内容正文:
第1章
化学反应与能量转化
第1讲 描述运动的基本概念
基础过关练
第3节 电能转化为化学能——电解
第2课时 电解原理的应用
第1讲 描述运动的基本概念
题组一 氯碱工业
1.[2026福建龙岩连城一中月考]用石墨作电极电解NaCl溶液,下列说法正确的是 ( )
A.阳极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.阴极反应式为2Cl--2e- Cl2↑
C.电解总反应为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑
D.电解过程中,溶液的pH不变
C
第1讲 描述运动的基本概念
解析 用惰性电极电解NaCl溶液,阳极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,阴极反应式为2H2O+2e- H2↑+2
OH-,电解总反应为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑,电解过程中,生成氢氧化钠,溶液的pH增大,故
选C。
第1讲 描述运动的基本概念
2.[2025上海七宝中学期中]氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅降低能耗,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
B
第1讲 描述运动的基本概念
解析 电极A上氯离子变为氯气,氯元素化合价升高,电极A是电解池的阳极,因此电极A接电源正极,发
生氧化反应,A正确;电极B为阴极,通入氧气,氧气得电子,其电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,B错误;
溶液呈电中性,阳极区的Na+通过阳离子交换膜进入阴极区,在右室获得浓度较高的NaOH溶液,C正确;
氧气的氧化性比水电离出的H+的氧化性强,在阴极较容易得电子,可降低电解电压,减少能耗,D正确。
第1讲 描述运动的基本概念
方法规律
惰性电极电解电解质溶液的产物判断
第1讲 描述运动的基本概念
3.[2026广东湛江阶段检测]如图是某氯碱工业生产原理示意图:
(1)写出装置A在工作时的化学方程式:_______________________________。
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
第1讲 描述运动的基本概念
(2)氯碱工业是高耗能产业,按上图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节省电能30%以上,且相关
物质的传输与转化关系如图所示。图中X是________,Y是_______(填化学式);燃料电池中正极的电极
反应式为______________________,分析比较图中NaOH溶液中溶质的质量分数a%与b%的大小:
_____________。
b%>a%
O2+2H2O+4e- 4OH-
H2
Cl2
第1讲 描述运动的基本概念
解析 (1)装置A在工作时电解饱和食盐水,反应的化学方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。
(2)装置A右端产生NaOH溶液,是阴极,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,Y是H2,装置A的左端是阳
极,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,X为Cl2,燃料电池是氢氧燃料电池,装置B中通入O2的一极为正极,电
解质溶液是NaOH溶液,正极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,NaOH溶液中溶质的质量分数:b%>a%。
第1讲 描述运动的基本概念
题组二 电解精炼与电镀
衔接教材
4.[教材深研拓展]用银片作为阳极进行铁上镀银的实验,装置如图所示,下列有关说法不正确的是
( )
A.电镀时,待镀铁制品应与直流电源负极相连
B.通电后,溶液中的N 移向阴极
C.镀银时,理论上阳极和阴极的质量变化相等
D.待镀铁制品增重1.08 g时,电路中通过的电子为0.01 mol
B
第1讲 描述运动的基本概念
解析 电镀时,镀层金属作阳极,镀件作阴极,待镀铁制品作阴极,应与直流电源负极相连,A项正确;电镀
时溶液中的阴离子移向阳极,故N 移向阳极,B项不正确;电镀时,阴极发生还原反应:Ag++e- Ag,银
片作阳极,发生氧化反应:Ag-e- Ag+,理论上阳极减少的银和阴极增加的银的质量相等,C项正确;待
镀铁制品增重1.08 g,即阴极生成的银为0.01 mol,根据电极反应式Ag++e- Ag可知,电路中通过的电
子为0.01 mol,D项正确。
