(共57张PPT)
第1课时 电解的原理
学业基础
核心素养
当堂评价
核心微网络
素养新目标
1. 认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．了解电解池的工作原理。
3．能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
学业基础
一、电解熔融氯化钠实验
1．实验现象：通电后，在石墨电极周围有_____产生，在铁电极上生成___________。
2．实验分析
(1)通电前：熔融氯化钠中存在的微粒是_____、_____，离子做无规则自由运动。
(2)通电后离子的运动方向：
a．阳离子Na＋移向__________________________________；
b．阴离子Cl－移向___________________________________。
气泡
银白色金属
Na＋
Cl－
与电源负极相连的铁电极
与电源正极相连的石墨电极
(3)电极上发生的反应：
铁电极：______________________，
石墨电极：____________________。
3．实验结论：熔融的氯化钠在电流作用下发生了________，分解生成了________。
2Cl－－2e－===Cl2↑
2Na＋＋2e－===2Na
化学变化
钠和氯气
4．电解
电解
状元随笔 (1)电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。
(2)电解是最强的氧化还原手段，通着外加直流电源可以使一些不能自发进行的氧化还原反应得以实现。
(3)电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(熔融电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。
二、电解池及其工作原理
1．电解池
(1)定义：将______转化为________的装置。
(2)组成：_____电源，固体电极材料，电解质溶液或_____电解质。
2．电极及电极反应：
(1)阳极：发生_____反应的电极；
(2)阴极：发生_____反应的电极。
电能
化学能
直流
熔融
氧化
还原
3．工作原理
(1)工作原理
还原
氧化
阳
阴
(2)电极的判断与电极反应
电极名称 阳极 阴极
与电源电极的连接 ________ ________
得失电子 ________ ________
反应类型 ________ ________
电极反应式(举例) 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Na＋＋2e－===2Na
正极
负极
失去电子
得到电子
氧化反应
还原反应
4.原电池和电解池的异同点
(1)相同点：
①反应上：氧化反应和还原反应均在________上分别进行。
②装置构成：都有电极反应物、______材料、离子导体和_____导体。
(2)不同点：
①能量转化方式：原电池是______能转化成____能，电解池是____能转化成______能。
②装置构成：原电池______外接电源，电解池_____外接直流电源。
两极
电极
电子
化学
电
电
化学
不需
需要
状元随笔
项目 异同 原电池 电解池
工作 原理 不同 自发进行的氧化还原反应；化学能转化为电能 使难以发生的氧化还原反应发生；电能转化为化学能
相同 两电极上分别发生氧化和还原反应 装置 构成 不同 无电源 有直流电源
相同 都有电极反应物、电极材料、离子导体和电子导体 【即学即练】
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)熔融的NaCl中，Na＋、Cl－处于自由运动状态。( )
(2)电解熔融NaCl的装置中，Na＋向阳极移动、Cl－向阴极移动。( )
√
×
解析：NaCl属于离子化合物，熔融状态离子键被破坏，Na＋、Cl－成为可自由移动的离子。
解析：在电解装置中，阳极带正电，阴极带负电，熔融NaCl中的阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
(3)电解是把电能转变成化学能。( )
(4)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。( )
√
√
解析：从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程。
解析：电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，属于化学变化，而金属导电是金属中自由电子的定向移动，没有生成新物质，属于物理变化。
2．能用电解原理说明的问题是( )
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是化学能转变成电能 ③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生
A．①②③④ B．②③⑤
C．③④ D．①③④⑤
答案：D
解析：从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故①对、②错；电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故③、⑤对；某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可能实现，故④对。所以D选项符合题意。
3．(双选)在元旦晚会上，某同学表演了化学魔术——“黑笔写红字”，如图是他设计的实验装置。滤纸先用硫酸钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写“元旦快乐”，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是 ( )
A．铅笔端作阴极，铂片端发生还原反应
B．铅笔端有少量钠生成
C．硫酸钠溶液可以用硝酸钾溶液替代
D．铂片端发生电极反应：4OH－－4e－
===2H2O＋O2↑
答案：CD
解析：根据图示知，铅笔端为阴极，铂片端为阳极。在硫酸钠溶液中存在电离反应式：===，H2O H＋＋OH－，在阳极(铂片端)：失电子能力：，电极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；阴极(铅笔端)，得电子能力：H＋>Na＋，电极反应式：4H＋＋4e－===2H2↑，铅笔端OH－浓度增大，呈碱性，使含酚酞的滤纸变红色。此反应实质是电解水，硫酸钠起导电作用，可以用硝酸钠、硝酸钾代替。
4．用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，若保持温度不变，则一段时间后( )
A．溶液的酸性增强
B．c(Na＋)与)的比值增大
C．溶液浓度变大，有晶体析出
D．溶液浓度不变，有晶体析出
答案：D
解析：
5．用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液，一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量相应的溶质能使溶液恢复到电解前浓度的是( )
A．AgNO3 B．Na2SO4
C．CuCl2 D．KCl
答案：C
解析：直接加入溶质就能使溶液恢复到电解前的浓度应属于电解溶质型，即选
C；AgNO3发生的电解反应是4AgNO3＋2H2O 4Ag＋O2↑＋4HNO3，可加Ag2O或Ag2CO3；电解Na2SO4的水溶液实际电解的是水；电解KCl水溶液实际电解的是溶质和溶剂，通HCl气体能恢复原状。
6．某研究性学习小组的学生为了从含有FeCl3、FeCl2、CuCl2的废液中回收Cu，设计了两种方案并进行评价。请回答有关问题。
方案1：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，________。在所得滤渣中加入足量的盐酸，充分反应后，再过滤即得到铜。
方案2：在废液中加入适量的盐酸调节溶液的pH＝1，用铜和石墨作电极进行电解。当观察到________________时，即停止电解，这时要回收的Cu已全部析出。
(1)方案1中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为_________
_______，过滤操作时，需要用到的玻璃仪器是_________________。
(2)方案2在电极上直接回收铜，操作上比方案1简便，但方案2也有不足之处，主要表现为_______________________________________。
过滤
阴极上有气泡产生
Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋
漏斗、烧杯、玻璃棒
有污染性气体Cl2产生，使用了电解装置，成本较高
解析：方案1是根据铁的还原性比铜强，用铁把铜置换出来，分离固体与液体的混合物时应该用过滤的方法。
方案2是利用电解原理，使铜在电解池的阴极析出。氧化性强弱顺序为Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋，所以电解时在阴极上首先发生的反应是2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，然后是Cu2＋＋2e－===Cu，当铜全部析出后即发生反应2H＋＋2e－===H2↑，所以当看到阴极有气体放出时，说明铜已经全部析出，在阳极上首先放电的是Cl－，Cl－失电子产生氯气，而氯气有毒会污染环境，同时方案2用了电解的方法，成本较高。
核心素养
目标一 电解的原理
例1 将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是( )
A．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
B．Cu电极上发生还原反应
C．片刻后甲池中)增大
D．片刻后可观察到滤纸b点附近变红色
答案：B
解析：甲、乙装置能自发地进行氧化还原反应，所以是原电池，锌易失电子作负极，铜作正极，则含有硫酸钠溶液的滤纸是电解池，a是阴极，b是阳极。电子沿Zn→a，b→Cu路径流动，电子不进入电解质溶液，A错；铜电极上铜离子得电子发生还原反应生成铜，B对；锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应生成锌离子进入溶液，硫酸根离子不参加反应，所以硫酸根离子浓度不变，C错。电解池中，a电极上氢离子放电生成氢气，同时a电极附近生成氢氧根离子，导致溶液碱性增强，所以滤纸a点附近变红色，D错。
状元随笔 电解池中电子和离子移动方向
(1)电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
(2)离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
电解的原理
[提升1] 用石墨作电极电解KCl和CuSO4(等体积混合)混合溶液，电解过程中溶液pH随时间t的变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．ab段H＋被还原，溶液的pH增大
B．cd段相当于电解水
C．c点时加入适量CuCl2固体，电解
液可恢复原来浓度
D．原溶液中KCl和CuSO4的物质的量
浓度之比为2∶1
答案：B
解析：用惰性电极电解等体积的KCl和CuSO4混合溶液，阴极上离子放电顺序是Cu2＋>H＋，阳极上离子放电顺序是Cl－>OH－，电解过程分三个阶段。第一阶段：阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑、阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜离子浓度减小，水解得到的氢离子浓度减小，溶液的pH增大；第二阶段：阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，反应中生成硫酸，溶液pH降低；第三阶段：阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑、阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，实质是电解水，溶液中硫酸浓度增大，pH继续降低。A错，ab段阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜离子浓度减小，水解得到的氢离子浓度减小，溶液的pH增大。B对，cd段相当于电解水。C错，电解至c点时，溶液中溶质为硫酸、硫酸钾，往电解液中加入适量CuCl2固体，不能使电解液恢复至原来的浓度。D错，图像中具体数量关系未知，不能计算原混合溶液中KCl和CuSO4的浓度之比。
