4.2 电解池 讲义-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

本高中化学讲义聚焦电解池核心知识点，以电解CuCl₂溶液实验为起点，系统梳理电解定义、构成条件、电极反应类型及阴阳极放电顺序等原理，进而延伸至氯碱工业、电镀、电解精炼与电冶金等应用，构建“实验探究-原理分析-工业实践”的学习支架。 该资料突出实验驱动与科学思维培养，如通过电解CuCl₂实验现象推导电极反应式，借助电镀与电解精炼对比表格强化分类归纳能力。课中辅助教师演示讲解，课后通过分层对点练习与综合作业，助力学生巩固放电顺序等关键知识，提升解决实际电化学问题的能力，体现科学探究与实践及化学观念素养。

4.2 电解池 一、电解原理 实验探究——电解CuCl2溶液 实验操作 实验现象 实验分析 电流表指针发生偏转 电解质溶液导电，形成闭合回路 b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜，Cu2+ + 2e- === Cu a极上产生刺激性气味的气体，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生了氯气，2Cl- - 2e- === Cl2↑ 电解CuCl2溶液的总反应：CuCl2 Cu + Cl2↑ 2、电解和电解池 （1）电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 （2）电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 （3）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 （1）电极反应类型：阳极→ 氧化反应；阴极→还原反应。 （2）电子流向：电源负极→阴极；阳极→电源正极。 （3）电流方向：电源正极→ 阳极；阴极→电源负极。 （4）离子流向：阳离子→ 阴极；阴离子→ 阳极。 4、阴、阳极的放电顺序 （1）阳极放电顺序 ①若是活性电极做阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应； ②若是 Pt、Au、C等惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电。 即：活泼金属＞S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞等（含氧酸根离子）＞F-。 （2）阴极放电顺序 ①阴极上放电的总是溶液(或熔融电解质)中的阳离子，与电极材料无关； 氧化性强的离子先放电，放电顺序如下： Ag+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。 【对点练习】 1．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。 【详解】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。 2．用石墨作电极电解稀 H2SO4溶液时，阳极的主要产物是 A．H2 B．O2 C．SO2 D．H2O 【答案】B 【详解】电解稀H2SO4时，溶液中主要离子为H⁺、SO和H2O离解的OH⁻。阳极发生氧化反应，阴离子放电顺序为OH⁻＞SO(惰性电极下)，因此OH⁻优先被氧化生成O2，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+。 答案选B。 3．电解 CuCl2溶液(石墨作电极)时，阴极的反应为 A．Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu B．2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl2↑ C．2H2O - 4e⁻ = O2↑ + 4H⁺ D．2H⁺ + 2e⁻ = H2↑ 【答案】A 【详解】用惰性电极电解氯化铜溶液时，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上铜离子放电生成Cu，则阳极、阴极反应式分别为2Cl--2e=Cl2↑、Cu2++2e=Cu，故A正确； 答案选A。 4．用石墨、铁作电极电解熔融 NaCl 时，下列说法正确的是 A．铁电极(接电源负极)上发生氧化反应 B．石墨电极(接电源正极)上 Cl⁻失电子生成 Cl2 C．电子从石墨电极经熔融 NaCl 流向铁电极 D．Na⁺向阳极移动，Cl⁻向阴极移动 【答案】B 【详解】A．铁电极是活性电极，应接电源负极为阴极，发生还原反应，故A错误； B．石墨电极(接电源正极)为阳极，阴离子发生氧化反应，即Cl-失电子生成Cl2，故B正确； C．电子不能在熔融 NaCl中流动，故C错误； D．Na⁺向阴极移动，Cl⁻向阳极移动，故D错误； 答案选B。 5．近日，科学家开发了高活性磷化铁催化剂用于选择性电化学硝酸盐还原为氨气，工作原理如图所示。下列叙述正确的是 A．b极必须采用惰性材料且与电源负极连接 B．一段时间后，KOH溶液浓度保持不变 C．a极的主要电极反应为 D．b极收集(标准状况)时理论上有由a极向b极迁移 【答案】C 【详解】A．根据物质转化可知，a极为阴极，b极为阳极，阳极上产生氧气，不允许阳极材料参与反应，故阳极应选择惰性材料，与电源正极连接，A项错误； B．阳极反应为，水逐渐增多，KOH溶液浓度降低，B项错误； C．阴极主要生成氨气，主要反应为，C项正确； D．