第1讲 描述运动的基本概念
5.[2026山东泰安月考]下列电解目的不能通过如图所示电解装置实现的是 ( )
注:表中的粗铜含有锌、铁、镍、金、铂等杂质。
电极材料 电解质溶液 电解目的
A a:碳棒,b:碳棒 稀硫酸 制取O2和H2
B a:银,b:铁 AgNO3溶液 铁上镀银
C a:粗铜,b:精铜 CuSO4溶液 电解精炼铜
D a:铜,b:碳棒 KNO3稀溶液 制取少量O2和H2
D
第1讲 描述运动的基本概念
解析 根据题图可知a为阳极,b为阴极。若a、b均为碳棒,电解稀H2SO4的实质是电解水,能达到电解目
的,A不符合题意;铁上镀银时,阳极a是金属银,阴极b是铁,AgNO3溶液为电解质溶液,能达到电解目的,B
不符合题意;电解精炼铜时,阳极a为粗铜,阴极b为精铜,用CuSO4溶液作电解质溶液,能达到电解目的,C
不符合题意;阳极a为Cu时,Cu失电子发生氧化反应生成Cu2+,不能得到O2,不能达到电解目的,D符合题
意。
第1讲 描述运动的基本概念
题组三 电解法冶炼金属及海水提锂
6.[2026广东广州调研]下列操作不能达到相应目的的是 ( )
操作
目的 A.湿法制粗铜 B.粗铜制纯铜
操作
目的 C.基板镀铜制覆铜板 D.绘制后浸泡覆铜板制电路板
C
第1讲 描述运动的基本概念
解析 铁比铜活泼,可从硫酸铜溶液中置换出铜,图示装置可形成原电池,加速铜在粗铜表面析出,A正
确;电解精炼铜时粗铜做阳极,纯铜做阴极,CuSO4溶液做电解液,B正确;基板镀铜制覆铜板时纯铜做阳
极,基板做阴极,C错误;Fe3+可与铜反应:2Fe3++Cu 2Fe2++Cu2+,D正确。
第1讲 描述运动的基本概念
7.[2025山东新泰一中期中]一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是
( )
A.b为直流电源的负极
B.阴极反应式为2H++2e- H2↑
C.工作时,乙池中溶液的pH不变
D.若有1 mol离子通过A膜,理论上阳极生成0.25 mol气体
D
第1讲 描述运动的基本概念
解析 该装置可用来制备高纯Cr和硫酸,甲池中Cr电极上Cr3+得电子发生还原反应,所以Cr棒为阴极,连
接阴极的电极a为负极,b为正极,故A错误;阴极反应式为Cr3++3e- Cr,阳极反应式为2H2O-4e- O2
↑+4H+,故B错误;甲池中硫酸根离子通过阴膜进入乙池,丙池中生成的氢离子通过A膜进入乙池,所以乙
池中硫酸浓度增大,溶液的pH减小,故C错误;若有1 mol离子(H+)通过A膜,则丙池生成1 mol氢离子,根据
关系式:O2~4H+可知,理论上阳极生成0.25 mol气体,故D正确。
第1讲 描述运动的基本概念
8.[2026河北保定八校联考]以铅蓄电池(Pb-PbO2-H2SO4)为电源,熔融CaF2-CaO作介质,利用图示装置可
以获得金属钙,并用钙还原二氧化钛制备金属钛。下列说法错误的是 ( )
A.a为铅蓄电池的正极
B.阳极电极反应式为C+2O2--4e- CO2↑
C.在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量不变
D.每制备1.5 mol金属钛,理论上铅蓄电池中需消耗3 mol H2SO4
D
第1讲 描述运动的基本概念
解析 在电解池中阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,故可判断b为铅蓄电池的负极,a为铅蓄电池的正
极,A正确;与电源正极相连的石墨电极为阳极,结合题图知阳极电极反应式为C+2O2--4e- CO2↑,B正
确;阴极电极反应式为Ca2++2e- Ca,然后发生反应2Ca+TiO2 Ti+2CaO,通电条件下该装置总反应
为C+TiO2 Ti+CO2↑,则制备金属钛前后CaO的量不变,C正确;根据反应2Ca+TiO2 Ti+2CaO知,
制备1.5 mol Ti,需要3 mol钙单质,转移6 mol电子,根据铅蓄电池总反应知每转移2 mol e-消耗2 mol H2SO
4,故转移6 mol e-消耗6 mol H2SO4,D错误。
第1讲 描述运动的基本概念
9.[2025山东省实验中学月考]海水提锂是一项具有巨大应用前景的技术。某电化学海水提锂的装置如
图所示:
该装置工作步骤如下:
第1讲 描述运动的基本概念
①打开电源b,海水中的Li+嵌入MnO2电极形成LixMn2O4;②关闭电源b,打开电源a,同时向石墨电极通入
空气(其中O2体积分数约为20%),使LixMn2O4中的Li+脱出进入甲中溶液。
下列说法错误的是 ( )
A.步骤①中,MnO2电极应该与电源b的负极相连
B.步骤②中,MnO2电极应该与电源a的负极相连
C.步骤②中,阴极发生的电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-
D.每有1 mol Li+进入甲中溶液,理论上消耗标准状况下的空气28 L
B
