1.3 电能转化为化学能——电解 第2课时（讲义）化学鲁科版选择性必修1

第一章 化学反应与能量转化 第三节 电能转化为化学能-电解 第2课时 电解原理的应用 课标要点 1.通过电镀、电解精炼铜、氯碱工业实例，认识电解原理在生产中的实际应用。 2.能分析电镀、粗铜精炼、电解饱和食盐水装置，判断阴阳极，书写电极反应方程式。 3.认识电解在物质制备与金属提纯方面价值，体会化学工艺对工业生产的作用。 学习重难点 重点： 1.掌握电镀、电解精炼铜、氯碱工业装置特点，分清电极选择、电极反应。 2.辨析电镀与电解精炼铜的异同，分析体系中离子浓度变化情况。 难点： 1.区分电解精炼铜阳极多组分放电情况，理解阳极泥形成原因。 2.结合实际工业情境，运用电解模型分析问题，辨析实际工艺和理想模型差异。 知识点 电解饱和食盐水 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 1．电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 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。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 ②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。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 ③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 工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。 (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、含氯漂白剂等。 (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。 特别提醒 1、电极要求：必须用惰性电极，如果用活性金属作阳极，金属会优先失电子溶解，得不到氯气。 2、产物位置分清：阴极产生 H₂、NaOH；阳极产生 Cl₂；氢氧化钠生成在阴极区，不是阳极。 3、安全注意：Cl₂和H₂不能混合，二者相遇光照会发生爆炸；同时Cl₂会和NaOH发生反应，工业要用阳离子交换膜隔开两极产物。 4、离子放电辨析：阳极是Cl优先于OH放电生成氯气；阴极是水电离的H+放电出氢气，促进水的电离，阴极富集OH得到烧碱。 5、溶液变化：电解消耗NaCl和水，溶液pH增大；NaCl浓度不断减小。 6、复原问题：脱离体系物质是H2、Cl2，需要补充HCl气体，不能加盐酸。 7、检验产物易错：检验氯气用湿润淀粉碘化钾试纸；氢气点燃验纯；酚酞滴入阴极区变红。 简短做题口诀：阳氯阴氢碱，膜隔防相混，复原补 HCl 气体 随学随练 1．以石墨做电极，用如图所示型管电解煮沸除氧的饱和溶液。下列说法正确的是 A．电解反应停止后型管两侧液面下降高度不同 B．取b极区溶液于试管中，滴加溶液可持续观察到白色沉淀 C．将阳极产生的黄绿色气体通入淀粉溶液中，溶液变蓝，证明生成了 D．电子通过外电路在导线中定向迁移，然后进入电解质溶液 【答案】C 【详解】A．该装置为敞口装置，根据连通器原理，最终液面高度是相同的，即两侧液面下降高度相同，A错误； B．b极区是阴极区，放电后，存在大量，滴加会生成白色沉淀，但易被空气中的氧气氧化为红褐色，无法持续观察到白色沉淀，B错误； C．阳极产生的黄绿色气体能使淀粉溶液变蓝，该黄绿色气体是，证明阳极放电生成了，C正确； D．电子仅在外电路的导线中定向迁移，不会进入电解质溶液，电解质溶液依靠离子定向移动导电，D错误； 故选C。 2．如图所示，回答下列问题： (1)此装置的名称是___________。 (2)氯化钠溶液中离子有___________，其中，定向移动至阴极附近的离子有___________。 (3)阳极附近的产物是___________，检验该物质的方法是___________。 (4)电解饱和食盐水的化学方程式___________，工业上，利用电解饱和食盐水可制得多种产品，如有___________。(如举两例) 【答案】(1)电解池 (2)Na+、Cl-、H+、OH- Na+和H+ (3)氯气 用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近导管口，若淀粉碘化钾试纸变蓝，则证明氯气存在 (4)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑； 盐酸、漂白液等 【详解】（1）如图所示，有电源，所以此装置的名称是电解池，故答案为：电解池； （2）氯化钠溶液中离子有Na+、Cl-、H+、OH-，其中，阳离子Na+和H+定向移动至阴极附近，故答案为：Na+、Cl-、H+、OH-；Na+和H+； （3）溶液中的氯离子失电子在阳极发生氧化反应生成氯气，氯气具有强氧化性，能够氧化碘离子生成单质碘，碘遇到淀粉变蓝，所以检验氯气的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近导管口，若淀粉碘化钾试纸变蓝，则证明氯气存在； 故答案为：氯气；用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近导管口，若淀粉碘化钾试纸变蓝，则证明氯气存在； （4）电解饱和食盐水得到氢氧化钠、氢气和氯气，化学方程式为：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，则工业上，可以利用电解饱和食盐水生成的氢气、氯气化合制盐酸，也可用氯气和氢氧化钠反应制漂白液等，故答案为：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑；盐酸、漂白液等。 知识点 电镀 电冶金 1．电镀与电解精炼 电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 电镀 电解精炼 装置 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 Cu2＋浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥 2.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电极反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 特别提醒 1、电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 2、电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 随学随练 1．电化学原理在生活中有着重要的作用。某实验小组利用如下装置探究电化学原理及应用，请回答下列问题： (1)PbO2电极反应式为__________________；若用甲烷燃料电池对其装置充电，则PbO2电极应与充入______(填“CH4”或“O2”)的电极连接。 (2)若用A装置进行粗铜精炼，则电极a材料为______，阳极泥在电极______(填“a”或“b”)处产生，电解液X为______(填化学式)溶液，电解过程中其物质的量浓度______(填“增加”“减小”或“不变”)；若用A装置进行Fe片镀Ag，则电极a的材料为______，电极反应式为__________________。 (3)装置D在工作开始时，石墨电极附近溶液pH______(填“增大”“减小”或“不变”)，电解过程中装置D中产生的现象为__________________。 【答案】(1) O2 (2)精铜 b CuSO4或CuCl2 减小 铁片 Ag++e-=Ag (3)增大 石墨电极上有气泡产生，Fe电极附近溶液中产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色 【详解】（1）为原电池正极，发生还原反应，电极反应式为。对装置充电时，电极上转化为，发生氧化反应，为电解池阳极，应与外接电源正极连接。甲烷燃料电池中充入的电极为正极，故电极与充入的电极连接。 （2）用A装置进行粗铜精炼时，电极a连接原电池负极，为电解池阴极，阴极材料为精铜。电极b连接原电池正极，为电解池阳极，阳极材料为粗铜，粗铜中比铜活泼性弱的金属不参与放电，形成阳极泥，故阳极泥在电极b处产生。电解液X为可溶性铜盐溶液，可选或。电解过程中，阳极上比铜活泼的金属优先放电，阴极只有得电子生成Cu，故电解液中铜盐的物质的量浓度减小。用A装置进行Fe片镀Ag时，镀件Fe片作阴极，故电极a的材料为铁片，阴极上得电子生成Ag，电极反应式为。 （3）装置D中石墨电极连接原电池负极，为电解池阴极，阴极上水电离出的得电子生成，同时生成，故石墨电极附近溶液pH增大。Fe电极连接原电池正极，为电解池阳极，阳极上Fe失电子生成，与阴极生成的结合生成白色沉淀，被溶解在溶液中的氧化，先变为灰绿色，最终变为红褐色的，故装置D中产生的现象为石墨电极上有气泡产生，Fe电极附近溶液中产生白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。 2．如图为利用固体二氧化钛生产海绵金属钛的装置示意图。下列说法正确的是 A．a为电池的正极 B．生成氧气的电极反应为 C．高纯电极发生还原反应 D．制备金属钛前后，石墨总量不发生变化 【答案】C 【详解】A．电解池中阴离子向阳极移动，由向石墨电极移动可知石墨为阳极，阳极连接电源正极，则b为正极、a为负极，A错误； B．生成氧气的反应为失电子的氧化反应，电极反应为，选项中电极反应为得电子的还原反应，B错误； C．高纯电极为阴极，中元素化合价降低、得电子，发生还原反应，C正确； D．石墨电极产生的气体含、，说明石墨与反应生成的发生反应被消耗，总量减少，D错误； 故选C。 拓展 电解计算 1．电解计算的依据 (1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。 (2)串联电路中各电解池转移的电子总数相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 2．电解计算的方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。 (2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。 电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。 3．电解计算的步骤 (1)正确书写电极反应式(特别要注意阳极材料)。 (2)注意溶液中有多种离子共存时，要确定离子放电的先后顺序。 (3)根据得失电子守恒，列出关系式进行计算。 