根据阳极反应可知，生成(标准状况)相当于，转移0.8 mol电子，则必有向b极迁移，D项错误； 故选C。 6．利用如图所示的装置（M、N均为惰性电极）进行电解实验。下列有关说法正确的是 A．若电解质溶液为溶液，则M极有黄绿色气体生成 B．若电解质溶液为溶液，则可进行金属铝的冶炼 C．若电解质溶液为溶液，则电解一段时间后，溶液的增大 D．若电解质溶液为溶液，每转移电子，M、N电极的质量均变化 【答案】C 【详解】A．若电解质溶液为溶液，则M极为电解池阴极，生成氢气，无黄绿色气体生成，A错误； B．若电解质溶液为溶液，阳极（N极）生成氯气，阴极（M极）生成氢气，不能进行金属铝的冶炼，B错误； C．若电解质溶液为溶液，M极有为电解池阴极，生成氢气和氢氧根离子，阳极（N极）生成氯气，则电解一段时间后，溶液的增大，C正确； D．若电解质溶液为溶液，每转移电子，阴极M电极生成Cu1mol（64g），阳极N极生成氯气1mol（71g），D错误； 故选C。 二、电解原理的应用 1、电解饱和食盐水的原理 （1）通电前：溶液中的离子是 Na＋、Cl－、H＋、OH－ 。 （2）通电后：①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。 （3）阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 （4）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。 （5）阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 （6）总反应： 化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2、氯碱工业生产流程 （1）阳离子交换膜电解槽 （2）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。 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。 （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。 4、电镀与电解精炼 装置 电镀 精炼 阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含 锌、银、金 等杂质) 阴极材料 镀件金属Fe 纯铜 阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等 阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 溶液变化 硫酸铜溶液浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥 5、电冶金 （1）金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－=== M。 （2）电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝 等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式：阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 【对点练习】 1．在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水如图所示，下列说法正确的是 A．电极A为阳极，发生还原反应生成氯气 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．饱和溶液从处进，溶液从处出 D．迁移的数量等于导线中通过电子的数量 【答案】C 【分析】氯碱工业中的总反应为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；电解池中阳极失电子发生氧化反应，氯碱工业中Cl2为氧化产物，所以电极A为阳极，电极B为阴极，据此作答。 【详解】A．根据分析可知电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气，故A错误； B．阳极发生的方程式为：2Cl--2e-=Cl2↑，阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生反应，氢氧化钠要从d口流出，所以要防止OH-流向阳极即电极A，该离子交换膜为阳离子交换膜，故B错误； C．根据B选项的分析可知饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出，故C正确； D．因为有阳离子交换膜的存在，OH-不发生迁移，故D错误； 故选C。 2．将电化学法和生物还原法有机结合，利用微生物电化学方法可生产甲烷，装置如图所示。下列说法正确的是 A．通电时，电子由→电解池阴极→电解液→电解池阳极→ B．X为阴离子交换膜 C．阳极的电极反应式为： D．生成0.1mol甲烷时阳极室理论上生成4.48L二氧化碳 【答案】C 【详解】A．电子只能在外电路移动，不能进入内电路，A错误； B．由图示知，阳极反应产生H+，阴极反应消耗H+，则H+通过交换膜由阳极移向阴极，X为阳离子交换膜，B错误； C．由分析可知，左池为阳极，在电极上失电子被氧化为 CO2，根据图示知可添加 H+ 配平电荷守恒，添加 H2O 配平元素守恒，得完整的电极反应方程式为：，C正确； D．