状元随笔
电解池的阴、阳极的判断方法
关键能力
电解时放电顺序和电极产物的判断
(1)基本思路
(2)离子放电顺序
①阴离子的放电顺序：
②阳离子的放电顺序：
目标二 电解规律
例2 (双选)用惰性电极进行电解，下列说法正确的是( )
A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2∶1
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
答案：CD
解析：电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH变小，A错；电解稀氢氧化钠溶液，实质上是电解水，故溶液pH增大，B错；电解硫酸钠溶液相当于电解水，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2∶1，C正确；电解氯化铜溶液时，阴极上铜离子得电子生成铜，阳极上氯离子失电子生成氯气，根据得失电子守恒。在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1，D正确。
[提升2] (1)用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度，电解过程中转移的电子为____ mol，还可以加入_____mol________使其复原。
(2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度，电解过程中转移的电子为_____mol。
(3)如果向所得的溶液中加入后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度(不考虑CO2的溶解)，电解过程中转移的电子为_____mol。
0.2
0.1
CuCO3
0.4
0.6
解析：(1)电解硫酸铜溶液的反应为2CuSO4＋2H2O通电2Cu＋2H2SO4＋O2↑，从方程式可以看出，电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气，加入0.1 mol CuO可以使溶液恢复至原来状态，说明参与反应的硫酸铜只有0.1 mol，转移的电子为0.2 mol。还可以加入CuCO3，因为CuCO3与H2SO4反应，生成CuSO4、H2O和CO2。(2)加入0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢复至原来状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解。根据原子守恒，说明阳极析出0.1 mol O2，阴极析出0.1 mol Cu和0.1 mol H2，则电解过程中转移电子0.1 mol×4＝0.4 mol。(3)根据原子守恒，加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可以看作0.2 mol CuO、0.1 mol H2O和0.1 mol CO2，则阳极析出0.15 mol O2，阴极析出0.2 mol Cu和0.1 mol H2，因此转移的电子为0.6 mol。
状元随笔 (1)电解水型的电解池，电解一段时间后，其电解质的浓度不一定增大。如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后会析出Na2SO4·10H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。
(2)电解质溶液的复原措施：
电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即
一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。
关键能力
项目 电解质类别 电极反应 电解质溶液浓 度变化 pH 变化 电解
质溶
液复原
电解 水型 含氧酸，如H2SO4 阴极： 4H＋＋4e－===2H2↑ 阳极： 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 电解化学方程式： 2H2O 2H2↑＋O2↑ 增大 减小 加水
可溶性强碱，如NaOH 增大 增大 加水
活泼金属含氧酸盐，如KNO3 增大 不变 加水
电解 电解 质自 身型 无氧酸， 如HCl 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解化学方程式： 2HCl H2↑＋Cl2↑ 减小 增大 通HCl
不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解化学方程式： CuCl2 Cu＋Cl2↑ 减小 —— 加
CuCl2
活泼金属无氧酸盐，如NaCl 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解离子方程式： 2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新 电解质 增大 通HCl
不活泼金属含氧酸盐，如CuSO4 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 电解离子方程式： 2Cu2＋＋2H2O 2Cu ＋O2↑＋4H＋ 生成新 电解质 减小 加CuO
或CuCO3
当堂评价
1．如图所示装置中，属于电解池的是( )
答案：C
2．下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是( )
A．用石墨电极电解饱和食盐水，阴极：
Na＋＋e－===Na
B．用铜电极电解CuSO4溶液，阳极：
Cu－2e－===Cu2＋
C.用石墨电极电解熔融NaCl，阴极：
Na＋＋e－===Na
D．用石墨电极电解NaOH溶液，阳极：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
答案：A
3．(双选)有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是( )
A．甲中正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．乙中阳极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．丙中H＋向碳棒方向移动
D．丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体
答案：AC
4.如图是电解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
答案：C
5．如图所示，四支电极均为铂电极，供选择的四组电解质溶液如下表：
组 A B C D
甲槽 NaOH溶液 AgNO3溶液 H2SO4溶液 NaCl溶液
乙槽 CuSO4溶液 CuCl2溶液 AgNO3溶液 AgNO3溶液
要满足的条件是①工作一段时间后，甲槽电解液pH上升，而乙槽电解液pH下降；②b、c两极放电离子的物质的量相等。则：
(1)应选用的电解液是________组。
(2)甲槽的电解方程式为
___________________________________________；
乙槽的电解方程式为
____________________________________________。
D
2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
4AgNO3＋2H2O 4Ag＋O2↑＋4HNO3
解析：根据电解规律，电解后电解液的pH升高的有NaOH溶液和NaCl溶液；pH降低的有CuSO4溶液、AgNO3溶液和H2SO4溶液；pH基本不变的有CuCl2溶液。由条件①排除B、C。又因为甲、乙两池是串联的，故b为阳极、c为阴极，A、D组电解液的电极反应分别为
A组
b极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
c极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
D组
b极：2Cl－－2e－===Cl2↑
c极：2Ag＋＋2e－===2Ag
由条件②排除A。
6．用石墨作电极电解1 L 0.1 mol·L－1的CuSO4溶液(假定电解前后溶液体积不变)。
(1)电路中通过0.1 mol电子时，溶液的c(H＋)为__________，欲恢复电解前状态应加入CuO的质量是____g。
(2)当电路中通过0.3 mol电子时，欲恢复电解前状态，可加入下列的____。
a．Cu b．CuO
c．Cu(OH)2 d．Cu2(OH)2CO3
0.1 mol·L－1
4
d
解析：(1)n(Cu2＋)＝0.1 mol，当电路中n(e－)≤0.2 mol时，只有CuSO4溶液被电解，由CuSO4～2e－～2H＋～Cu～CuO，电路中通过0.1 mol电子时，生成H＋为0.1 mol，c(H＋)＝0.1 mol·L－1，应加入CuO 0.05 mol，即4 g才能恢复原状态。
(2)当通过0.3 mol e－时，有0.1 mol e－来自电解水，被电解的水为0.05 mol，需加入0.1 mol CuO与0.05 mol H2O，此时n(Cu)∶n(H)＝1∶1，应加入。
(3)用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，实验装置如图甲。电解过程中的实验数据如图乙，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。
则下列说法不正确的是( )
A．电解过程中，a电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生
B．b电极上发生的反应方程式为
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．曲线0～P段表示O2的体积变化
D．Q点时溶液中H＋的物质的量为0.4 mol
D
解析： (3)由电流方向可知，b电极为阳极，a电极为阴极，电解过程中，a电极表面先是Cu2＋放电，后为H＋放电，即先有红色物质析出，后有气泡产生，A正确；b电极上发生的反应方程式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B正确；曲线0～P段是阴极产生铜，阳极产生O2，曲线P～Q段是阴极产生H2，阳极产生O2，C正确；0～P段产生1.12 L(标准状况)O2，转移电子0.2 mol，消耗0.2 mol OH－，积累0.2 mol H＋，P～Q段电解水，n(H＋)不变，D不正确。
练后反思,
电解池中电极反应式书写的四个易失分点
(1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成化学式。
(2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息写出反应物和生成物，然后根据“阴得阳失”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O，依据电荷守恒配平。
(3)注意运用H＋、OH－、H2O进行配平：酸性溶液中一定不能存在OH－，同理，在碱性溶液中一定不能存在H＋。
(4)要确保两极得失电子数目相等，且注明条件“通电”。第3节 电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
核心微网络
素养新目标
1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．了解电解池的工作原理。
