专题03 有关电解的计算及在物质制备、工业生产中的应用（重难点讲义）化学沪科版选择性必修1

专题03 有关电解的计算及在物质制备、工业生产中的应用 重难目标 1、 电解池阴阳极判断、电子守恒计算； 2、 会计算产物产量、转移电子； 3、 掌握电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀等工业电解原理。 4、 多池串联计算；带交换膜电解池分析； 5、 结合离子移动、pH 变化；陌生体系电解制备物质；区分电解精炼、电镀。 考情分析 选择、大题都出现；常和原电池联合、多池串联；高频考点：电子守恒计算、产物判断、电极反应、工业电解；陷阱：串联电路电子转移相等、区分电镀池与精炼铜、混淆阴阳极反应。 一、电解池的工作原理 1. 基本定义 电解池：把电能转化为化学能的装置。必备条件：①外接直流电源；②两个电极；③电解质溶液（或熔融电解质）；④闭合回路。 2. 阴阳极判断（核心） 阳极：连接电源 ，发生 反应（失电子） 阴极：连接电源 ，发生 反应（得电子） 口诀：阳氧阴还 3. 电子流向 电源负极 → 阴极；阳极 → 电源正极 电子只在导线移动，不进入电解质溶液！ 4. 离子移动（内电路） 电解质中：阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动口诀：阴阳相吸（阴离子跑阳极，阳离子跑阴极） 5. 放电顺序 阳极（失电子，还原性强的先反应）： 注意：活性电极（Fe、Cu 等金属阳极）优先本身失电子溶解，不用阴离子放电顺序！ 阴极（得电子，氧化性强的先反应）： 6. 工作过程概括 通电后，在外加电场作用下，离子定向迁移；离子到达电极表面，在阳极失去电子、阴极得到电子，发生氧化、还原反应。 7. 和原电池简单对比 原电池：化学能→电能；自发氧化还原电解池：电能→化学能；非自发氧化还原 8. 补充常见工业电解 电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电解熔融制单质。 2、 有关电解的计算 1．电解计算的依据 (1)阳极失去的电子数＝ 。 (2)串联电路中各电解池转移的电子总数 。 (3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数 。 2．电解计算的方法 (1)根据 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 计算。 (3)根据关系式计算：根据 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。 三、氯碱工业——电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气 阳离子交换膜电解槽 过程 分析 阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液 电极 反应 阳极(钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层) 阴极(碳钢网) 化学方程式 离子方程式 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溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量 四、电镀——应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方法，叫做电镀，是一种特殊的电解 电镀原理 电镀时，把镀层金属作阳极，通常把待镀金属(镀件)作阴极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在直流电的作用下，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层 电镀池的 构成 实例 (铁上镀铜) 阳极反应：Cu－2e—===Cu2+ 阴极反应：Cu2+＋2e—===Cu 特点 电镀时，电解质溶液的浓度保持不变；阳极减少的质量和阴极增加的质量相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等 五、电解精炼铜 原理 电解精炼粗铜时，通常把纯铜作阴极，把粗通板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，当通以直流电时，作为阳极的粗铜逐渐溶解，在阴极上析出纯铜，这样可得符合电气工业要求的纯度达99.95%～99.98%的铜 装置图 电极反应 阳极(粗铜) Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e—===Ni2+，Cu－2e－===Cu2＋ 阴极(纯铜) Cu2＋＋2e－===Cu 如何实现除杂？ 在精炼池的阳极，含杂质的铜不断溶解，比铜更活泼的Zn、Fe、Ni等也会失去电子，但Ag、Au等金属杂质由于失去电子能力比Cu弱，难以在阳极溶解，它们会以单质的形式沉积在精炼池底，形成“阳极泥”。“阳极泥”经分离后可以得到Ag、Au等贵重金属。在阴极，由于溶液中的Zn2+、Fe2+、Ni2+、H+等离子得到电子的能力均比Cu2+弱，且物质的量浓度均比Cu2+小，所以只有Cu2+在阴极获得电子而析出Cu，这样，在阴极就得到了纯铜。长时间电解后，电解质溶液的Cu2+浓度中有所减小，且引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去杂质 特点 铜的电解精炼时，电解质溶液中的Cu2+浓度中有所减小；阳极减少的质量和阴极增加的质量不相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等 微点拨 电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活泼的杂质会沉积(如：精炼镍时Cu也会沉积) 六、电冶金——利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等 冶炼钠 冶炼镁 冶炼铝 电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 总：2NaCl2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 总：MgCl2Mg＋Cl2↑ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 总：2Al2O34Al＋3O2↑ 微点拨 ①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高 ②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电 七、电解液的复原 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 题型01有关电解的计算 【典例1】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1.08g时，电路中通过的电子为0.01mol 【对练1】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 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室溶液和C室溶液质量均增加 D．导线中通过，理论上电解池中两极共生成16.8 L气体（标况下） 【对练2】利用电还原产生的氧化石油化工副产物制备，装置如图所示。电解过程中，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。下列说法错误的是 A．极反应式为 B．双极膜中解离的向极方向迁移 C．理论上，生成时，极上消耗 D．电解一段时间，电极反应消耗与生成的质量比为2∶1 题型02 氯碱工业 【典例2】阅读下列资料，完成下列小题： 海水晒盐后精制得到NaCl，氯碱工业电解饱和NaCl溶液得到和NaOH。以NaCl、、CO2等为原料可得到。用CaO和作沉淀剂可将粗盐水中的、除去。向海水晒盐得到的卤水中通可制溴，食盐中添加适量用于预防碘缺乏。