化学·选修4(人教版)
第三节 电 解 池
第1课时 电解原理
海尔不用洗衣粉洗衣机，彻底颠覆了传统洗衣机理念，在给消费者带来全新健康生活方式的同时，也为海尔带来了巨大的市场蛋糕。你想知道这种不用洗衣粉的洗衣机的洗涤原理吗？
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1．(2013·四川卷)下列离子方程式正确的是( )
A．Cl2通入水中：Cl2＋H2O===2H＋＋Cl—＋ClO—
B．双氧水中加入稀硫酸和KI溶液：H2O2＋2H＋＋2I—===I2＋2H2O
C．用铜作电极电解CuSO4溶液：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋ 4H＋
D．Na2S2O3溶液中加入稀硫酸：2S2O＋ 4H＋ ===SO＋3S↓＋2H2O
解析：A的HClO是弱电解质不拆；C中Cu做电解池电极时参加反应失电子做阳极，不是水中的氢氧根失去电子，不放出O2；D项Na2S2O3溶液中加入稀硫酸：S2O＋2H＋ ===SO2↑＋ S↓＋2H2O；故答案为B。
答案：B
2．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是( )
A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B．NaOH、CuSO4、H2SO4
C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
解析：本题考查电解产物的判断，意在考查考生对电解时放电顺序的理解。电解时只生成氧气和氢气，则电解质所含阳离子在金属活动性顺序表中位于铜之前，阴离子不是简单离子。A、B项中Cu2＋在H＋之前放电，错；D项中Br－在OH－前放电，错。
答案：C
3．(2014·四川省达州市高三理综)如图所示，将铁棒和石墨棒插入饱和食盐水中。下列说法正确的是 ( )
A．甲中铁被保护不会腐蚀
B．甲中正极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2
C．乙中铁电极上发生氧化反应
D．乙中石墨电极附近滴几滴碘化钾淀粉溶液变蓝色
解析：A.甲是原电池，铁作负极被腐蚀，碳作正极，错误；B.甲中正极反应式为2H2O＋4e－＋O2===4OH－，错误；C.乙装置是电解池，Fe作阴极，阴极上发生还原反应，错误；D.乙中石墨电极为阳极，2Cl－—2e－===Cl2↑，Cl2＋2I－===2Cl－＋I2，I2遇淀粉溶液变蓝色，正确。
答案：D
4．用石墨作电极，电解1 mol/L下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是( )
A．HCl B．NaOH
C．Na2SO4 D．NaCl
解析：选项A，电解1 mol/L HCl溶液，阴极2H＋＋2e－===H2↑，阳极2Cl－－2e－===Cl2↑，H＋得电子，c(H＋)浓度降低，pH增大。选项B，电解1 mol/L NaOH溶液，阴极4H＋＋4e－===2H2↑，阳极4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，实质上电解水，NaOH浓缩，溶液的pH增大。选项C，电解1 mol/L Na2SO4溶液，阴极4H＋＋4e－===2H2↑，阳极4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，实质上电解水，溶液的pH保持不变。选项D，电解1 mol/L NaCl溶液，阴极2H＋＋2e－===H2↑，阳极2Cl－－2e－===Cl2↑，破坏了水的电离平衡，c(OH－)增大，pH增大。
答案：C
5．在电解水制取氧气和氢气时，为了增强导电性，常常要加入一些电解质，最好选用下列物质中的( )
A．氢氧化钠 B．氯化氢
C．氯化钠 D．硫酸铜
答案：A
6．如图所示，甲是刚浸过NaCl溶液的石蕊试纸，A、B两铜片通过导线连接电源两极，在铜片间的滤纸上滴一滴KMnO4溶液，通电一段时间后，发现A、B间的紫红色圆点向A极移动了一段距离，则与A相连的是电源的________极，可发现滤纸的________极边沿附近有蓝色出现。
解析：当通电一段时间后，A、B间的紫红色圆点向A极移动了，由于紫红色是MnO的颜色，即MnO向A极移动，因阴离子向阳极移动，所以A为电解池的阳极(浸有NaCl溶液的石蕊试纸相当于电解池)，则与A相连的是电池的正极，B为阴极。电源的正负极和电解池的阴阳极也就能确定了，从而分析出本题的答案。
答案：正 B
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7．用石墨作电极电解1 mol/L CuSO4溶液，当c(Cu2＋)为0.5 mol/L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( )
A．CuSO4 B．CuO
C．Cu(OH)2 D．CuSO4·5H2O
解析：电解过程中的反应为：
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
总反应为：2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑
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。
答案：B
8．(2013·大纲全国卷)电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去，下列说法不正确的是( )
A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．电解过程中溶液pH不会变化
C．过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D．电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O被还原
解析：根据总方程式可知反应消耗H＋而酸性减弱，故B错误；阳极失去电子发生氧化反应，A正确；由Fe－2e－===Fe2＋，则6 mol的铁发生变化时候转移电子数12 mol，又据关系式得6Fe～12e－～6Fe2＋～Cr2O，所以D正确；在阴极发生还原反应，溶液中的氢离子减少，同时生成氢氧根，C正确。
答案：B
9．按下图进行电解实验(A、B、C、D均为惰性电极)。
电极反应式：A极
________________________________________________________________________；
B极
________________________________________________________________________；
C极