3．能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
学业基础——自学·思记·尝试
一、电解熔融氯化钠实验
1．实验现象：通电后，在石墨电极周围有________产生，在铁电极上生成__________________。
2．实验分析
(1)通电前：熔融氯化钠中存在的微粒是________、________，离子做无规则自由运动。
(2)通电后离子的运动方向：
a．阳离子Na＋移向
________________________________________________________________________；
b．阴离子Cl－移向
________________________________________________________________________。
(3)电极上发生的反应：
铁电极：
________________________________________________________________________，
石墨电极：
________________________________________________________________________。
3．实验结论：熔融的氯化钠在电流作用下发生了________，分解生成了________。
4．电解
状元随笔 (1)电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。
(2)电解是最强的氧化还原手段，通着外加直流电源可以使一些不能自发进行的氧化还原反应得以实现。
(3)电解质溶液(或熔融电解质)的导电过程，就是电解质溶液(熔融电解质)的电解过程，是化学变化，而金属的导电是利用其物理性质。
二、电解池及其工作原理
1．电解池
(1)定义：将________转化为________的装置。
(2)组成：________电源，固体电极材料，电解质溶液或________电解质。
2．电极及电极反应：
(1)阳极：发生________反应的电极；
(2)阴极：发生________反应的电极。
3．工作原理
(1)工作原理
(2)电极的判断与电极反应
电极名称 阳极 阴极
与电源电极的连接 ________ ________
得失电子 ________ ________
反应类型 ________ ________
电极反应式(举例) 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Na＋＋2e－===2Na
4.原电池和电解池的异同点
(1)相同点：
①反应上：氧化反应和还原反应均在________上分别进行。
②装置构成：都有电极反应物、________材料、离子导体和________导体。
(2)不同点：
①能量转化方式：原电池是________能转化成________能，电解池是________能转化成________能。
②装置构成：原电池________外接电源，电解池________外接直流电源。
状元随笔
项目 异同 原电池 电解池
工作 原理 不同 自发进行的氧化还原反应；化学能转化为电能 使难以发生的氧化还原反应发生；电能转化为化学能
相同 两电极上分别发生氧化和还原反应
装置 构成 不同 无电源 有直流电源
相同 都有电极反应物、电极材料、离子导体和电子导体
【即学即练】
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)熔融的NaCl中，Na＋、Cl－处于自由运动状态。( )
(2)电解熔融NaCl的装置中，Na＋向阳极移动、Cl－向阴极移动。( )
(3)电解是把电能转变成化学能。( )
(4)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。( )
2．能用电解原理说明的问题是( )
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是化学能转变成电能 ③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生
A．①②③④ B．②③⑤
C．③④D．①③④⑤
3．(双选)在元旦晚会上，某同学表演了化学魔术——“黑笔写红字”，如图是他设计的实验装置。滤纸先用硫酸钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写“元旦快乐”，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是 ( )
A．铅笔端作阴极，铂片端发生还原反应
B．铅笔端有少量钠生成
C．硫酸钠溶液可以用硝酸钾溶液替代
D．铂片端发生电极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
4．用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，若保持温度不变，则一段时间后( )
A．溶液的酸性增强
B．c(Na＋)与)的比值增大
C．溶液浓度变大，有晶体析出
D．溶液浓度不变，有晶体析出
5．用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液，一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量相应的溶质能使溶液恢复到电解前浓度的是( )
A．AgNO3 B．Na2SO4
C．CuCl2 D．KCl
6．某研究性学习小组的学生为了从含有FeCl3、FeCl2、CuCl2的废液中回收Cu，设计了两种方案并进行评价。请回答有关问题。
方案1：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，________。在所得滤渣中加入足量的盐酸，充分反应后，再过滤即得到铜。
方案2：在废液中加入适量的盐酸调节溶液的pH＝1，用铜和石墨作电极进行电解。当观察到________时，即停止电解，这时要回收的Cu已全部析出。
(1)方案1中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为________，过滤操作时，需要用到的玻璃仪器是________。
(2)方案2在电极上直接回收铜，操作上比方案1简便，但方案2也有不足之处，主要表现为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
核心素养——合作·探究·分享
目标一 电解的原理
例1 将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是( )
A．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
B．Cu电极上发生还原反应
C．片刻后甲池中)增大
D．片刻后可观察到滤纸b点附近变红色
状元随笔 电解池中电子和离子移动方向
(1)电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
(2)离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
电解的原理
[提升1] 用石墨作电极电解KCl和CuSO4(等体积混合)混合溶液，电解过程中溶液pH随时间t的变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．ab段H＋被还原，溶液的pH增大
B．cd段相当于电解水
C．c点时加入适量CuCl2固体，电解液可恢复原来浓度
D．原溶液中KCl和CuSO4的物质的量浓度之比为2∶1
状元随笔
电解池的阴、阳极的判断方法
关键能力
电解时放电顺序和电极产物的判断
(1)基本思路
(2)离子放电顺序
①阴离子的放电顺序：
②阳离子的放电顺序：
目标二 电解规律
例2 (双选)用惰性电极进行电解，下列说法正确的是( )
A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2∶1
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
[提升2] (1)用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度，电解过程中转移的电子为________ mol，还可以加入________mol________使其复原。
(2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度，电解过程中转移的电子为________mol。
(3)如果向所得的溶液中加入后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度(不考虑CO2的溶解)，电解过程中转移的电子为________mol。
状元随笔 (1)电解水型的电解池，电解一段时间后，其电解质的浓度不一定增大。如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后会析出Na2SO4·10H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。
(2)电解质溶液的复原措施：
电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即
一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。
关键能力
项目 电解质类别 电极反应 电解质溶液浓 度变化 pH 变化 电解 质溶 液复原
电解 水型 含氧酸，如H2SO4 阴极： 4H＋＋4e－===2H2↑ 阳极： 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 电解化学方程式： 2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 减小 加水
可溶性强碱，如NaOH 增大 增大 加水
活泼金属含氧酸盐，如KNO3 增大 不变 加水
电解 电解 质自 身型 无氧酸，如HCl 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解化学方程式： 2HClH2↑＋Cl2↑ 减小 增大 通HCl
不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解化学方程式： CuCl2Cu＋Cl2↑ 减小 —— 加 CuCl2
放生碱型 活泼金属无氧酸盐，如NaCl 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解离子方程式： 2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新 电解质 增大 通HCl
放生酸型 不活泼金属含氧酸盐，如CuSO4 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 电解离子方程式： 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新 电解质 减小 加CuO 或CuCO3
当堂评价——夯实·测控·演练
1．如图所示装置中，属于电解池的是( )
2．下面列出了电解不同物质的电极反应式，其中错误的是( )
A．用石墨电极电解饱和食盐水，阴极：
Na＋＋e－===Na
B．用铜电极电解CuSO4溶液，阳极：
Cu－2e－===Cu2＋
C.用石墨电极电解熔融NaCl，阴极：
Na＋＋e－===Na
D．用石墨电极电解NaOH溶液，阳极：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
3．(双选)有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是( )
A．甲中正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．乙中阳极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．丙中H＋向碳棒方向移动
D．丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体
4.
