每消耗0.1 mol ，产生0.4 mol NaOH和4.48 L (标准状况下) 【答案】C 【详解】A．传统氯碱工艺电解饱和食盐水，使用阳离子交换膜，该方法可避免使用离子交换膜，A项正确； B．根据图示，第一步中阳极反应为，B项正确； C．由分析可知，第二步的目的是用于提取溶液中的钠离子和氯离子，放电后所得溶液为稀NaCl溶液，溶液的pH不变，C项错误； D．理论上，每消耗0.1 mol O2转移0.4 mol电子，第一步生成0.4 mol NaOH；根据电子守恒，该过程转移的电子数与第一步相等，也为0.4 mol，因此第二步提取0.4 mol NaCl，第三步生成0.2 mol Cl2，在标准状况下的体积为4.48 L，D项正确； 答案选C。 【变式3-2】氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相结合的新工艺设计节能超过30%。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出 下列说法不正确的是 A．X为 B．比较图示中 C．燃料电池中正极的电极反应式为 D．这种设计的主要节能之一在于燃料电池可以补充电解池消耗的电能 【答案】B 【分析】该装置分为电解池和燃料电池（原电池）两部分，电解池电解饱和氯化钠溶液，阴极电极反应为，阳极电极反应为， 燃料电池以在的燃烧反应为总反应，正极得电子，电极反应为，负极失电子，电极反应为。 【详解】A．由分析可知，电解饱和食盐水时，阳极失电子生成，阴极得电子生成和，因此左侧出口的气体X为，供燃料电池使用，A正确； B．由分析可知，负极消耗同时生成水，浓度降低，因此；正极生成，阳离子交换膜允许从负极移向正极，正极浓度升高，因此； 正确浓度顺序为：，B错误； C．由分析可知，正极电极反应为，C正确； D．该设计中，燃料电池可以将化学能转化为电能用于电解池，补充电解池消耗的电能，达到节能目的，D正确； 故选B。 【变式3-3】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。 ▌题型04 电解精炼与电镀 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。 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 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1】（25-26高二上·天津河西·期末）以硫酸铜溶液为电解质溶液进行粗铜(含Fe、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是 A．电解过程中，电能全部转化为化学能 B．电解时，阴极始终发生 C．溶液中浓度保持不变 D．电解后，电解槽底部会形成、、、等阳极泥 【答案】B 【详解】A．电解过程中，电能除转化为化学能外，还有一部分转化为热能，A错误； B．电解时，电解质溶液中的得电子能力强于杂质电离出的、，因此阴极始终只有得电子生成Cu，反应为，B正确； C．阳极上，比Cu活泼的杂质Zn、Fe会优先放电溶解进入溶液，阴极只有放电析出，因此溶液中浓度会逐渐降低，C错误； D．Fe比Cu活泼，阳极上Fe会失电子变为进入溶液，只有不活泼的Ag、Pt、Au不放电，沉在电解槽底部形成阳极泥，D错误； 故选B。 【典例2】（25-26高二下·浙江舟山·阶段检测）利用某储能电池(图甲)做电源可实现在铁制品上镀铜(图乙)。下列说法不正确的是 A．图甲装置工作时，左侧溶液pH将变大 B．镀铜时，应将a极和d极，b极与c极相连 C．向图乙溶液中加入一些氨水，制成铜氨溶液，可使镀层光亮 D．a极电极反应为 【答案】D 【详解】A．图甲装置为原电池，a为负极，b为正极，a极电极反应为，左侧溶液中负电荷数量减少，通过质子交换膜向右侧移动，左侧溶液pH变大，A正确； B．电镀时，镀件作阴极(d极与a极相连)，镀层金属作阳极(b极与c极相连)，B正确； C．向溶液中加入一些氨水生成，降低了游离的浓度，降低Cu析出的速率从而使镀层光亮，C正确； D．由A选项分析可知，a极电极反应为，D错误； 故答案为：D。 【变式4-1】提供几组常见的实验装置示意图，下列有关叙述正确的是 A．装置①中阳极上有红色物质析出 B．装置②中的铜片应与直流电源的负极相连 C．装置③中，若电解液为KOH溶液，则电极a的反应式： D．装置④中，CuSO4溶液的浓度始终不变 【答案】C 【详解】A．装置①为电解池，阳极发生失电子的氧化反应，即，无红色物质析出，A错误； B．装置②为电镀装置，铜为镀层金属，故铜片为阳极，应与直流电源的正极相连，B错误； C．装置③为碱性氢氧燃料电池，电极a为负极，故电极反应式为，C正确； D．装置④为电解精炼铜装置，因阳极为粗铜，会有一些其他金属在阳极放电，导致硫酸铜溶液浓度略微减小，故D错误； 故选C。 【变式4-2】钠离子电池因原料资源丰富、成本低廉和低温性能优异等优势，成为储能领域的研究热点。某钠离子电池结构如图所示，电极A的材料为，电极B的材料为(嵌钠硬碳)。下列说法正确的是 A．