高中化学苏教版（2019）选择性必修1专题1 第二单元 第4课时 电解池的工作原理（74张PPT）

(共74张PPT)
第4课时
电解池的工作原理
1.宏观辨识与微观探析
从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。
2.证据推理与模型认知
建立对电解过程系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。
核心素养发展目标
课时对点练
内容索引
一、电解原理
二、酸、碱、盐溶液的电解规律
一、电解原理
1.电解熔融态氯化钠的原理分析
(1)电解熔融态氯化钠原理图
(2)过程分析
①通电前
熔融NaCl中存在的微粒有
，这些微粒做无规则(或自由)运动。
②通电后
离子移动方向：
Na＋移向　
极，Cl－移向
极。
电极上发生的反应：
阴极：
，发生
反应；
阳极：
，发生
反应。
Na＋、Cl－
阴
阳
2Na＋＋2e－===2Na
还原
2Cl－－2e－===Cl2↑
氧化
(3)分析结论
熔融的NaCl在　　　作用下发生了　　　　　　，分解生成了　　　　。
总反应方程式：　　　　　　　　　　　。
直流电
氧化还原反应
Na和Cl2
2.电解和电解池
(1)电解：在直流电的作用下，在两电极上分别发生　　　　和________
的过程。
(2)电解池：将　　转化为　　　的装置。
(3)电解池的电极名称
阴极：与电源　　相连的电极，发生　　反应；
阳极：与电源　　相连的电极，发生　　反应。
氧化反应
还原反应
电能
化学能
负极
还原
正极
氧化
(4)电解池的构成条件
①具有直流电源；②两个电极(阴极、阳极)；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。
(5)电子和离子移动方向
①电子：从电源　　流向电解池的　　，从电解池的　　流向电源的
　　。
②离子：阳离子移向电解池的　　，阴离子移向电解池的　　。
负极
阴极
阳极
正极
阴极
阳极
3.电解氯化铜溶液实验探究
(1)按如图所示装置完成实验，并填写下表。
实验现象
实验结论
电流计指针发生偏转
________________________________
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层_________
　　　　　，阴极的电极反应式是：
________________
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉碘化钾试纸____
产生了　　，阳极的电极反应式是：
__________________
说明电解质溶液导电，形成闭合回路
红色物质
析出金属铜
Cu2＋＋2e－===Cu
变蓝
氯气
2Cl－－2e－===Cl2↑
(2)实验原理分析
①氯化铜溶液中存在的离子有
，通电前这些离子在溶液中做自由运动。
②通电时在电场的作用下，溶液中的离子做　　　　，即　　　　　趋向a极，　　　　　趋向b极。
③a极(阳极)Cl－的　　性大于OH－，因而Cl－被　　为Cl2，b极(阴极)Cu2＋的　　性大于H＋，因而Cu2＋被　　为Cu。
Cu2＋、Cl－、H＋、OH－
定向运动
Cl－、OH－
Cu2＋、H＋
还原
氧化
氧化
还原
(1)电解池的两个电极必须是活泼性不同的电极(　　)
(2)电解池是把化学能转化为电能的装置(　　)
(3)电解质溶液导电的过程为物理过程(　　)
(4)电解池的阴极是指和直流电源负极相连的电极(　　)
(5)电解池在工作时，阴极上发生还原反应(　　)
(6)某些不能自发的氧化还原反应，可以通过电解来实现(　　)
正误判断
×
×
×
√
√
√
1.电解时电子可从溶液中通过吗？
深度思考
提示　电子不能通过电解质溶液，在溶液中是由离子定向移动传导电流。
2.阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？
提示　原电池中：阳离子→正极；阴离子→负极；
电解池中：阳离子→阴极；阴离子→阳极；
二者的阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极。
3.电解池装置不同于原电池装置的主要特点是什么？
提示　电解池有外加电源，而原电池是将自发的氧化还原反应转化为电能，无外加电源。
1.如图所示装置中属于电解池的是______(填序号)。
应用体验
③⑥
解析　根据电解池的构成条件逐个判断。①②⑤无外接直流电源，不能构成电解池；
④无电解质溶液或熔融电解质；
⑦中蔗糖属于非电解质，不能构成电解池；
⑧没有形成闭合回路，不能构成电解池。
2.如图所示是电解稀盐酸的装置，其中c、d为石墨电极。试回答下列问题：
(1)a电极为_____，b电极为_____。
正极
负极
(2)c电极为_____，电极反应式为__________________，发生了____反应。
d电极为_____，电极反应式为_________________，发生了_____反应。
(3)电解过程中，氢离子向____(填“阴”或“阳”，下同)极移动，氯离子向____极移动。电解反应方程式为：______________________。
阳极
2Cl－－2e－===Cl2↑
氧化
阴极
2H＋＋2e－===H2↑
还原
阴
阳
2HCl
　　　
H2↑＋Cl2↑
返回
电解池阴极和阳极的判断依据
归纳总结
二、酸、碱、盐溶液的电解规律
1.电极反应规律
(1)阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……
(2)阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。放电顺序：活泼金属阳极>S2－>I－>Br－＞Cl－>OH－>含氧酸根离子。
2.酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极)
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表：
(1)电解水型
电解质
H2SO4
NaOH
Na2SO4
阳极反应式
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极反应式
4H＋＋4e－===2H2↑
pH变化
_____
_____
_____
复原加入物质
加入____
减小
增大
不变
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
_____
?