没有说标准状况，无法进行计算，D错误； 故选C。 3．如图为阳离子交换膜法以石墨为电极电解饱和溶液的原理示意图。已知溶液从A口进料，含少量的水从B口进料，下列说法错误的是 A．阳极发生氧化反应，有氧气生成 B．电路中转移电子时，阳极区有生成 C．从D出口流出的是较浓的溶液 D．从E出口逸出的气体是 【答案】D 【详解】A．电解时水电离出的在阳极发生反应：，氧元素化合价升高，发生了氧化反应，A项正确； B．根据阳极的电极反应式知，转移电子时，生成，即阳极区有生成，B项正确； C．电解池右侧为阴极区，电极反应为：从阳极区通过阳离子交换膜进入阴极区，使增大，因此从D出口流出的是较浓的溶液，C项正确； D．根据阴极电极反应式知从E出口逸出的气体是H2，D项错误； 故选：D。 4．用如图所示的装置电解K2SO4溶液同时制备H2SO4和KOH溶液，Ⅱ中装入K2SO4溶液，下列有关分析正确的是(a、b是离子交换膜) A．Ⅰ区生成H2SO4 B．b是阳离子交换膜 C．Ⅱ区中的K+进入Ⅰ区 D．Ⅲ区溶液的pH会升高 【答案】C 【分析】装置为电解池，Ⅰ区是阴极区，产生KOH，Ⅲ区是阳极区，产生硫酸，据此回答。 【详解】A．Ⅰ区是阴极区，溶液中的H＋放电而被消耗，故Ⅰ区生成的是KOH，A错误； B．K＋通过阳离子交换膜进入Ⅰ区，a为阳离子交换膜，B错误； C．Ⅱ区中的K＋通过阳离子交换膜进入Ⅰ区，C正确； D．Ⅲ区生成H2SO4而使溶液pH下降，D错误； 故选C。 5．用如图所示装置处理含的酸性废水，右侧电极反应式为，下列说法不正确的是 A．a端是直流电源的正极 B．该装置将电能转化为化学能 C．电解时，通过离子交换膜从左侧移向右侧 D．每转移电子，左侧电极上产生 【答案】D 【分析】在右侧Pt电极被还原生成N2，则该Pt电极是阴极，b端是直流电源的负极，a为正极，左侧Pt为阳极； 【详解】A．由分析可知，b端是直流电源的负极，a为正极，A正确； B．该装置是电解池，将电能转化为化学能，B正确； C．电解时，阳离子向阴极移动，则H＋从左侧向右侧移动，C正确；   D．左侧电极是阳极，电极反应式为，转移1mol电子时生成0.25mol O2，其质量为0.25mol×32 g·mol－1=8g，D错误； 故选D。 【课后作业】 1.在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案(原理如图)，下列说法不正确的是 A．电源a端为负极 B．Fe3+对总反应起催化作用 C．阳极发生的电极反应式为2HCl-2e-=2H++Cl2 D．电路中转移1mol电子，需要消耗11.2LO2(标准状况) 【答案】D 【详解】 A．根据图示，a端，发生还原反应，所以a端为电源负极，故A正确； B．根据图示，、，a端总反应为，所以Fe3+对总反应起催化作用，故B正确； C．根据图示，阳极发生的电极反应式为2HCl-2e-=2H++Cl2，故C正确； D．阴极反应为，电路中转移1mol电子，根据电子守恒，需要消耗5.6LO2(标准状况)，故D错误； 选D。 2.400 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)=0.6 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2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为400 mL，下列说法正确的是 A．原混合溶液中c(K+)为0.1 mol·L-1 B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H+)为0.2 mol·L-1 【答案】A 【分析】 电解硝酸钾和硝酸铜混合溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气：4OH--4e-=2H2O+O2↑，阴极上先铜离子放电生成铜单质：Cu2++2e-=Cu，当铜离子完全析出时，氢离子放电生成氢气：2H++2e-=H2↑，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，气体的物质的量是0.1mol，每生成1mol氧气转移4mol电子，每生成1mol氢气转移2mol电子，每生成1mol铜转移2mol电子，所以根据转移电子守恒得铜的物质的量是0.1mol，则铜离子的物质的量浓度=0.1mol/0.4L=0.25mol/L，根据电荷守恒得钾离子浓度=0.6mol/L-0.25mol/L2=0.1mol/L，据此分析解答。 【详解】 A．据分析可知原混合溶液中c(K+)为0.1 mol·L-1，A正确； B．上述电解过程中共转移0.4 mol电子，B错误； C．电解得到的Cu的物质的量为0.1 mol，C错误； D．当电解硝酸铜时溶液中生成H+，当电解硝酸钾溶液时，实际上是电解水，所以电解后H+的物质的量为氧气的4倍，c(H+)==1mol·L-1，D错误； 故答案选A。 3.用惰性电极电解硫酸铜溶液，整个过程转移电子的物质的量与产生气体总体积的关系如图所示(气体体积均在相同状况下测定)。欲使溶液恢复到起始状态，向溶液中加入(　　) A．0.1 mol CuO B．0.1 mol CuCO3 C．0.075 mol Cu(OH)2 D．0.05 mol Cu2(OH)2CO3 【答案】D 【分析】 电解CuSO4溶液时，开始发生反应：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4，一段时间后，气体体积增大，说明发生反应：2H2O 2H2↑+O2↑。