电极A为原电池的负极，发生氧化反应 B．用该电池电解精炼铜，当电池中迁移1 mol Na时，理论上可获得64 g纯铜 C．放电时，电极B的电势高于电极A的电势 D．充电时，阳极的电极反应式可表示为： 【答案】D 【分析】由图可知，电极B为嵌钠硬碳，放电时转化为，电极反应为，是电池负极；电极A放电时转化为，电极反应为，是电池正极。据此分析。 【详解】A．电极A是原电池的正极，发生还原反应，A错误； B．迁移时，对应转移电子，电解精炼铜时，阴极反应为，电子仅能生成，即纯铜，B错误； C．放电时，正极电势高于负极，A（正极）电势高于B（负极），C错误； D．充电时，原正极A作阳极，发生失电子的氧化反应，电极反应为，D正确； 故选D。 【变式4-3】氯碱工业和电解精炼铜是工业上电解原理的重要应用，如图所示。下列说法正确的是 A．M是电源的负极 B．电解精炼铜过程中硫酸铜溶液的浓度保持不变 C．F口产生的气体是氯气 D．电解精炼铜中纯铜作阳极 【答案】C 【分析】氯碱工业中，通过电解饱和食盐水生产氯气、氢气和氢氧化钠，阳极发生反应为：，阴极发生反应：，该装置用阳离子交换膜分隔阴阳极，防止氯气、氢气混合爆炸，同时允许迁移至阴极，维持电荷平衡，则M端与电解池阳极相连，N端与电解池阴极相连；电解精炼铜利用电解法提纯粗铜，去除杂质，阳极电解精炼铜时，粗铜作阳极，阳极上比铜活泼的金属（如锌、铁）和铜都会失电子被氧化成离子进入溶液，阴极发生反应：，电解质为含的硫酸铜溶液，需定期补充。 【详解】A．M端与电解池阳极相连，则M是电源的正极，A项错误； B．电解精炼铜过程中，阳极上比铜活泼的金属杂质会先于铜放电，导致阳极溶解的铜的物质的量小于阴极析出的铜的物质的量，因此硫酸铜溶液的浓度会下降，B项错误； C．阳极发生反应为：，则F口产生的气体是氯气，C项正确； D．电解精炼铜中纯铜作阴极，D项错误； 故选C。 ▌题型05 电解原理的应用 配平电极反应式的思路方法 步骤1：运用得失电子守恒，配平变价物质的计量数和得失电子数。 步骤2：运用电荷守恒，配平H+或OH-等离子的计量数。 一般，强酸性环境用H+调电荷；强碱性环境用OH-调电荷。其他情况：生成物中加H+或OH-。 步骤3：运用质量守恒配平其他物质的计量数，如H2O等。 【典例1】（25-26高二下·湖南长沙·阶段检测）用单原子Ni和纳米Cu作串联催化剂，通过电解法可将CO2转化为乙烯，实验装置如图所示[已知：电解效率η(B)=×100%]。其中双极膜是由阳膜和阴膜制成的复合膜，在直流电场的作用下，双极膜复合层间的H2O电离出的H+和OH-可以分别通过膜移向两极。下列说法正确的是 A．纳米Cu催化剂上发生的反应为2CO+8e-+8H+=CH2=CH2+2H2O B．若乙烯的电解效率为60%，电路中通过1 mol电子时，产生0.06 mol乙烯 C．电解池工作时，双极膜中H2O电离出的H+流向电极a D．电解结束后双极膜右侧区域n(KOH)减小 【答案】C 【分析】此题为电解池，根据图及已知可得左侧电极是二氧化碳先生成一氧化碳再生成乙烯，所以碳元素化合价降低，即左侧a极为阴极，单原子Ni上发生的电极反应为： CO2+2e-+H2O=CO+2OH−，纳米Cu上电极反应：2CO+8e-+6H2O=CH2=CH2+8OH−，据此回答问题。 【详解】A．该装置电解质为碱性KOH溶液，纳米Cu上的电极反应不能出现H+，正确反应为2CO+8e-+6H2O=CH2=CH2+8OH−，A错误； B．电路中通过1 mol电子时，生成乙烯所用电子的物质的量为1 mol×60%=0.6 mol，生成1 mol乙烯共转移12 mol电子，故产生乙烯的物质的量为0.6 mol÷12=0.05 mol，B错误； C．据分析知，a为电解池阴极，电解池中阳离子向阴极移动，因此双极膜中H2O电离出的H+流向电极a，C正确； D．双极膜右侧为阳极区，阳极消耗OH−的量等于双极膜向右迁移补充的OH−的量，电解结束后双极膜右侧区域n(KOH)保持不变，D错误； 故答案选C。 【典例2】（2026·江西·高考真题）背靠背式电解池可用于电化学合成氨，如图。下列说法正确的是 A．阳极反应： B．外电路电子由b流向a C．每生成，消耗 D．经交换膜从右向左移动 【答案】D 【分析】该装置为阴离子交换膜电解池，右侧通入与生成，氮元素化合价从0降低至-3，发生得电子的还原反应，因此右侧电极为阴极，连接电源负极b，阴极反应为；左侧电极为阳极，连接电源正极a，在阳极失电子发生氧化反应，阳极反应为，总电解反应为； 【详解】A．阳极是失去电子生成氧气，正确电极反应式为，A错误； B．右侧转化为，N元素化合价降低发生得电子的还原反应，故右侧为阴极，b为电源负极，a为电源正极，外电路电子只能在导线中移动，路径为b流向阴极、阳极流向a，不存在b直接流向a的路径，B错误； C．根据总反应，生成消耗，则生成 仅消耗，C错误； D．电解池通用规律为阴离子向阳极移动，阳极在装置左侧，体系中迁移的阴离子可穿过阴离子交换膜，因此从阴极区向阳极区移动，D正确； 故选D。 【变式5-1】如果烟气主要成分为，可通过电解法除去，其原理如图所示。下列说法正确的是 A．为电源负极 B．阳极电极反应式为 C．得到的浓溶液中可能含有 D．