活学活用 1．用电解法处理酸性含铬废水(主要含有)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：，最后Cr3+以形式除去。下列说法中错误的是 A．阳极反应为 B．电解过程中废水的pH变大 C．电解过程中有沉淀生成 D．电路中每转移6mol电子，最多有1mol 被还原 【答案】D 【详解】A．铁板为活性阳极，电解时失去电子被氧化生成，电极反应为，A正确； B．阴极发生反应，同时与的反应也消耗，溶液中浓度降低，废水的变大，B正确； C．反应生成，随溶液升高，与结合生成沉淀，C正确； D．电路中每转移电子，根据阳极反应可知生成，结合反应可知，最多还原，D错误；故选D。 2．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 【答案】B 【详解】惰性电极电解硫酸铜溶液，遵循“析出什么补什么”的复原原则：甲加入即可复原，说明电解仅析出和，生成时，转移电子；乙加入才可复原，可拆写为，说明除析出（转移电子）外，还额外电解了，电解水转移电子，乙总转移电子为，二者转移电子物质的量之比为，故选B。 拓展 离子交换膜在电解中的应用 1．常见的离子交换膜 离子交换膜又叫隔膜，由特殊高分子材料制成。离子交换膜分为以下几类： (1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 (2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 (3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 (4)双极膜，亦称双极性膜，膜的一侧为阳膜，只允许阳离子通过，另一侧为阴膜，只允许阴离子通过。 2．离子交换膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 (2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 3．“离子交换膜”电解池的解题步骤 第一步，分清离子交换膜的类型，判断允许哪种离子通过离子交换膜。 第二步，写出电极反应式，判断离子交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷守恒判断离子迁移方向。 第三步，分析离子交换膜的作用。在产品制备中，离子交换膜的作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。 4．离子交换膜的相关计算 (1)迁移离子所带的电荷总数等于外电路上转移的电子总数。 (2)溶液质量变化等于电极反应引起的变化和离子迁移引起的变化之和。 活学活用 1．用电合成法先以丙烯为原料制备丙烯腈()，再用丙烯腈电解合成己二腈。某研究小组利用甲烷燃料电池作为电源电解合成己二腈(如图所示)，已知电解池中发生的反应为，下列有关说法不正确的是 A．通入甲烷的电极发生的电极反应为 B．离子交换膜应选用阴离子交换膜 C．原电池正极消耗的氧气与电解池阳极产生的氧气相等 D．丙烯腈在阴极的反应为 【答案】B 【详解】A．在碱性溶液中，通入甲烷的电极发生的电极反应为，A正确； B．电解池中阳极的电极反应为，阴极的电极反应为，故离子交换膜为阳离子交换膜，B错误； C．图中四个电极上通过的电子数目相等，原电池正极反应：，每消耗转移；电解池阳极反应：，每生成转移，故原电池正极消耗的氧气与电解池阳极产生的氧气相等，C正确； D．阴极上丙烯腈得电子，结合氢离子生成己二腈，电极反应为，D正确； 故选B。 2．氯碱工业是一种高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过30%，其工艺设计中相关物料的传输与转化如下图所示，其中的电极未标出。 下列说法错误的是 A．甲池为电解池，X为，Y为 B．图中NaOH溶液浓度 C．燃料电池中负极的电极反应式：H2+2e-+2OH-=2H2O D．电解池的总反应： 【答案】C 【详解】A．由分析可知，甲池为电解池，X为氯气、Y为氢气，A正确； B．由分析可知，乙池为碱性氢氧燃料电池，负极区氢氧化钠溶液的浓度减小、正极区氢氧化钠溶液的浓度增大，所以氢氧化钠溶液的浓度大小顺序为：b>a>c，B正确； C．由分析可知，通入氢气的电极为燃料电池的负极，碱性条件下氢气在负极失去电子发生氧化反应生成水，电极反应式为：H2-2e-+2OH-=2H2O，C错误； D．由分析可知，电解池的总反应为：，D正确； 故选C。 题型 电解饱和食盐水 ▌例1 我国利用氯碱厂生产的H2作燃料，将氢燃料电站应用于氯碱工业，其示意图如下。 (1)a极为______(填“正”或“负”)极。b极的电极反应式为______ (2)乙装置中电解饱和NaCl溶液的化学方程式为______。 (3)下列说法正确的是______。 A．甲装置可以实现化学能向电能转化 B．甲装置中Na+透过阳离子交换膜向a极移动 C．乙装置中c极一侧流出的是淡盐水 (4)结合化学用语解释d极区产生NaOH的原因：____________。 (5)实际生产中，阳离子交换膜的损伤会造成OH-迁移至阳极区，从而在电解池阳极能检测到O2，产生O2的电极反应式为______。 (6)下列生产措施有利于提高Cl2产量、降低阳极O2含量的是______。 A．定期检查并更换阳离子交换膜 B．向阳极区加入适量盐酸 C．使用Cl-浓度高的精制饱和食盐水为原料 【答案】(1)负 (2) (3)AC (4)d极发生反应：生成OH-，且Na+从阳极区透过阳离子交换膜进入d极区，生成NaOH (5) (6)ABC 【详解】（1）甲装置中，a极通入，发生氧化反应，故a极为负极。b极通入，发生还原反应，为正极，由于电解质为溶液，其电极反应式为。 （2）乙装置为电解饱和食盐水的装置，反应生成氢氧化钠、氢气和氯气，化学方程式为。 （3）A项，甲装置是燃料电池，可实现将化学能转化为电能，正确； B项，原电池内部阳离子向正极移动，即透过阳离子交换膜向b极移动，错误； C项，乙装置中c极为阳极，不断放电生成，同时透过阳离子交换膜向阴极（d极）移动，导致c极区浓度降低，流出的是淡盐水，正确； 故选AC。 （4）d极为电解池的阴极，水得电子发生还原反应，电极反应式为，生成了；同时阳极区（c极区）的在电场作用下通过阳离子交换膜进入d极区，两者结合生成。 （5）若迁移至阳极区，会在阳极失电子生成，产生的电极反应式为。 （6）A项，定期检查并更换阳离子交换膜，可有效防止漏入阳极区放电，有利于降低含量，正确； B项，向阳极区加入适量盐酸，可以中和漏入的，同时增大了浓度，有利于放电生成，正确； C项，使用浓度高的精制饱和食盐水，增大了反应物的浓度，有利于优先放电产生，抑制副反应发生，正确； 故选ABC。 解题贴士 技巧1：分清电极与产物（惰性电极） 阳极 (接电源正极)：Cl⁻放电生成 Cl₂；阴极 (接电源负极)：水电离 H⁺放电生成 H₂，阴极区生成 NaOH NaOH产生在阴极区，不是阳极。 技巧2：阳离子交换膜考点 只允许阳离子(Na⁺) 通过，阻止Cl₂与H₂混合爆炸，同时防止Cl₂和NaOH发生反应。 膜的作用小结：隔离两极气体；防止氯气和烧碱反应；钠离子迁移到阴极。 技巧3：离子放电分析 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑（Cl⁻优先OH⁻放电） 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-（是水的H⁺放电，不是Na⁺放电） 技巧4：溶液变化与复原 电解消耗NaCl、水；整体溶液 pH增大。 体系逸出H2、Cl2，复原补充HCl纯净气体，不要加稀盐酸。 技巧5：产物检验Cl₂：湿润淀粉KI试纸变蓝； NaOH：阴极区域滴酚酞变红；H₂：点燃验纯。 技巧6：易错辨析 阳极不能用活性金属，活性阳极金属优先失电子，得不到氯气。 没有阳离子交换膜时，生成的Cl₂会和NaOH发生反应，产物不纯。 做题步骤： 1. 确定阴阳极→2. 看有无阳离子交换膜→3. 写两极电极反应→4. 判断产物位置、pH 变化 →5. 溶液复原或者计算用电子守恒 核心提醒：钠离子不放电，只是穿过阳离子交换膜迁移到阴极。 ▌对点练1-1 “84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和食盐水，通电时，为使被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。 完成下列填空： (1)a为电源的________（填“正”“负”）极。 (2)d电极的电极反应式：_________________，电解产生消毒液的总化学方程式为_________________。 【答案】(1)负 (2) 【详解】（1）图中电极a和b是电源的电极，由分析知c是电解池的阳极，d是阴极，则与电解装置上方阴极相连的a为电源的负极，则b为正极； （2）d电极连接电源负极，为电解池阴极，在阴极发生还原反应，对应电极反应式为。将电解饱和食盐水的基础反应与和的后续反应合并，得到生成消毒液的总反应为。 ▌对点练1-2 用石墨作电极，电解1 L 0.2 mol/L NaCl溶液，当电路中通过0.4 mol电子时，下列说法错误的是 A．滴有酚酞的NaCl溶液变为红色 B．a试管中的气体与b试管中的气体体积比为1：1 C．b试管及对应烧杯盛放的是饱和食盐水 D．A极的电极反应式仅为 【答案】B 【详解】A．电解过程中阴极生成，溶液呈碱性，可使滴有酚酞的NaCl溶液变红，A正确； B．a试管收集，转移0.4 mol电子时生成0.2mol ；溶液中总物质的量为0.2 mol，完全放电生成0.1mol ，转移0.2 mol电子，剩余0.2 mol电子由放电生成0.05 mol ，b试管总气体物质的量为0.15 mol，相同条件下a、b气体体积比为4:3，且部分会与溶液中反应，体积比大于1:1，B错误； C．b试管收集的气体含，在饱和食盐水中溶解度很小，可用排饱和食盐水的方法收集，C正确； D．A极为阴极，无论是电解NaCl溶液阶段还是后续电解水阶段，电极反应均为，无其他反应，D正确；故选B。 题型 电镀 电冶金 ▌例2 铝是常见的金属元素，应用广泛，如应用于海上救生衣设计的海水电池(示意图如图所示)，下列有关铝的说法正确的是 A．工业冶炼铝时在阳极得到铝单质 B．电解饱和食盐水时，可采用铝片作阴极 C．铝片上镀铜时，应将铝片作阳极 D．上述海水电池中的向石墨极定向移动 【答案】D 【详解】A．工业冶炼铝时，电解熔融，铝离子在阴极得电子生成铝单质，A错误； B．电解饱和食盐水时，阴极反应为，生成的会与作阴极的铝片反应，且铝片会与电解质中的水发生反应，故不宜采用铝片作阴极，B错误； C．铝片上镀铜时，铝片应作镀件（阴极），铜作阳极，C错误； D．海水电池中，铝片为负极，石墨为正极，阳离子向正极移动，因此向石墨极定向移动，D正确； 故选D。 解题贴士 1、 电镀 技巧1：电极选择口诀：阳镀层，阴镀件 阳极：镀层金属；阴极：待镀工件（镀件）；电镀液：含有镀层金属阳离子的电解质溶液。 