结合图象数据分析解答。 【详解】 电解CuSO4溶液时，开始发生反应：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4，一段时间后，转移相同电子时得到气体体积增大，说明发生反应：2H2O 2H2↑+O2↑。由图可知，第一阶段析出Cu为=0.1mol，放出的氧气为0.05mol，则需要加入0.1molCuO，第二阶段消耗的水为=0.05mol，因此恢复为电解前的浓度需要加入0.1molCuO和0.05molH2O。由于CuCO3反应生成二氧化碳，0.1 mol CuCO3相当于加入0.1 mol CuO，不能恢复为电解前的浓度；Cu(OH)2可以改写为CuO·H2O，0.075 mol Cu(OH)2相当于加入0.075 mol CuO和0.075 molH2O，也不能恢复为电解前的浓度；Cu2(OH)2CO3可以改写为2CuO·H2O·CO2，0.05 mol Cu2(OH)2CO3等效为加入0.1molCuO、0.05molH2O，溶液可恢复为电解前的浓度，故选D。 4.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图甲所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。以该燃料电池为电源电解足量饱和CuCl2溶液的装置如图乙所示。下列说法错误的是 A．甲中b电极为正极 B．理论上当燃料电池消耗0.15molO2时，乙中c电极增重19.2g C．a电极的电极反应式为：N2H4-4e−+4OH−=N2+4H2O D．燃料电池甲中OH−通过阴离子交换膜向a电极方向移动 【答案】B 【分析】 甲为燃料电池，负极上燃料失电子发生氧化反应，则左侧a电极为负极，电极反应式为：N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O，正极上氧气得电子发生还原反应，右侧b电极为正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，乙为电解池，与a电极相连的d电极为阴极，铜离子得电子发生还原反应，与b电极相连的c电极为阳极，氯离子失电子发生氧化反应，结合离子的移动方向、转移电子数相等分析解答。 【详解】 A．根据以上分析，甲中b电极称为正极，故A正确； B．乙为电解池,与a电极相连的d电极为阴极，铜离子得电子发生还原反应析出铜，根据转移电子数相等,当燃料电池消耗0.15molO2时，乙中d电极增重0.15×2×64=19.2g，故B错误； C．根据分析可知甲为燃料电池，负极上燃料失电子发生氧化反应，则左侧a电极为负极，电极反应式为：N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O，故C正确； D．原电池中阴离子移向负极，故OH−通过阴离子交换膜向a电极方向移动，故D正确； 故答案为B。 5.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．H2和O2 C．Cu和Cl2 D．Cu和O2 【答案】C 【详解】 稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，阳离子的放电顺序：Cu2+＞H+＞Na+，阴离子的放电顺序：Cl-＞OH-＞酸根离子，因此用惰性电极电解稀H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合液，阳极Cl-先失电子生成Cl2，阴极Cu2+先得电子生成Cu，即最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是Cu和Cl2，C满足题意； 答案选C。 6.如图所示电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c、d均为铂电极，在电解过程中b电极有气体逸出，d电极质量增大。符合上述实验结果的一项是 X Y A AgNO3 Na2CO3 B Cu(NO3)2 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2(SO4)3 D MgSO4 CuSO4 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【分析】 首先，根据电源正负极可知a、c为阳极，b、d为阴极，然后再根据惰性电极电解时离子的放电顺序，阳离子放电顺序： Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 阴离子的放电顺序 是惰性电极时：S2->I->Br->Cl->OH-> > (含氧酸根离子) 是活性电极时：电极本身溶解放电，即可判断。 【详解】 A．X溶液为AgNO3时，b极为阴极，根据放电顺序可知，是Ag+放电生成固体银，不产生气体，A错误； B．X溶液为Cu(NO3)2时，b极为阴极，根据放电顺序可知，是Cu2+放电生成固体铜，不产生气体，B错误； C．Y溶液为Al2(SO4)3时，d极为阴极，根据放电顺序可知，H+放电产生氢气，电极质量不增加，C错误； D．X溶液为MgSO4时，b极为阴极，根据放电顺序可知，H+放电产生氢气，Y溶液为CuSO4时，d极为阴极，根据放电顺序可知，是Cu2+放电生成固体铜，电极质量增加，D正确； 7.用惰性电极电解下列各组中的三种溶液，电解过程中，溶液中pH依次为减小、不变、增大的是 A．