复原加入物质
加入____
加入______
增大
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
_____
_____
复原加入物质
加入____
加入_____________
增大
减小
HCl
CuO或CuCO3
(1)用石墨作阳极、铁作阴极分别电解稀硫酸和硫酸钠溶液时，它们阴极和阳极的产物都相同(　　)
(2)用石墨作电极电解氯化钠和硫酸铜的混合液，最初一段时间阴极和阳极生成的物质分别是铜和氯气(　　)
(3)用石墨作电极电解熔融氯化钠阴极的电极反应式为Na＋＋e－===Na
(　　)
(4)用石墨作阴极、铜作阳极电解硫酸铜溶液阳极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(　　)
正误判断
√
√
√
×
(5)用石墨作电极电解硝酸银溶液的离子方程式为4Ag＋＋2H2O
4Ag＋4H＋＋O2↑(　　)
(6)铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu＋2HCl
CuCl2＋H2↑(　　)
√
√
1.用惰性电极电解盐酸与稀硫酸一段时间后，溶液中的pH变化为何不同？
深度思考
提示　电解盐酸时，H＋、Cl－放电，溶质HCl减少，pH增大；而电解稀硫酸时，H＋、OH－放电，相当于电解稀硫酸中的水，硫酸浓度变大，pH减小。
2.有下列两组离子：
①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋；②Cl－、I－、SO
、OH－。
(1)电解时，哪一组离子移向阳极？放电的先后顺序是什么？
提示　②；放电的先后顺序是I－>Cl－>OH－>SO
。
(2)电解时，哪一组离子移向阴极？放电的先后顺序是什么？
提示　①；放电先后顺序是Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋。
3.根据电解池中的电极反应规律，分析判断：
(1)电解质溶液电解时，其阳极产物可能是什么？
提示　若为活泼电极，电极材料失去电子而溶解，阳极产物为其阳离子；若为惰性电极，则非金属阴离子或OH－放电，阳极产物为非金属单质。
(2)电解质溶液电解时，其阴极产物可能是什么？
提示　阴极产物可能是金属单质或氢气。
(3)电解质溶液电解时，哪些离子一般在水溶液中是不放电的？
提示　①活泼金属阳离子，如：K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等。
②含氧酸根离子，如：SO
等。
1.为探究电解的放电规律，进行如下实验：
应用体验
序号
阳极
材料
阴极
材料
电解质
阳极
产物
阴极
产物
①
石墨
石墨
0.1
mol·L－1
CuCl2溶液
Cl2
Cu
②
石墨
石墨
0.1
mol·L－1
NaCl溶液
Cl2
H2
③
石墨
石墨
0.2
mol·L－1
CuSO4溶液
O2
Cu
④
铜
石墨
0.2
mol·L－1
CuSO4溶液
Cu2＋
Cu
⑤
石墨
石墨
熔融NaCl
Cl2
Na
下列说法不正确的是
A.对比①②可知，阴极放电顺序：Cu2＋>H＋>Na＋
B.对比①③可知，阳极放电顺序：Cl－>OH－>SO
C.对比③④可知，阳极是铜时，会先于溶液中的离子放电
D.对比①⑤可知，要电解得到金属只能用熔融态，不能用水溶液
√
解析　根据①知道铜离子的氧化性强于氢离子，根据②知道氢离子的氧化性强于钠离子，得电子能力强(氧化性强)的离子优先放电，所以对比①②可知，阴极放电顺序：Cu2＋>H＋>Na＋，故A正确；
根据①知道，离子放电顺序：Cl－>OH－，根据③知道离子放电顺序：OH－>SO
，故B正确；
电解池的阳极若是活泼电极，则金属电极本身失电子，发生氧化反应，对比③④可知，阳极是铜时，会优先于溶液中的离子放电，故C正确；
要电解得到金属不一定只能用熔融态，电解氯化铜溶液也能得到金属铜，故D错误。
2.为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从H＋、Cu2＋、Na＋、SO
、Cl－5种离子中两两恰当的组成电解质，按下列要求进行电解：
(1)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是____________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是____________。
HCl、CuCl2
HCl、CuCl2
解析　以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则阳离子只能为H＋、Cu2＋，阴离子只能是Cl－，其电解质是HCl、CuCl2。
(2)以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是________________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是_____。
Na2SO4、H2SO4
H2O
解析　实质上是电解水，H＋、OH－分别在两极上放电，因此，其电解质是Na2SO4、H2SO4。
(3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是_____________。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是____________________。
CuSO4、NaCl
CuO(或CuCO3)、HCl
3.用石墨作电极电解1
mol·L－1
CuSO4溶液，当c(Cu2＋)为0.5
mol·L－1时，停止电解，向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状态______(填序号)。
①CuSO4　②CuO　③Cu(OH)2　④CuCO3
②④
由以上反应可知，电解使2
mol
CuSO4和2
mol
H2O变成了2
mol
H2SO4，同时析出铜，放出O2，溶液中每生成2
mol
Cu，
则放出1
mol
O2，故需补充CuO。
由于CuCO3加入溶液后，会与溶液中的硫酸反应，生成CO2气体，不存在于溶液中，相当于只加了CuO，所以也可以加入CuCO3。
(1)解答电解原理题的一般思路
[以惰性电极电解Cu(NO3)2溶液为例]
方法指导
(2)电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。
返回
课
时
对
点
练
题组一　电解及其装置(电解池)
1.下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是
A.电解池是一种将电能转化成化学能的装置
B.电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应
C.电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应
D.与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应
对点训练
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解析　如果阳极是活泼电极，电极本身失去电子，发生氧化反应。
√
2.关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是
A.装置名称：①是原电池，②是电解池
B.硫酸浓度变化：①增大，②减小
C.电极反应式：①中阳极：2H2O－4e－===4H＋
　＋O2↑，②中正极：Zn－2e－===Zn2＋
D.离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动
√
解析　①为电解池，电解水，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，硫酸的浓度增大；
②为原电池，溶液中的氢离子移向正极，正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，硫酸的浓度减小。
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3.如图装置中发生反应的离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，下列说法错误的是
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A.a、b不可能是同种材料的电极