技巧2：浓度变化 阳极镀层金属失电子溶解，阴极同一种金属离子得电子析出。理论上电镀液浓度保持不变。 技巧3：易错提醒 1. 电镀属于电解，必须外接直流电源。 2. 阳极如果换成惰性电极，就无法实现电镀，没有金属补充。 3. 只改变镀层厚薄，不改变镀件本身化学性质。 二、电冶金（活泼金属冶炼，例电解熔融 NaCl 制 Na、熔融 MgCl₂制 Mg、熔融 Al₂O₃制 Al） 技巧1：原料要点 电解熔融态，不能水溶液；水溶液中 H⁺优先放电，得不到活泼金属单质。 技巧2：电极规律 一般用惰性电极；阳离子在阴极得电子析出金属单质，阴离子阳极失电子得到非金属单质。 阴极：金属阳离子得电子生成金属；阳极：阴离子失电子氧化。 电解熔融氧化铝制铝：要加冰晶石作助熔剂，降低熔化温度。 技巧3：常见易错 1. 冶炼铝不能电解氯化铝：AlCl3共价化合物，熔融不导电。 2. 电冶金本质：利用电解的强制氧化还原反应，制备活泼金属。 做题通用步骤 电镀：判阴阳极→确认镀层、镀件→分析电镀液浓度变化； 电冶金：看是熔融还是水溶液→判断阴阳极产物→注意特殊原料（冰晶石、不能用水溶液） ▌对点练2-1工业电解法制铝过程中，Al2O3溶解并和冰晶石(Na3AlF6)发生反应：，并在电极上发生反应：。其装置图如下所示，下列说法错误的是 A．a为电源的负极 B．电解过程中需补充石墨 C．电解液中的物质的量不断增加 D．铁电极发生的电极反应： 【答案】C 【详解】A．由所给电极反应可知石墨电极发生氧化反应，为阳极，则Fe为电解装置的阴极，与电源负极连接，A正确； B．电解过程中阳极消耗石墨得到CO2气体，因此需要补充石墨，B正确； C．由分析知，总反应为，因此电解液中的物质的量不变，C错误； D．由分析知，铁电极发生的电极反应为，D正确； 故选C。 ▌对点练2-2电解是海水资源综合利用的重要手段。 (1)我国科学家通过电解从海水中提取到镁单质，生成镁单质的电极反应式是___________。 (2)氯碱工业是化工产业的重要基础，其装置示意图如下图。生产过程中产生的氯酸盐副产物需要处理。 已知：当升高时，易歧化为和。 ①电解饱和食盐水的离子方程式为___________。 ②取实验后阳极区溶液进行检验，证实了阳极电解产物中含有。实验所用的试剂及现象是___________。 可选试剂：溶液、溶液、淀粉溶液、品红溶液 ③下列关于产生的说法中，合理的是___________(填序号)。 a．主要在阴极室产生 b．在电极上放电，可能产生 c．阳离子交换膜破损导致向阳极室迁移，可能产生 (3)可用盐酸处理淡盐水中的并回收。 ①反应的离子方程式为___________。 ②处理时，盐酸可能的作用是： i．提高，使氧化性提高或还原性提高； ii．提高，___________。 ③用下图装置验证i，请补全操作和现象：闭合，至指针读数稳定后___________。 【答案】(1)Mg2++2e-=Mg (2) KI溶液和淀粉溶液，溶液变蓝 bc (3)+6H++5Cl-=3Cl2↑+3H2O 使Cl-还原性增强 先向左侧烧杯中加入少量硫酸，观察电压表示数是否变化；再向右侧烧杯中加入等量硫酸，观察电压表示数是否变化 【详解】（1）阴极上镁离子得电子发生还原反应析出金属镁，生成镁单质的一极为阴极，电极反应式是Mg2++2e-=Mg； （2）①电解饱和食盐水的离子方程式是：； ②Cl2可以氧化碘离子成为碘单质，碘单质遇到淀粉变蓝，故实验所用的试剂及现象是KI溶液和淀粉溶液，溶液变蓝； ③a．氯元素都在阳极室，所以应该在阳极室生成，a错误； b．氯离子在阳极发生氧化反应，化合价升高，有可能生成，b正确； c．阳离子交换膜破损导致OH-向阳极室迁移，阳极室氢氧根浓度变大，阳极生成的氯气与氢氧根反应生成次氯酸根，当pH升高时，ClO-易歧化为和Cl-，c正确； 故选bc； （3）①盐酸和反应生成，反应的离子方程式为+6H++5Cl-=3Cl2↑+3H2O； ②盐酸与的反应中，盐酸作还原剂，因此盐酸的作用可能是提高c(Cl-)，使Cl-还原性增强； ③用如图装置验证i，具体的操作为：闭合K，至指针读数稳定后，先向左侧烧杯中加入少量硫酸，观察电压表示数是否变化，再向右侧烧杯中加入等量硫酸，观察电压表示数是否变化。 题型 电解的有关计算 ▌例3科技工作者设计耦合高效制的方法，装置如图1所示，部分反应机理如图2. 下列说法不正确的是 A．极的电极反应式为： B．极反应为： C．电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动 D．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍 【答案】D 【详解】A．b极为阳极，HCHO发生氧化反应生成HCOO⁻，结合反应机理及原子、电荷守恒，该电极反应式书写正确，A不符合题意； B．a极为阴极，水电离出的得电子生成，电极反应式为，B不符合题意； C．电解池中阴离子向阳极移动，b为阳极，故通过阴离子交换膜向b极方向移动，C不符合题意； D．阳极反应：，阴极反应，转移电子时，阴、阳两极各生成，共，而传统电解水：转移电子，只有阴极生成，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，D符合题意； 故选D。 解题贴士 技巧1：核心依据 ——电子守恒（整个电路转移电子物质的量相等） 串联电解池，各个电极转移电子总数相同，是电解计算最主要方法。 技巧2：三种常用计算方法 电子守恒法（最常用）：先求转移电子的物质的量，再根据电极反应式，求两极产物的量。 思路：n(e-)→代入电极反应→求气体、固体物质的量。 关系式法：由电极反应找出电子与产物之间定量关系，不用写总反应。 例：4e-~O2；2e- ~H2；2e- ~Cu 总反应方程式法：利用电解总反应，按照化学方程式比例计算，适合简单体系。 技巧3：常见考点类型 ①求析出固体质量、生成气体体积； ②求溶液 pH 变化：由转移电子推算溶液c(H+)或c(OH-)； 注意：看整个溶液整体变化，不是单一电极局部。 ③多池串联计算：各池转移电子相等，一个池子算出电子，全套池子共用这个电子量。 技巧4：做题步骤 1. 分析电极反应，确定两极产物 2. 找出转移电子物质的量（已知产物求电子，或已知电子求产物） 3. 选用电子守恒/关系式/总反应进行计算 4. 求pH注意体积不变，计算氢离子或者氢氧根浓度 ▌对点练3-1 图甲是双膜三室电沉积法回收废水中的示意图，图乙描述的是实验中阴极液pH与镍回收率之间的关系。下列说法错误的是 A．膜b为阴离子交换膜 B．阳极反应式为 C．阴极液时，镍的回收率低的主要原因是有生成 D．浓缩室得到的盐酸时，阴极回收得到5.9 g镍 【答案】D 【详解】A．浓缩室要得到浓盐酸，需要阴极室废水中的通过膜b进入浓缩室，因此膜b为阴离子交换膜，A正确； B．阳极是惰性电极电解稀硫酸溶液，水失电子生成氧气和氢离子，反应式为，B正确； C．阴极液时浓度较大，优先在阴极得电子生成，导致得电子被还原的量减少，镍回收率低，C正确； D．浓缩室得到盐酸时，增加的物质的量为，对应转移电子总物质的量为，但阴极上除得电子外，还有部分得电子生成，因此生成的物质的量小于，质量小于，D错误； 故本题选D。 ▌对点练3-2 氯碱工业是一种高能耗产业，一种节能的新工艺如图，图中显示了电解池与燃料电池相关组合以及物料的传输和转化关系，下列分析错误的是 A．乙装置为燃料电池，其左室的电极反应式为 B．甲、乙两装置中使用的均为阳离子交换膜 C．若在标准状况下，甲中收集到的X气体，则理论上乙装置中通入空气的量大于 D．图中NaOH溶液的质量分数关系为 【答案】A 【详解】A．乙是燃料电池，电解质为NaOH溶液，左室为负极，放电反应式为，A错误； B．甲中透过离子交换膜进入右室，是阳离子交换膜；乙是燃料电池，左室通入，发生反应：，左室的浓度在减小，则从左室移向右室，与右室产生的结合成氢氧化钠，所以乙也是阳离子交换膜，B正确； C．若在标准状况下，甲中收集到的X气体，即的氯气，转移电子，理论上乙装置中消耗的氧气为，则通入的空气要大于，C正确； D．乙的右室为正极，发生反应，生成，同时从左室迁移过来的进入右室，最终流出的NaOH浓度比通入的更高；而左室为负极，消耗生成水，NaOH被稀释，因此，D正确； 故选A。 题型 离子交换膜 ▌例4科学家近年发明了一种新型水介质电池。电池原理如右图，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体被转化为储氢物质HCOOH；充电时，双极隔膜中解离的、在电场作用下向两极迁移。下列说法不正确的是 A．放电时，在正极被还原 B．放电时，每生成1mol HCOOH转移的电子为2mol C．充电时，电池总反应： D．充电时，双极隔膜中产生的向锌电极移动 【答案】D 【详解】A．放电时，转化为，元素化合价从降低为，得电子发生还原反应，原电池正极发生还原反应，故在正极被还原，A正确； B．由分析知，放电时每个原子化合价降低2，故每生成转移电子，B正确； C．由分析知，充电时，阴极发生的反应为，阳极发生的反应为，将两极反应配平合并，消去电子后得到总反应，C正确； D．充电时为电解池，锌电极为阴极，选择性催化材料电极为阳极，双极隔膜中产生的向锌电极移动，双极隔膜中产生的向选择性催化材料电极移动，D错误； 故选D。 解题贴士 技巧1：分清交换膜种类 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，阻挡阴离子、气体 阴离子交换膜：只允许阴离子通过，阻挡阳离子、气体 质子交换膜：只允许 H⁺通过（特殊阳离子交换膜） 交换膜不参与氧化还原反应，只起隔离与离子通道作用 技巧2：判断离子迁移方向 电解池：阳离子向阴极移动；阴离子向阳极移动，离子穿过交换膜遵循这个方向。 看清楚：什么离子要跨膜，往哪个电极移动；不是所有离子都可以穿过膜，要看膜类型。 技巧3：两大核心作用 隔离作用：隔开两极气体，防止气体混合发生反应（氯碱工业防Cl₂与H₂爆炸、防Cl₂和NaOH反应） 平衡电荷：一侧电极反应造成电荷不平衡，对应离子穿过交换膜中和电性，维持溶液电中性。 技巧4：解题通用步骤 1、确定电解池阳极、阴极，写出电极反应式 2、看交换膜类型，确定哪一类离子可以穿过膜 3、依据阴阳离子移动规律，判断离子迁移方向 4、分析两极区域离子浓度、pH变化；注意区分极区变化和整体溶液变化 5、进行计算：利用电子守恒，计算穿过膜的离子物质的量，转移电子物质的量＝穿过膜离子所带总电 荷量。 做题口诀：先定阴阳极，再辨膜类型；离子顺电场，迁移为电中性；转移电子定迁移量 ▌对点练4-1 全固态锂硫电池的工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的材料，电池反应为16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法不正确的是 A．b极为电池的负极 B．电池工作时正极可发生反应： C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．