如图是电解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
5．如图所示，四支电极均为铂电极，供选择的四组电解质溶液如下表：
组 A B C D
甲槽 NaOH溶液 AgNO3溶液 H2SO4溶液 NaCl溶液
乙槽 CuSO4溶液 CuCl2溶液 AgNO3溶液 AgNO3溶液
要满足的条件是①工作一段时间后，甲槽电解液pH上升，而乙槽电解液pH下降；②b、c两极放电离子的物质的量相等。则：
(1)应选用的电解液是________组。
(2)甲槽的电解方程式为
________________________________________________________________________；
乙槽的电解方程式为
________________________________________________________________________。
6．用石墨作电极电解1 L 0.1 mol·L－1的CuSO4溶液(假定电解前后溶液体积不变)。
(1)电路中通过0.1 mol电子时，溶液的c(H＋)为________，欲恢复电解前状态应加入CuO的质量是________g。
(2)当电路中通过0.3 mol电子时，欲恢复电解前状态，可加入下列的________。
a．Cu b．CuO
c．Cu(OH)2 d．Cu2(OH)2CO3
(3)用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，实验装置如图甲。电解过程中的实验数据如图乙，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法不正确的是( )
A．电解过程中，a电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生
B．b电极上发生的反应方程式为
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．曲线0～P段表示O2的体积变化
D．Q点时溶液中H＋的物质的量为0.4 mol
练后反思,
电解池中电极反应式书写的四个易失分点
(1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成化学式。
(2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息写出反应物和生成物，然后根据“阴得阳失”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O，依据电荷守恒配平。
(3)注意运用H＋、OH－、H2O进行配平：酸性溶液中一定不能存在OH－，同理，在碱性溶液中一定不能存在H＋。
(4)要确保两极得失电子数目相等，且注明条件“通电”。
第3节 电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
学 业 基 础
一、
1．气泡 银白色金属
2．(1)Na＋ Cl－
(2)a.与电源负极相连的铁电极 b．与电源正极相连的石墨电极
(3)2Na＋＋2e－===2Na 2Cl－－2e－===Cl2↑
3．化学变化 钠和氯气
4．电解
二、
1．(1)电能 化学能 (2)直流 熔融
2．(1)氧化 (2)还原
3．(1)还原 氧化 阳 阴
(2)正极 负极 失去电子 得到电子 氧化反应 还原反应
4．(1)①两极 ②电极 电子 (2)①化学 电 电 化学 ②不需 需要
【即学即练】
1．解析：(1)NaCl属于离子化合物，熔融状态离子键被破坏，Na＋、Cl－成为可自由移动的离子。(2)在电解装置中，阳极带正电，阴极带负电，熔融NaCl中的阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。(3)从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程。(4)电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，属于化学变化，而金属导电是金属中自由电子的定向移动，没有生成新物质，属于物理变化。
答案：(1)√ (2)× (3)√ (4)√
2．解析：从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故①对、②错；电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故③、⑤对；某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可能实现，故④对。所以D选项符合题意。
答案：D
3．解析：根据图示知，铅笔端为阴极，铂片端为阳极。在硫酸钠溶液中存在电离反应式：===，H2O H＋＋OH－，在阳极(铂片端)：失电子能力：，电极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；阴极(铅笔端)，得电子能力：H＋>Na＋，电极反应式：4H＋＋4e－===2H2↑，铅笔端OH－浓度增大，呈碱性，使含酚酞的滤纸变红色。此反应实质是电解水，硫酸钠起导电作用，可以用硝酸钠、硝酸钾代替。
答案：CD
4．解析：
答案：D
5．解析：直接加入溶质就能使溶液恢复到电解前的浓度应属于电解溶质型，即选C；AgNO3发生的电解反应是4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，可加Ag2O或Ag2CO3；电解Na2SO4的水溶液实际电解的是水；电解KCl水溶液实际电解的是溶质和溶剂，通HCl气体能恢复原状。
答案：C
6．解析：方案1是根据铁的还原性比铜强，用铁把铜置换出来，分离固体与液体的混合物时应该用过滤的方法。
方案2是利用电解原理，使铜在电解池的阴极析出。氧化性强弱顺序为Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋，所以电解时在阴极上首先发生的反应是2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，然后是Cu2＋＋2e－===Cu，当铜全部析出后即发生反应2H＋＋2e－===H2↑，所以当看到阴极有气体放出时，说明铜已经全部析出，在阳极上首先放电的是Cl－，Cl－失电子产生氯气，而氯气有毒会污染环境，同时方案2用了电解的方法，成本较高。
答案：方案1：过滤
方案2：阴极上有气泡产生
(1)Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋ 漏斗、烧杯、玻璃棒
(2)有污染性气体Cl2产生，使用了电解装置，成本较高
核 心 素 养
[例1] 解析：甲、乙装置能自发地进行氧化还原反应，所以是原电池，锌易失电子作负极，铜作正极，则含有硫酸钠溶液的滤纸是电解池，a是阴极，b是阳极。电子沿Zn→a，b→Cu路径流动，电子不进入电解质溶液，A错；铜电极上铜离子得电子发生还原反应生成铜，B对；锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应生成锌离子进入溶液，硫酸根离子不参加反应，所以硫酸根离子浓度不变，C错。电解池中，a电极上氢离子放电生成氢气，同时a电极附近生成氢氧根离子，导致溶液碱性增强，所以滤纸a点附近变红色，D错。
答案：B
[提升1] 解析：用惰性电极电解等体积的KCl和CuSO4混合溶液，阴极上离子放电顺序是Cu2＋>H＋，阳极上离子放电顺序是Cl－>OH－，电解过程分三个阶段。第一阶段：阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑、阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜离子浓度减小，水解得到的氢离子浓度减小，溶液的pH增大；第二阶段：阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，反应中生成硫酸，溶液pH降低；第三阶段：阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑、阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，实质是电解水，溶液中硫酸浓度增大，pH继续降低。A错，ab段阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜离子浓度减小，水解得到的氢离子浓度减小，溶液的pH增大。B对，cd段相当于电解水。C错，电解至c点时，溶液中溶质为硫酸、硫酸钾，往电解液中加入适量CuCl2固体，不能使电解液恢复至原来的浓度。D错，图像中具体数量关系未知，不能计算原混合溶液中KCl和CuSO4的浓度之比。
答案：B
[例2] 解析：电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH变小，A错；电解稀氢氧化钠溶液，实质上是电解水，故溶液pH增大，B错；电解硫酸钠溶液相当于电解水，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2∶1，C正确；电解氯化铜溶液时，阴极上铜离子得电子生成铜，阳极上氯离子失电子生成氯气，根据得失电子守恒。在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1，D正确。
答案：CD
[提升2] 解析：(1)电解硫酸铜溶液的反应为2CuSO4＋2H2O通电2Cu＋2H2SO4＋O2↑，从方程式可以看出，电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气，加入0.1 mol CuO可以使溶液恢复至原来状态，说明参与反应的硫酸铜只有0.1 mol，转移的电子为0.2 mol。还可以加入CuCO3，因为CuCO3与H2SO4反应，生成CuSO4、H2O和CO2。(2)加入0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢复至原来状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解。根据原子守恒，说明阳极析出0.1 mol O2，阴极析出0.1 mol Cu和0.1 mol H2，则电解过程中转移电子0.1 mol×4＝0.4 mol。(3)根据原子守恒，加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可以看作0.2 mol CuO、0.1 mol H2O和0.1 mol CO2，则阳极析出0.15 mol O2，阴极析出0.2 mol Cu和0.1 mol H2，因此转移的电子为0.6 mol。
答案：(1)0.2 0.1 CuCO3 (2)0.4 (3)0.6
当 堂 评 价
1．答案：C
2．答案：A
3．答案：AC
4．答案：C
5．解析：根据电解规律，电解后电解液的pH升高的有NaOH溶液和NaCl溶液；pH降低的有CuSO4溶液、AgNO3溶液和H2SO4溶液；pH基本不变的有CuCl2溶液。由条件①排除B、C。又因为甲、乙两池是串联的，故b为阳极、c为阴极，A、D组电解液的电极反应分别为
A组
b极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
c极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
D组
b极：2Cl－－2e－===Cl2↑
c极：2Ag＋＋2e－===2Ag
由条件②排除A。
答案：(1)D
(2)2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3
6．解析：(1)n(Cu2＋)＝0.1 mol，当电路中n(e－)≤0.2 mol时，只有CuSO4溶液被电解，由CuSO4～2e－～2H＋～Cu～CuO，电路中通过0.1 mol电子时，生成H＋为0.1 mol，c(H＋)＝0.1 mol·L－1，应加入CuO 0.05 mol，即4 g才能恢复原状态。(2)当通过0.3 mol e－时，有0.1 mol e－来自电解水，被电解的水为0.05 mol，需加入0.1 mol CuO与0.05 mol H2O，此时n(Cu)∶n(H)＝1∶1，应加入。(3)由电流方向可知，b电极为阳极，a电极为阴极，电解过程中，a电极表面先是Cu2＋放电，后为H＋放电，即先有红色物质析出，后有气泡产生，A正确；b电极上发生的反应方程式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B正确；曲线0～P段是阴极产生铜，阳极产生O2，曲线P～Q段是阴极产生H2，阳极产生O2，C正确；0～P段产生1.12 L(标准状况)O2，转移电子0.2 mol，消耗0.2 mol OH－，积累0.2 mol H＋，P～Q段电解水，n(H＋)不变，D不正确。