HCl、HNO3、K2SO4 B．AgNO3、CuCl2、 Cu(NO3)2 C．CaCl2、 KOH、NaNO3 D．CuSO4、Na2SO4、KCl 【答案】D 【详解】 A．电解HCl生成氯气和氢气，电解本身，电解HNO3时生成氢气和氧气，即电解水型的，电解K2SO4时，时生成氢气和氧气，即电解水型的，溶液的pH依次为升高，降低，不变，故A错误； B．电解AgNO3会生成硝酸、银和氧气，溶液的pH降低；氯化铜溶液呈酸性，电解CuCl2会生成铜和氯气，电解后浓度减小，铜离子水解程度减弱，溶液的pH增大；电解Cu（NO3）2时会生成铜、硝酸和氧气，溶液的pH降低，故B错误； C．电解CaCl2时生成氢氧化钙、氯气和氢气，电解KOH时生成氢气和氧气，即电解水型的，电解NaNO3时，生成氢气和氧气，即电解水型的，溶液的pH依次为升高，升高，不变，故C错误； D．电解CuSO4时，生成铜和氧气以及硫酸，电解Na2SO4生成氢气和氧气，即电解水型的，电解KCl时会生成氢气、氯气单质和氢氧化钾，溶液中c（H+）依次为升高，不变，降低，pH依次为减小、不变、增大，故D正确； 故选：D。 8.用石墨电极完成下列电解实验。 实验装置 实验现象 a处试纸变蓝； b处变红，局部褪色； c处无明显变化； d处试纸变蓝 下列对实验现象的解释或推测不合理的是 A．a为电解池的阴极 B．b处有氯气生成，且与水反应生成了盐酸和次氯酸 C．c处发生了反应：Fe-3e－ = Fe3+ D．d处：2H2O+2e－=H2↑+2OH－ 【答案】C 【详解】 A．a处试纸变蓝，为阴极，生成OH-，电极方程式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-，故A正确； B．b处变红，局部褪色，是因为Cl2+H2O=HCl+HClO，HCl的酸性使溶液变红，HClO的漂白性使局部褪色，故B正确； C．Fe为c阳极，处发生了反应：Fe-2e－ = Fe2+，故C错误； D．d处试纸变蓝，为阴极，生成OH-，电极方程式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-，故D正确； 答案为C。 9.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况下)，则原混合液中Cu2＋的物质的量浓度为 A．0.1 mol·L-1 B．0.2 mol·L-1 C．1 mol·L-1 D．2 mol·L-1 【答案】C 【详解】 电解0.1LH2SO4和CuSO4的混合溶液，阳极发生的反应为：4OH-→2H2O+O2↑+4e-，阴极上发生的电极反应为：Cu2++2e-→Cu，2H++2e-→H2↑，两极均收集到2.24L(标况)气体，即均生成0.1mol的气体，阳极生成0.1mol氧气说明转移了0.4mol电子，而阴极上生成的0.1molH2只得到了0.2mol电子，所以剩余0.2mol电子由铜离子获得，且溶液中有0.1mol铜离子，据c=得到铜离子的浓度为：=1mol/L，故选C。 10.用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是 A．P点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态 B．电解过程中N电极表面始终有红色物质生成，无气泡产生 C．P-Q电解过程为电解水，N极产生H2，M极产生O2 D．若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变 【答案】B 【详解】 A．CuSO4溶液中含有的阳离子是：Cu2＋、H＋，阴离子是OH－、SO，惰性材料作电极，OH－的放电顺序大于SO，OH－放电，即阳极电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，Cu2＋放电顺序大于H＋，Cu2＋先放电，即阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，P点后，气体体积突然增加，说明P点Cu2＋消耗完全，所以此过程中阳极产物为O2，阴极产物为Cu，所以只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态，A正确； B．N极接电源的负极，N极作阴极，根据选项A的分析，先有红色铜析出，然后出现气体，B错误； C．根据A选项可知P点时Cu2+完全反应，所以P-Q电解过程中，阳极反应为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，阴极反应为2H＋＋2e－=H2↑，实质上就是电解水，N极即阴极产生氢气，M极即阳极产生氧气，C正确； D．若M电极换成Cu作电极，阳极上发生Cu－2e－=Cu2＋，阴极反应式Cu2＋＋2e－=Cu，因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，D正确； 综上所述答案为B。 11.如图所示，A、B、C三个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。 (1)A、B、C三个装置中属于电解池的是__。 (2)A池中Zn是__极，Cu极的电极反应式为__。 (3)B池中Pt棒上的电极反应为__。B池中的总反应化学方程式为__。 (4)C池中Cu极电极反应式为__。 