该装置可以将电能完全转化为化学能 【答案】C 【分析】由图可知，中S为+4价，被氧化为+6价（最终生成），电极反应式为，氧化反应在阳极发生，阳极接电源正极，因此b为电源正极；左侧NO中N为+2价，被还原为中的−3价，电极反应式为，还原反应在阴极发生，所以a为电源负极。 【详解】A．由分析知，b为电源正极，与阳极相连，A错误； B．阳极被氧化生成，不是，正确电极反应为，B错误； C．由分析中阴、阳极电极反应式可知，电解过程中的总反应为，因此得到的浓溶液中除硫酸铵外，还可能含有，C正确； D．电解过程中，部分电能会转化为热能，不可能将电能完全转化为化学能，D错误； 故选C。 【变式5-2】利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收。下列说法正确的是 A．b为直流电源的正极 B．阳极的电极反应式为SO2+2H2O- 2e-=+4H+ C．电解时，通过阳离子交换膜移到左侧 D．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜电极反应式不变 【答案】B 【详解】A.二氧化硫被氧化为硫酸根，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极a相连，则b为电源负极，故A错误； B.阳极的电极反应式为：SO2+2H2O- 2e-=+4H+，故B正确； C.阳离子交换膜只允许阳离子通过，电解时，阳离子移向阴极，所以H+由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室，而二氧化硫所在的区左侧为阳极区，故C错误； D.将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，阴离子移向阳极，阴极变为氢离子得电子，电极反应式发生改变，D错误； 故选B。 【变式5-3】利用电催化技术，将5-羟甲基糠醛(HMF)高效转化为高附加值的2，5-呋喃二甲醛(DFF)，工作原理如下图所示。双极膜中间层中的解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是 A．电解过程中，双极膜中解离出的向极迁移 B．产生气体，双极膜中解离了 C．b极的电极反应式为 D．一段时间后，阴极区变大，阳极区变小 【答案】D 【分析】HMF在极被氧化为，阳极发生氧化反应，因此是阳极，是阴极。 【详解】A．电解池中阳离子向阴极移动，a为阴极，因此双极膜解离出的向a极迁移，A正确； B．气体X为阴极生成的，生成转移电子，每转移电子双极膜解离，因此解离，质量为，B正确； C．b为阳极，HMF失2个电子氧化为DFF，同时生成，电极反应式，符合反应规律，C正确； D．阴极区发生反应，浓度增大，pH变大；阳极区生成的与双极膜迁移过来的反应生成水，浓度降低，pH变大，因此D错误； 故答案选D。 ▌题型06 电解质溶液的复原 (1)电解水型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O-4e-===O2↑+4H+ 4OH--4e-===O2↑+2H2O 阴极反应式 4H++4e-===2H2↑ 4H2O+4e-===2H2↑+4OH- 4H++4e-===2H2↑ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 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 HCl 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↑ 4OH--4e-===O2↑+2H2O 阴极反应式 2H++2e-===H2↑ 2Cu2++4e-===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 HCl CuO或CuCO3 【典例1】（25-26高二下·江西抚州·阶段检测）化学在科学研究、工农业生产和生活中有重要应用。下列说法正确的是 A．铵态氮肥与草木灰混合施用效果更好 B．用惰性电极电解CuSO4溶液，加入适量CuO固体，可能使CuSO4溶液恢复到原浓度 C．配制溶液时，将固体溶解在硫酸溶液中，再加水稀释到所需的浓度 D．电镀保护金属制品的过程中，镀层金属常作阴极 【答案】B 【详解】A．草木灰主要成分为，水解显碱性，与铵态氮肥中的发生双水解反应生成逸出，降低肥效，混合施用效果更差，A错误； B．用惰性电极电解溶液时，总反应为，脱离体系的物质组成与一致，加入适量可与生成的反应生成和，能使溶液恢复到原浓度，B正确； C．配制溶液时，若将固体溶解在硫酸中，会引入杂质，应溶解在浓盐酸中抑制水解，再加水稀释，C错误； D．电镀过程中，镀层金属需要失电子转化为阳离子进入电镀液，故镀层金属常作阳极，D错误； 故答案选B。 【典例2】（25-26高二上·辽宁·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。下列说法正确的是 A．电极a发生还原反应 B．