答案：(1)0.1 mol·L－1 4 (2)d (3)D(共54张PPT)
第2课时 电解原理的应用
学业基础
核心素养
当堂评价
核心微网络
素养新目标
1. 认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理。
3．能根据电解池的工作原理设计简单的电解池。
学业基础
一、电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气
1．装置
2．现象
(1)阳极上：______________。
(2)阴极上：___________________________。
有气体产生
有气体产生，阴极附近溶液变红
3．原理分析及电极反应
电解时U形管中，__________移向阳极，__________移向阴极。
(1)阳极离子放电顺序：________，电解反应：_________________(_____反应)。
(2)阴极离子放电顺序：________，电极反应：_________________ (______反应)。
4．总反应化学方程式：
____________________________________________，
离子方程式：
_____________________________________________。
Cl－、OH－
H＋、Na＋
Cl－>OH－
2Cl－－2e－===Cl2↑
氧化
H＋>Na＋
2H＋＋2e－===H2↑
还原
2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－
5．产物及验证方法
(1)用________________检验阳极放出的氯气。
(2)用___________检验产物NaOH。
湿润的淀粉KI试纸
酚酞试液
状元随笔 (1)饱和食盐水的精制：电解前应除去食 盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、等杂质离子，加入试剂依次为NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、稀盐酸(或将BaCl2溶液和NaOH溶液的顺序互换)。
(2)用湿润的淀粉KI试纸检验阳极放出的氯气。
(3)通过气体的爆鸣声检验阴极放出的氢气。
二、铜的电解精炼
1．装置
粗铜
精铜
2．电极反应
阳极：_________________ (________反应)(主要)
阴极：_________________ (________反应)
3．阳极泥
铜的电解精炼过程中，粗铜中不如铜活泼的金属(Ag、Au、Pt等)与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池底部形成的物质。
Cu－2e－===Cu2＋
氧化
Cu2＋＋2e－===Cu
还原
状元随笔 (1)铜的电解精炼过程中，Zn、Ni、Fe等比铜活泼的金属以及铜在阳极放电变成金属阳离子进入溶液，不如铜活泼的银、金、铂等金属不放电，与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池的底部形成阳极泥。
(2)精炼铜时，由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据电子守恒，阳极溶解的Cu的质量小于阴极析出Cu的质量。
(3)电解精炼后溶液中阴离子浓度不变，阳离子浓度有的(如Cu2＋)变小，有的(如Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等)变大。
三、电镀
1．定义：应用_____原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。
2．目的：提高金属的______能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。
3．电镀池构成
镀层金属(或惰性电极)用作_____材料，镀件用作_____材料，含有___________的盐溶液作电镀液。
电解
抗腐蚀
阳极
阴极
镀层金属离子
状元随笔 理解电镀时需注意“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，一不变指电镀液浓度不变。
【即学即练】
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)向电解NaCl溶液的电解池中加入酚酞，阳极区变红。( )
(2)氯碱工业可以得到金属钠、Cl2和H2。( )
(3)电解饱和食盐水阴极产生的气体可使湿润的淀粉KI试纸变蓝。( )
(4)粗金属精炼时，粗金属作阳极，阳极泥是比被精炼金属不活泼的金属。( )
(5)电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度一定不变。( )
(6)精炼铜后，电解质溶液中含Zn2＋、Cu2＋、Ag＋、Fe2＋等阳离子。( )
(7)精炼铜装置中，阴极得到32 g铜，阳极电子转移1 mol。( )
×
×
×
×
×
√
√
2．用惰性电极电解未精制的饱和食盐水，食盐水装在U形管内，结果很快在某一电极附近出现食盐水变浑浊现象。造成浑浊的难溶物主要是( )
A．碳酸镁 B．硫酸钡
C．氢氧化镁 D．碳酸钡
答案：C
解析：未精制的食盐，含有Ca2＋、Mg2＋等杂质，通电后溶液中c(OH－)增大、Mg2＋极易与OH－作用产生Mg(OH)2沉淀。
3．(双选)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A.阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由b极区向a极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极
反应的O2等量
答案：CD
解析：据图可知，b极由O2反应生成了H2O2，在这个过程中，氧元素化合价降低，发生了得电子的还原反应，因此b极是电解池的阴极，可推出阴极的电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2；a极为电解池的阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。依据分析a极是阳极，属于放氧生酸型的电解池，所以阳极的反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A项正确；电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH不变，B项正确；由B的分析可知，氢离子通过质子交换膜移向阴极(b极)，C项错误；根据分析，阳极的反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极的反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，总反应为O2＋2H2O===2H2O2，要消耗氧气，即a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，D项错误。
4．电镀在工业上有着广泛的应用，可以镀锌、镀铜、镀金等。利用如图所示装置可以将铜牌变为银牌，即在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是( )
A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为
Ag＋＋e－===Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反
接，铜牌可恢复如初
答案：C
解析：铜牌上镀银，银为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均能溶解，铜牌不可能恢复如初。
5．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )
A．阴极自始至终只析出H2
B．阳极先析出Cl2，后析出O2
C．电解最后阶段为电解水
D．溶液pH不断增大，最后为7
答案：D
解析：电解质溶液中)＝3∶3∶2∶1，开始电解产生H2和Cl2，然后产生H2和Cl2的同时，生成OH－，最后是电解水，因而最后pH>7，阴极只放出H2。三个阶段分别相当于电解HCl→NaCl→H2O。
6．环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是( )
A．乙烯应通入阴极区
B．移出交换膜前存在反应
Cl2＋H2O HCl＋HClO
C．使用Cl－交换膜阻止OH－通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小
D．制备过程的总反应为：
H2C===CH2＋H2O===H2↑＋C2H4O
答案：A
解析：根据题意，电解时两区分别生成HOCH2CH2Cl、OH－，可推知，阴极区反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C2H4则在阳极区反应，生成HOCH2CH2Cl，A项错误；阳极区涉及反应包括：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2＋H2O HCl＋HClO，HClO＋C2H4―→HOCH2CH2Cl，B项正确；由于Cl－交换膜的存在，Cl2与OH－不相互接触，阳极区总反应为2Cl－－2e－＋H2O＋C2H4===HOCH2CH2Cl＋HCl，因此pH下降，C项正确；由阳极区总反应、阴极反应以及两极混合反应，三个反应相加，可得总反应为C2H4＋H2O===H2↑＋C2H4O，D项正确。
核心素养
目标一 电解原理的应用
例1 利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，
下列说法正确的是( )
A．电极b反应式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变
C．c电极上的电极反应式为
N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋
D．甲中每消耗1 mol SO2，乙装置中有1 mol H＋通过隔膜
答案：B
解析：甲装置为原电池，其中a电极为负极、b电极为正极，左侧通入了SO2和H2O，其中的H＋可透过质子膜进入右侧极室，右侧极室的环境是酸性的，电极反应中不能生成OH－，电极反应式应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A项错；乙装置是一个电解池，均采用了惰性电极，左侧c电极为阳极，右侧d电极为阴极，阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，虽然消耗了H＋，但同时有等量的H＋从阳极区迁移过来，故溶液的pH不变，B项对；c电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，C项错；甲装置左侧的电极反应式为，消耗1 mol SO2电子转移2 mol，乙装置中阳极反应为N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，为了平衡电荷，则有2 mol H＋通过隔膜，D项错。
状元随笔 (1)通过分析甲装置图：SO2→H2SO4，O2→H2O，判断出甲为原电池，乙为电解池。
(2)工业电解食盐水制备烧碱的装置示意图
阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过；②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
[提升1] (双选)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述不正确的是(已知：氧化性Fe2＋A．阴极发生还原反应，其电极反应式：
Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有铜和铂，没有锌、铁、镍
答案：BC
解析：电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有Ni2＋，则阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，阴极电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。
状元随笔 电解法冶炼活泼金属Na、Mg、Al的电极反应