【答案】BC 负 Cu2++2e-=Cu 2Cl--2e-=Cl2↑ CuCl2Cu+Cl2↑ Cu-2e-=Cu2+ 【详解】 (1)A中有自发的氧化还原反应：Zn+CuCl2=ZnCl2+Cu，所以为原电池，B、C均有外接电源，为电解池； (2)A池中总反应为Zn+CuCl2=ZnCl2+Cu，所以Zn电极失电子发生氧化反应为负极；Cu电极上铜离子得电子生成Cu，电极反应式为Cu2++2e-=Cu； (3)B中Pt电极与电源的正极相连为阳极，溶液中氯离子在阳极失电子被氧化，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑；B中C电极为阴极，铜离子得电子被还原生成铜单质，所以总反应为CuCl2Cu+Cl2↑； (4)C中铜电极与电源正极相连为阳极，铜失电子被氧化成铜离子，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+。 12.回答下列问题 （1）请你将反应设计成原电池，并回答下列问题： ①该电池的正极材料可以是___________，也可选用___________等代替。 ②画出你所设计的双液原电池的装置图，并标注出电极材料和电解质溶液。___________ ③写出电极反应式：负极___________，正极___________。 ④该电池负极材料质量减重3.2g，则电路中通过的电子的数目为___________。 （2）从、、Na+、Cu2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。(注意：请填写满足条件的所有电解质的化学式) ①若两极分别放出H2和O2时，电解质可能为___________(填化学式，下同)。 ②若阴极析出金属，阳极放出气体，电解质可能为___________。 ③若两极分别放出气体，且气体体积比为1∶1时，电解质只能为___________。 【答案】 （1） Ag 石墨(C)或Pt 或 （2） 、 、、、 NaCl 【分析】 （1） ①由可知，Cu失电子发生氧化反应作负极、不如Cu活泼的金属或导电的非金属作正极，FeCl3溶液为电解质溶液，则该电池的正极材料可以是Ag，也可选用石墨(C)或Pt；答案为Ag；石墨(C)或Pt。 ②由可知，Cu作负极，C棒作正极，电解质溶液为FeCl3溶液和CuSO4溶液，用盐桥相连接成闭合回路，双液原电池的装置图为；答案为。 ③由可知，该原电池中，负极的电极反应式为，正极的电极反应式为；答案为；。 ④该电池负极材料质量减重3.2g，则反应的Cu的物质的量为n(Cu)==0.05mol，由负极的电极反应式为可知，电路中通过的电子的数目为0.05×2×NA＝0.1NA或0.05×2×6.02×1023＝6.02×1022；答案为0.1NA或6.02×1022。 （2） 阴极上阳离子放电顺序为Ag+＞Cu2+＞H+＞Na+，阳极上阴离子放电顺序为Cl-＞OH-＞、 ①若两极分别放出H2和O2时，溶液中的电解质不放电，溶液中阳离子为Na+，阴离子为、，所以电解质是或中的任意一种；答案为、。 ②当阴极析出金属，则金属离子为Cu2+或Ag+，阳极放出气体时，阴离子为Cl-、或，所以电解质是或或或中的任意一种；答案为、、、。 ③当阴极放出H2，则阴极为水中H+放电，溶液中的阳离子为Na+，阳极放出Cl2，阴离子为Cl-放电，满足气体体积比为1:1，所以电解质为NaCl；答案为NaCl。 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.2 电解池 一、电解原理 实验探究——电解CuCl2溶液 实验操作 实验现象 实验分析 电流表指针发生偏转 电解质溶液导电，形成闭合回路 b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜，Cu2+ + 2e- === Cu a极上产生刺激性气味的气体，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生了氯气，2Cl- - 2e- === Cl2↑ 电解CuCl2溶液的总反应：CuCl2 Cu + Cl2↑ 2、电解和电解池 （1）电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 （2）电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 （3）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 （1）电极反应类型：阳极→ 氧化反应；阴极→还原反应。 （2）电子流向：电源负极→阴极；阳极→电源正极。 （3）电流方向：电源正极→ 阳极；阴极→电源负极。 （4）离子流向：阳离子→ 阴极；阴离子→ 阳极。 4、阴、阳极的放电顺序 （1）阳极放电顺序 ①若是活性电极做阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应； ②若是 Pt、Au、C等惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电。 即：活泼金属＞S2-＞I -＞Br -＞Cl -＞OH-＞等（含氧酸根离子）＞F-。 （2）阴极放电顺序 ①阴极上放电的总是溶液(或熔融电解质)中的阳离子，与电极材料无关； 氧化性强的离子先放电，放电顺序如下： Ag+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。 【对点练习】 1．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 2．