第1讲 描述运动的基本概念
解析 在步骤①中,通电时海水中的Li+嵌入MnO2电极形成LixMn2O4,说明MnO2电极是阴极,应该与电源
b的负极相连,A项正确;在步骤②中,通电时LixMn2O4中的Li+脱出进入甲溶液,这说明MnO2电极是阳极,
应该与电源a的正极相连,B项错误;在步骤②中,通电时氧气在阴极得电子,发生的电极反应为O2+2H2O+
4e- 4OH-,C项正确;在步骤②中,每有1 mol Li+进入甲中溶液,理论上消耗氧气0.25 mol,标准状况下的
体积为0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L,消耗空气的体积为5.6 L÷20%=28 L,D项正确。
第1讲 描述运动的基本概念
能力提升练
第3节 电能转化为化学能——电解
第2课时 电解原理的应用
第1讲 描述运动的基本概念
题组一 利用电解原理制备物质
1.[不定项][2026山东济南三中质检]钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图
为水溶液中电解制备金属钴的装置,下列说法正确的是 ( )
A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C.电解总反应:2Co2++2H2O 2Co+O2↑+4H+
D.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应发生改变
CD
第1讲 描述运动的基本概念
解析 根据电解装置图可知,石墨电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,H+通过阳离子交换
膜移到Ⅱ室,Co电极为阴极,电极反应式为Co2++2e- Co,Cl-通过阴离子交换膜移到Ⅱ室,在Ⅱ室会得
到高浓度的HCl溶液。Ⅰ室消耗H2O,导致H2SO4浓度增大,溶液pH减小,Ⅱ室中得到高浓度的HCl溶液,
溶液pH也减小,A错误。阳极电极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑,当生成1 mol Co时,转移2 mol e-,会生
成0.5 mol O2,同时有2 mol H+移到Ⅱ室,Ⅰ室溶液质量理论上减少0.5 mol×32 g/mol+2 mol×1 g/mol=18 g,
B错误。将阴极和阳极的电极反应式联立可得电解总反应2Co2++2H2O 2Co+O2↑+4H+,C正确。移
除两交换膜后,由于氯离子较H2O更容易放电,则石墨电极上开始发生的反应会变为2Cl--2e- Cl2↑,D
正确。
第1讲 描述运动的基本概念
2.[2026山东青岛模拟]我国总发电量、光伏发电量稳居全球首位,四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作
电子工业清洗剂,以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料,采用电渗析法合成[(CH3)4NOH,M=91 g/mol],工作
原理如图。
第1讲 描述运动的基本概念
下列说法错误的是 ( )
A.光伏并网发电装置中N型半导体为负极,P型半导体为正极
B.a电极反应式为2(CH3)4N++2H2O+2e- 2(CH3)4NOH+H2↑
C.若合成(CH3)4NOH的同时得到较高浓度的NaCl溶液,则c为阳离子交换膜,d、e均为阴离子交换膜
D.制备182 g四甲基氢氧化铵,两极共产生33.6 L气体(标准状况下)
C
第1讲 描述运动的基本概念
解析 由题图可知,左侧装置为电解池,NaCl溶液浓度增大,则电渗析法合成(CH3)4NOH的装置中,Cl-通
过d膜(阴离子交换膜)从左向右移动,Na+通过e膜(阳离子交换膜)从右向左移动,则b电极为阳极,a电极为
阴极,P型半导体为正极,N型半导体为负极,A正确;(CH3)4N+通过c膜(阳离子交换膜)移向阴极并参与电
极反应生成(CH3)4NOH,a电极发生的电极反应为2(CH3)4N++2H2O+2e- 2(CH3)4NOH+H2↑,B正确、C
错误;b电极发生的电极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O,182 g(CH3)4NOH的物质的量为 =2 mol,
根据a电极的电极反应知生成2 mol (CH3)4NOH时转移2 mol e-,则两极共生成0.5 mol O2、1 mol H2,在标
准状况下的总体积为(1 mol+0.5 mol)×22.4 L/mol=33.6 L,D正确。
第1讲 描述运动的基本概念
3.[2026北京工业大学附属中学月考]某小组欲用电解的方法获得Cu(OH)2,
实验装置如图(电源略去)。
(1)分别以NaOH溶液和NaCl溶液为电解质溶液制备Cu(OH)2。
实验 电解质溶液 现象
铜电极附近 石墨电极
