鲁科版2015-2016学年高中化学选修4同步导学案 第一章 第2节 电能转化化学能-电解（含答案+解析）
文档属性
| 名称 | 鲁科版2015-2016学年高中化学选修4同步导学案 第一章 第2节 电能转化化学能-电解（含答案+解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 34.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2015-12-30 22:57:18 | ||
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文档简介
第2节 电能转化化学能——电解
★【课前学案导学】
■精准定位—教学目标展示（教案）
—学习目标导航（学案）
1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
2.了解食盐水电解的原理，清楚离子在电极上放电顺序。
3.了解电解精炼铜和电镀飞原理，会设计简单的电镀池。
■自主梳理—基础知识导航（教案、学案共有）
一、电解原理
1.金属是靠_________________________导电;电解质溶液是依靠_________
____________________________而导电。
2.下图是电解熔融氯化钠的装置图，请思考：
（1）通电前，熔融的氯化钠中存在_______________________离子。
（2）通电前这些离子做___________________运动。
（3）通电后，_____极上逐渐覆盖了一层银白色的物质，
这是因为析出了______。______极上有气泡产生，并可闻到_______的气味，该气体是________。可见通电后，两电极上都发生了化学变化。
3.与电源正极相连的电极我们称之为________，在这一极上发生的电极反应式为_______________；而与电源负极相连的电极我们称之为__________，在这一极上发生的电极反应为_______________。由实验可知熔融的氯化钠通电时，在两极上均发生了氧化还原反应，有新物质生成，此过程中___能转化为____能。
4．电解： ____________________的过程叫做电解。
二、电解池：把____________________的装置叫做电解池或电解槽。
(1)组成电解池的条件是：
①__________________________________________；
②__________________________________________；
③__________________________________________。
（2）下图是电解饱和食盐水的装置图，请思考以下问题：
三、铜的电解精炼
1.电解法制精铜，以________片做阴极，______做阳极，_______溶液做电解液，反应为：
阳极：____________进入溶液。
阴极：_____________沉积在铜片上。
2.作为杂质的_________金属氧化后的阳离子留在电解液中，比铜_______的金属杂质，则沉积在阳极底部，形成阳极泥。
四、电镀铜
以铁上镀铜为例，说明电镀所满足的基本条件
①___________________________________；②___________________________________；
③___________________________________。
电镀后阳极质量_______，阴极质量__________，电解液浓度_____________。
★【课堂探究导学】
■合作探究-名师保驾护航
探究一：电解反应式的书写
电极反应及电极产物的判断规律：电解质溶液在通直流电时，对电解产物的判断，既要 考虑阴阳离子的氧化还原能力，还要考虑电极材料、离子浓度、溶液酸碱性等。判断电解产物首先要注意电极材料，再根据电解质溶液的离子放电顺序进行判断。
（1）惰性电极电解（Pt、Au、碳棒）
阳离子放电顺序：Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Fe2+＞┈
阴离子放电顺序：S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根例子
下面分四种情况进行说明：
①电解质中溶质的阳离子放电，阴离子不放电：即阳离子的氧化性强于H+,而阴离子的还原性弱于OH--,产物为酸、O2及金属单质，电解后溶液pH减小。如：
a.电解AgNO3溶液产物为Ag和O2.HNO3: 4 AgNO3+2H2O4Ag+ O2↑+4HNO3
b.电解CuSO4溶液产物为Cu和O2.H2SO4: 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+ 2H2SO4:
②电解质中溶质的阴离子放电，阳离子不放电：即阳离子的氧化性弱于H+,而阴离子的还原性强于OH--，产物为碱、H2及非金属单质。电解NaCl、K2S、KBr、NaI等水溶液都产生氢气，电解后溶液pH增大。如：
2KI+2H2O2KOH+I2+H2↑