用石墨作电极电解稀 H2SO4溶液时，阳极的主要产物是 A．H2 B．O2 C．SO2 D．H2O 3．电解 CuCl2溶液(石墨作电极)时，阴极的反应为 A．Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu B．2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl2↑ C．2H2O - 4e⁻ = O2↑ + 4H⁺ D．2H⁺ + 2e⁻ = H2↑ 4．用石墨、铁作电极电解熔融 NaCl 时，下列说法正确的是 A．铁电极(接电源负极)上发生氧化反应 B．石墨电极(接电源正极)上 Cl⁻失电子生成 Cl2 C．电子从石墨电极经熔融 NaCl 流向铁电极 D．Na⁺向阳极移动，Cl⁻向阴极移动 5．近日，科学家开发了高活性磷化铁催化剂用于选择性电化学硝酸盐还原为氨气，工作原理如图所示。下列叙述正确的是 A．b极必须采用惰性材料且与电源负极连接 B．一段时间后，KOH溶液浓度保持不变 C．a极的主要电极反应为 D．b极收集(标准状况)时理论上有由a极向b极迁移 6．利用如图所示的装置（M、N均为惰性电极）进行电解实验。下列有关说法正确的是 A．若电解质溶液为溶液，则M极有黄绿色气体生成 B．若电解质溶液为溶液，则可进行金属铝的冶炼 C．若电解质溶液为溶液，则电解一段时间后，溶液的增大 D．若电解质溶液为溶液，每转移电子，M、N电极的质量均变化 二、电解原理的应用 1、电解饱和食盐水的原理 （1）通电前：溶液中的离子是 Na＋、Cl－、H＋、OH－ 。 （2）通电后：①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。 （3）阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 （4）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。 （5）阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 （6）总反应： 化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2、氯碱工业生产流程 （1）阳离子交换膜电解槽 （2）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。 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。 （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。 4、电镀与电解精炼 装置 电镀 精炼 阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含 锌、银、金 等杂质) 阴极材料 镀件金属Fe 纯铜 阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等 阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 溶液变化 硫酸铜溶液浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥 5、电冶金 （1）金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－=== M。 （2）电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝 等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式：阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 【对点练习】 1．在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水如图所示，下列说法正确的是 A．电极A为阳极，发生还原反应生成氯气 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．饱和溶液从处进，溶液从处出 D．迁移的数量等于导线中通过电子的数量 2．将电化学法和生物还原法有机结合，利用微生物电化学方法可生产甲烷，装置如图所示。下列说法正确的是 A．通电时，电子由→电解池阴极→电解液→电解池阳极→ B．X为阴离子交换膜 C．阳极的电极反应式为： D．生成0.1mol甲烷时阳极室理论上生成4.48L二氧化碳 3．如图为阳离子交换膜法以石墨为电极电解饱和溶液的原理示意图。已知溶液从A口进料，含少量的水从B口进料，下列说法错误的是 A．阳极发生氧化反应，有氧气生成 B．电路中转移电子时，阳极区有生成 C．从D出口流出的是较浓的溶液 D．从E出口逸出的气体是 4．用如图所示的装置电解K2SO4溶液同时制备H2SO4和KOH溶液，Ⅱ中装入K2SO4溶液，下列有关分析正确的是(a、b是离子交换膜) A．Ⅰ区生成H2SO4 B．b是阳离子交换膜 C．Ⅱ区中的K+进入Ⅰ区 D．Ⅲ区溶液的pH会升高 5．用如图所示装置处理含的酸性废水，右侧电极反应式为，下列说法不正确的是 A．a端是直流电源的正极 B．该装置将电能转化为化学能 C．电解时，通过离子交换膜从左侧移向右侧 D．每转移电子，左侧电极上产生 【课后作业】 1.