电极b的电极反应： C．电解一段时间后，左室溶液的pH不变 D．电解一段时间后，在右室加入可实现电解液的再生 【答案】D 【分析】用惰性电极电解Na2PbCl4-H2SO4溶液可制金属铅，结合图示可知电极b为阴极，电极反应式为，电极a为阳极，电极反应式为，据此作答； 【详解】A．依据分析，电极a为阳极，发生氧化反应，A错误； B．电极b为阴极，电极反应式为，B错误； C．左室电极反应式为，则每转移4个e-产生4个H+，同时有4个H+向右室移动，即左室H+数目不变，但是水减少，即氢离子浓度增大，pH减小，C错误； D．右室电极反应式为，又H+向右室移动，电解一段时间后右室变为HCl和NaCl混合溶液；加入PbO，发生反应生成Na2PbCl4，即PbO可实现右室电解液的再生，D正确； 故答案选D。 【变式6-1】如图为直流电源电解稀水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是 A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．电解一段时间后，向溶液加水可恢复至原溶液完全相同 【答案】D 【分析】接电源负极，为阴极，发生还原反应，电极反应为，接电源正极，为阳极，发生氧化反应，电极反应为，电解溶液的本质是电解水，据此分析。 【详解】A．由分析知，转移相同电子时，生成的体积是生成体积的2倍，即电极气体体积大于，A错误； B．电解产物和均为无味气体，不会产生刺激性气体，B错误； C．由分析知， 电极附近生成，溶液呈碱性，石蕊溶液遇碱变蓝；电极附近生成，溶液呈酸性，石蕊溶液遇酸变红，C错误； D． 该电解过程本质是消耗水，溶质的量和性质不变，因此向电解后溶液中加入电解消耗等质量的水即可恢复至原溶液，D正确； 故选D。 【变式6-2】常温下，甲、乙两同学，均用惰性电极电解相同浓度的硫酸铜溶液，甲通电后，乙通电后，甲向所得的溶液中加入 ，乙向所得的溶液中加入 ，都恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则甲、乙对应的硫酸铜溶液在上述电解过程中转移的电子的物质的量之比为 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】依据题意，甲加入0.8 mol Cu(OH)2，相当于补充0.8 mol CuO和0.8 mol H2O，对应电解分两阶段：第一阶段生成0.8 mol Cu和0.4 mol O2；阳极反应式为，阴极反应式为，转移1.6 mol e-；第二阶段电解水生成0.8 mol H2和0.4 mol O2；阳极反应式为，阴极反应式为，转移1.6 mol e-，共转移3.2 mol e-；乙加入0.4 mol CuO，对应生成0.4 mol Cu和0.2 mol O2，共转移0.8 mol e-；则甲、乙对应的硫酸铜溶液在上述电解过程中转移的电子的物质的量之比为3.2:0.8=4:1； 故答案选C。 【变式6-3】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。 【详解】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。 ▌题型07 电解的相关计算 【典例1】（25-26高二下·广西柳州·期末）我国科研工作者设计了一种如图所示的Mg-海水电池驱动海水(pH=8.2)电解系统，在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是 A．电极1为负极 B．右侧装置中的OH-向电极3迁移 C．左侧装置总反应为 D．理论上，外电路每通过电子，可产生 【答案】D 【详解】A．电极1上Mg失电子转化为，发生氧化反应，为原电池负极，A正确； B．右侧为电解池，电极3连接原电池正极，为电解池阳极，阴离子向阳极（电极3）迁移，B正确； C．左侧原电池负极反应为，正极反应为，总反应为，C正确； D．阳极生成的反应为，每生成1mol 需要转移4mol电子，故外电路通过2mol电子时，仅生成0.5mol ，D错误； 故答案选D。 【典例2】（25-26高二下·湖北鄂州·期末）2025年诺贝尔化学奖与金属有机框架（）的研发有关。材料可以电催化还原，装置原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极为阳极 B．电极上的电极反应式为： C．电极上生成时，理论上可还原 D．选用合适的催化剂，该装置也可将转化为、等 【答案】C 【分析】材料可以电催化还原，装置原理如图所示。电极a上失电子转化为，故电极a为阳极；电极b上得电子被还原为CO，电极b为阴极。 【详解】A．电极a上转化为，O元素化合价升高，发生失电子的氧化反应，电解池中阳极发生氧化反应，故a为阳极，A正确； B．电极b为阴极，得电子被还原为CO，C元素化合价从+4降为+2，每个得2个电子，酸性条件下用H+配平电荷和原子，电极反应式为，B正确； C．电极a生成1mol 时，转移电子物质的量为4 mol，还原1 mol 转移2 mol电子，理论上可还原2 mol ，但题目未说明是标准状况，无法确定体积为44.8 L，C错误； D．