从海水中还能提取镁。 1．下列物质的性质与制备、检验、分离提纯方法具有对应关系的是 A．浓盐酸具有挥发性，可用和浓反应制得 B．的焰色是砖红色，可用去除粗盐水中 C．液溴具有氧化性，可用苯萃取溴水中的 D．受热易升华，可用淀粉检验溶液中的存在 2．在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是 A． B． C． D． 【对练1】如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是 A．该装置是将电能转化为化学能 B．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 C．该离子交换膜可以起到隔离两极产物，保障生产安全的作用 D．装置中发生反应的离子方程式为 【对练2】知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题（使用的电极均为石墨）。 (1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是_______________（填化学式），U形管_______________（填“左”或“右”）边的溶液变红。 (2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的_______________极；该发生器中和反应的离子方程式为_______________。 (3)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。图3是目前已开发出用电解法制取的新工艺。 ①阳极产生的电极反应式：_______________ ②当阴极产生标准状况下气体时，通过阳离子交换膜离子的物质的量为_______________。 题型03 电镀 【典例3】实验室进行铁钉镀铜实验。下列相关原理、装置及操作正确的是 A．配制NaCl溶液 B．测定反应的中和热 C．验证FeCl3对H2O2分解的催化作用 D．铁钉镀铜 A．A B．B C．C D．D 【对练1】下列电化学实验装置能达到实验目的的是 A．装置中铝作负极B．验证电解饱和NaCl溶液的产物 C．在铁制品上镀铜 D．构成原电池 【对练2】电化学与生活有着密切的联系，结合电化学知识回答下列有关问题。 某兴趣小组的同学以甲醇()燃料电池为电源研究有关电化学的问题。 (1)甲池工作一段时间后，溶液的碱性__________(填“增强”“减弱”或“不变”)。 (2)乙池中，发生反应的离子方程式为____________________________；若饱和溶液足量，通电一段时间后，向乙池溶液加入一定量的__________(填物质名称)，可使溶液复原。 (3)丙池中，通电前、两电极的质量相同，通电一段时间后。 ①溶液中将__________(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②两极的质量相差，则甲池中消耗的体积为__________(标准状况下)。 (4)丁池中，利用离子交换膜控制电解液中来制备纳米，离子交换膜为阴离子交换膜。 ①电极附近溶液的将__________(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②电极的电极反应式为__________。 题型04 电冶金 【典例4】电解熔融氯化钠和氯化钙混合盐制备金属钠的装置（剖面侧视图）如图所示。阳极为石墨，阴极为铁环，两极用隔膜隔开。氯气从阳极上方的抽气罩抽出，液态金属钠经铁管流入收集器。下列叙述正确的是 A．为增强导电性，可将石墨更换为铜棒做阳极 B．金属钠的密度小于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在上层 C．隔膜为阳离子交换膜，防止生成的氯气和钠重新生成氯化钠 D．电解一段时间后铁环需要更换 【对练1】利用电解法可从氯化钴（CoCl2）溶液中回收金属钴，同时得到盐酸，其电解装置及阳极液中c(Cl-)随时间的变化如图所示。下列说法错误的是 A．M极的电极电势高于N极 B．阳离子交换膜选择交换膜c C．起始时，阳极电极反应式为 D．每析出59 g Co，阳极室溶液质量减少16 g 【对练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 题型05 电解液的复原 【典例5】用惰性电极电解200mL CuSO4溶液，电解过程中电子转移的物质的量与产生气体的体积(标准状况)的关系如图所示，下列说法正确的是 A．电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为 B．电解后所得溶液中 C．当时， D．点时向电解后的溶液中加入，溶液可恢复为电解前的浓度 【对练1】如图所示，M、N、P、Q均为Pt电极，甲池电解液为溶液。外电路中通过极质量增加3.2 g，忽略溶液体积变化。下列说法正确的是 A．b为电源的正极 B．R的相对原子质量为 C．气球1和气球2的体积比约为2∶1 D．U形管中加入0.9 g水可恢复到电解前的状态 【对练2】利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢的装置如图所示，通过控制开关可交替得到H2和O2，已知反应前后电极3的质量不变。下列说法错误的是 A．当开关连接K1时，可以获得H2 B．当开关连接K2时，装置内电流从电极2经NaOH溶液流向电极3 C．反应后需补加适量NaOH(s)以维持电解液的pH不变 D．反应前后电极1和电极2生成气体的物质的量之比为2:1 1．下图所示装置可用于制作简易的燃料电池。实验时，先接通开关，一段时间后断开开关，接通开关。下列说法正确的是 A．接通开关时，装置将化学能转化为电能 B．接通开关时，石墨电极b附近溶液碱性增强 C．接通开关时，溶液中从石墨a处向石墨b处移动 D．接通开关足够长时间，溶液最终呈碱性 2．下列关于各装置的说法正确的是 A．图1：铅蓄电池充电时电极与电源负极相连 B．图2：关闭或，Zn片质量均减少 C．图3：盐桥中的移向溶液 D．图4：电解精炼过程中保持不变 3．有关电解池的应用，下列叙述正确的是 A．使用阳离子交换膜工业电解饱和食盐水时，阴极区获得烧碱溶液和氧气 B．电解精炼铜时外电路通过，阳极质量减少64 g C．以硫酸铜溶液为电镀液，在铁件上镀铜的过程中，将铁件与电源正极相连接 D．工业上用石墨电极电解熔融冶炼铝时，阳极因被氧气氧化需定期更换 4．双极膜（BP）是一种能将水分子解离为和的特殊离子交换膜。应用双极膜制取聚合硫酸铁净水剂（简称PFS）的电化学装置如图所示。下列说法错误的是 A．装置工作时，BP1和BP2中水分子解离的均向右移动 B．可以同时获得硫酸等副产品 C．若Ⅳ室是KOH溶液，则N电极的电极反应式为 D．在电场力作用下Ⅱ室中的部分移入Ⅲ室，Ⅰ室中的移入Ⅱ室生成PFS 5．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：，最后以形式除去。下列说法中错误的是 A．电解过程中可能有沉淀生成 B．阴极电极反应为 C．电解过程中废水的pH变大 D．电路中每转移6 mol电子，最多有1 mol被还原 6．粗铜中的主要杂质包括锌、铁、镍、银、金、铂等，含量通常在0.5%~1.5%之间，这些杂质会影响铜的导电性和机械性能，可通过电解法精炼除去。电解精炼装置如图，下列说法错误的是 A．粗铜连接电源的正极 B．粗铜的熔点小于纯铜 C．银、金、铂会沉积在电解池底部形成阳极泥 D．阳极减少的质量等于阴极增加的质量 7．一种基于硝酸盐还原和氨氧化的储能电池示意图如图所示，电极为金属和选择性催化材料，放电时，含的废水被转化为。下列说法正确的是 A．放电时，正极区域的pH减小 B．放电时，从左往右移动 C．充电时，连接外接电源的正极 D．充电时，阳极反应： 8．我国科学家研发了一种高效催化剂，可实现硝酸根和苄胺的成对电解，在两极都得到高价值含氮化合物，原理如图所示。 下列说法错误的是 A．b极为直流电源的正极 B．隔膜应选择阴离子交换膜 C．电解过程中，两极室保持不变 D．阳极反应为 9．一种电化学处理硝酸盐产氨的装置如图所示。下列说法错误的是 A．右室为阳极室，电极反应为 B．电解过程中，左室溶液的pH逐渐增大 C．