在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案(原理如图)，下列说法不正确的是 A．电源a端为负极 B．Fe3+对总反应起催化作用 C．阳极发生的电极反应式为2HCl-2e-=2H++Cl2 D．电路中转移1mol电子，需要消耗11.2LO2(标准状况) 2.400 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)=0.6 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2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为400 mL，下列说法正确的是 A．原混合溶液中c(K+)为0.1 mol·L-1 B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H+)为0.2 mol·L-1 3.用惰性电极电解硫酸铜溶液，整个过程转移电子的物质的量与产生气体总体积的关系如图所示(气体体积均在相同状况下测定)。欲使溶液恢复到起始状态，向溶液中加入(　　) A．0.1 mol CuO B．0.1 mol CuCO3 C．0.075 mol Cu(OH)2 D．0.05 mol Cu2(OH)2CO3 4.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图甲所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。以该燃料电池为电源电解足量饱和CuCl2溶液的装置如图乙所示。下列说法错误的是 A．甲中b电极为正极 B．理论上当燃料电池消耗0.15molO2时，乙中c电极增重19.2g C．a电极的电极反应式为：N2H4-4e−+4OH−=N2+4H2O D．燃料电池甲中OH−通过阴离子交换膜向a电极方向移动 5.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．H2和O2 C．Cu和Cl2 D．Cu和O2 6.如图所示电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c、d均为铂电极，在电解过程中b电极有气体逸出，d电极质量增大。符合上述实验结果的一项是 X Y A AgNO3 Na2CO3 B Cu(NO3)2 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2(SO4)3 D MgSO4 CuSO4 A．A B．B C．C D．D 7.用惰性电极电解下列各组中的三种溶液，电解过程中，溶液中pH依次为减小、不变、增大的是 A．HCl、HNO3、K2SO4 B．AgNO3、CuCl2、 Cu(NO3)2 C．CaCl2、 KOH、NaNO3 D．CuSO4、Na2SO4、KCl 8.用石墨电极完成下列电解实验。 实验装置 实验现象 a处试纸变蓝； b处变红，局部褪色； c处无明显变化； d处试纸变蓝 下列对实验现象的解释或推测不合理的是 A．a为电解池的阴极 B．b处有氯气生成，且与水反应生成了盐酸和次氯酸 C．c处发生了反应：Fe-3e－ = Fe3+ D．d处：2H2O+2e－=H2↑+2OH－ 9.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况下)，则原混合液中Cu2＋的物质的量浓度为 A．0.1 mol·L-1 B．0.2 mol·L-1 C．1 mol·L-1 D．2 mol·L-1 10.用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是 A．P点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态 B．电解过程中N电极表面始终有红色物质生成，无气泡产生 C．P-Q电解过程为电解水，N极产生H2，M极产生O2 D．若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变 11.如图所示，A、B、C三个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。 (1)A、B、C三个装置中属于电解池的是__。 (2)A池中Zn是__极，Cu极的电极反应式为__。 (3)B池中Pt棒上的电极反应为__。B池中的总反应化学方程式为__。 (4)C池中Cu极电极反应式为__。 12.回答下列问题 （1）请你将反应设计成原电池，并回答下列问题： ①该电池的正极材料可以是___________，也可选用___________等代替。 ②画出你所设计的双液原电池的装置图，并标注出电极材料和电解质溶液。___________ ③写出电极反应式：负极___________，正极___________。 ④该电池负极材料质量减重3.2g，则电路中通过的电子的数目为___________。 （2）从、、Na+、Cu2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。(注意：请填写满足条件的所有电解质的化学式) ①若两极分别放出H2和O2时，电解质可能为___________(填化学式，下同)。 ②若阴极析出金属，阳极放出气体，电解质可能为___________。 ③若两极分别放出气体，且气体体积比为1∶1时，电解质只能为___________。 学科网（北京）股份有限公司 $