充电时，外电路中流过 电子，电极b材料减重 【答案】D 【详解】A．电极b为金属锂，放电时失电子发生氧化反应，作原电池负极，A正确； B．电池工作时正极发生得电子的还原反应，转化为的过程中S元素化合价降低，反应配平合理，可在正极发生，B正确； C．导电性较差，石墨烯具有良好导电性，掺杂石墨烯可提高电极a的导电性，C正确； D．充电时电极b作阴极，发生反应，电极材料质量增加，外电路流过电子时，电极b增重，并非减重，D错误； 故选D。 ▌对点练4-2 科学家研发了一种绿色环保可充电“全氢电池”，其放电时工作原理如图所示，下列说法不正确的是 A．吸附层a发生的电极反应为： B．该电池充电时，吸附层b接电源负极 C．该电池的总反应为： D．电池放电工作时，从左室穿过离子交换膜向右室移动 【答案】B 【详解】A．吸附层a为放电时的负极，在碱性环境中失电子生成，电极反应式为，A正确； B．放电时吸附层b为正极，充电时原电池的正极应接电源正极作阳极，故吸附层b应接电源正极，B错误； C．正负极电极反应相加消去和电子，可得总反应为，C正确； D．放电时阳离子向正极移动，正极位于右室，故从左室穿过离子交换膜向右室移动，D正确； 故答案选B。 基础通关 1．工业上冶炼单质钠的反应为2NaCl2Na＋Cl2↑，该方法在金属冶炼中被称为 A．电解法 B．热还原法 C．热分解法 D．置换法 【答案】A 【详解】金属冶炼方法的选择取决于金属的活泼性。钠是活泼金属，其离子难以通过还原剂或加热直接还原。所以工业上采用电解熔融氯化钠的方法冶炼钠，，该过程需通电分解，属于电解法。 故选A。 2．某同学设计如图装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是 A．石墨电极与直流电源负极相连 B．铜电极的电极反应式为 C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，向铜电极迁移 D．用湿润的淀粉­KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 【答案】B 【详解】A．石墨为阳极，与直流电源的正极相连，故A错误； B．Cu为阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，铜电极的反应式为：2H++2e-═H2↑，故B正确； C．Cu为阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，同时生成氢氧化钠，电解池中阳离子向阴极移动，Na+向Cu电极移动，故C错误； D．Cu为阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，没有氯气生成，所以用湿润KI淀粉试纸在铜电极附近检验气体，试纸不变蓝色，故D错误； 故答案为B。 3．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 【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。 4．燃料电池具有理论电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是 A．每消耗2.24L(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8g B．离子交换膜应为阳离子交换膜，由左极室向右极室迁移 C．该燃料电池的负极反应式为 D．粗铜中的、沉积在阳极区，电解质溶液的浓度发生了变化 【答案】A 【详解】A．标准状况下2.24L O2为0.1mol，正极反应为，转移电子0.4mol，电解精炼铜时，阳极A电极为粗铜，除Cu外还含Fe、Zn等活泼杂质，这些杂质会优先失电子，故转移0.4mol电子时，A电极减轻的质量并非纯Cu的质量，0.2mol Cu质量为12.8g，实际减轻质量小于12.8g，A错误； B．燃料电池负极反应消耗OH-，正极反应生成OH-，为维持电荷平衡，Na+需由左向右迁移，离子交换膜应为阳离子交换膜，B正确； C．负极失电子生成，碱性条件下配平：B从-5价升至+3价，失8e-，结合电荷守恒与原子守恒，反应式为，C正确； D．粗铜中Ag、Au不活泼，在阳极形成阳极泥，阳极溶解的Cu及Fe、Zn等杂质，阴极仅Cu2+得电子析出Cu，溶液中Cu2+浓度降低，D正确； 故选A。 5．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。 6．甲烷燃料电池采用铂作电极材料，两个电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将上述甲烷燃料电池作为电源，进行电解饱和食盐水和电镀的实验，如图所示，其中乙装置中X为离子交换膜。下列说法错误的是 A．乙中X为阳离子交换膜 B．当电路中通过0.4 mol e-时，乙中Fe电极上产生氯气4.48 L(标准状况) C．用丙装置给铜镀银，b应是Ag D．甲烷燃料电池负极电极反应式是 【答案】B 【详解】A．乙为电解氯化钠溶液装置，装置中钠离子透过交换膜向阴极即左侧迁移，阴极得到NaOH和氢气，为了防止生成的氯气和氢氧化钠接触，故X为阳离子交换膜，A正确； B．乙中Fe为阴极，水放电生成氢气，电路中通过时，乙中Fe电极上产生氢气0.2mol，为(标准状况)，B错误； C．用丙装置给铜镀银，Ag作阳极，Cu作阴极，b是Ag，C正确； D．甲为原电池，甲烷通入极为负极，KOH碱性溶液中生成碳酸根离子，电极反应式为，D正确； 7．某同学按下图所示的装置进行电解实验。下列说法不正确的是 A．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出 B．电解过程中，铜电极上有H2产生 C．电解初期，主反应方程式为：Cu+H2SO4CuSO4+H2↑ D．电解初期，H+的浓度不断减小 【答案】B 【详解】A．依据分析，石墨电极是阴极，开始时电极反应式为，一段时间后，铜离子浓度增大，铜离子在阴极得电子，电极反应式为，即石墨电极上有铜析出，A正确； B．初始阶段，铜电极与电源正极相连作阳极，铜失电子生成铜离子，即铜电极上不会有H2产生，B错误； C．依据分析，电解初期总反应为，C正确； D．依据分析，电解初期，阴极电极反应式为，即氢离子的浓度不断减小，D正确； 故答案选B。 8．工业氯气通过电解饱和食盐水制得 (1)电解饱和食盐水的化学反应方程式为___________。 (2)图(1)中，铁棒作___________极；导管b出来的气体可以用___________检验。 (3)图(1)实验结束后往U型管两端滴入酚酞试液，左端等看到什么现象：___________。 (4)图(1)方法制得的固体烧碱中可能混有少量NaCl，请写出检验是否混有NaCl的实验方法：___________。 【答案】(1) (2)阴极 湿润的淀粉碘化钾试纸 (3)溶液变红色 (4)取样于试管中，加水溶解，先加过量稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若出现白色沉淀则证明有NaCl 【详解】（1）电解饱和食盐水生成氢气、氯气和氢氧化钠，化学方程式为。 （2）铁棒与外接电源负极相连作阴极，石墨棒与外接电源正极相连作阳极，阳极发生失电子氧化反应，则导管b产生氯气，可用湿润的淀粉碘化钾试纸检验。 （3）电解饱和食盐水后溶液组成为NaOH和水，其中左侧水放电，生成氢气和氢氧根离子，则加入酚酞后溶液变红色。 （4）取少量固体于试管中加水溶解，加入足量硝酸酸化，再加硝酸银溶液，若出现白色沉淀，证明混有NaCl，若没有明显现象，证明没有混有NaCl。 9．电化学处理将其转化为其他化学产品，是一种减缓温室效应并综合利用的方法。回答下列问题： Ⅰ．原电池法：通过“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，有效减少碳的排放，其工作原理如图1所示。 (1)①原电池工作时，电子经导线由___________(填“a→b”或“b→a”)，刚开始b极区的电极反应式为___________。 ②一段时间后，b极区溶液中析出少量固体为___________(填化学式)。 Ⅱ．电解法：电解还原的方法如图2所示，其中电解质溶液为稀硫酸，电极均为惰性电极。 (2)电解池工作时，通过阳离子膜移向___________极(填“m”或“n”)。 (3)若阴极还原产物只有，当阳极区溶液质量减少36 g时，产生的物质的量为___________。 Ⅲ．中科院研究出首例在室温条件超快传输的氢负离子导体，以电化学方法制备甲醇，总反应为： (4)①电极b为电源的___________(填“正极”或“负极”)。 ②生成的电极反应式为___________。 ③若副反应也同时发生，出口Ⅱ为CO、、的混合气，且，则惰性电极2的电流效率为___________(保留3位有效数字)()。 【答案】(1)a→b NaHCO3 (2)n (3) (4)正极 88.2% 【详解】（1）根据b极产生水得电子生成H2，可得b极为正极，a极为负极， 电子由负极流向正极，故为a→b；b极生成碳酸氢根，与向正极迁移的钠离子组合析出NaHCO3固体。 （2）电解池中阳离子流向阴极移动，n极为阴极，故H+移向n极。 （3）阳极反应为，阳极区减少的质量为生成O2的质量与迁移出H+的质量之和。由减少36 g质量可知转移电子为4 mol。阴极生成C2H4的反应为，转移4mol电子时，生成C2H4共。 （4）电解质为氢负离子导体，电极I氢气得电子生成氢负离子，发生还原反应，电极I为阴极，a为负极，b为正极，惰性电极II为阳极，发生氧化反应，生成的电极反应式为； 每生成1 mol CO，惰性电极2提供2 mol电子；每生成1 mol CH3OH，惰性电极2提供6 mol电子。由于产物中，故提供用以产生CH3OH的电子为总量的。 10．如图是一个化学过程的示意图。 请回答： (1)甲池通入O2的一极电极反应式为___________，该电池的总反应方程式为___________。 (2)乙池中A电极名称为___________极，电极反应式为___________。一段时间后溶液的pH___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2___________mL(标准状况下)。 【答案】(1) (2)阳 减小 (3) 【详解】（1）甲为原电池，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为，燃料电池的总反应式为。 （2）乙为电解池，A与原电池正极相连，为电解池的阳极，发生氧化反应，电极反应式为，电解硝酸银溶液，阳极生成氧气，阴极生成银，电解总反应式为，生成，则溶液减小。 （3）乙池中B极发生还原反应，电极反应式为，，则转移电子0.05 mol，由甲池电极反应式，可知消耗氧气，则。 素养提升 1．