B.该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸
C.该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸
D.该装置可看作是铜—锌原电池，电解质溶液是稀硫酸
√
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解析　若该装置为电解池，则a、b两电极的材料可以都为Zn，A项错误；
在保证阳极为Zn时，该电解池的电解质溶液可以为稀盐酸，B项正确；
在保证其中一电极的材料为Zn时，用活泼性比锌弱的材料作另一电极，该原电池的电解质溶液为稀盐酸或稀硫酸都可以，C、D项正确。
7
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4.如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是
A.a为负极、b为正极
B.a为阳极、b为阴极
C.电解过程中，d电极质量增加
D.电解过程中，氯离子浓度不变
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解析　电流从电源的正极流出，因此a为正极，b为负极，则c为阳极，d为阴极。电解CuCl2溶液的电极反应分别为阳极(c电极)：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(d电极)：Cu2＋＋2e－===Cu，故C项正确。
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题组二　电解规律及其应用
5.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的反应有
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解析　设混合溶液的体积为4
L，物质的量浓度均为1
mol·L－1，溶液中硫酸铜和氯化钠的物质的量分别为3
mol
和1
mol，
根据转移电子守恒，第一阶段：阳极上氯离子放电，阴极上铜离子放电，
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第二阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，
第三阶段：阳极上氢氧根离子放电，阴极上氢离子放电，
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6.用石墨作电极，电解1
mol·L－1的下列溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是
A.硫酸
B.氢氧化钠
C.硫酸钠
D.氯化钠
√
解析　用惰性电极电解硫酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液实质是电解水，浓度增大，硫酸溶液的pH减小，氢氧化钠溶液的pH增大，硫酸钠溶液的pH不变；电解氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶液的pH增大。
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7.(2020·石家庄月考)用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的一组是
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组号
X
Y
Z
W
A
C
Fe
NaCl
H2O
B
Pt
Cu
CuSO4
CuSO4溶液
C
C
C
H2SO4
H2O
D
Ag
Fe
AgNO3
AgNO3晶体
√
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解析　A应通HCl，
B应加CuO或CuCO3，
C应加H2O，
D不需加任何物质。
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8.如图为直流电源电解稀硫酸钠溶液的装置。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
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A.电极a附近呈红色，电极b附近呈蓝色
B.电极a附近呈蓝色，电极b附近呈红色
C.逸出气体的体积，电极a
的小于电极b的
D.一电极逸出无味气体，另一电极逸出具有刺激性气味的气体
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解析　电极a为阴极，H2O电离出的H＋放电，促进H2O的电离平衡向右移动，c(OH－)增大，石蕊溶液变蓝色；电极b为阳极，H2O电离出的OH－放电，c(H＋)增大，石蕊溶液变红色，A项不正确、B项正确；
电极a产生H2，电极b产生O2，H2的体积是O2体积的2倍，故C、D项不正确。
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题组三　电解的相关综合
9.下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是
A.电解过程中阳极的质量不断增加
B.电解过程中溶液的pH不断升高
C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积之比为2∶1
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解析　用惰性电极电解AgNO3溶液，电解反应方程式为4AgNO3＋2H2O　　　
　　
4Ag＋O2↑＋4HNO3，阴极上析出Ag，阳极上放出O2，A、D错误；
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由于生成HNO3，溶液的pH降低，B错误；
要使溶液恢复到电解前的状况要加入的物质应是Ag2O，C正确。
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10.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NO2。下列说法正确的是
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A.b为直流电源的正极
B.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
C.阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO　＋4H＋
D.电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室
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解析　二氧化硫被氧化为硫酸根离子，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极相连，则b为电源负极，故A错误；
将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式发生改变，故B错误；
阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO　＋4H＋，故C正确；
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，故D错误。
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11.如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是
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A.该过程是电能转化为化学能的过程
B.铜电极的电极反应式为CO2＋8HCO
＋
　8e－===CH4＋8CO
＋2H2O
C.一段时间后，①池中n(KHCO3)不变
D.一段时间后，②池中溶液的pH一定下降
√
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解析　该装置连有电源，则该过程是电能转化为化学能的过程，A项正确；