用湿润的淀粉-KI试纸置于b处，试纸变蓝 D．理论上，若左室中有8 mol电子发生转移时，左室溶液质量减少17 g 10．某课外活动小组同学用如图装置进行实验，下列说法中正确的是 A．若开关与连接，当电路中通过电子时，则石墨表面会产生氧气 B．若开关与连接，则铁表面会发生反应： C．若开关与连接，则铁电极附近溶液减小 D．若开关与连接，可用淀粉碘化钾试纸检验石墨上产生的气体 11．我国科技工作者设计了一套电化学装置，能在常温常压下实现的分解，得到和。装置的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．装置工作时能量转化：光能电能化学能 B．装置工作时左侧减小，右侧增大 C．电极电势：电极电极 D．处理，共有通过质子交换膜由左侧移动至右侧 12．氟磷灰石[主要成分，含、、等杂质]是一种重要的磷矿，以氟磷灰石为原料生产磷酸的一种工艺流程如下： 将粉碎后的氟磷灰石置于浸取槽，向槽内加入适量浓盐酸并鼓入空气发生反应，同时用碱液处理含的尾气。得到含、、、和少量二元强酸的浸取液。 (1)写出浸取槽中生成磷酸的化学方程式____________。 (2)保持一定流速鼓气可减少反应液表面的泡沫，有利于气体逸出；通过控制盐酸的用量可降低后续除氟工艺要求。其他条件相同，盐酸实际用量/理论用量与所得酸中氟含量及磷酸的浸取率如图所示。 ①最佳盐酸实际用量/理论用量的范围为______（填字母代号）。 A．0.95～1.00 　B．1.00～1.05 　C．1.05～1.10 　D．1.15～1.20 ②盐酸稍过量氟含量降低，盐酸过量较多则氟含量快速增加。可能原因是____________。 除去浸取液中、后的粗磷酸还需要经过脱氟、脱钙才能获得较纯的磷酸溶液。 (3)利用______（填“”或“”）可实现脱氟；当溶液中时，由脱氟试剂引入的阳离子的浓度为______。 （已知：时，、、） (4)使用对具有选择性的螯合树脂可以从粗磷酸中脱钙。先将粗磷酸稀释调节酸度，再通过螯合树脂柱，被选择性吸附，和随流出液排出。树脂饱和后用盐酸再生，再生液可返回浸取工序。 ①粗磷酸进入交换柱前需稀释调节酸度的原因是____________。 ②若树脂未达饱和，流出液中仍检测到少量，可能的原因是____________。 (5)利用磷酸可以帮助回收废旧电极材料中的有价成分。将用磷酸处理，得到的溶液经提取电解槽电解，和分别进入对应的储存电极。提取完成后，将储存电极转移到含溶液的释放电解槽电解，得到纯净的。工作原理示意图如图。 ①提取的电极反应为____________。 ②提取电解槽中，每提取，理论上可回收______。 13．利用电化学反应可以实现能量和物质的转化。 (1)设计某种电化学装置，要求实现反应，且反应后的溶液中不含其他溶质。画出该电化学装置图，标明所用的试剂和用品__________________。(实验可以选用的试剂和用品有电极、电极、碳棒、稀硫酸、稀盐酸、溶液、溶液、阳离子交换膜、阴离子交换膜、直流电源、导线、反应容器任选) (2)一种以二甲醚()燃料电池为电源，进行、的电解转化装置如图所示。 ①装置Ⅰ放电时的负极反应式为__________________。 ②装置Ⅱ电极B处生成的电极反应式为__________________。 ③装置Ⅱ电极A处有沉淀X生成，X为__________(填化学式)。装置Ⅰ消耗标准状况下2.24L，装置Ⅱ电极B处共生成标准状况下1.68L与，则的物质的量为_________。 ④实验发现，电极B处生成的气体种类与电压有关。若电压较小，不发生转化，装置Ⅱ出口处收集到和Y的混合气体，则Y为__________(填化学式)。 14．Ⅰ．利用化学方法实现氮氧化物的转化，可减少氮氧化物排放。 (1)在催化剂作用下，将转化为。和NO反应的化学方程式为________________________。 (2)利用电解装置可以将尾气中的NO转化为尿素［中碳元素的化合价为+4价，属于非电解质］，工作原理如图。 阴极电极反应式是________，装置中离子交换膜是________（“阴离子”或“阳离子”）。 Ⅱ．某科研小组研究在不同环境下纳米铁粉与水体中的反应的情况。 (3)足量的纳米铁粉与酸性废水中反应，若反应无气体产生，其离子方程式为________________；研究发现，一定量纳米铁粉处理废水时，若pH偏低将会导致的去除率下降，其原因是________________。 (4)相同条件下，将活性炭载纳米铁粉和纳米铁粉分别加入含废水中，反应相同时间，采用活性炭载纳米铁粉去除的效率更高，原因是________________。 15．在温和条件下，将转化为烃类具有重要意义。采用电化学-化学串联催化策略可将高选择性合成，该流程示意图如下： (1)电解池中电极与电源的__________极相连。电解产物的电子式__________。 (2)CO放电生成的电极反应式为______________________________。 (3)在反应器中，发生如下反应： 反应i： 反应ii： 计算反应的__________，该反应__________（填标号）。 A．高温自发 B．低温自发 C．高温低温均自发 D．高温低温均不自发 (4)一定温度下，、和（体积比为）按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器（入口压强为）发生反应i和ii。有存在时，反应ii的反应进程如图所示。 根据上图，写出生成的决速步反应式______________________________。 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1 / 10 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 $ 专题03 有关电解的计算及在物质制备、工业生产中的应用 重难目标 1、 电解池阴阳极判断、电子守恒计算； 2、 会计算产物产量、转移电子； 3、 掌握电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀等工业电解原理。 4、 多池串联计算；带交换膜电解池分析； 5、 结合离子移动、pH 变化；陌生体系电解制备物质；区分电解精炼、电镀。 考情分析 选择、大题都出现；常和原电池联合、多池串联；高频考点：电子守恒计算、产物判断、电极反应、工业电解；陷阱：串联电路电子转移相等、区分电镀池与精炼铜、混淆阴阳极反应。 一、电解池的工作原理 1. 基本定义 电解池：把电能转化为化学能的装置。必备条件：①外接直流电源；②两个电极；③电解质溶液（或熔融电解质）；④闭合回路。 2. 阴阳极判断（核心） 阳极：连接电源正极，发生氧化反应（失电子） 阴极：连接电源负极，发生还原反应（得电子） 口诀：阳氧阴还 3. 电子流向 电源负极 → 阴极；阳极 → 电源正极 电子只在导线移动，不进入电解质溶液！ 4. 离子移动（内电路） 电解质中：阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动口诀：阴阳相吸（阴离子跑阳极，阳离子跑阴极） 5. 放电顺序 阳极（失电子，还原性强的先反应）：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋ 注意：活性电极（Fe、Cu 等金属阳极）优先本身失电子溶解，不用阴离子放电顺序！ 阴极（得电子，氧化性强的先反应）：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F- 6. 工作过程概括 通电后，在外加电场作用下，离子定向迁移；离子到达电极表面，在阳极失去电子、阴极得到电子，发生氧化、还原反应。 7. 和原电池简单对比 原电池：化学能→电能；自发氧化还原电解池：电能→化学能；非自发氧化还原 8. 补充常见工业电解 电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电解熔融制单质。 2、 有关电解的计算 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。 