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如图所示，下列说法错误的是 A．为电源正极 B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为： C．阴极区附近溶液增大 D．若不考虑气体的溶解，当收集到（标准状况）时，有被还原 【答案】D 【详解】A．右侧铁板上生成，发生还原反应，说明右侧铁板为阴极，B为电源负极，故A为电源正极，A正确； B．左侧铁板为阳极，失电子生成，在酸性条件下还原，发生的离子反应为，B正确； C．阴极区发生反应，浓度降低，附近溶液增大，C正确； D．标准状况下的物质的量为，转移电子总物质的量为，阳极生成的物质的量为，根据反应关系可知被还原的的物质的量为，不是，D错误； 故答案选D。 2．用惰性电极电解溶液可制金属铅，电解装置如图所示。已知：，下列说法不正确的是 A．电极a附近有气体生成 B．电极b的电极反应为： C．电解一段时间后，在右室加入PbO，可实现右室电解液的再生 D．通过质子交换膜从左室流向右室，左室溶液的pH增大 【答案】D 【详解】A．电极a附近有氧气生成，A正确； B．电极b为阴极，电极反应式为，B正确； C．右室电极反应式为，加之H+向右移动，电解一段时间后b电极区变为HCl和NaCl混合溶液，加入PbO，发生反应生成，可实现右室电解液的再生，C正确； D．左室电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，每转移4e-产生4H+，同时有4H+向右移动，即左室H+数目不变，但是水减少，H+浓度增大，pH减小，D错误；答案选D。 3．某研究性学习小组利用以下装置探究氯碱工业和电解精炼铜的工作原理(X是离子交换膜)，下列说法正确的是 A．乙装置中精铜是阳极 B．X是阳离子交换膜 C．甲装置中C极区产生 D．若电路中共转移电子，则乙装置中粗铜质量减少 【答案】B 【详解】A．电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，乙装置中精铜为阴极，A错误； B．甲装置Fe为阴极，阴极反应生成NaOH，为了避免阳极生成的和阴极产物NaOH反应、同时得到高纯度NaOH，需要让阳极区的通过离子交换膜进入阴极区，因此X是阳离子交换膜，B正确； C．甲装置中为阴极，阴极区产生，为阳极，阳极区产生，C错误； D．粗铜中含、等比活泼的杂质，电解时杂质优先放电，同时存在不溶解的阳极泥，转移电子时，粗铜减少质量不一定为，D错误； 故选B。 4．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，溶液的浓度始终不变 【答案】C 【详解】A．装置①中用惰性电极电解溶液，在阳极上失去电子被氧化变为，阳极的电极反应式为：；在阴极上得到电子被还原为单质Cu，阴极的电极反应式为：，故电解时在阴极上有红色物质析出，A错误； B．在装置②电镀铜时，应该使镀层金属铜片与直流电源的正极相连，作阳极；镀件与直流电源的负极连接作阴极，B错误； C．在装置③的氢氧燃料电池中，通入燃料的电极a为负极，通入的电极b为正极，若电解液为KOH溶液，溶液显碱性，则电极a的反应式：，C正确； D．在装置④的金属铜的精炼中，粗铜作阳极，精铜作阴极。阳极上Cu及活动性比Cu强金属如Zn、Fe等会失去电子变为金属阳离子进入电解质溶液；在阴极上只有得到电子被还原变为单质Cu。由于同一闭合回路中电子转移数目相等，因此电解一段时间后，溶液中的浓度会逐渐降低，D错误； 故选C。 5．某同学设计了一个燃料电池（如图），目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理。下列说法不正确的是 A．甲装置为原电池，通入氢气的电极为负极 B．乙装置从C极处逸出的气体能使湿润的淀粉试纸变蓝 C．乙装置中，X为阳离子交换膜，反应一段时间后交换膜左侧溶液pH减小 D．丙装置中，若粗铜中含有锌、银等杂质，反应一段时间后硫酸铜溶液浓度将减小 【答案】C 【详解】A．甲装置为氢氧燃料电池，通入的电极发生失电子的氧化反应，为原电池负极，A正确； B．乙装置中C极连接原电池正极侧，为电解池阳极，在阳极失电子生成，可氧化生成使湿润淀粉试纸变蓝，B正确； C．乙装置中Fe电极为阴极，电极反应为，左侧生成，若X为阳离子交换膜，由右侧移向左侧，左侧浓度增大，pH增大而非减小，C错误； D．丙装置为粗铜精炼，阳极上粗铜中活泼杂质Zn优先于Cu失电子进入溶液，阴极只有得电子析出Cu，单位时间内阳极溶解的Cu质量小于阴极析出的Cu质量，溶液浓度减小，D正确； 故答案选C。 6．溶液是一种重要的铜盐试剂，在电镀、印染、颜料、农药等方面有广泛应用。某同学利用溶液进行以下实验探究： (1)以溶液为电解质溶液进行粗铜(含、、、、等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是___________(填字母)。 a．溶液中向阳极移动      b．粗铜接电源正极，发生还原反应 c．电解后溶液的浓度减小 d．利用阳极泥可回收、、等金属 (2)图1是根据反应，设计成的锌铜原电池。极的电极反应式是___________，盐桥中是含有琼胶的饱和溶液，电池工作时向___________(填“甲”或“乙”)移动。 (3)图2中，Ⅰ是甲烷燃料电池(电解质溶液为溶液)的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜： ①b处通入的是___________(填“”或“”)，作_________极(填“正极”或“负极 ”)a处的电极反应式为___________。 ②当铜电极的质量减轻，则消耗的在标准状况下的体积为_________________________。 【答案】(1)cd (2) 乙 (3) 正 【详解】（1）a．电解池中阳离子向阴极移动，故溶液中向阴极移动，a错误； b．粗铜精炼时，粗铜作阳极，接电源正极，发生氧化反应，b错误； c．阳极上比铜活泼的杂质金属（如、）也会失去电子，而阴极上只有得电子析出，根据电子守恒，阴极析出的铜多于阳极溶解的铜，故电解后溶液的浓度减小，c正确； d．粗铜中的不活泼金属（如、、）不失去电子，以阳极泥的形式沉积在阳极底部，可用于回收，d正确； 故答案为cd； （2）该原电池中，比活泼，作负极，失电子，作正极，正极上溶液中的得电子，发生还原反应，电极反应式为；原电池工作时，盐桥中的阳离子向正极移动，补充溶液中失去的正电荷，乙池为正极区，故向乙移动； （3）①在Ⅱ中实现铁上镀铜，则作阳极，作阴极，由图可知，与Ⅰ中的b极相连，与a极相连，故b极为正极，a极为负极；燃料电池中，正极通入氧化剂，负极通入燃料，故b处通入的是，作正极；a处通入的是，在碱性条件下发生氧化反应，电极反应式为； ②铜电极质量减轻，即溶解的的物质的量为，阳极反应为，故转移电子，根据整个闭合回路中电子守恒，消耗的物质的量为，在标准状况下的体积为。 迁移创新 1．如图甲、乙为相互串联的两个电解池，下列说法正确的是 A．甲池若为精炼铜的装置，A极材料是粗铜 B．Fe极的电极反应式为 C．若甲池为电镀铜的装置，阴极增重12.8 g，乙池阳极放出气体为4.48 L D．乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后C极附近变浅红色 【答案】B 【详解】A．甲池中A是阴极，B是阳极，若为精炼铜的装置，则A极是纯铜，B极是粗铜，A错误； B．Fe为阴极，电极反应式为，B正确； C．若甲池为电镀铜的装置，阴极电极反应式为：，增重12.8 g，则转移电子是0.4 mol，乙池阳极放出气体为氯气，电极反应式为：，转移电子0.4 mol时，产生的氯气是0.2 mol，题目未指明气体的温度和压强，不能确定体积，C错误； D．Fe为阴极，电极反应式为，乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后铁极附近变浅红色，D错误； 故选B。 2．电镀金的原料亚硫酸金钠[]可以通过电解的方式制备，电极材料采用和石墨，其余试剂和装置如图。下列说法不正确的是 A．电极的电极反应式为： B．离子交换膜应选用阴离子交换膜 C．可能会有副产物生成 D．通过配位作用使能在阳极失电子 【答案】B 【详解】A．电极为阴极，溶液中水得电子生成和，电极反应正确，A正确； B．阳极（右室）中反应为，反应后N极区多余的需要迁移到阴极（M极区）维持电中性，因此交换膜需要允许阳离子通过，应选用阳离子交换膜，不是阴离子交换膜，B错误； C．具有还原性，可能在阳极被氧化为，与结合生成副产物，C正确； D．可与形成配位化合物，降低游离浓度，使更容易在阳极失电子，D正确； 故选B。 3．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 【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。 4．下列四个电化学装置的有关叙述正确的是 图I 碱性锌锰电池 图II 银锌纽扣电池 图III 铅蓄电池 图IV 电解熔融氯化钠 A．图I所示电池中，的作用是催化剂 B．图II所示电池中，是氧化剂，电池工作过程中还原为Ag C．图III所示电池充电过程中，电解质溶液的密度不变 D．图IV所示装置中，NaCl换成，也可以得到Al和 【答案】B 【详解】A．碱性锌锰电池中，在正极发生还原反应（），作氧化剂而非催化剂，A错误； B．银锌纽扣电池中，为正极材料，Ag元素从+1价得电子被还原为0价的Ag，是氧化剂，B正确； C．铅蓄电池充电时，发生放电的逆反应，生成硫酸，电解质溶液浓度增大，密度增大，C错误； D．为共价化合物，熔融状态不导电，无法电解熔融得到Al和，D错误； 故选B。 5．完成下列问题 (1)二氧化氯()为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取的新工艺，原理如图所示。 ①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取。则阳极产生的电极反应式为____________________________。 ②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为______mol。 (2)是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的高效水处理剂，其电解制法如图所示。电解过程中，两极均有气体产生，Y极区域溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍澄清。查阅资料得知，高铁酸根离子()在溶液中呈紫红色。 ①电解过程中，X极区溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”) ②电解过程中，Y极发生的电极反应为___________________和______________。 ③若在X极收集到672mL气体，在Y极收集到168mL气体(均已折算为标准状况时气体体积)，则Y电极(Fe电极)质量减少______g。 ④在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为。该电池正极发生的反应的电极反应式为________________________。 【答案】(1) 0.01 (2) 增大 0.28 【详解】（1）①阳极发生氧化反应，反应物为饱和食盐水中的，Cl从-1价升高到​中的+4价，失去5个电子，结合水溶液中的H2O配平原子与电荷，得到对应电极反应式； ②阴极反应为，标准状况下112mL H2​的物质的量为，对应转移电子；通过阳离子交换膜的阳离子为Na+，每个电子对应1个迁移的Na+以平衡电荷，因此迁移的阳离子物质的量为0.01mol。 （2）①由分析知，X为阴极，电极反应为，生成，溶液中浓度升高，因此pH增大； ②Y为阳极，Fe电极变细且生成紫红色​，对应电极反应：；阳极的气体为放电生成的O2​，对应电极反应； ③X极收集的H2物质的量为，总转移电子0.03 mol×2=0.06 mol；Y极的O2​物质的量为，该过程失去的电子为0.0075 mol×4=0.03 mol；剩余的0.06 mol−0.03 mol=0.03 mol电子来自Fe转化为​的过程，1 mol Fe失去6 mol电子，因此反应的Fe为，质量为0.005mol×56g/mol=0.28 g； ④正极得到电子发生还原反应，即得电子和水反应生成氧化铁和氢氧根离子, 结合电池总反应的产物与碱性环境配平电荷和原子，得到正极电极反应式。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章 化学反应与能量转化 第三节 电能转化为化学能-电解 第2课时 电解原理的应用 课标要点 1.通过电镀、电解精炼铜、氯碱工业实例，认识电解原理在生产中的实际应用。 2.能分析电镀、粗铜精炼、电解饱和食盐水装置，判断阴阳极，书写电极反应方程式。 3.认识电解在物质制备与金属提纯方面价值，体会化学工艺对工业生产的作用。 学习重难点 重点： 1.掌握电镀、电解精炼铜、氯碱工业装置特点，分清电极选择、电极反应。 2.辨析电镀与电解精炼铜的异同，分析体系中离子浓度变化情况。 难点： 1.区分电解精炼铜阳极多组分放电情况，理解阳极泥形成原因。 2.结合实际工业情境，运用电解模型分析问题，辨析实际工艺和理想模型差异。 知识点 电解饱和食盐水 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做 。 1．电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 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 。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑( 反应)。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成 。其中H＋是由水电离产生的。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－( 反应)。 ③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 工业生产中，电解饱和食盐水的反应在 电解槽中进行。 (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 与阳极产生的 混合发生爆炸，也能避免 与阴极产生的 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、含氯漂白剂等。 (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。 特别提醒 1、电极要求：必须用惰性电极，如果用活性金属作阳极，金属会优先失电子溶解，得不到氯气。 2、产物位置分清：阴极产生 H₂、NaOH；阳极产生 Cl₂；氢氧化钠生成在阴极区，不是阳极。 3、安全注意：Cl₂和H₂不能混合，二者相遇光照会发生爆炸；同时Cl₂会和NaOH发生反应，工业要用阳离子交换膜隔开两极产物。 4、离子放电辨析：阳极是Cl优先于OH放电生成氯气；阴极是水电离的H+放电出氢气，促进水的电离，阴极富集OH得到烧碱。 5、溶液变化：电解消耗NaCl和水，溶液pH增大；NaCl浓度不断减小。 6、复原问题：脱离体系物质是H2、Cl2，需要补充HCl气体，不能加盐酸。 7、检验产物易错：检验氯气用湿润淀粉碘化钾试纸；氢气点燃验纯；酚酞滴入阴极区变红。 简短做题口诀：阳氯阴氢碱，膜隔防相混，复原补 HCl 气体 随学随练 1．以石墨做电极，用如图所示型管电解煮沸除氧的饱和溶液。下列说法正确的是 A．电解反应停止后型管两侧液面下降高度不同 B．取b极区溶液于试管中，滴加溶液可持续观察到白色沉淀 C．将阳极产生的黄绿色气体通入淀粉溶液中，溶液变蓝，证明生成了 D．电子通过外电路在导线中定向迁移，然后进入电解质溶液 2．如图所示，回答下列问题： (1)此装置的名称是___________。 (2)氯化钠溶液中离子有___________，其中，定向移动至阴极附近的离子有___________。 (3)阳极附近的产物是___________，检验该物质的方法是___________。 (4)电解饱和食盐水的化学方程式___________，工业上，利用电解饱和食盐水可制得多种产品，如有___________。(如举两例) 知识点 电镀 电冶金 1．电镀与电解精炼 电镀是一种利用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他 或 的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 电镀 电解精炼 装置 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 阴极反应 溶液变化 Cu2＋浓度 Cu2＋浓度 ，金、银等金属沉积形成阳极泥 2.电冶金 (1)金属冶炼的本质：使矿石中的 获得电子变成 的过程。如Mn＋＋ne－===M。 (2)电解法用于冶炼较 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电极反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 特别提醒 1、电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 2、电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 随学随练 1．电化学原理在生活中有着重要的作用。某实验小组利用如下装置探究电化学原理及应用，请回答下列问题： (1)PbO2电极反应式为__________________；若用甲烷燃料电池对其装置充电，则PbO2电极应与充入______(填“CH4”或“O2”)的电极连接。 (2)若用A装置进行粗铜精炼，则电极a材料为______，阳极泥在电极______(填“a”或“b”)处产生，电解液X为______(填化学式)溶液，电解过程中其物质的量浓度______(填“增加”“减小”或“不变”)；若用A装置进行Fe片镀Ag，则电极a的材料为______，电极反应式为__________________。 (3)装置D在工作开始时，石墨电极附近溶液pH______(填“增大”“减小”或“不变”)，电解过程中装置D中产生的现象为__________________。 2．如图为利用固体二氧化钛生产海绵金属钛的装置示意图。下列说法正确的是 A．a为电池的正极 B．生成氧气的电极反应为 C．高纯电极发生还原反应 D．制备金属钛前后，石墨总量不发生变化 拓展 电解计算 1．电解计算的依据 (1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。 (2)串联电路中各电解池转移的电子总数相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。 2．电解计算的方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。 (2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。 电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。 3．电解计算的步骤 (1)正确书写电极反应式(特别要注意阳极材料)。 (2)注意溶液中有多种离子共存时，要确定离子放电的先后顺序。 (3)根据得失电子守恒，列出关系式进行计算。 活学活用 1．用电解法处理酸性含铬废水(主要含有)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：，最后Cr3+以形式除去。下列说法中错误的是 A．阳极反应为 B．电解过程中废水的pH变大 C．电解过程中有沉淀生成 D．电路中每转移6mol电子，最多有1mol 被还原 2．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 拓展 离子交换膜在电解中的应用 1．常见的离子交换膜 离子交换膜又叫隔膜，由特殊高分子材料制成。离子交换膜分为以下几类： (1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 (2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 (3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 (4)双极膜，亦称双极性膜，膜的一侧为阳膜，只允许阳离子通过，另一侧为阴膜，只允许阴离子通过。 2．离子交换膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 (2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 3．“离子交换膜”电解池的解题步骤 第一步，分清离子交换膜的类型，判断允许哪种离子通过离子交换膜。 第二步，写出电极反应式，判断离子交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷守恒判断离子迁移方向。 第三步，分析离子交换膜的作用。在产品制备中，离子交换膜的作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。 4．离子交换膜的相关计算 (1)迁移离子所带的电荷总数等于外电路上转移的电子总数。 (2)溶液质量变化等于电极反应引起的变化和离子迁移引起的变化之和。 