催化剂可调控反应路径和产物，选用合适的催化剂，可将还原为、等其他还原产物，D正确； 故选C。 【变式7-1】电解法除烟气中并实现含尾气资源化利用的装置如图所示。下列有关说法正确的是 A．电极连接电源的负极 B．若不通，则电极区产生的气体为 C．Sn电极上的主要反应为： D．电解过程中，参与反应，由电极区移向电极区 【答案】D 【分析】由图示知，CO2在Sn电极上得电子转化为HCOO-，故Sn电极为阴极，电极反应：，则Pt电极为阳极，SO2在阳极上失电子转化为，电极反应：，据此分析； 【详解】A．由分析知，Pt电极为电解的阳极，应该连接电源的正极，A错误； B．若不通SO2，则溶液中水电离出的OH-在阳极放电产生O2，B错误； C．由分析知，CO2在Sn电极上得电子转化为HCOO-，对应电极反应为：，C错误； D．1 mol SO2反应，则转移2 mol电子，此时为了维持阴极区电荷守恒，需有2 mol H+由Pt电极区移向阴极Sn电极区，D正确； 故选D。 【变式7-2】在微生物作用下电解有机废水(含)，可获得清洁能源，其工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．电极B为正极 B．温度越高，处理有机废水的效率越高 C．阳极反应式： D．当电路中转移电子时，产生的质量为 【答案】C 【详解】A．右侧电极生成，H+发生还原反应为阴极，连接电源负极，故B为电源负极，A错误； B．反应依赖微生物催化，温度过高会使微生物蛋白质变性失活，处理效率反而下降，B错误； C．阳极上失电子被氧化为，1mol 反应共失8 mol电子，配平后反应式为，C正确； D．阴极反应为，转移2 mol电子时生成1 mol ，质量为2 g，D错误； 故选C。 【变式7-3】一种将废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化为 LiCoO2的电化学装置，其示意图如下： 下列说法正确的是 A．A电极电势高于B电极 B．LixCoO2电极上发生的反应：LixCoO2 +xe- +xLi+ = LiCoO2 C．一段时间后，阳极区附近溶液pH减小 D．电解过程中，外电路转移2mol e-时，溶液中有1mol SO移向LixCoO2电极 【答案】C 【分析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源负极A电极相连的LixCoO2电极是电解池的阴极，LixCoO2在阴极得到电子发生还原反应生成LiCoO2，电极反应式为：LixCoO2 +(1-x)e- +(1-x)Li+ = LiCoO2；与直流电源正极B电极相连的铂电极是阳极，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+。 【详解】A．A电极是直流电源的负极，B电极是正极，则A电极电势低于B电极，A错误； B．LixCoO2电极是电解池的阴极，LixCoO2在阴极得到电子发生还原反应生成LiCoO2，电极反应式为：LixCoO2 +(1-x)e- +(1-x)Li+ = LiCoO2，B错误； C．铂电极是阳极，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，则一段时间后，阳极区附近溶液的氢离子浓度增大，pH减小，C正确； D．LixCoO2电极是电解池的阴极，铂电极是阳极，则电解过程中，硫酸根离子移向铂电极，D错误； 故选C。 ▌题型08 多池串联问题 1．有外接电源的全部都是电解池 2．无明显外接电源的一般只有1个原电池，其余全是电解池 （1）有盐桥的是原电池 （2）有燃料电池的是原电池 （3）能发生自发氧化还原反应的装置为原电池 （4）多个自发，两电极金属性相差最大的为原电池 3．电极的连接顺序 负→阴→阳→阴→…→阳→正 4．串联电路的特点 每一个电极转移的电子数都相等 【典例1】（24-25高二下·广东广州·期末）某实验小组利用如图所示装置制备。已知甲装置的工作原理为：，电极a、b采用石墨或Fe。下列说法正确的是 A．乙装置中电极a应为石墨，b电极为Fe B．乙装置中可用溶液代替NaCl溶液 C．乙装置中发生的总反应为： D．理论上每生成9.0 g ，甲装置中将有0.2 mol 向惰性电极Ⅰ移动 【答案】C 【分析】甲装置为原电池，根据总反应，中S元素化合价升高，发生氧化反应，惰性电极Ⅰ为原电池负极，中Br元素化合价降低，发生还原反应，惰性电极Ⅱ为原电池正极。乙装置为电解池，电极a与原电池正极相连为阳极，电极b与原电池负极相连为阴极。制备需要Fe作阳极失电子生成，阴极得电子生成和，二者结合得到目标产物。 【详解】A．乙装置中电极a连接原电池正极，为阳极，制备需要阳极Fe失电子生成，故a应为Fe，b为石墨，A错误； B．若用溶液代替溶液，阴极优先放电生成Cu，无法生成，不能得到，B错误； C．乙装置阳极反应为，阴极反应为，总反应为，C正确； D．的物质的量为，生成0.1 mol 转移0.2 mol电子，原电池中阳离子向正极即惰性电极Ⅱ移动，故0.2 mol 向惰性电极Ⅱ移动，D错误； 故选C。 