三、氯碱工业——电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气 阳离子交换膜电解槽 过程 分析 阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液 电极 反应 阳极(钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层) 2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反应) 阴极(碳钢网) 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (还原反应) 化学方程式 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 离子方程式 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 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溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量 四、电镀——应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方法，叫做电镀，是一种特殊的电解 电镀原理 电镀时，把镀层金属作阳极，通常把待镀金属(镀件)作阴极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在直流电的作用下，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层 电镀池的 构成 实例 (铁上镀铜) 阳极反应：Cu－2e—===Cu2+ 阴极反应：Cu2+＋2e—===Cu 特点 电镀时，电解质溶液的浓度保持不变；阳极减少的质量和阴极增加的质量相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等 五、电解精炼铜 原理 电解精炼粗铜时，通常把纯铜作阴极，把粗通板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，当通以直流电时，作为阳极的粗铜逐渐溶解，在阴极上析出纯铜，这样可得符合电气工业要求的纯度达99.95%～99.98%的铜 装置图 电极反应 阳极(粗铜) Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e—===Ni2+，Cu－2e－===Cu2＋ 阴极(纯铜) Cu2＋＋2e－===Cu 如何实现除杂？ 在精炼池的阳极，含杂质的铜不断溶解，比铜更活泼的Zn、Fe、Ni等也会失去电子，但Ag、Au等金属杂质由于失去电子能力比Cu弱，难以在阳极溶解，它们会以单质的形式沉积在精炼池底，形成“阳极泥”。“阳极泥”经分离后可以得到Ag、Au等贵重金属。在阴极，由于溶液中的Zn2+、Fe2+、Ni2+、H+等离子得到电子的能力均比Cu2+弱，且物质的量浓度均比Cu2+小，所以只有Cu2+在阴极获得电子而析出Cu，这样，在阴极就得到了纯铜。长时间电解后，电解质溶液的Cu2+浓度中有所减小，且引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去杂质 特点 铜的电解精炼时，电解质溶液中的Cu2+浓度中有所减小；阳极减少的质量和阴极增加的质量不相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等 微点拨 电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活泼的杂质会沉积(如：精炼镍时Cu也会沉积) 六、电冶金——利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等 冶炼钠 冶炼镁 冶炼铝 电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 总：2NaCl2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 总：MgCl2Mg＋Cl2↑ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 总：2Al2O34Al＋3O2↑ 微点拨 ①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高 ②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电 七、电解液的复原 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 题型01有关电解的计算 【典例1】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1.08g时，电路中通过的电子为0.01mol 【答案】B 【详解】A．电镀时待镀铁制品为镀件，作阴极，应与直流电源负极相连，A正确； B．电解池中阴离子向阳极移动，为阴离子，应移向阳极而非阴极，B错误； C．镀银时阳极反应为，阴极反应为，相同时间内两电极转移电子数相等，理论上阳极减少的质量和阴极增加的质量相等，C正确； D．待镀铁制品增重1.08g即生成Ag的物质的量为，根据阴极反应可知电路中通过的电子为0.01mol，D正确； 故选 B。 【对练1】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 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室溶液和C室溶液质量均增加 D．导线中通过，理论上电解池中两极共生成16.8 L气体（标况下） 【答案】D 【详解】A．浓差电池中，为正极，电极电势随浓度升高而增大，故正极室浓度更高，即，A正确； B．浓差电池工作时，负极室生成，正电荷过剩，正极室消耗，负电荷过剩，需通过膜a移向负极室平衡电荷，故膜a为阴离子交换膜。电解池工作时，阴离子向阳极移动，B室的需通过膜b移向阳极所在的A室，与阳极生成的反应生成，故膜b为阴离子交换膜，B正确； C．工作时，当转移4 mol电子时，A室有2 mol 迁入，仅逸出1 mol ，溶液质量增加；C室有4 mol 迁入，逸出2 mol ，溶液质量增加，C正确； D．转移时，阳极生成的物质的量为，阴极生成的物质的量为，气体总物质的量为，标况下体积为，D错误； 故选 D。 【对练2】利用电还原产生的氧化石油化工副产物制备，装置如图所示。电解过程中，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。下列说法错误的是 A．极反应式为 B．双极膜中解离的向极方向迁移 C．理论上，生成时，极上消耗 D．电解一段时间，电极反应消耗与生成的质量比为2∶1 【答案】C 【详解】A．由上述分析知b极为阳极，电解液为碱性溶液，在阳极失电子生成，反应式符合阳极氧化规律，A正确； B．电解池中阳离子向阴极定向移动，a极为阴极，因此双极膜解离的向a极方向迁移，B正确； C．由上述分析可得如下转化关系：，生成时，需要消耗，而非，C错误； D．阴极每消耗生成（对应转移电子），阳极转移电子时仅生成，因此电极反应消耗与生成的质量比为，D正确； 故选C。 题型02 氯碱工业 【典例2】阅读下列资料，完成下列小题： 海水晒盐后精制得到NaCl，氯碱工业电解饱和NaCl溶液得到和NaOH。以NaCl、、CO2等为原料可得到。用CaO和作沉淀剂可将粗盐水中的、除去。向海水晒盐得到的卤水中通可制溴，食盐中添加适量用于预防碘缺乏。从海水中还能提取镁。 1．下列物质的性质与制备、检验、分离提纯方法具有对应关系的是 A．浓盐酸具有挥发性，可用和浓反应制得 B．的焰色是砖红色，可用去除粗盐水中 C．液溴具有氧化性，可用苯萃取溴水中的 D．受热易升华，可用淀粉检验溶液中的存在 2．在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是 A． B． C． D． 【答案】1．A 2．D 【详解】1．A．用和浓制的原理是高沸点酸制备低沸点酸，利用的是易挥发的性质，性质与制备方法存在对应关系，A正确； B．用去除粗盐水中的原理是难溶于水，与的焰色为砖红色无关，B错误； C．