提醒：电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。
关键能力
项目 电解池 电镀池 电解精炼池
定义 将电能转变成化学能的装置 应用电解原理在某些金属表面镀一层其他金属的装置 利用电解原理提纯金属的装置
装置 举例
形成 条件 ①两电极接直流电源； ②两电极插入电解质溶液； ③形成闭合回路 ①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极； ②电镀液必须含有镀层金属的离子 ①不纯金属作阳极，纯金属作阴极；
②含该金属离子的可溶性盐作电解质溶液
电极 反应 阳极：氧化反应，溶液中的阴离子或金属电极失电子；阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子 阳极：金属电极失电子； 阴极：电镀液中阳离子得电子 以精炼铜为例
阳极：Cu－2e－===Cu2＋
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池 目标二 有关电解的计算
例2 如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：
(1)电源中X极是____ (填“正”或“负”)极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝___________。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的c(OH－)＝___________。
负
0.025 mol·L－1
0.1 mol·L－1
解析：(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。(2)C中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。由4e－～O2可知，标准状况下B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL是H2，即Cu2＋全部在阴极放电后，H＋接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol电子时，Cu2＋已完全变为Cu单质。由2e－～Cu可知，n(Cu2＋)＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。(3)由关系式4e－～4OH－知，A中生成了0.02 mol OH－，则c(OH－)＝＝0.1 mol·L－1。
状元随笔 当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。由此可得出常见离子或析出物质及电子的物质的量之间的对应关系：H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－
如电解过程中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。
[提升2] 碱性硼化钒(VB2)—空气电池工作时发生反应4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。用该电池为电源，选用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图所示。当外电路中通过0.04 mol电子时，B装置内共收集到0.448 L气体(标准状况)，则下列说法正确的是 ( )
A．VB2电极发生的电极反应为2VB2＋11H2O－22e－===V2O5＋2B2O3＋22H＋
B．外电路中电子由c电极流向VB2电极
C．电解过程中，c电极表面先有红色物质析出，b电极有气泡产生
D．若B装置内的液体体积为200 mL，则CuSO4溶液的物质的量浓度为0.1 mol·L－1
答案：C
解析：A装置为原电池，a电极得电子为正极，VB2电极为负极，发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，A项错；外电路中电子由VB2电极流向c电极，B项错；电解过程中，c为阴极，发生还原反应，先生成铜，后产生氢气，电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生；b电极为阳极，失去电子发生氧化反应，有O2产生，C项对；B装置内共收集到气体0.448 L(标准状况)，即0.02 mol，此时外电路中通过0.04 mol电子，b极为阳极，氢氧根离子失电子产生0.01 mol氧气，则阴极产生0.01 mol氢气，所以溶液中的铜离子为＝0.01 mol，即CuSO4溶液的物质的量浓度为＝0.05 mol·L－1，D项错。
关键能力
(1)计算的原则
①阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。
②串联电路中通过电解池的电子总数相等。
③直流电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
(2)方法
(3)常见的计算类型
①两极产物的定量计算。
②溶液pH的计算。
③求元素化合价或确定物质的化学式。
④根据电量求产物的量或根据产物的量求电量。
当堂评价
1．许多金属都可以通过电解的方法达到精炼的目的。下列有关该方法的叙述中，正确的是( )
A．含杂质的粗金属作阳极，与直流电源的正极相连
B．阴极只要是一种导体即可，与精炼过程无关
C．电解质溶液中除了含有精炼的金属的阳离子之外，绝对不能含有其他金属阳离子
D．在精炼过程中，电解质溶液的成分不发生任何变化
答案：A
2.
如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是( )
A．电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色
B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应
C.铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
答案：D
3．串联电路中连接分别装有0.5 mol·L－1下列溶液的四个电解池，用惰性电极进行电解，连接直流电源一段时间后，溶液pH最小的是(电解产生的气体全部逸出)( )
A．KNO3溶液 B．NaCl溶液
C．AgNO3溶液 D．CuCl2溶液
答案：C
4．(双选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．X为电源的负极
B．固体电解质中转移1 mol O2－时电路中转移1 mol电子
C．电极A生成C2H4的反应式是
2CH4－4e－＋2O2－===C2H4＋2H2O
D．相同条件下，若生成乙烯和乙烷体积比为1∶1，则消耗CH4和CO2体积比为4∶3
答案：CD
5.(双选)纳米级Cu2O因具有优良的催化性能而受到广泛关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2Cu＋H2O通电Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )
A．钛电极上发生氧化反应
B．阳极附近溶液的pH逐渐减小
C．离子交换膜应采用阳离子交换膜
D．阳极反应式为
2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
答案：BD
解析：钛电极与电源负极相连作阴极，发生氢离子得电子的还原反应，A项错误；根据总反应可得阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，消耗OH－，则阳极附近溶液的pH减小，B、D项正确；阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，则应采用阴离子交换膜，C项错误。
6．(双选)工业上可利用如图所示电解装置吸收和转化SO2(A、B均为惰性电极)，下列说法正确的是( )
A．B极为电解池的阳极
B．B极区吸收5 mol SO2，则A极区生成
C．B极区电解液为稀硫酸，电解一段时间后硫酸浓度增大
D．A极的电极反应为2e－＋4H＋===S2＋2H2O
答案：AC
解析：A极处加入硫元素化合价降低，发生还原反应，则A极为电解池阴极，B极为电解池阳极，A正确；B极区吸收5 mol SO2，生成H2SO4，硫元素化合价升高2价，转移电子5 mol×2＝10 mol，根据得失电子守恒，则阴极也转移10 mol电子，e－则A极区生成B错误；B极区电解液为稀硫酸，电解过程中SO2转化为H2SO4，则电解一段时间后硫酸浓度增大，C正确；A极处加入电解过程中硫元素化合价降低，则A极的电极反应为e－H＋===S2＋2H2O，D错误。
7．下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。回答：
(1)直流电源中，M为____极。
(2)Pt电极上生成的物质是____，其质量为____ g。
(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质
的量之比为2∶____∶_____∶____。
(4)AgNO3溶液的浓度______ (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH_____，硫酸的浓度______，硫酸的pH______。
(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸______ g。
正
Ag
2.16
2
1
不变
不变
增大
减小
45.18
解析：(1)电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应：2H2O通电2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。据此可确定与d相连的电极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。(2)在336 mL气体中，V(H2)＝×336 mL＝224 mL，为0.01 mol；V(O2)＝×336 mL＝112 mL，为0.005 mol。说明电路上有0.02 mol电子转移，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02 mol×108 g·mol－1＝2.16 g，即0.02 mol的Ag。(3)n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶∶1。(4)由Ag(阳)极、Pt(阴)极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag＋的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液补充的Ag＋的物质的量，因此AgNO3溶液的浓度不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的硫酸溶液，由于其中的水发生电解，因此硫酸浓度增大，由于H＋的浓度增大，故溶液的pH减小。(5)设原5.00%的硫酸为x g，电解时消耗水0.01 mol×18 g·mol－1＝0.18 g，则：5.00%x＝5.02%(x－0.18)，解得x＝45.18。
练后反思
电解原理应用的四点注意事项
(1)阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子和气体分子不能通过。
(2)电解或电镀时，质量减小的电极必为金属电极——阳极；质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
(3)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其中活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积，电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
(4)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。第2课时 电解原理的应用
核心微网络
素养新目标
1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理。
3．能根据电解池的工作原理设计简单的电解池。
学业基础——自学·思记·尝试
一、电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气
1．装置
2．现象
(1)阳极上：