【典例2】（25-26高二下·云南昆明·期末）浓差电池是利用两极电解质溶液浓度不同引起电势差而放电的装置，一般电解质溶液浓度高的一极电势高于浓度低的一极。利用浓差电池电解稀硫酸的装置如图所示[Cu(Ⅰ)与Cu(Ⅱ)电极的初始质量相等]，气体b能使带火星的木条复燃。下列说法正确的是 A． B．电流流向：Cu(Ⅰ)→惰性电极(Ⅱ)→惰性电极(Ⅰ)→Cu(Ⅱ)→Cu(Ⅰ) C．一段时间后稀硫酸的pH保持不变 D．产生2.24 L气体b(标准状况)时，理论上Cu(Ⅰ)与Cu(Ⅱ)电极的质量差为12.8 g 【答案】B 【分析】气体能使带火星木条复燃，故为；电解稀硫酸时，中在阳极放电生成，因此惰性电极(Ⅱ)是阳极，阳极连接电源正极，因此与惰性电极(Ⅱ)相连的是浓差电池的正极，是浓差电池的负极，惰性电极(Ⅰ)是电解池的阴极。 【详解】A．已知“电解质溶液浓度高的一极电势更高”，正极电势更高，因此正极侧浓度，A错误； B．电流方向与正电荷移动方向一致，整个回路的电流流向为：正极→导线→阳极惰性电极(Ⅱ)→电解池溶液→阴极惰性电极(Ⅰ)→导线→负极→浓差电池内部→正极，与描述一致，B正确； C．电解稀硫酸的本质是电解水，反应后硫酸浓度增大，浓度升高，溶液减小，C错误； D．标准状况下为，生成转移电子；正极反应：，析出，增重；负极反应：，溶解，减重； 初始质量相等，因此质量差为，D错误； 故选B。 【变式8-1】微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，将其与微生物电解池进行串联，可实现海水淡化、去除重金属离子的同时制串联装置的示意图如下，所用电极均是惰性电极。 下列说法不正确的是 A．电子由R极经导线流向N极 B．交换膜1为阴离子交换膜 C．R极电极反应式： D．一段时间后，T极沉积2.07 gPb，NaCl溶液中减少0.02 molNaCl 【答案】D 【分析】原电池中，M极氧化为，失电子，故M是原电池负极；N极还原为，得电子，故N是原电池正极。电解池中，原电池正极N接R极，故R是电解池阳极；原电池负极M接T极，故T是电解池阴极。 【详解】A．电子仅在导线中移动，流向为：原电池负极M→电解池阴极T，电解池阳极R→原电池正极N，因此电子由R极经导线流向N极，A正确； B．原电池中阴离子移向负极，阳离子移向正极；为脱盐，需要从NaCl溶液向负极M侧移动，因此允许通过的交换膜1是阴离子交换膜，B正确； C．R为阳极，失电子生成，电极反应，原子、电荷、化合价均配平正确，C正确； D．，T极阴极同时发生两个还原反应：、，生成0.01 mol Pb时，仅Pb就得到0.02 mol电子，加上得电子，总转移电子数大于0.02 mol；原电池中每转移1 mol电子，就有1 mol和1 mol移出NaCl溶液，因此NaCl减少量大于0.02 mol，D错误； 故选D。 【变式8-2】浓差电池是利用电解质溶液浓度不同而产生电流的一类电池。学习小组以浓差电池为电源，用如图所示装置，A室得到含的溶液，C室得到浓溶液。下列说法错误的是 已知： A．(Ⅰ)为负极，(Ⅱ)为正极，且起始加入的溶液的浓度 B．工作时，A室溶液的减小，C室溶液的增大 C．导线中通过，电解池中的阳极生成气体(标况下) D．膜a和膜b均选用阴离子交换膜 【答案】A 【分析】从图中可知，左侧为浓差电池，右边为电解池，NaOH稀溶液中水得电子生成氢气和氢氧根离子，钠离子向NaOH区移动，从而生成NaOH使NaOH溶液浓度增大，因此惰性电极Ⅱ为阴极，则惰性电极Ⅰ为阳极，阳极上水失电子生成氧气和氢离子，向阳极区移动与氢离子反应生成，则左侧Cu(Ⅱ)为正极，Cu(Ⅰ)为负极，浓度大的CuSO4溶液中的Cu电极为正极，故c2>c1，据此分析； 【详解】A．由分析可知，(Ⅰ)为负极，(Ⅱ)为正极，浓差电池中高浓度一侧为正极，故c1<c2，A错误； B．工作时，A室（阳极）发生反应，H+浓度增大，pH减小；C室（阴极）发生反应，OH-浓度增大，pH增大，B正确； C．电解池阳极生成O2，导线中通过0.1 mol e-时，生成O2的物质的量为，标况下体积为，C正确； D．浓差电池中硫酸根离子通过膜a从右向左移动，电解池中通过膜b从右向左移动，故膜a和膜b均选用阴离子交换膜，D正确； 故选A。 【变式8-3】利用氢氧燃料电池，以Ni、Fe为电极电解NaOH溶液制备Na2FeO4的装置如图所示(已知Na2FeO4在浓碱中稳定存在，固体电解质掺杂了K2CO3晶体)。下列说法不正确的是 A．外电路电子流向：d极经导线流向a极 B．该离子交换膜为阳离子交换膜 C．电极a的电极反应：O2+4e-+2CO2=2 D．理论上电解池中每制得0.1 mol Na2FeO4，固体电解质中迁移0.3 mol 【答案】B 【分析】装置图中，左侧装置为氢氧燃料电池，右侧装置为电解池。氢氧燃料电池中，固体电解质掺杂了K2CO3晶体，负极反应式为，正极反应式为；电解池中，Fe电极(阳极)反应式为： ，Ni电极(阴极)反应式为：。从图中箭头可知，电极c产生的H2流入电极b中，所以电极c为Ni电极(阴极)，电极b为负极；电极a为正极，电极d为Fe电极(阳极)。 【详解】A．