用苯萃取溴水中的的原理是在苯中的溶解度远大于在水中的溶解度，与液溴的氧化性无关，C错误； D．用淀粉检验溶液中的原理是遇淀粉显蓝色，与受热易升华的性质无关，D错误； 故选 A。 2．A．与石灰水反应无法制得漂白粉，工业上用与石灰乳反应制备漂白粉，第二步转化不能实现，A错误； B．碳酸酸性弱于盐酸，溶液中直接通入无法生成，需先通入使溶液呈碱性再通，第一步转化不能实现，B错误； C．电解溶液得到、和，无法得到单质，需电解熔融制，第二步转化不能实现，C错误； D．氧化性顺序为，可与反应置换出，可与反应置换出，两步转化均能实现，D正确； 故选 D。 【对练1】如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中不正确的是 A．该装置是将电能转化为化学能 B．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气 C．该离子交换膜可以起到隔离两极产物，保障生产安全的作用 D．装置中发生反应的离子方程式为 【答案】D 【详解】A．该装置为电解池，电解池是将电能转化为化学能的装置，A正确； B．①连接电源正极作阳极，电极反应为，出口①处生成氯气；②连接电源负极作阴极，电极反应为，出口②处生成氢气，B正确； C．该离子交换膜为阳离子交换膜，可阻止阳极产生的和阴极产生的混合发生爆炸，也避免与由阴极生成后迁移到阳极的反应，起到隔离两极产物、保障生产安全的作用，C正确； D．电解饱和食盐水的反应物为和，正确离子方程式为，选项中反应物写不符合反应事实，D错误； 故答案选D。 【对练2】知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题（使用的电极均为石墨）。 (1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是_______________（填化学式），U形管_______________（填“左”或“右”）边的溶液变红。 (2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的_______________极；该发生器中和反应的离子方程式为_______________。 (3)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。图3是目前已开发出用电解法制取的新工艺。 ①阳极产生的电极反应式：_______________ ②当阴极产生标准状况下气体时，通过阳离子交换膜离子的物质的量为_______________。 【答案】(1) 右 (2) 负 (3) 【详解】（1）电解池中外电路电子由阳极流出流向阴极，图1中电子从左侧电极流出经外电路流向右侧电极，故左侧为阳极，右侧为阴极。阴极发生反应 ，生成的进入气球b，故气球b中的气体为。阴极生成，右侧溶液滴加酚酞，碱性条件下溶液变红，故U形管右边的溶液变红。 （2）“84”消毒液的有效成分为，需使阳极生成的与阴极生成的充分接触反应，故应在下端电极生成并向上逸出，即下端电极为阳极，上端电极为阴极。电源正极接阳极，负极接阴极，故上端电极连接的c为电源的负极。与反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，离子方程式为 。 （3）①电解池中阳离子向阴极移动，图3中向右侧电极移动，故右侧为阴极，左侧为阳极。阳极上失电子发生氧化反应生成，Cl元素化合价由-1价升高至+4价，每个失去5个电子，结合电荷守恒和原子守恒，配平得到阳极生成的电极反应式为 。 ②右侧阴极发生还原反应，电极反应式为 。标准状况下112mL 的物质的量为 ，生成1mol 转移2mol电子，故转移电子的物质的量为 。电解池中阳离子所带正电荷的迁移量等于转移电子的物质的量，每个带1个单位正电荷，故通过阳离子交换膜的的物质的量为0.01mol。 题型03 电镀 【典例3】实验室进行铁钉镀铜实验。下列相关原理、装置及操作正确的是 A．配制NaCl溶液 B．测定反应的中和热 C．验证FeCl3对H2O2分解的催化作用 D．铁钉镀铜 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．容量瓶为定容容器，不能用于溶解固体，溶解操作应在烧杯中进行，A错误； B．铜为热的良导体，使用铜质搅拌器易导致热量散失，中和热测定应使用环形玻璃搅拌棒，B错误； C．验证对分解的催化作用需控制温度等其他变量相同，该实验两组体系温度不同，存在温度和催化剂两个变量，无法得出相应结论，C错误； D．铁钉镀铜时，镀层金属铜接电源正极作阳极，镀件铁钉接电源负极作阴极，电解质溶液为溶液，符合电镀原理，D正确； 故选D。 【对练1】下列电化学实验装置能达到实验目的的是 A．装置中铝作负极B．验证电解饱和NaCl溶液的产物 C．在铁制品上镀铜 D．构成原电池 【答案】A 【详解】A．在NaOH溶液中，Mg不与NaOH反应，而Al可与NaOH溶液发生自发的氧化还原反应，因此Al失电子作负极，该装置能达到实验目的，A符合题意； B．电流方向标注显示电流从右侧碳棒流入电源，说明右侧碳棒是阴极、左侧铁棒为阳极。阳极是活性电极Fe时，Fe会优先失电子生成，无法生成；阴极是氢离子得电子生成氢气，不能用淀粉-KI溶液检验氢气，B不符合题意； C．电镀的要求是“待镀制品作阴极，镀层金属作阳极”，该装置中待镀铁制品连接电源正极作阳极，铜片连接电源负极作阴极，电极接反，无法实现铁上镀铜，C不符合题意； D．该双液原电池的电极和电解液匹配错误：铁棒插入溶液中，会直接发生自发反应，无法形成有效原电池；正确设计应为铁棒插入溶液、石墨插入溶液，才能实现电子沿导线定向移动，D不符合题意。 【对练2】电化学与生活有着密切的联系，结合电化学知识回答下列有关问题。 某兴趣小组的同学以甲醇()燃料电池为电源研究有关电化学的问题。 (1)甲池工作一段时间后，溶液的碱性__________(填“增强”“减弱”或“不变”)。 (2)乙池中，发生反应的离子方程式为____________________________；若饱和溶液足量，通电一段时间后，向乙池溶液加入一定量的__________(填物质名称)，可使溶液复原。 (3)丙池中，通电前、两电极的质量相同，通电一段时间后。 ①溶液中将__________(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②两极的质量相差，则甲池中消耗的体积为__________(标准状况下)。 (4)丁池中，利用离子交换膜控制电解液中来制备纳米，离子交换膜为阴离子交换膜。 ①电极附近溶液的将__________(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②电极的电极反应式为__________。 【答案】(1)减弱 (2) 氯化氢 (3) 不变 224 (4) 增大 【详解】（1）甲池中总反应为 ，反应消耗了 且生成了水，导致溶液中 减小，因此溶液的碱性减弱。 （2）乙池为电解饱和 溶液，阳极生成 ，阴极生成 和 ，发生反应的离子方程式为 ； 电解过程中脱离体系的物质为 和 ，相当于脱离了 ，故加入适量氯化氢气体可使溶液复原。 （3）① 丙池中阳极（C极）反应为 ，阴极（D极）反应为 。根据电子守恒，阳极溶解的 质量与阴极析出的 质量相等，故溶液中 保持不变。 ② 设电路中转移电子的物质的量为 ，则 C 极质量减少 ，D 极质量增加 ，两极质量差为 ，解得 。甲池中正极反应为 ，消耗 转移 电子，故消耗 的物质的量为 ，在标准状况下的体积为 。 （4）① 丁池中 Ti 为阴极，水电离出的氢离子放电，电极反应式为 ，局部生成 ，故 Ti 电极附近溶液的 pH 将增大。 ② Cu 为阳极，发生失电子的氧化反应，在碱性条件下生成纳米 ，电极反应式为 。 题型04 电冶金 【典例4】电解熔融氯化钠和氯化钙混合盐制备金属钠的装置（剖面侧视图）如图所示。阳极为石墨，阴极为铁环，两极用隔膜隔开。氯气从阳极上方的抽气罩抽出，液态金属钠经铁管流入收集器。下列叙述正确的是 A．为增强导电性，可将石墨更换为铜棒做阳极 B．金属钠的密度小于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在上层 C．隔膜为阳离子交换膜，防止生成的氯气和钠重新生成氯化钠 D．