________________________________________________________________________。
(2)阴极上：
________________________________________________________________________。
3．原理分析及电极反应
电解时U形管中，________移向阳极，________移向阴极。
(1)阳极离子放电顺序：________，电解反应：______________________(________反应)。
(2)阴极离子放电顺序：________，电极反应：______________________(________反应)。
4．总反应化学方程式：
________________________________________________________________________，
离子方程式：
________________________________________________________________________。
5．产物及验证方法
(1)用________检验阳极放出的氯气。
(2)用________检验产物NaOH。
状元随笔 (1)饱和食盐水的精制：电解前应除去食 盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、等杂质离子，加入试剂依次为NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、稀盐酸(或将BaCl2溶液和NaOH溶液的顺序互换)。
(2)用湿润的淀粉KI试纸检验阳极放出的氯气。
(3)通过气体的爆鸣声检验阴极放出的氢气。
二、铜的电解精炼
1．装置
2．电极反应
阳极：______________________(________反应)(主要)
阴极：______________________(________反应)
3．阳极泥
铜的电解精炼过程中，粗铜中不如铜活泼的金属(Ag、Au、Pt等)与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池底部形成的物质。
状元随笔 (1)铜的电解精炼过程中，Zn、Ni、Fe等比铜活泼的金属以及铜在阳极放电变成金属阳离子进入溶液，不如铜活泼的银、金、铂等金属不放电，与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池的底部形成阳极泥。
(2)精炼铜时，由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据电子守恒，阳极溶解的Cu的质量小于阴极析出Cu的质量。
(3)电解精炼后溶液中阴离子浓度不变，阳离子浓度有的(如Cu2＋)变小，有的(如Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等)变大。
三、电镀
1．定义：应用________原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。
2．目的：提高金属的________能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。
3．电镀池构成
镀层金属(或惰性电极)用作________材料，镀件用作________材料，含有________的盐溶液作电镀液。
状元随笔 理解电镀时需注意“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，一不变指电镀液浓度不变。
【即学即练】
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)向电解NaCl溶液的电解池中加入酚酞，阳极区变红。( )
(2)氯碱工业可以得到金属钠、Cl2和H2。( )
(3)电解饱和食盐水阴极产生的气体可使湿润的淀粉KI试纸变蓝。( )
(4)粗金属精炼时，粗金属作阳极，阳极泥是比被精炼金属不活泼的金属。( )
(5)电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度一定不变。( )
(6)精炼铜后，电解质溶液中含Zn2＋、Cu2＋、Ag＋、Fe2＋等阳离子。( )
(7)精炼铜装置中，阴极得到32 g铜，阳极电子转移1 mol。( )
2．用惰性电极电解未精制的饱和食盐水，食盐水装在U形管内，结果很快在某一电极附近出现食盐水变浑浊现象。造成浑浊的难溶物主要是( )
A．碳酸镁 B．硫酸钡
C．氢氧化镁 D．碳酸钡
3．(双选)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A.阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由b极区向a极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
4．电镀在工业上有着广泛的应用，可以镀锌、镀铜、镀金等。利用如图所示装置可以将铜牌变为银牌，即在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是( )
A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
5．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )
A．阴极自始至终只析出H2
B．阳极先析出Cl2，后析出O2
C．电解最后阶段为电解水
D．溶液pH不断增大，最后为7
6．环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是( )
A．乙烯应通入阴极区
B．移出交换膜前存在反应
Cl2＋H2O HCl＋HClO
C．使用Cl－交换膜阻止OH－通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小
D．制备过程的总反应为：
H2C===CH2＋H2O===H2↑＋C2H4O
核心素养——合作·探究·分享
目标一 电解原理的应用
例1 利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．电极b反应式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变
C．c电极上的电极反应式为
N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋
D．甲中每消耗1 mol SO2，乙装置中有1 mol H＋通过隔膜
状元随笔 (1)通过分析甲装置图：SO2→H2SO4，O2→H2O，判断出甲为原电池，乙为电解池。
(2)工业电解食盐水制备烧碱的装置示意图
阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过；②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
[提升1] (双选)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述不正确的是(已知：氧化性Fe2＋A．阴极发生还原反应，其电极反应式：
Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有铜和铂，没有锌、铁、镍
状元随笔 电解法冶炼活泼金属Na、Mg、Al的电极反应
项目 总方程式 阳极、阴极反应式
冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑ 4Al3＋＋12e－===4Al
提醒：电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。
关键能力
项目 电解池 电镀池 电解精炼池
定义 将电能转变成化学能的装置 应用电解原理在某些金属表面镀一层其他金属的装置 利用电解原理提纯金属的装置
装置 举例
形成 条件 ①两电极接直流电源； ②两电极插入电解质溶液； ③形成闭合回路 ①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极； ②电镀液必须含有镀层金属的离子 ①不纯金属作阳极，纯金属作阴极； ②含该金属离子的可溶性盐作电解质溶液
电极 反应 阳极：氧化反应，溶液中的阴离子或金属电极失电子；阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子 阳极：金属电极失电子； 阴极：电镀液中阳离子得电子 以精炼铜为例 阳极：Cu－2e－===Cu2＋ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池
目标二 有关电解的计算
例2 如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：
(1)电源中X极是________(填“正”或“负”)极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝________。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的c(OH－)＝________。
状元随笔 当电流通过一个或多个串联的电解池时，它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。由此可得出常见离子或析出物质及电子的物质的量之间的对应关系：H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－
如电解过程中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。
[提升2] 碱性硼化钒(VB2)—空气电池工作时发生反应4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。用该电池为电源，选用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图所示。当外电路中通过0.04 mol电子时，B装置内共收集到0.448 L气体(标准状况)，则下列说法正确的是 ( )
A．VB2电极发生的电极反应为2VB2＋11H2O－22e－===V2O5＋2B2O3＋22H＋
B．外电路中电子由c电极流向VB2电极
C．电解过程中，c电极表面先有红色物质析出，b电极有气泡产生
D．若B装置内的液体体积为200 mL，则CuSO4溶液的物质的量浓度为0.1 mol·L－1
关键能力
(1)计算的原则
①阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。
②串联电路中通过电解池的电子总数相等。
③直流电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
(2)方法
(3)常见的计算类型
①两极产物的定量计算。
②溶液pH的计算。
③求元素化合价或确定物质的化学式。
④根据电量求产物的量或根据产物的量求电量。
当堂评价——夯实·测控·演练
1．许多金属都可以通过电解的方法达到精炼的目的。下列有关该方法的叙述中，正确的是( )
A．含杂质的粗金属作阳极，与直流电源的正极相连
B．阴极只要是一种导体即可，与精炼过程无关
C．电解质溶液中除了含有精炼的金属的阳离子之外，绝对不能含有其他金属阳离子
D．在精炼过程中，电解质溶液的成分不发生任何变化
2.
如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是( )
A．电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色
B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应
C.铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
3．串联电路中连接分别装有0.5 mol·L－1下列溶液的四个电解池，用惰性电极进行电解，连接直流电源一段时间后，溶液pH最小的是(电解产生的气体全部逸出)( )
A．KNO3溶液 B．NaCl溶液
C．AgNO3溶液 D．CuCl2溶液
4．(双选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．X为电源的负极
B．固体电解质中转移1 mol O2－时电路中转移1 mol电子
C．电极A生成C2H4的反应式是
2CH4－4e－＋2O2－===C2H4＋2H2O
D．相同条件下，若生成乙烯和乙烷体积比为1∶1，则消耗CH4和CO2体积比为4∶3
5.