________________________________________________________________________；
D极
________________________________________________________________________。
解析：由实验装置图可知甲、乙两池串联，四个电极通过的电量相等。NaCl为活泼金属的非含氧酸盐，用惰性电极电解时阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。AgNO3为不活泼金属的含氧酸盐，用惰性电极电解时阴极反应式为4Ag＋＋4e－===4Ag，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。
答案：2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑
4Ag＋＋4e－===4Ag 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
10．在下图电解装置中，电极A是由金属M制成的，B、C和D都是铂电极，甲中的电解质溶液为MSO4，乙中的电解质为H2SO4。E、F是外接直流电源的两极，电路接通后，电极B上有金属M析出。(已知金属M无变价)
(1)电池中E是________极，F是________极。
(2)A极上电极反应为________________________，B极上电极反应为________________________，C极上电极反应为____________________________，D极上电极反应为________________________。
(3)当电路中通过2.408×1022个电子时停止电解，发现B极上析出1.27 g M，则金属M的相对原子质量为________。
(4)如果再将外接直流电源的正负极交换接入原电路，当通过1 mol电子后，B极的电极反应为________。
解析：由甲装置B上有金属M析出，可得B端为阴极，进而得电源E为正极，F为负极，这样容易得A、B、C、D分别为阳极、阴极、阳极、阴极，电极反应很容易写(见答案)。由B极电极反应M2＋＋2e－===M，得M的物质的量为×＝0.02 mol，进而M的相对原子质量为＝63.5。若将电源正负极互换，B端则为阳极，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
答案：(1)正 负
(2)M－2e－===M2＋ M2＋＋2e－===M
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
4H＋＋4e－===2H2↑
(3)63.5
(4)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
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第2课时 电解原理的应用
纯银餐具在饮食中具有防毒、杀菌的独特作用，银餐具也是生活品位的象征，为此，许多人都喜欢收藏、使用银餐具。右图是一套有着近400年历史的银餐具在英国克里斯丁拍卖行对外展示，这套餐具1615年制造于德国，包括12副刀叉、汤勺、甜品叉和三只盐瓶，以珐琅和金线装饰，是目前已知的最古老餐具。还有的餐具是表面镀银的，这些银是怎样镀上去的呢？
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1．下列描述中，不符合生产实际的是( )
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁做阳极
B．电解法精炼粗铜，用纯铜做阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网做阴极
D．在镀件上电镀锌，用锌做阳极
解析：电解冶炼金属铝时，若铁做阳极，则铁将失电子而溶解，不符合生产实际。
答案：A
2．(双选题)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( )
A．电解时以精铜作阳极
B．电解时阴极发生还原反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu===Cu2＋＋2e－D.电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
解析：粗铜精炼只能以精铜作阴极，粗铜作阳极；电解时阴极Cu2＋得到电子发生还原反应，B正确；粗铜连接电源正极；粗铜中的Ag、Pt等金属不及Cu活泼，不能失电子被氧化，形成阳极泥，D正确。
答案：BD
3．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
解析：阳极Cl－失电子生成Cl2，滴入KI溶液，溶液呈棕色；阴极H＋得电子生成H2，溶液中c(OH－)增大，滴入酚酞显红色，电解后电解质最终变成NaOH溶液。
答案：B
4．下列关于铜电极的叙述正确的是( )
A．铜锌原电池中铜是负极
B．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极
C．在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极
D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
解析：A项是原电池，铜不如锌活泼，铜为正极；B是用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极；D项电解稀硫酸制H2、O2时应用惰性电极，如用铜作阳极，铜就会首先放电，阳极就不能产生氧气；故选择C项。
答案：C
5．(2014·珠海一中高三联考)下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液的说法不正确的是( )
A．电解过程中阴极质量不断增大
B．电解过程中阳极附近的pH不断降低
C．电解一段时间后，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．电解过程中，溶液中电子由阴极迁向阳极
解析：电解过程中Ag在阴极析出，故阴极质量不断增大，A正确；电解过程中阳极附近的OH－不断放电生成氧气，使pH不断降低，B正确；电解一段时间后，溶液产生HNO3，故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，C正确；电解过程中，溶液中没有电子移动，D错；答案为D。
答案：D
6．
右图中的A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀糟，接通电路后，发现B上的c点显红色。请填空：
(1)电源A的a为________极。