电解一段时间后铁环需要更换 【答案】B 【详解】A．若将石墨更换为铜棒做阳极，铜为活性电极，阳极会发生反应，无法得到，会影响电解过程，A错误； B．由装置可知，液态金属钠从上层经铁管流入收集器，说明金属钠的密度小于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在上层，B正确； C．阳极反应为，需要向阳极移动，故隔膜为阴离子交换膜，C错误； D．铁环为阴极，阴极发生得电子的还原反应，铁电极被保护，不会被消耗，不需要定期更换，D错误； 故选B。 【对练1】利用电解法可从氯化钴（CoCl2）溶液中回收金属钴，同时得到盐酸，其电解装置及阳极液中c(Cl-)随时间的变化如图所示。下列说法错误的是 A．M极的电极电势高于N极 B．阳离子交换膜选择交换膜c C．起始时，阳极电极反应式为 D．每析出59 g Co，阳极室溶液质量减少16 g 【答案】D 【详解】A．由分析知，M极为阳极，N极为阴极，则M极的电极电势高于N极，A正确； B．为减少电极反应：的发生，应选择透过率最低的交换膜c，B正确； C．根据分析可知，阳极电极反应式为；C正确； D．由分析可知，阴极的电极反应式为，阴极每析出59 g Co，即1 mol，转移电子数为2 mol，则生成0.5 mol O2，同时有2 mol进入中间室，则阳极室溶液理论减少的质量为，不是16g， D错误； 故选D。 【对练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。 题型05 电解液的复原 【典例5】用惰性电极电解200mL CuSO4溶液，电解过程中电子转移的物质的量与产生气体的体积(标准状况)的关系如图所示，下列说法正确的是 A．电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为 B．电解后所得溶液中 C．当时， D．点时向电解后的溶液中加入，溶液可恢复为电解前的浓度 【答案】C 【详解】A．第一阶段转移电子时完全反应，，电解前，A错误； B．第一阶段生成，但电解过程中消耗水，溶液体积小于，且未说明电解终止节点，故，B错误； C．当时，总；第二阶段转移电子，生成，同温同压下，C正确； D．P点时除了消耗对应的成分，还电解了，需加入和才能恢复原浓度，D错误； 故选C。 【对练1】如图所示，M、N、P、Q均为Pt电极，甲池电解液为溶液。外电路中通过极质量增加3.2 g，忽略溶液体积变化。下列说法正确的是 A．b为电源的正极 B．R的相对原子质量为 C．气球1和气球2的体积比约为2∶1 D．U形管中加入0.9 g水可恢复到电解前的状态 【答案】D 【详解】A．M为阳极，与电源的正极相连；Q为阴极，与电源的负极相连，原图中a与M相连，b与Q相连，因此a为电源的正极，b为电源的负极，A错误； B．N极发生反应，每析出1 mol金属R需要转移2 mol电子，因此析出R的物质的量为，N极增加的质量即析出R的质量，故R的摩尔质量为，相对原子质量是比值，没有单位，所以R的相对原子质量为64，选项所写单位错误，B错误； C．P极生成氧气，每生成1 mol氧气转移4 mol电子，故气球1中氧气的物质的量为，Q极生成氢气，每生成1 mol氢气转移2 mol电子，故气球2中氢气的物质的量为，在温度、压强近似相同的条件下，气体体积之比等于物质的量之比，因此气球1和气球2的体积比约为，C错误； D．U形管中的电解总反应为，每消耗1 mol水转移2 mol电子，因此消耗水的物质的量为，消耗水的质量为，硫酸钠未被消耗，补入0.9 g水可使U形管中的溶液恢复到电解前的状态，D正确； 故选D。 【对练2】利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢的装置如图所示，通过控制开关可交替得到H2和O2，已知反应前后电极3的质量不变。下列说法错误的是 A．当开关连接K1时，可以获得H2 B．当开关连接K2时，装置内电流从电极2经NaOH溶液流向电极3 C．反应后需补加适量NaOH(s)以维持电解液的pH不变 D．反应前后电极1和电极2生成气体的物质的量之比为2:1 【答案】C 【详解】A．当开关连接时，电极1作电解池阴极，发生反应，可获得，A正确； B．当开关连接时，电极2作阳极，电极3作阴极，电解质溶液中电流由阳极流向阴极，即从电极2经溶液流向电极3，B正确； C．该装置总反应为，未被消耗，仅水被电解，若要维持电解液不变，应补充水，无需补加，C错误； D．根据总反应，电极1生成的与电极2生成的物质的量之比为，D正确。 1．下图所示装置可用于制作简易的燃料电池。实验时，先接通开关，一段时间后断开开关，接通开关。下列说法正确的是 A．接通开关时，装置将化学能转化为电能 B．接通开关时，石墨电极b附近溶液碱性增强 C．接通开关时，溶液中从石墨a处向石墨b处移动 D．接通开关足够长时间，溶液最终呈碱性 【答案】B 【详解】A．接通开关时，装置有外接电源，为电解池，将电能转化为化学能，A错误； B．接通开关时，装置为电解池，电解硫酸钠溶液实质是电解水，石墨b与电源负极相连，故为阴极，发生反应，产生使溶液碱性增强，即石墨电极b附近溶液pH变大，B正确； C．接通开关时，装置为原电池（燃料电池），氢气所在电极为负极，氧气所在电极为正极，故石墨a为正极，石墨b为负极，阳离子（）向正极移动，即从b向a移动，C错误； D．接通开关时，燃料电池总反应为，仅生成水，溶液始终为硫酸钠中性溶液，D错误； 故答案选B。 2．下列关于各装置的说法正确的是 A．图1：铅蓄电池充电时电极与电源负极相连 B．图2：关闭或，Zn片质量均减少 C．图3：盐桥中的移向溶液 D．图4：电解精炼过程中保持不变 【答案】B 【详解】A．铅蓄电池充电时，电极上的失去电子，重新生成，电极反应为。该电极发生氧化反应，是充电时的阳极，应与电源正极相连，A错误； B．仅闭合时，装置为电解池，Zn片与电源正极相连，作阳极；仅闭合时，装置为原电池，Zn比Fe活泼，Zn片作负极。两种情况下Zn片均发生反应，因溶解而质量减少，B正确； C．图3中，Cu电极为负极，发生反应；Ag电极为正极，发生反应。随着正极区的被消耗，为维持溶液的电中性，盐桥中的经右侧桥口移入溶液，C错误； D．图4中，精铜与电源正极相连、粗铜与电源负极相连，接法不符合铜的电解精炼要求。正确进行电解精炼时，应将粗铜接电源正极作阳极、精铜接电源负极作阴极。阳极上的铜发生反应，其中比铜活泼的杂质金属也会失去电子而溶解；阴极发生反应。由于阳极提供的电子有一部分来自杂质金属，阴极析出铜的物质的量大于阳极溶解铜的物质的量，电解液中的会减小，并非保持不变，D错误； 故选B。 3．有关电解池的应用，下列叙述正确的是 A．使用阳离子交换膜工业电解饱和食盐水时，阴极区获得烧碱溶液和氧气 B．电解精炼铜时外电路通过，阳极质量减少64 g C．以硫酸铜溶液为电镀液，在铁件上镀铜的过程中，将铁件与电源正极相连接 D．工业上用石墨电极电解熔融冶炼铝时，阳极因被氧气氧化需定期更换 【答案】D 【详解】A．工业电解饱和食盐水时，阴极得电子生成和，通过阳离子交换膜进入阴极区，阴极区产物为烧碱溶液和氢气，无氧气，A错误； B．电解精炼铜时阳极为粗铜，含有、等比铜活泼的杂质，这些杂质优先于铜失电子溶解，外电路通过时，阳极溶解的金属不全为，质量减少量不等于，B错误； C．在铁件上镀铜时，铁件为镀件，应作阴极与电源负极相连，若与电源正极相连，铁会失电子被氧化，无法完成镀铜，C错误； D．工业上用石墨电极电解熔融冶炼铝时，阳极反应生成，高温下石墨电极会与反应被氧化，因此需定期更换，D正确； 故答案为：D。 4．双极膜（BP）是一种能将水分子解离为和的特殊离子交换膜。应用双极膜制取聚合硫酸铁净水剂（简称PFS）的电化学装置如图所示。下列说法错误的是 A．装置工作时，BP1和BP2中水分子解离的均向右移动 B．可以同时获得硫酸等副产品 C．若Ⅳ室是KOH溶液，则N电极的电极反应式为 D．在电场力作用下Ⅱ室中的部分移入Ⅲ室，Ⅰ室中的移入Ⅱ室生成PFS 【答案】D 【详解】A．N为右侧阳极，带负电，在电场力作用下向阳极方向移动。因此，BP1中水分子解离产生的向右进入Ⅱ室，BP2中水分子解离产生的向右进入Ⅳ室，A正确； B．Ⅱ室中的部分通过中间的阴离子交换膜向右进入Ⅲ室，BP2中水分子解离产生的向左进入Ⅲ室，二者共同使Ⅲ室获得硫酸，故Q（aq）为硫酸溶液，可以同时获得硫酸等副产品，B正确； C．