Ⅰ NaOH溶液 出现浑浊,浑浊的颜色由黄色很快变为砖红色 产生无色气泡
Ⅱ NaCl溶液 出现白色浑浊,浑浊向下扩散,一段时间后,下端部分白色沉淀变为砖红色 产生无色气泡
第1讲 描述运动的基本概念
资料:ⅰ.CuOH是黄色、易分解的难溶固体,CuCl是白色的难溶固体,Cu2O是砖红色的难溶固体;
ⅱ.氧化反应中,增大反应物浓度或降低生成物浓度,氧化反应更易发生。
①Ⅰ和Ⅱ中Cu作______极(填“阳”或“阴”)。
②Ⅱ中石墨电极产生气体的电极反应式为_______________________。
③Ⅱ中白色沉淀变为砖红色的离子方程式是______________________________。根据Ⅱ中现象,甲
认为电解质溶液中存在Cl-有利于Cu被氧化为一价铜化合物,理由是____________________________
__________________________________________。
(2)探究Ⅰ和Ⅱ中未生成Cu(OH)2的原因,继续实验。
实验 电解质溶液 现象
Ⅲ Na2SO4溶液 铜电极附近溶液呈蓝色,一段时间后,U形管下端出现蓝绿色沉淀
阳
2H2O+2e- H2↑+2OH-
2CuCl+2OH- Cu2O+2Cl-+H2O
Cu+反应生成CuCl,降低Cu+浓度,氧化反应易发生
阳极附近溶液中Cl-浓度大,易与
第1讲 描述运动的基本概念
资料:碱式硫酸铜[xCu(OH)2·yCuSO4]难溶于水,可溶于酸和氨水;Cu2+与氨水作用可以生成[Cu(NH3)4]2+,
使溶液呈深蓝色;常温时碱式硫酸铜的溶解度比Cu(OH)2的大。
①经检验,蓝绿色沉淀中含有碱式硫酸铜,检验方案是________________________________________
_____________________________________________________。
②请写出形成碱式硫酸铜的电极反应式:_____________________________________________________。
(3)进一步改进方案,进行如下实验。
实验 电解质溶液 现象
Ⅳ Na2SO4和NH3·H2O的混合液(pH=9) 铜电极附近溶液呈深蓝色
Ⅴ Na2SO4和NaOH的混合液(pH=9) 铜电极附近出现蓝色浑浊,一段时间后,U形管底部出现蓝色沉淀
(x+y)Cu-2(x+y)e-+2xH2O+yS xCu(OH)2·yCuSO4+2xH+
全部溶解,得到蓝色溶液,向试管中滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀
取少量蓝绿色沉淀于试管中,滴加稀盐酸,沉淀
第1讲 描述运动的基本概念
Ⅳ中出现深蓝色说明电解生成了_______________(填离子符号)。经检验,Ⅴ中最终生成了Cu(OH)2。
(4)综合上述实验,电解法制备Cu(OH)2要考虑的因素有____________________________________。
电解质溶液的成分选择和溶液pH的控制
[Cu(NH3)4]2+
第1讲 描述运动的基本概念
解析 (1)①由资料ⅰ、ⅱ和实验Ⅰ、Ⅱ中铜电极附近现象可知,铜失去电子发生氧化反应生成一价铜
化合物,在实验Ⅰ、Ⅱ中铜为阳极;②石墨为阴极,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-;③实验Ⅱ中
阴极产生的OH-向阳极定向移动,故白色沉淀变为砖红色的原因为氯化亚铜与氢氧根离子反应生成氧
化亚铜,反应的离子方程式为2CuCl+2OH- Cu2O+2Cl-+H2O;氯离子向阳极移动,阳极附近溶液中氯
离子浓度大,易与亚铜离子反应生成CuCl,降低溶液中生成的亚铜离子的浓度,由资料ⅱ可知,增大反应
物浓度或降低生成物浓度,有利于氧化反应发生,所以电解质溶液中存在氯离子,有利于铜被氧化为一
价铜化合物。
(2)①若蓝绿色沉淀中只含有氢氧化铜,取少量蓝绿色沉淀于试管中,加入盐酸溶解后,再加入氯化钡溶
液不会产生硫酸钡白色沉淀;若含碱式硫酸铜,加入盐酸溶解后,再加入氯化钡溶液会产生硫酸钡白色
沉淀,据此设计检验方案。②阳极上铜失去电子,再结合硫酸根离子、水电离出的氢氧根离子得到碱式
硫酸铜,电极反应式为(x+y)Cu-2(x+y)e-+2xH2O+yS xCu(OH)2·yCuSO4+2xH+。
第1讲 描述运动的基本概念
(3)由实验现象和资料可知,Ⅳ中出现深蓝色说明电解生成了[Cu(NH3)4]2+。
(4)由实验Ⅰ~Ⅴ可知,选用氢氧化钠溶液、氯化钠溶液、pH为9的硫酸钠和NH3·H2O混合溶液电解时,均
没有氢氧化铜沉淀生成,选用硫酸钠溶液电解时,得到的沉淀中有碱式硫酸铜,而选用pH为9的硫酸钠和
氢氧化钠混合溶液电解时,生成氢氧化铜沉淀,说明电解法制备氢氧化铜要注意电解质溶液的成分选择
和溶液pH的控制。
第1讲 描述运动的基本概念
题组二 利用电解原理减少污染