据分析，电极a为正极，得电子，电极d为阳极，失电子，外电路电子由d极流向a极，A正确； B．电解池中，Fe电极(阳极)反应式为：，Ni电极(阴极)反应式为：，阳极需要消耗OH-，阴极不断生成OH-，在浓碱中稳定存在，为提高Na2FeO4的产率，应使用阴离子交换膜，B错误； C．由分析可知，电极a为正极，通入O2和CO2发生反应，电极反应式为，C正确； D．根据装置中的电极反应可得计量关系：，因此理论上电解池中每制得，迁移， D正确； 故选B。 ▌题型09 离子交换膜 1．离子交换膜在电解池中的作用 （1）隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触 ①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量 ②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸） （2）通透：能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用 （3）实例：氯碱工业中阳离子交换膜的作用 ①平衡电荷，形成闭合回路； ②防止Cl2和H2混合而引起爆炸； ③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量； ④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 2．常见的离子交换膜（隔膜） （1）阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阳离子通过 （2）阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过 （3）质子交换膜：只允许氢离子通过 3．含离子交换膜电化学装置的几个区域 （1）原料区 ①主料区：加入原料的浓溶液，流出原料的稀溶液 ②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液 （2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域 （3）缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用 （4）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移 装置 问题 根据O2~4e－~4H+，阳极产生lmol O2时，有4mol H+由阳极移向阴极，则阳极溶液的质量减轻32g+4g＝36g 【典例1】（24-25高二下·江苏南通·期末）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为： 下列说法正确的是 A．a极释放的气体是O2 B．电解过程中，a极区pH变小 C．b极的电极反应式： D．若生成22.4 L(标准状况下)H2，则有1 mol OH-通过阴离子交换膜 【答案】D 【分析】由反应机理可知，b极发生HCHO失去电子得到HCOO-和H2，发生氧化反应，b为阳极，a为阴极，以此解题。 【详解】A．a 极为阴极，在碱性溶液中，水电离出的H+发生还原反应生成氢气，电极反应式为：，因此a极释放的气体是 H2而不是O2，A错误； B．在a极（阴极）区，由于水不断放电生成OH-，且为了保持电荷守恒，生成的OH-会通过阴离子交换膜向阳极（b 极）迁移。每消耗1 mol水（产生 1 mol OH-），就有1 mol OH-迁出，OH-的物质的量基本不变，但由于水被消耗，溶液体积微小减小，KOH浓度反而可能略微升高，pH增大，B错误； C．b极为阳极，发生氧化反应（失去电子），而选项 C 给出的方程式是一个还原反应的表达式，正确的b极电极反应式应为：，C错误； D．阴极（a 极）：，阳极（b极）：，综合来看，整个电解池每转移2 mol电子，阴阳两极共计生成2 mol H2，因此，当生成22.4 L}（标准状况下即1 mol）的总H2时，外电路中实际只转移了1 mol电子，为了维持闭合回路的电荷守恒，必然有1 mol OH-从阴极区通过阴离子交换膜迁移到阳极区，D正确； 故选D。 【典例2】（25-26高一下·辽宁沈阳·阶段检测）一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并在C区域以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．电极b上发生的电极反应为 B．此装置还可获得副产品NaOH C．Ⅰ为阴离子交换膜 D．穿过离子交换膜Ⅰ的离子质量为5.75 g时，理论上可回收LiCl约10.6 g 【答案】C 【分析】由图可知：电极a为阴极，发生还原反应，O2+4e-+2H2O=4OH-，电极b为阳极，发生氧化反应：[Fe(CN)6]4--e-=[Fe(CN)6]3-，海水应加在B区域，Na+通过膜Ⅰ进入阴极室（A区域）得到氢氧化钠，Cl-通过膜Ⅱ进入C区域，Li+由阳极室通过膜Ⅲ进入C区域，膜Ⅰ为阳离子交换膜，膜Ⅱ为阴离子交换膜，膜Ⅲ为阳离子交换膜，据此分析； 【详解】A．