N与电源正极相连，是发生氧化反应的阳极。若Ⅳ室为KOH溶液，则在N电极上失去电子生成氧气，电极反应式为，C正确； D．Ⅱ室中的部分向右通过阴离子交换膜进入Ⅲ室，这一迁移方向正确；但进入Ⅱ室并参与生成PFS的来自BP1中水分子的解离，并非来自Ⅰ室。BP1向Ⅰ室提供的是，向Ⅱ室提供的是，D错误； 故选D。 5．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：，最后以形式除去。下列说法中错误的是 A．电解过程中可能有沉淀生成 B．阴极电极反应为 C．电解过程中废水的pH变大 D．电路中每转移6 mol电子，最多有1 mol被还原 【答案】D 【详解】A．反应生成，电解过程中溶液pH升高，与结合生成沉淀，A正确； B．酸性条件下，阴极得电子发生还原反应，电极反应为，B正确； C．阴极反应消耗，同时与的反应也消耗，溶液中浓度降低，废水变大，C正确； D．电路中每转移6 mol电子，根据阳极反应可知生成3 mol，结合反应可知，3 mol最多还原0.5 mol，D错误； 故答案选D。 6．粗铜中的主要杂质包括锌、铁、镍、银、金、铂等，含量通常在0.5%~1.5%之间，这些杂质会影响铜的导电性和机械性能，可通过电解法精炼除去。电解精炼装置如图，下列说法错误的是 A．粗铜连接电源的正极 B．粗铜的熔点小于纯铜 C．银、金、铂会沉积在电解池底部形成阳极泥 D．阳极减少的质量等于阴极增加的质量 【答案】D 【详解】A．电解精炼铜时，粗铜作阳极，需连接电源的正极，A正确； B．粗铜为铜与其他杂质形成的合金，合金的熔点低于其成分纯金属的熔点，故粗铜的熔点小于纯铜，B正确； C．银、金、铂的金属活动性弱于铜，不会在阳极失电子，会随阳极反应的进行沉积在电解池底部形成阳极泥，C正确； D．阳极不仅有铜失电子溶解，还有比铜活泼的锌、铁、镍等金属失电子溶解，同时部分不溶解的贵金属脱落形成阳极泥，阴极只有铜离子得电子析出铜，根据电子得失守恒，阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，D错误； 故答案选D。 7．一种基于硝酸盐还原和氨氧化的储能电池示意图如图所示，电极为金属和选择性催化材料，放电时，含的废水被转化为。下列说法正确的是 A．放电时，正极区域的pH减小 B．放电时，从左往右移动 C．充电时，连接外接电源的正极 D．充电时，阳极反应： 【答案】D 【详解】A．放电时正极反应为，反应生成，正极区域pH增大，A错误； B．放电时装置为原电池，阴离子向负极移动，左侧为负极、右侧为正极，故从右往左移动，B错误； C．放电时为负极，充电时原电池的负极对应电解池的阴极，需连接外接电源的负极，C错误； D．充电时阳极发生氧化反应，碱性电解质条件下失电子转化为，电极反应为，D正确； 故答案选D。 8．我国科学家研发了一种高效催化剂，可实现硝酸根和苄胺的成对电解，在两极都得到高价值含氮化合物，原理如图所示。 下列说法错误的是 A．b极为直流电源的正极 B．隔膜应选择阴离子交换膜 C．电解过程中，两极室保持不变 D．阳极反应为 【答案】C 【详解】A．左侧电极上转化为，N元素化合价降低发生还原反应，为电解池阴极，连接电源负极a，右侧电极为阳极连接电源正极b，因此b极为直流电源的正极，A正确； B．阴极反应生成，阳极反应消耗，阴离子交换膜可使阴极生成的迁移至阳极补充消耗的，因此隔膜应选择阴离子交换膜，B正确； C．阴极生成，迁移到阳极的量少于生成量，阴极室浓度升高，pH升高；阳极消耗且反应生成水，浓度降低，pH降低，因此两极室pH不会保持不变，C错误； D．阳极上苄胺失电子发生氧化反应，给出的阳极反应式电荷、原子均守恒，符合反应规律，D正确； 故答案选C。 9．一种电化学处理硝酸盐产氨的装置如图所示。下列说法错误的是 A．右室为阳极室，电极反应为 B．电解过程中，左室溶液的pH逐渐增大 C．用湿润的淀粉-KI试纸置于b处，试纸变蓝 D．理论上，若左室中有8 mol电子发生转移时，左室溶液质量减少17 g 【答案】D 【详解】A．右室中失电子生成，发生氧化反应，为阳极室，电极反应为，A正确； B．左室为阴极室，电极反应为，反应生成，溶液pH逐渐增大，B正确； C．b处有阳极生成的逸出，与KI反应生成，淀粉遇变蓝，故试纸变蓝，C正确； D．转移8 mol电子时，左室生成1 mol 逸出，同时有8 mol 通过阳离子交换膜从右室进入左室，左室溶液质量增加，D错误； 故选D。 10．某课外活动小组同学用如图装置进行实验，下列说法中正确的是 A．若开关与连接，当电路中通过电子时，则石墨表面会产生氧气 B．若开关与连接，则铁表面会发生反应： C．若开关与连接，则铁电极附近溶液减小 D．若开关与连接，可用淀粉碘化钾试纸检验石墨上产生的气体 【答案】D 【详解】A．开关K与a连接时装置为原电池，石墨为正极，正极反应为，无氧气生成，A错误； B．开关K与a连接时铁为负极，失电子生成，电极反应为，不会生成，B错误； C．开关K与b连接时铁为阴极，电极反应为，浓度增大，铁电极附近溶液pH增大，C错误； D．开关K与b连接时石墨为阳极，电极反应为，可与反应生成使淀粉变蓝，可用淀粉碘化钾试纸检验该气体，D正确； 故选D。 11．我国科技工作者设计了一套电化学装置，能在常温常压下实现的分解，得到和。装置的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．装置工作时能量转化：光能电能化学能 B．装置工作时左侧减小，右侧增大 C．电极电势：电极电极 D．处理，共有通过质子交换膜由左侧移动至右侧 【答案】B 【详解】A．光伏电池可实现光能转化为电能，电解装置将电能转化为化学能，能量转化路径为光能电能化学能，A正确； B．左侧反应生成的会全部通过质子交换膜迁移至右侧，右侧恰好消耗等量生成，两侧均保持不变，B错误； C．电极a为阳极，电极b为阴极，阳极的电极电势高于阴极，故电极电势，C正确； D．处理时会生成，为平衡体系电荷，共有通过质子交换膜由左侧移动至右侧，D正确； 故选B。 12．氟磷灰石[主要成分，含、、等杂质]是一种重要的磷矿，以氟磷灰石为原料生产磷酸的一种工艺流程如下： 将粉碎后的氟磷灰石置于浸取槽，向槽内加入适量浓盐酸并鼓入空气发生反应，同时用碱液处理含的尾气。得到含、、、和少量二元强酸的浸取液。 (1)写出浸取槽中生成磷酸的化学方程式____________。 (2)保持一定流速鼓气可减少反应液表面的泡沫，有利于气体逸出；通过控制盐酸的用量可降低后续除氟工艺要求。其他条件相同，盐酸实际用量/理论用量与所得酸中氟含量及磷酸的浸取率如图所示。 ①最佳盐酸实际用量/理论用量的范围为______（填字母代号）。 A．0.95～1.00 　B．1.00～1.05 　C．1.05～1.10 　D．1.15～1.20 ②盐酸稍过量氟含量降低，盐酸过量较多则氟含量快速增加。可能原因是____________。 除去浸取液中、后的粗磷酸还需要经过脱氟、脱钙才能获得较纯的磷酸溶液。 (3)利用______（填“”或“”）可实现脱氟；当溶液中时，由脱氟试剂引入的阳离子的浓度为______。 （已知：时，、、） (4)使用对具有选择性的螯合树脂可以从粗磷酸中脱钙。先将粗磷酸稀释调节酸度，再通过螯合树脂柱，被选择性吸附，和随流出液排出。树脂饱和后用盐酸再生，再生液可返回浸取工序。 ①粗磷酸进入交换柱前需稀释调节酸度的原因是____________。 ②若树脂未达饱和，流出液中仍检测到少量，可能的原因是____________。 (5)利用磷酸可以帮助回收废旧电极材料中的有价成分。将用磷酸处理，得到的溶液经提取电解槽电解，和分别进入对应的储存电极。提取完成后，将储存电极转移到含溶液的释放电解槽电解，得到纯净的。工作原理示意图如图。 ①提取的电极反应为____________。 ②提取电解槽中，每提取，理论上可回收______。 【答案】(1) (2)C 氢氟酸为弱酸，盐酸稍过量，抑制其电离，有利于形成HF气体逸出；盐酸过量较多，反应速率加快，产生大量的泡沫，不利于HF的逸出 (3) 2 (4) 酸度过高会抑制树脂对的吸附（或与竞争交换位点），适当稀释可降低浓度，提高交换效率 酸液流速过快导致交换不充分、树脂老化或选择性下降 (5) 2.0 【详解】（1）氟磷灰石和浓盐酸发生复分解反应，生成题目给出的浸取液成分、，同时释放出HF气体，化学方程式为。 （2）①根据图象，盐酸实际用量/理论用量为1.05~1.10时所得的磷酸中氟含量及磷酸的浸取率较高且氟含量较低，故选C； ②由于氢氟酸为弱酸，酸稍过量，抑制其电离，形成气体逸出，导致氟含量降低；当盐酸过量较多时，反应速率加快，产生大量的泡沫，反而不利于HF的逸出，会造成氟含量快速增加； （3）脱氟需要将转化为沉淀除去，由于难溶于水，若选用，会生成沉淀，脱氟的同时也减小了的物质的量，故需使用；当溶液中时，； （4）①粗磷酸初始酸度太高，溶液中浓度过大，会和竞争螯合树脂的吸附位点，降低树脂对的选择性吸附能力，稀释降酸可以保证树脂高效吸附； ②溶液流速过快，还未被树脂充分吸附就随溶液流出，或树脂柱填充不均匀，部分溶液发生短路直接流出； （5）①由图可知，提取电解槽中，左侧为阴极，得到电子，结合迁移过来的成，Ti元素化合价降低，发生还原反应,电极反应为； ②提取电解槽中，右侧电极为阳极，电极反应为，每提取，电路中转移，由阳极电极反应式可知，理论上可回收。 13．利用电化学反应可以实现能量和物质的转化。 (1)设计某种电化学装置，要求实现反应，且反应后的溶液中不含其他溶质。画出该电化学装置图，标明所用的试剂和用品__________________。(实验可以选用的试剂和用品有电极、电极、碳棒、稀硫酸、稀盐酸、溶液、溶液、阳离子交换膜、阴离子交换膜、直流电源、导线、反应容器任选) (2)一种以二甲醚()燃料电池为电源，进行、的电解转化装置如图所示。 ①装置Ⅰ放电时的负极反应式为__________________。 ②装置Ⅱ电极B处生成的电极反应式为__________________。 ③装置Ⅱ电极A处有沉淀X生成，X为__________(填化学式)。装置Ⅰ消耗标准状况下2.24L，装置Ⅱ电极B处共生成标准状况下1.68L与，则的物质的量为_________。 ④实验发现，电极B处生成的气体种类与电压有关。若电压较小，不发生转化，装置Ⅱ出口处收集到和Y的混合气体，则Y为__________(填化学式)。 【答案】(1) (2) S 0.05 H2 【详解】（1）该反应为非自发氧化还原反应，需设计为电解池。元素化合价升高，发生氧化反应，故电极作阳极，接直流电源正极；元素化合价降低，在阴极得电子生成，故阴极选用惰性碳棒，接直流电源负极。为避免阳极生成的移向阴极引入杂质，两电极区域用阴离子交换膜隔开，阳极区盛放溶液，阴极区盛放稀，通过阴离子交换膜向阳极移动，补充阳极区的阴离子，最终得到不含其他杂质的溶液，即。 （2）① 装置I为碱性二甲醚燃料电池，负极上失电子，元素从-2价升高到+4价，1mol 失去12mol电子，在碱性环境下生成，结合电荷守恒和原子守恒，配平得到负极反应式为。 ② 装置II中电极B为阴极，在阴极得电子生成，元素从+4价降低到-2价，生成1mol 得到12mol电子，质子交换膜允许迁移至阴极参与反应，结合电荷守恒和原子守恒，配平得到电极反应式为。 ③ 电极A为电解池阳极，在阳极失电子，元素从-2价升高到0价，生成不溶于酸的单质，故X为。 标准状况下的物质的量为，燃料电池正极反应为，故反应转移电子总物质的量为。 装置II电极B生成的与总物质的量为，设的物质的量为，的物质的量为，则有 生成1mol 转移12mol电子，生成1mol 转移2mol电子，故总转移电子数满足 联立两式解得，即的物质的量为0.05mol。 ④ 电压较小时，不发生转化，溶液中由阳极迁移过来的优先在阴极得电子，发生反应，故混合气体中的Y为。 14．Ⅰ．利用化学方法实现氮氧化物的转化，可减少氮氧化物排放。 (1)在催化剂作用下，将转化为。和NO反应的化学方程式为________________________。 (2)利用电解装置可以将尾气中的NO转化为尿素［中碳元素的化合价为+4价，属于非电解质］，工作原理如图。 阴极电极反应式是________，装置中离子交换膜是________（“阴离子”或“阳离子”）。 Ⅱ．某科研小组研究在不同环境下纳米铁粉与水体中的反应的情况。 (3)足量的纳米铁粉与酸性废水中反应，若反应无气体产生，其离子方程式为________________；研究发现，一定量纳米铁粉处理废水时，若pH偏低将会导致的去除率下降，其原因是________________。 (4)相同条件下，将活性炭载纳米铁粉和纳米铁粉分别加入含废水中，反应相同时间，采用活性炭载纳米铁粉去除的效率更高，原因是________________。 【答案】(1) (2) 阳离子 (3) 溶液中浓度过高，铁粉与发生副反应生成，消耗了部分纳米铁粉 (4)活性炭与纳米铁粉在溶液中构成原电池，加快了反应速率（且活性炭具有吸附性，能使在铁粉表面富集） 【详解】（1）中氮元素的化合价由−3价升高到0价，每个氮原子失去3个电子；NO中氮元素的化合价由+2价降低到0价，每个氮原子得到2个电子。根据得失电子守恒，与NO的化学计量数之比为2∶3，再根据氮、氢、氧原子守恒配平，化学方程式为； （2）左侧电极与电源负极相连，为阴极，通入的NO和在此生成尿素。尿素中碳、氢、氧元素的化合价分别为+4价、+1价、−2价，根据化合物中各元素化合价代数和为0，可确定氮元素的化合价为−3价。因此，NO中的氮元素由+2价降低到−3价，每生成1 mol尿素需转移10 mol电子，中碳元素的化合价不变。电解质溶液含少量，应在酸性条件下用和配平；尿素属于非电解质，应保留分子形式。阴极电极反应式为。 右侧电极与电源正极相连，为阳极，通入的失去电子，发生反应：。阳极区生成的通过中间的离子交换膜由右侧迁移到左侧阴极区，补充阴极反应消耗的，因此应选用阳离子交换膜； （3）铁粉足量，铁的最终氧化产物为；酸性条件下被还原且无气体产生，含氮还原产物为。铁元素的化合价由0价升高到+2价，每个铁原子失去2个电子；氮元素的化合价由+5价降低到−3价，每个氮原子得到8个电子，因此Fe与的化学计量数之比为4∶1。再根据电荷守恒及氢、氧原子守恒，得到离子方程式。 pH偏低时，溶液中浓度过高，铁粉与发生副反应：。该副反应消耗部分纳米铁粉，使一定量铁粉中用于还原的部分减少，因而的去除率下降； （4）活性炭能导电，与纳米铁粉接触并处于废水这一电解质溶液中时，可以构成原电池。铁作负极，发生，电子由铁粉流向活性炭，在正极得到电子被还原，从而加快反应速率。此外，活性炭具有吸附性，能使在铁粉表面富集，有利于反应进行。因此，在相同条件和相同反应时间内，活性炭载纳米铁粉去除的效率更高。 15．在温和条件下，将转化为烃类具有重要意义。采用电化学-化学串联催化策略可将高选择性合成，该流程示意图如下： (1)电解池中电极与电源的__________极相连。电解产物的电子式__________。 (2)CO放电生成的电极反应式为______________________________。 (3)在反应器中，发生如下反应： 反应i： 反应ii： 计算反应的__________，该反应__________（填标号）。 A．高温自发 B．低温自发 C．高温低温均自发 D．高温低温均不自发 (4)一定温度下，、和（体积比为）按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器（入口压强为）发生反应i和ii。有存在时，反应ii的反应进程如图所示。 根据上图，写出生成的决速步反应式______________________________。 【答案】(1)正 (2) (3) B (4) 【详解】（1）由图可知，N电极上通入转化为，C元素化合价由+2价降低至-2价，发生还原反应，故N极为阴极，则M极为阳极，与电源的正极相连。分子中碳碳之间为双键，碳氢之间为单键，其电子式为。 （2）CO在阴极得电子生成，电解质溶液为溶液，呈碱性。根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可写出该电极反应式为。 （3）根据盖斯定律，目标反应 反应ii 反应i，因此。该反应的，且反应后气体分子数减少，即，根据吉布斯自由能判据时反应自发，可知该反应在低温下自发，故选B。 （4）在多步反应中，活化能最大（即能垒最高）的步骤决定了总反应的速率，称为决速步。由上图的反应进程可知，过渡态TS II的能垒最大，该步骤为决速步，对应的反应物为和，生成物为，其反应式为。 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1 / 10 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 $