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由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗，故一段时间后，碳酸氢钾的物质的量减少，C项错误；
二氧化碳转化为甲烷的过程中，碳元素的化合价降低，在铜电极上发生还原反应，电极反应式为CO2＋8HCO
＋8e－===CH4＋8CO
＋2H2O，B项正确；
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①池中的铜电极为阴极，发生还原反应，②池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋，该过程中有H＋生成，故溶液的pH降低，D项正确。
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12.一种新型太阳光电化学电池贮能时电解质溶液中离子在两极发生如图所示的转化。下列说法正确的是
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A.贮能时，电能转变为化学能和光能
B.贮能和放电时，电子在导线中流向相同
C.贮能时，氢离子由a极区迁移至b极区
D.放电时，b极发生反应：VO
＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
√
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解析　A项，贮能时，太阳能转化为化学能，错误；
B项，贮能相当于电解，放电时是原电池原理，电子流向相反，错误；
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C项，贮能时，a极发生反应V3＋＋e－===V2＋，b极发生反应VO2＋－e－＋H2O===VO
＋2H＋，H＋由b极迁移到a极区，错误；
D项，放电时，b极作正极，得电子，其电极反应式为VO
＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，正确。
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13.如图所示为在直流电源的作用下电解CuSO4溶液的装置，其中A、B为石墨电极，a、b为电源的两极，当接通电源，通电一段时间后，将B电极取出，洗干净并干燥后称量，其质量增加了3.2
g，则：
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综合强化
(1)a电极为电源的____极。
正
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(2)写出电极反应式：A极：________________________，B极：_______
_____________。
(3)若使反应后的溶液恢复到原来状态，则应该加入_____，质量为___
g。
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2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2Cu2＋
＋4e－===2Cu
CuO
4.0
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14.如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒，接通电路后，发现d附近显红色。
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(1)①b为电源的___极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)。
②Z池中e为___极。
负
阳
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③连接Y、Z池线路，电子流动的方向是d____e(填“→”或“←”)。
(2)①写出c极的电极反应式：_____________
_____。
②写出Y池中总反应的化学方程式：_______
_______________________________。
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③写出Z池中e极的电极反应式：_________________。
←
2Cl－－2e－===
Cl2↑
2NaCl
Cu－2e－===Cu2＋
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解析　d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，c为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，
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直流电源中a为正极，b为负极，Z池中f为阴
极，e为阳极，电极反应式分别为Cu2＋＋2e－===Cu、Cu－2e－===Cu2＋，电子流动方向由e→d。
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15.A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
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阳离子
Na＋、K＋、Cu2＋
阴离子
SO
、OH－
图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨。
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接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题：
(1)M为电源的___(填“正”或“负”)极，电极b上发生的电极反应为_________________________。
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负
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
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解析　乙中c电极质量增加，则c处发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，即c电极为阴极，
由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。
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由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定A为KOH或NaOH，C为Na2SO4或K2SO4。
甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
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(2)写出乙烧杯中的电解反应方程式：______________________________
__________。
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2CuSO4＋2H2O
2Cu＋O2↑
＋2H2SO4
解析　乙烧杯中是电解CuSO4溶液，电解反应方程式为2CuSO4＋2H2O
2Cu＋O2↑＋2H2SO4。
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(3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？
__________________________________________________
_________。
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能，因为硫酸铜溶液已转变为硫酸溶液，反应变为电解
水的反应
解析　乙中铜全部析出后，电解质变为H2SO4，所以电解反应仍能继续进行。
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