4.[2025山东济南一中学情检测]电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极,在直流电的作用下,阳极
被溶蚀,产生金属离子,再经一系列水解、聚合及氧化过程,发展成为各种羟基络合物、氢氧化物,使废
水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离,原理如图所示。
下列说法错误的是 ( )
A.若铁为阳极,则阳极电极反应式有Fe-2e- Fe2+和2H2O-4e-
O2↑+4H+
B.阴极电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
C.每产生1 mol O2,整个外电路中理论上转移4 mol电子
D.若铁为阳极,在处理废水的过程中阳极附近可能会发生反应:4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O
C
第1讲 描述运动的基本概念
解析 由装置图可知,若铁为阳极,阳极电极反应式有Fe-2e- Fe2+和2H2O-4e- O2↑+4H+,A项正
确;阴极水电离出的H+得电子发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,B项正确;根据阳极
电极反应式可知,每产生1 mol O2,整个外电路中理论上转移电子的物质的量大于4 mol,C项错误;若铁为
阳极,根据阳极电极反应式Fe-2e- Fe2+和2H2O-4e- O2↑+4H+可知,在处理废水的过程中Fe2+还可
能被氧气氧化成Fe3+,离子方程式为4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,D项正确。
第1讲 描述运动的基本概念
5.[2026江苏南通如皋中学月考]一种含铊废水处理方法是用Cl2将Tl+氧化为Tl3+,然后再将Tl3+转化为Tl
(OH)3沉淀而除去。实验室用电解—间接氧化法处理酸性含铊废液的原理如图所示:
(1)电极b应与电源的______(填“正”或“负”)极相连。
正
第1讲 描述运动的基本概念
(2)写出图中转化(Ⅰ)反应的离子方程式:_______________________。
Tl++Cl2+2Cl- TlC
第1讲 描述运动的基本概念
(3)处理过程中电极b附近溶液pH随时间变化情况如图所示。电解开始的1 h内,电极b附近溶液的pH迅
速下降,请结合相关反应的方程式分析原因__________________________________________________。
_______________________。
部分Cl2与水发生反应Cl2+H2O HCl+HClO,生成HCl,
使溶液pH迅速下降
第1讲 描述运动的基本概念
解析 由题图可知,Cl-在电极b失去电子发生氧化反应生成Cl2,则电极b为阳极,应与电源正极相连,生成
的Cl2与Tl+和溶液中的Cl-反应生成TlC ,离子方程式为Tl++Cl2+2Cl- TlC 。电极b的电极反应式为2
Cl--2e- Cl2↑,生成的Cl2溶于水发生反应:Cl2+H2O HCl+HClO,HCl在水中能完全电离,使pH迅速
下降。
第1讲 描述运动的基本概念
创新题型
创新点 利用陌生的“三腔多膜系统”实现废水净化
6.[2025湖南三湘名校联盟联考]硝酸盐是地表水和地下水中常见的污染物。我国科研团队设计了一个
三腔的电化学装置,能将废水中低浓度的N 转化成氨和净化水。
第1讲 描述运动的基本概念
(1)X腔电极反应式为___________________________,X腔电极电势______(填“低”或“高”)于
Z腔电极电势。
(2)从Y腔流出的净化水显弱______(填“酸”或“碱”)性。
(3)Z腔生成标准状况下22.4 L O2,理论上有______mol H+透过质子交换膜。
低
4
碱
N +6H2O+8e- NH3↑+9OH-
第1讲 描述运动的基本概念
解析 (1)X腔电极发生还原反应为阴极,电极反应式为N +6H2O+8e- NH3↑+9OH-,X腔(阴极)电极
电势低于Z腔(阳极)电极电势。
(2)Na+移向X腔,且X腔的电解液经脱氨后,循环至Y腔,中和从Z腔迁移过来的H+,N 转化成NH3的电极
反应式为N +6H2O+8e- NH3↑+9OH-,每有8 mol e-转移,循环进入Y腔9 mol OH-,从Z腔迁移过来8
mol H+,Y腔的OH-比H+多,从Y腔流出的净化水应该显弱碱性。
(3)Z腔电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,故当Z腔生成标准状况下22.4 L O2即1 mol O2,理论上有4
mol H+透过质子交换膜。
第1讲 描述运动的基本概念
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