(2)滤纸B上发生的总反应方程式为__________________________________。
(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为________________________________________________________________________，
电极f上发生的反应为______________________，槽中盛放的电镀液可以是________或________(只要求填两种电解质溶液)。
解析：(1)根据c点酚酞变红，则该极的反应为2H＋＋2e－===H2↑，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a点是正极。
(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。
(3)c、d两点短路后，e为阳极，反应为Zn－2e－===Zn2＋，阴极上镀锌，则阴极反应为Zn2＋＋2e－===Zn，电解液用含镀层离子的电解质，所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。
答案：(1)正
(2)2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH
(3)Zn－2e－===Zn2＋ Zn2＋＋2e－===Zn ZnSO4溶液
Zn(NO3)2溶液
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7．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
解析：绿色化学倡导无污染过程，本题结合电化学中电解原理涉及这一理念。从反应中得知Cu在通电时失电子在阳极放电，发生氧化反应，另一电极(石墨)做阴极，发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，相应的CuCuO2，转移0.1 mol电子生成0.05 mol Cu2O，故B、C、D项错。
答案：A
8．用石墨做电极电解1 mol/L CuSO4溶液，当c(Cu2＋)为0.5 mol/L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的状态( )
A．CuSO4 B．CuO
C．Cu(OH)2 D．CuSO4·5H2O
解析：电解过程中的反应为：
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
总反应为：2CuSO4＋2H2O===2H2SO4＋2Cu＋O2↑
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或CuCO3。
答案：B
9．Zn－MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是__________。电池工作时，电子流向__________(填“正极”或“负极”)。
解析：负极上是失电子的一极，Zn失去的电子由负极经外电路流向正极。
答案： Zn(或锌) 正极
(2)若ZnCl2－NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是__________。欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的__________(填代号)。
a．NaOH b．Zn c．Fe d．NH3·H2O
解析：锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选Zn将Cu2＋ 置换为单质而除去。
答案：锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是__________。若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为__________。
解析：阴极上得电子，发生还原反应，H＋得电子生成氢气。因为MnSO4～MnO2～2 e－，通过2 mol电子产生1 mol MnO2，质量为87 g。
答案： 2H＋＋2e－===H2↑ 87 g
10．下图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸——红，碱——黄)
回答下列问题：
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填序号)。
①A管溶液由红变黄；②B管溶液由红变黄；
③A管溶液不变色；④B管溶液不变色。
(2)写出A管中发生反应的反应式：
________________________________________________________________________。
(3)写出B管中发生反应的反应式：
________________________________________________________________________。
(4)检验a管中气体的方法是
________________________________________________________________________。
(5)检验b管中气体的方法是
________________________________________________________________________。
(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是
________________________________________________________________________。
解析：A与电源负极相连，为阴极；B与电源正极相连，为阳极。溶液中H＋、OH－分别在A、B两极上放电，反应式为：
A极：4H＋＋4e－===2H2↑
B极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
则A极附近会产生OH－(水电离出来的)，B极附近会产生H＋(水电离出来的)，所以A处溶液由红变黄，B处溶液不变色；电解一段时间后，溶液底部会产生Mg(OH)2沉淀，溶液中有H2SO4，切断电源后，Mg(OH)2会溶解。
答案：(1)①④
(2)4H＋＋4e－===2H2↑，
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰
(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃
(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解