(双选)纳米级Cu2O因具有优良的催化性能而受到广泛关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2Cu＋H2O通电Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )
A．钛电极上发生氧化反应
B．阳极附近溶液的pH逐渐减小
C．离子交换膜应采用阳离子交换膜
D．阳极反应式为
2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
6．(双选)工业上可利用如图所示电解装置吸收和转化SO2(A、B均为惰性电极)，下列说法正确的是( )
A．B极为电解池的阳极
B．B极区吸收5 mol SO2，则A极区生成
C．B极区电解液为稀硫酸，电解一段时间后硫酸浓度增大
D．A极的电极反应为2e－＋4H＋===S2＋2H2O
7．下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。回答：
(1)直流电源中，M为________极。
(2)Pt电极上生成的物质是________，其质量为________ g。
(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2∶________∶________∶________。
(4)AgNO3溶液的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH________，硫酸的浓度________，硫酸的pH________。
(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的硫酸________ g。
练后反思
电解原理应用的四点注意事项
(1)阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子和气体分子不能通过。
(2)电解或电镀时，质量减小的电极必为金属电极——阳极；质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
(3)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其中活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积，电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
(4)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。
第2课时 电解原理的应用
学 业 基 础
一、
2．(1)有气体产生 (2)有气体产生，阴极附近溶液变红
3．Cl－、OH－ H＋、Na＋
(1)Cl－>OH－ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 氧化
(2)H＋>Na＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 还原
4．2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
5．(1)湿润的淀粉KI试纸 (2)酚酞试液
二、
1．粗铜 精铜
2．Cu－2e－===Cu2＋ 氧化
Cu2＋＋2e－===Cu 还原
三、
1．电解
2．抗腐蚀
3．阳极 阴极 镀层金属离子
【即学即练】
1．答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)√
2．解析：未精制的食盐，含有Ca2＋、Mg2＋等杂质，通电后溶液中c(OH－)增大、Mg2＋极易与OH－作用产生Mg(OH)2沉淀。
答案：C
3．解析：据图可知，b极由O2反应生成了H2O2，在这个过程中，氧元素化合价降低，发生了得电子的还原反应，因此b极是电解池的阴极，可推出阴极的电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2；a极为电解池的阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。依据分析a极是阳极，属于放氧生酸型的电解池，所以阳极的反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A项正确；电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH不变，B项正确；由B的分析可知，氢离子通过质子交换膜移向阴极(b极)，C项错误；根据分析，阳极的反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极的反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，总反应为O2＋2H2O===2H2O2，要消耗氧气，即a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，D项错误。
答案：CD
4．解析：铜牌上镀银，银为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均能溶解，铜牌不可能恢复如初。
答案：C
5．解析：电解质溶液中)＝3∶3∶2∶1，开始电解产生H2和Cl2，然后产生H2和Cl2的同时，生成OH－，最后是电解水，因而最后pH>7，阴极只放出H2。三个阶段分别相当于电解HCl→NaCl→H2O。
答案：D
6．解析：根据题意，电解时两区分别生成HOCH2CH2Cl、OH－，可推知，阴极区反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C2H4则在阳极区反应，生成HOCH2CH2Cl，A项错误；阳极区涉及反应包括：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2＋H2O HCl＋HClO，HClO＋C2H4―→HOCH2CH2Cl，B项正确；由于Cl－交换膜的存在，Cl2与OH－不相互接触，阳极区总反应为2Cl－－2e－＋H2O＋C2H4===HOCH2CH2Cl＋HCl，因此pH下降，C项正确；由阳极区总反应、阴极反应以及两极混合反应，三个反应相加，可得总反应为C2H4＋H2O===H2↑＋C2H4O，D项正确。
答案：A
核 心 素 养
[例1] 解析：甲装置为原电池，其中a电极为负极、b电极为正极，左侧通入了SO2和H2O，其中的H＋可透过质子膜进入右侧极室，右侧极室的环境是酸性的，电极反应中不能生成OH－，电极反应式应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A项错；乙装置是一个电解池，均采用了惰性电极，左侧c电极为阳极，右侧d电极为阴极，阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，虽然消耗了H＋，但同时有等量的H＋从阳极区迁移过来，故溶液的pH不变，B项对；c电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，C项错；甲装置左侧的电极反应式为，消耗1 mol SO2电子转移2 mol，乙装置中阳极反应为N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，为了平衡电荷，则有2 mol H＋通过隔膜，D项错。
答案：B
[提升1] 解析：电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有Ni2＋，则阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，阴极电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。
答案：BC
[例2] 解析：(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。(2)C中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。由4e－～O2可知，标准状况下B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL是H2，即Cu2＋全部在阴极放电后，H＋接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol电子时，Cu2＋已完全变为Cu单质。由2e－～Cu可知，n(Cu2＋)＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。(3)由关系式4e－～4OH－知，A中生成了0.02 mol OH－，则c(OH－)＝＝0.1 mol·L－1。
答案：(1)负 (2)0.025 mol·L－1 (3)0.1 mol·L－1
[提升2] 解析：A装置为原电池，a电极得电子为正极，VB2电极为负极，发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，A项错；外电路中电子由VB2电极流向c电极，B项错；电解过程中，c为阴极，发生还原反应，先生成铜，后产生氢气，电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生；b电极为阳极，失去电子发生氧化反应，有O2产生，C项对；B装置内共收集到气体0.448 L(标准状况)，即0.02 mol，此时外电路中通过0.04 mol电子，b极为阳极，氢氧根离子失电子产生0.01 mol氧气，则阴极产生0.01 mol氢气，所以溶液中的铜离子为＝0.01 mol，即CuSO4溶液的物质的量浓度为＝0.05 mol·L－1，D项错。
答案：C
当 堂 评 价
1．答案：A
2．答案：D
3．答案：C
4．答案：CD
5．解析：钛电极与电源负极相连作阴极，发生氢离子得电子的还原反应，A项错误；根据总反应可得阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，消耗OH－，则阳极附近溶液的pH减小，B、D项正确；阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，则应采用阴离子交换膜，C项错误。
答案：BD
6．解析：A极处加入硫元素化合价降低，发生还原反应，则A极为电解池阴极，B极为电解池阳极，A正确；B极区吸收5 mol SO2，生成H2SO4，硫元素化合价升高2价，转移电子5 mol×2＝10 mol，根据得失电子守恒，则阴极也转移10 mol电子，e－则A极区生成B错误；B极区电解液为稀硫酸，电解过程中SO2转化为H2SO4，则电解一段时间后硫酸浓度增大，C正确；A极处加入电解过程中硫元素化合价降低，则A极的电极反应为e－H＋===S2＋2H2O，D错误。
答案：AC
7．解析：(1)电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应：2H2O通电2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。据此可确定与d相连的电极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。(2)在336 mL气体中，V(H2)＝×336 mL＝224 mL，为0.01 mol；V(O2)＝×336 mL＝112 mL，为0.005 mol。说明电路上有0.02 mol电子转移，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02 mol×108 g·mol－1＝2.16 g，即0.02 mol的Ag。(3)n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶∶1。(4)由Ag(阳)极、Pt(阴)极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag＋的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液补充的Ag＋的物质的量，因此AgNO3溶液的浓度不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的硫酸溶液，由于其中的水发生电解，因此硫酸浓度增大，由于H＋的浓度增大，故溶液的pH减小。(5)设原5.00%的硫酸为x g，电解时消耗水0.01 mol×18 g·mol－1＝0.18 g，则：5.00%x＝5.02%(x－0.18)，解得x＝45.18。
答案：(1)正 (2)Ag 2.16
(3)2 1
(4)不变 不变 增大 减小
(5)45.18