③电解过程中阴阳离子都放电：即阳离子的氧化性强于H+,而阴离子的还原性强于OH--。如：电解CuCl2水溶液或H+与S2-、I-、Br-、Cl-组成的酸。
CuCl2Cu+Cl2↑
2HClH2↑+Cl2↑
④电解过程中阴阳离子都不放电：即阳离子的氧化性弱于H+,而阴离子的还原性弱于OH-。
如电解Na2SO4.NaOH、HNO3.H2SO4等水溶液。电解质仅起到增强导电性的作用。pH的变化应分两种情况考虑：若原溶液是饱和溶液，则溶液浓度不再改变，pH也不再改变；若原溶液是不饱和溶液，则随着水的电解，溶液浓度增大，又有三种情形：
①若原溶液是酸性的，则酸性会更强，pH减小，如H2SO4等。
②若原溶液是碱性的，则碱性会更强，pH增大，如NaOH等。
③若原溶液是中性的，则pH不变，如K2SO4等。
（2）金属电极做阳极时：
金属阳极比电解质溶液中的阴离子容易放电，所以易于失去电子被氧化而溶解，形成金属阳离子进入溶液中，此时溶液中的阴离子不放电。具体应用有：电镀和金属的精炼。比如：用铜棒做电极电解NaCl溶液时，电极反应为：
阳极：Cu → Cu2++2e--
阴极：2H+ +2e--→ H2↑
『特别提醒』
（1）在水溶液中总是存在一定浓度的H+和OH—，它们也会参与电解，不能忽视它们的存在。
（2）离子浓度对电极产物有一定的影响，必要时应予以参考，如一般在酸性较强的溶液中H+的放电顺序在Cu2+之后Fe2+、Zn2+之前，但在Zn2+浓度很大的电镀液中H+放电却在Zn2+之后。
（3）一般来说，电极产物即电解产物，但二者并不完全相同，有时在电解液中也会产生电解产物，如电解食盐水时阳极产物是氯气，阴极产物是氢气和氢氧化钠，氢氧化钠即产生于阴极附近的电解液中。
（4）书写电极反应式要注意：反应物与产物之间用“→”连接。
探究二：用惰性电极电解电解质水溶液的类型总结
四种电解类型：
1）电解水型（强碱，含氧酸，活泼金属的含氧酸盐），pH由溶液的酸碱性决定，溶液呈碱性则pH增大，溶液呈酸性则pH减小，溶液呈中性则pH不变。电解质溶液复原只需加适量水
2）电解电解质型（无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐），无氧酸pH变大，不活泼金属的无氧酸盐PH不变。电解质溶液复原：加适量电解质。
3）放氢生碱型（活泼金属的无氧酸盐），pH变大。电解质溶液复原：加含相同阴离子的酸。
比如电解NaCl，随着NaCl被电解，生成NaOH，pH逐渐升高；
4）放氧生酸型（不活泼金属的含氧酸盐），pH变小。电解质 溶液复原：加含有阳离子碱或氧化物。
探究三：有关电解的计算
1.电解的有关计算常涉及的问题
（1）两极产物的定律计算；
（2）溶液PH的计算：PH=-lg-[H+]
（3）相对原子质量的计算和阿伏伽德罗常数的值的测定；
（4）根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量。
2.常用的三种方法
（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、相同电荷量等类型的计算，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：根据得失电子守恒关系找到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。
3.步骤：
（1）根据与电源的连接情况或实验现象，准确判断电极上发生氧化还原反应的类型和电极名称；
（2）准确写出电极反应式；
（3）根据题目所给条件和所要求解的问题，使用上述合适的方法建立等量关系求解。
■典例剖析-名师释疑助航
例1.下图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（ ）
a极板
b极板
x电极
y电极
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
『答案』A
『解析』根据题意，a极板质量增加，说明电解时有金属析出，发生还原反应，a极应是阴极，x电极应是负极，所以选项c不符合题意；选项B为NaOH溶液，电解时不可能有金属在阴极析出，故选项B也不符合题意。题中已知b极板有无色无臭气体放出，则此气体为氧气，故选项D不符合题意。因此答案为A.。
【变式训练1】用惰性电极进行电解，下列说法正确的是( )
A.电解稀硫酸溶液，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，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1:2
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
【例2】pH=a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH＞a，则该电解质可能是（ ）
A.NaOH B.H2SO4 C.AgNO3 D.Na2SO4
『答案』A