活学活用 1．用电合成法先以丙烯为原料制备丙烯腈()，再用丙烯腈电解合成己二腈。某研究小组利用甲烷燃料电池作为电源电解合成己二腈(如图所示)，已知电解池中发生的反应为，下列有关说法不正确的是 A．通入甲烷的电极发生的电极反应为 B．离子交换膜应选用阴离子交换膜 C．原电池正极消耗的氧气与电解池阳极产生的氧气相等 D．丙烯腈在阴极的反应为 2．氯碱工业是一种高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过30%，其工艺设计中相关物料的传输与转化如下图所示，其中的电极未标出。 下列说法错误的是 A．甲池为电解池，X为，Y为 B．图中NaOH溶液浓度 C．燃料电池中负极的电极反应式：H2+2e-+2OH-=2H2O D．电解池的总反应： 题型 电解饱和食盐水 ▌例1 我国利用氯碱厂生产的H2作燃料，将氢燃料电站应用于氯碱工业，其示意图如下。 (1)a极为______(填“正”或“负”)极。b极的电极反应式为______ (2)乙装置中电解饱和NaCl溶液的化学方程式为______。 (3)下列说法正确的是______。 A．甲装置可以实现化学能向电能转化 B．甲装置中Na+透过阳离子交换膜向a极移动 C．乙装置中c极一侧流出的是淡盐水 (4)结合化学用语解释d极区产生NaOH的原因：____________。 (5)实际生产中，阳离子交换膜的损伤会造成OH-迁移至阳极区，从而在电解池阳极能检测到O2，产生O2的电极反应式为______。 (6)下列生产措施有利于提高Cl2产量、降低阳极O2含量的是______。 A．定期检查并更换阳离子交换膜 B．向阳极区加入适量盐酸 C．使用Cl-浓度高的精制饱和食盐水为原料 解题贴士 技巧1：分清电极与产物（惰性电极） 阳极 (接电源正极)：Cl⁻放电生成 Cl₂；阴极 (接电源负极)：水电离 H⁺放电生成 H₂，阴极区生成 NaOH NaOH产生在阴极区，不是阳极。 技巧2：阳离子交换膜考点 只允许阳离子(Na⁺) 通过，阻止Cl₂与H₂混合爆炸，同时防止Cl₂和NaOH发生反应。 膜的作用小结：隔离两极气体；防止氯气和烧碱反应；钠离子迁移到阴极。 技巧3：离子放电分析 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑（Cl⁻优先OH⁻放电） 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-（是水的H⁺放电，不是Na⁺放电） 技巧4：溶液变化与复原 电解消耗NaCl、水；整体溶液 pH增大。 体系逸出H2、Cl2，复原补充HCl纯净气体，不要加稀盐酸。 技巧5：产物检验Cl₂：湿润淀粉KI试纸变蓝； NaOH：阴极区域滴酚酞变红；H₂：点燃验纯。 技巧6：易错辨析 阳极不能用活性金属，活性阳极金属优先失电子，得不到氯气。 没有阳离子交换膜时，生成的Cl₂会和NaOH发生反应，产物不纯。 做题步骤： 1. 确定阴阳极→2. 看有无阳离子交换膜→3. 写两极电极反应→4. 判断产物位置、pH 变化 →5. 溶液复原或者计算用电子守恒 核心提醒：钠离子不放电，只是穿过阳离子交换膜迁移到阴极。 ▌对点练1-1 “84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和食盐水，通电时，为使被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。 完成下列填空： (1)a为电源的________（填“正”“负”）极。 (2)d电极的电极反应式：_________________，电解产生消毒液的总化学方程式为_________________。 ▌对点练1-2 用石墨作电极，电解1 L 0.2 mol/L NaCl溶液，当电路中通过0.4 mol电子时，下列说法错误的是 A．滴有酚酞的NaCl溶液变为红色 B．a试管中的气体与b试管中的气体体积比为1：1 C．b试管及对应烧杯盛放的是饱和食盐水 D．A极的电极反应式仅为 题型 电镀 电冶金 ▌例2 铝是常见的金属元素，应用广泛，如应用于海上救生衣设计的海水电池(示意图如图所示)，下列有关铝的说法正确的是 A．工业冶炼铝时在阳极得到铝单质 B．电解饱和食盐水时，可采用铝片作阴极 C．铝片上镀铜时，应将铝片作阳极 D．上述海水电池中的向石墨极定向移动 解题贴士 1、 电镀 技巧1：电极选择口诀：阳镀层，阴镀件 阳极：镀层金属；阴极：待镀工件（镀件）；电镀液：含有镀层金属阳离子的电解质溶液。 技巧2：浓度变化 阳极镀层金属失电子溶解，阴极同一种金属离子得电子析出。理论上电镀液浓度保持不变。 技巧3：易错提醒 1. 电镀属于电解，必须外接直流电源。 2. 阳极如果换成惰性电极，就无法实现电镀，没有金属补充。 3. 只改变镀层厚薄，不改变镀件本身化学性质。 二、电冶金（活泼金属冶炼，例电解熔融 NaCl 制 Na、熔融 MgCl₂制 Mg、熔融 Al₂O₃制 Al） 技巧1：原料要点 电解熔融态，不能水溶液；水溶液中 H⁺优先放电，得不到活泼金属单质。 技巧2：电极规律 一般用惰性电极；阳离子在阴极得电子析出金属单质，阴离子阳极失电子得到非金属单质。 阴极：金属阳离子得电子生成金属；阳极：阴离子失电子氧化。 电解熔融氧化铝制铝：要加冰晶石作助熔剂，降低熔化温度。 技巧3：常见易错 1. 冶炼铝不能电解氯化铝：AlCl3共价化合物，熔融不导电。 2. 电冶金本质：利用电解的强制氧化还原反应，制备活泼金属。 做题通用步骤 电镀：判阴阳极→确认镀层、镀件→分析电镀液浓度变化； 电冶金：看是熔融还是水溶液→判断阴阳极产物→注意特殊原料（冰晶石、不能用水溶液） ▌对点练2-1工业电解法制铝过程中，Al2O3溶解并和冰晶石(Na3AlF6)发生反应：，并在电极上发生反应：。其装置图如下所示，下列说法错误的是 A．a为电源的负极 B．电解过程中需补充石墨 C．电解液中的物质的量不断增加 D．铁电极发生的电极反应： ▌对点练2-2电解是海水资源综合利用的重要手段。 (1)我国科学家通过电解从海水中提取到镁单质，生成镁单质的电极反应式是___________。 (2)氯碱工业是化工产业的重要基础，其装置示意图如下图。生产过程中产生的氯酸盐副产物需要处理。 已知：当升高时，易歧化为和。 ①电解饱和食盐水的离子方程式为___________。 ②取实验后阳极区溶液进行检验，证实了阳极电解产物中含有。实验所用的试剂及现象是___________。 可选试剂：溶液、溶液、淀粉溶液、品红溶液 ③下列关于产生的说法中，合理的是___________(填序号)。 a．主要在阴极室产生 b．在电极上放电，可能产生 c．阳离子交换膜破损导致向阳极室迁移，可能产生 (3)可用盐酸处理淡盐水中的并回收。 ①反应的离子方程式为___________。 ②处理时，盐酸可能的作用是： i．提高，使氧化性提高或还原性提高； ii．提高，___________。 ③用下图装置验证i，请补全操作和现象：闭合，至指针读数稳定后___________。 题型 电解的有关计算 ▌例3科技工作者设计耦合高效制的方法，装置如图1所示，部分反应机理如图2. 下列说法不正确的是 A．极的电极反应式为： B．极反应为： C．电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动 D．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍 解题贴士 技巧1：核心依据 ——电子守恒（整个电路转移电子物质的量相等） 串联电解池，各个电极转移电子总数相同，是电解计算最主要方法。 技巧2：三种常用计算方法 电子守恒法（最常用）：先求转移电子的物质的量，再根据电极反应式，求两极产物的量。 思路：n(e-)→代入电极反应→求气体、固体物质的量。 关系式法：由电极反应找出电子与产物之间定量关系，不用写总反应。 例：4e-~O2；2e- ~H2；2e- ~Cu 总反应方程式法：利用电解总反应，按照化学方程式比例计算，适合简单体系。 技巧3：常见考点类型 ①求析出固体质量、生成气体体积； ②求溶液 pH 变化：由转移电子推算溶液c(H+)或c(OH-)； 注意：看整个溶液整体变化，不是单一电极局部。 ③多池串联计算：各池转移电子相等，一个池子算出电子，全套池子共用这个电子量。 技巧4：做题步骤 1. 分析电极反应，确定两极产物 2. 找出转移电子物质的量（已知产物求电子，或已知电子求产物） 3. 选用电子守恒/关系式/总反应进行计算 4. 求pH注意体积不变，计算氢离子或者氢氧根浓度 ▌对点练3-1 图甲是双膜三室电沉积法回收废水中的示意图，图乙描述的是实验中阴极液pH与镍回收率之间的关系。下列说法错误的是 A．膜b为阴离子交换膜 B．阳极反应式为 C．阴极液时，镍的回收率低的主要原因是有生成 D．浓缩室得到的盐酸时，阴极回收得到5.9 g镍 ▌对点练3-2 氯碱工业是一种高能耗产业，一种节能的新工艺如图，图中显示了电解池与燃料电池相关组合以及物料的传输和转化关系，下列分析错误的是 A．乙装置为燃料电池，其左室的电极反应式为 B．甲、乙两装置中使用的均为阳离子交换膜 C．若在标准状况下，甲中收集到的X气体，则理论上乙装置中通入空气的量大于 D．图中NaOH溶液的质量分数关系为 题型 离子交换膜 ▌例4科学家近年发明了一种新型水介质电池。电池原理如右图，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体被转化为储氢物质HCOOH；充电时，双极隔膜中解离的、在电场作用下向两极迁移。下列说法不正确的是 A．放电时，在正极被还原 B．放电时，每生成1mol HCOOH转移的电子为2mol C．充电时，电池总反应： D．充电时，双极隔膜中产生的向锌电极移动 解题贴士 技巧1：分清交换膜种类 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，阻挡阴离子、气体 阴离子交换膜：只允许阴离子通过，阻挡阳离子、气体 质子交换膜：只允许 H⁺通过（特殊阳离子交换膜） 交换膜不参与氧化还原反应，只起隔离与离子通道作用 技巧2：判断离子迁移方向 电解池：阳离子向阴极移动；阴离子向阳极移动，离子穿过交换膜遵循这个方向。 看清楚：什么离子要跨膜，往哪个电极移动；不是所有离子都可以穿过膜，要看膜类型。 技巧3：两大核心作用 隔离作用：隔开两极气体，防止气体混合发生反应（氯碱工业防Cl₂与H₂爆炸、防Cl₂和NaOH反应） 平衡电荷：一侧电极反应造成电荷不平衡，对应离子穿过交换膜中和电性，维持溶液电中性。 技巧4：解题通用步骤 1、确定电解池阳极、阴极，写出电极反应式 2、看交换膜类型，确定哪一类离子可以穿过膜 3、依据阴阳离子移动规律，判断离子迁移方向 4、分析两极区域离子浓度、pH变化；注意区分极区变化和整体溶液变化 5、进行计算：利用电子守恒，计算穿过膜的离子物质的量，转移电子物质的量＝穿过膜离子所带总电 荷量。 