电极b为阳极，电极反应式为：[Fe(CN)6]4--e-=[Fe(CN)6]3-，A正确； B．电极a为阴极，O2被还原为OH-，同时Na+通过膜Ⅰ进入阴极室，所以在阴极区可获得副产品NaOH，B正确； C．离子交换膜I允许Na+通过，应为阳离子交换膜，C错误； D．穿过离子交换膜Ⅰ的离子为Na+，质量为5.75 g时，物质的量为0.25 mol，根据电荷守恒，每迁移0.25 mol Na+对应0.25 mol e-转移，可回收0.25 mol LiCl，质量为0.25 mol×42.5 g•mol-1≈10.6 g，D正确； 故答案选C。 【变式9-1】我国科学家研制的自驱动高效制的电化学装置如图所示，下列说法正确的是 A．该装置是两个原电池的串联 B．装置b中与电极Ⅱ相连的为阴极 C．装置a中消耗时，整个装置中消耗 D．装置a中的离子交换膜是阳离子交换膜 【答案】B 【分析】装置为原电池（提供电能），装置b为电解池（制备），装置a中，转化为时失电子，因此电极Ⅱ是原电池的负极，电极的反应，电极I是正极，电极的反应；电解池中，负极连接的是阴极，因此装置b中与电极Ⅱ相连的电极（左侧）为阴极，右侧为阳极，据此分析； 【详解】A．该装置是1个原电池（a）和1个电解池（b）的组合，不是两个原电池串联，A错误； B．根据分析，装置b中与电极Ⅱ相连的电极为阴极，B正确； C．反应时转移电子，装置中消耗，装置b中也会失电子消耗，整个装置共消耗，C错误； D．装置a中，左室（电极I）反应生成，右室（电极II）反应消耗，需要从左室迁移到右室，因此离子交换膜为阴离子交换膜，D错误； 故选B。 【变式9-2】电催化还原硝酸盐生成氨气的原理如图所示，下列说法错误的是 A．惰性电极a为阳极 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．工作一段时间后，右室溶液变大 D．从溶液中逸出，左室溶液质量减少了 【答案】D 【详解】A．在b极得电子生成，b为阴极，故惰性电极a为阳极，A正确； B．阳极a的反应为，左室正电荷过剩，需迁移到右室平衡电荷，因此离子交换膜为阳离子交换膜，B正确； C．右室阴极反应为，反应生成，增大，溶液pH变大，C正确； D．逸出1mol时，转移2mol电子，同时有2mol（质量为46g）从左室迁移到右室，左室溶液总减少质量为71g+46g=117g，不是71g，D错误； 故选D。 【变式9-3】浓差电池是利用电解质溶液浓度不同而产生电流的一类电池。学习小组以浓差电池为电源，用如图所示装置从含的浆液中分离得到含的溶液并制备NaOH。下列说法错误的是： 已知： A．起始加入的溶液浓度： B．膜a和膜b均适合选用阴离子交换膜 C．工作时，A室溶液质量减小、C室溶液质量增加 D．导线中通过，理论上电解池中两极共生成1.68 L气体（标准状况下） 【答案】C 【分析】从图中可知，左侧为浓差电池，右边为电解池，NaOH稀溶液中水得电子生成氢气和氢氧根离子，B室中的钠离子向C室移动，使NaOH溶液浓度增大，因此惰性电极Ⅱ为阴极，膜c为阳离子交换膜，惰性电极Ⅰ为阳极，阳极上水失电子生成氧气和氢离子，向稀溶液阳极区移动与氢离子反应生成，膜b为阴离子交换膜，则左侧Cu（Ⅱ）为正极，Cu（Ⅰ）为负极，浓度大的溶液中的Cu电极为正极，故。 【详解】A．根据分析，起始时溶液浓度，故A正确； B．浓差电池中硫酸根离子通过膜a从右向左移动，电解池中过膜b从右向左移动，故膜a和膜b均选用阴离子交换膜，故B正确； C．工作时，向阳极区移动与氢离子反应生成，A室溶液质量增加；钠离子向NaOH区移动，C室溶液质量增加，故C错误； D．电解池阴、阳极反应分别为，，转移0.1 mol电子，阴极上生成0.05 mol氢气，阳极上生成0.025 mol氧气，共生成0.075 mol气体，即1.68 L气体（标准状况下），故D正确； 因此答案选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 第一节 化学反应的热效应（题型突破举一反三） 题型01电解原理 典例精析 【典例1】B 【典例2】D 举一反三 【变式1-1】C 【变式1-2】B 【变式1-3】A 题型02电解规律 典例精析 【典例1】B 【典例2】D 举一反三 【变式2-1】D 【变式2-2】D 【变式2-3】C 题型03氯碱工业 典例精析 【典例1】C 【典例2】D 上举一反 【变式3-1】C 【变式3-2】B 【变式3-3】A 1/3 可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 题型04电解精炼与电镀 典例精析 【典例1】B 【典例2】D 举一反三 【变式41】C 【变式4-2】D 【变式4-3】C 题型05电解原理的应用 E 典例精析 【典例1】C 【典例2】D 三举一反目 【变式5-1】C 【变式5-2】B 【变式5-3】D 题型06电解质溶液的复原 典例精析 【典例1】B 【典例2】D 举一反三 【变式6-1】D 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