做题口诀：先定阴阳极，再辨膜类型；离子顺电场，迁移为电中性；转移电子定迁移量 ▌对点练4-1 全固态锂硫电池的工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的材料，电池反应为16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法不正确的是 A．b极为电池的负极 B．电池工作时正极可发生反应： C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．充电时，外电路中流过 电子，电极b材料减重 ▌对点练4-2 科学家研发了一种绿色环保可充电“全氢电池”，其放电时工作原理如图所示，下列说法不正确的是 A．吸附层a发生的电极反应为： B．该电池充电时，吸附层b接电源负极 C．该电池的总反应为： D．电池放电工作时，从左室穿过离子交换膜向右室移动 基础通关 1．工业上冶炼单质钠的反应为2NaCl2Na＋Cl2↑，该方法在金属冶炼中被称为 A．电解法 B．热还原法 C．热分解法 D．置换法 2．某同学设计如图装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是 A．石墨电极与直流电源负极相连 B．铜电极的电极反应式为 C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，向铜电极迁移 D．用湿润的淀粉­KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 3．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 4．燃料电池具有理论电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是 A．每消耗2.24L(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8g B．离子交换膜应为阳离子交换膜，由左极室向右极室迁移 C．该燃料电池的负极反应式为 D．粗铜中的、沉积在阳极区，电解质溶液的浓度发生了变化 5．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 6．甲烷燃料电池采用铂作电极材料，两个电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将上述甲烷燃料电池作为电源，进行电解饱和食盐水和电镀的实验，如图所示，其中乙装置中X为离子交换膜。下列说法错误的是 A．乙中X为阳离子交换膜 B．当电路中通过0.4 mol e-时，乙中Fe电极上产生氯气4.48 L(标准状况) C．用丙装置给铜镀银，b应是Ag D．甲烷燃料电池负极电极反应式是 7．某同学按下图所示的装置进行电解实验。下列说法不正确的是 A．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出 B．电解过程中，铜电极上有H2产生 C．电解初期，主反应方程式为：Cu+H2SO4CuSO4+H2↑ D．电解初期，H+的浓度不断减小 8．工业氯气通过电解饱和食盐水制得 (1)电解饱和食盐水的化学反应方程式为___________。 (2)图(1)中，铁棒作___________极；导管b出来的气体可以用___________检验。 (3)图(1)实验结束后往U型管两端滴入酚酞试液，左端等看到什么现象：___________。 (4)图(1)方法制得的固体烧碱中可能混有少量NaCl，请写出检验是否混有NaCl的实验方法：___________。 9．电化学处理将其转化为其他化学产品，是一种减缓温室效应并综合利用的方法。回答下列问题： Ⅰ．原电池法：通过“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，有效减少碳的排放，其工作原理如图1所示。 (1)①原电池工作时，电子经导线由___________(填“a→b”或“b→a”)，刚开始b极区的电极反应式为___________。 ②一段时间后，b极区溶液中析出少量固体为___________(填化学式)。 Ⅱ．电解法：电解还原的方法如图2所示，其中电解质溶液为稀硫酸，电极均为惰性电极。 (2)电解池工作时，通过阳离子膜移向___________极(填“m”或“n”)。 (3)若阴极还原产物只有，当阳极区溶液质量减少36 g时，产生的物质的量为___________。 Ⅲ．中科院研究出首例在室温条件超快传输的氢负离子导体，以电化学方法制备甲醇，总反应为： (4)①电极b为电源的___________(填“正极”或“负极”)。 ②生成的电极反应式为___________。 ③若副反应也同时发生，出口Ⅱ为CO、、的混合气，且，则惰性电极2的电流效率为___________(保留3位有效数字)()。 10．如图是一个化学过程的示意图。 请回答： (1)甲池通入O2的一极电极反应式为___________，该电池的总反应方程式为___________。 (2)乙池中A电极名称为___________极，电极反应式为___________。一段时间后溶液的pH___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2___________mL(标准状况下)。 素养提升 1．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如图所示，下列说法错误的是 A．为电源正极 B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为： C．阴极区附近溶液增大 D．若不考虑气体的溶解，当收集到（标准状况）时，有被还原 2．用惰性电极电解溶液可制金属铅，电解装置如图所示。已知：，下列说法不正确的是 A．电极a附近有气体生成 B．电极b的电极反应为： C．电解一段时间后，在右室加入PbO，可实现右室电解液的再生 D．通过质子交换膜从左室流向右室，左室溶液的pH增大 3．某研究性学习小组利用以下装置探究氯碱工业和电解精炼铜的工作原理(X是离子交换膜)，下列说法正确的是 A．乙装置中精铜是阳极 B．X是阳离子交换膜 C．甲装置中C极区产生 D．若电路中共转移电子，则乙装置中粗铜质量减少 4．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，溶液的浓度始终不变 5．某同学设计了一个燃料电池（如图），目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理。下列说法不正确的是 A．甲装置为原电池，通入氢气的电极为负极 B．乙装置从C极处逸出的气体能使湿润的淀粉试纸变蓝 C．乙装置中，X为阳离子交换膜，反应一段时间后交换膜左侧溶液pH减小 D．丙装置中，若粗铜中含有锌、银等杂质，反应一段时间后硫酸铜溶液浓度将减小 6．溶液是一种重要的铜盐试剂，在电镀、印染、颜料、农药等方面有广泛应用。某同学利用溶液进行以下实验探究： (1)以溶液为电解质溶液进行粗铜(含、、、、等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是___________(填字母)。 a．溶液中向阳极移动      b．粗铜接电源正极，发生还原反应 c．电解后溶液的浓度减小 d．利用阳极泥可回收、、等金属 (2)图1是根据反应，设计成的锌铜原电池。极的电极反应式是___________，盐桥中是含有琼胶的饱和溶液，电池工作时向___________(填“甲”或“乙”)移动。 (3)图2中，Ⅰ是甲烷燃料电池(电解质溶液为溶液)的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜： ①b处通入的是___________(填“”或“”)，作_________极(填“正极”或“负极 ”)a处的电极反应式为___________。 ②当铜电极的质量减轻，则消耗的在标准状况下的体积为_________________________。 迁移创新 1．如图甲、乙为相互串联的两个电解池，下列说法正确的是 A．甲池若为精炼铜的装置，A极材料是粗铜 B．Fe极的电极反应式为 C．若甲池为电镀铜的装置，阴极增重12.8 g，乙池阳极放出气体为4.48 L D．乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后C极附近变浅红色 2．电镀金的原料亚硫酸金钠[]可以通过电解的方式制备，电极材料采用和石墨，其余试剂和装置如图。下列说法不正确的是 A．电极的电极反应式为： B．离子交换膜应选用阴离子交换膜 C．可能会有副产物生成 D．通过配位作用使能在阳极失电子 3．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 4．下列四个电化学装置的有关叙述正确的是 图I 碱性锌锰电池 图II 银锌纽扣电池 图III 铅蓄电池 图IV 电解熔融氯化钠 A．图I所示电池中，的作用是催化剂 B．图II所示电池中，是氧化剂，电池工作过程中还原为Ag C．图III所示电池充电过程中，电解质溶液的密度不变 D．图IV所示装置中，NaCl换成，也可以得到Al和 5．完成下列问题 (1)二氧化氯()为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取的新工艺，原理如图所示。 ①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取。则阳极产生的电极反应式为____________________________。 ②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为______mol。 (2)是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的高效水处理剂，其电解制法如图所示。电解过程中，两极均有气体产生，Y极区域溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍澄清。查阅资料得知，高铁酸根离子()在溶液中呈紫红色。 ①电解过程中，X极区溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”) ②电解过程中，Y极发生的电极反应为___________________和______________。 ③若在X极收集到672mL气体，在Y极收集到168mL气体(均已折算为标准状况时气体体积)，则Y电极(Fe电极)质量减少______g。 ④在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为。该电池正极发生的反应的电极反应式为________________________。 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