『解析』电解NaOH溶液相当于电解水，NaOH溶液浓度增大，使溶液的pH升高，A符合要求；电解H2SO4和电解Na2SO4溶液相似，都使溶液浓度增大，所以溶液的pH分别减小、不变，两者均不符合要求；电解AgNO3溶液生成HNO3，溶液的pH减小。
【变式训练2】 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.电解过程中阴极质量不断增加
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固体可使溶液恢复电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1
【例3】下图装置中，通电后可观察到Cu极溶解。下列说法中正确的是（ ）
A.a极是直流电源的正极
B.Fe极是阳极
C.Pt极产生的气体体积是Ag极产生气体体积的2倍
D.硫酸铜溶液的浓度不变
『答案』A、D
『解析』这是两电解池串连的情况，其特点是：所有电极上通过的电量相等，其电极及电极反应互不影响，与单个电解池相同。Cu极溶解，则其必为阳极（电解池中阳极质量不可能增加，阴极质量不可能减小），Fe极是阴极；b极是直流电源的负极，a极是直流电源的正极；Pt极为阳极，Ag极为是阴极。电解H2SO4溶液Pt极产生O2，Ag极产生H2，O2应为H2的1/2。电解CuSO4溶液，Cu为阳极，Fe极是阴极，是向Fe极上镀铜的过程，硫酸铜溶液的浓度不变。
【变式训练3】用石墨电极电解100 mL H2SO4与CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为
A.1 mol·L－1 B.2 mol·Ｌ－1 C.3 mol·L－1 D.4 mol·L－1
变式训练解析及答案
【变式训练1】
答案：D
解析：电解稀硫酸溶液，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，是电解水型，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为２：１，Ｃ错。
【变式训练2】
答案：AC
解析：处理有关电解问题首先注意电极材料，在此基础上写出电机反应和总的电解方程式，根据总的电解反应式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化，分析溶液的pH变化必须注意原溶液的pH情况。用惰性电极电解AgNO3溶液，总的电解方程式为：4 AgNO3+2H2O4Ag+ O2↑+4HNO3
可知：阴极上析出银，阳极上放出氧气，故A正确D错误；由于生成HNO3，溶液的Ph应不断降低，B错误;要使溶液恢复电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应：2Ag2O+4HNO3 == 4 AgNO3+2H2O，得到的物质恰好是反应掉的物质，可使溶液恢复电解前的状况，C正确。
【变式训练3】
答案：A
解析：电解质溶液中，阳离子为Ｈ＋、Cu2+，阴离子为ＳＯ、ＯＨ－。而阴离子放电顺序为OH－＞SO，则阴极析出的全是O2；阳离子放电顺序为Cu2+＞Ｈ＋，而阳极有气体H2析出，则说明Cu2+全部得电子转变为Cu析出。故发生的电解反应有：2Cu2+＋2H2O2Cu↓＋Ｏ2↑＋４Ｈ＋，２Ｈ2Ｏ2H2↑+O2↑。电解水产生的H2为2.24 L，则同时产生的O2为1.12 L；故在Cu析出的同时，产生的O2也为1.12 L。由2Cu2+—O2，可算出Cu2+的物质的量为：n(Cu2+)＝２×=0.1 mol，故c(Cu2+)＝=1 mol·L－1
此题也可以根据电子得失守恒来计算，即阳极产物失电子数等于阴极产物得电子数。设阴极有x mol铜析出，依题意有：2x+×２=×４解得x=0.1 mol，则c(Cu2+)==1 mol·L－1。
■常用教学素材
铅期货小知识——什么是电解铅
电解铅的冶炼工艺流程 铅冶金是白银生产的最佳载体：一般铅对金银的捕集回收率都在95%以上，因此金银的回收是与铅的生产状况直接相关的。现在世界上约有80%的原生粗铅是采用传统的烧结一鼓风炉熔炼工艺方法生产的。传统法技术成熟,较完善可靠，其不足之处在于脱硫造块的烧结过程中，烧结烟气的SO2浓度较低,硫的回收利用尚有一定难度，鼓风炉熔炼需要较昂贵的冶金焦炭。为了解决上述问题,冶金工作者进行了炼铅新工艺的研究。八十年代以来，相继出现了QSL法、闪速熔炼法、TBRC转炉顶吹法、基夫赛特汉和艾萨熔炼法等新的炼铅方法。其中，QSL法是德国鲁奇公司七十年代开发的直接炼铅新工艺，加拿大、韩国和我国虽然先后购买了此专利建厂，但生产效果不甚理想；闪速熔炼法尚未实现工业化生产；TBRC法是瑞典波里顿公司所创，但此法作业为间断性的，且炉衬腐蚀严重;基夫赛特法由原苏联有色金属研究院研究成功，现已有多个厂家实现了工业化生产，是一种各项指标先进、技术成熟可靠的炼铅新工艺,但采用该法单位投资大，只有用于较大生产规模的工厂时，才能充分发挥其效益。
粗铅精炼工艺有火法和电解法两种。一般来说,电解法对银、金、铋和锑的分离效果好，铅、银等金属的回收率高,劳动条件好,机械化自动化程度高。电解法的缺点是基建投资较火法高。采用火法需要处理大量中间产物,能耗较高,致使其生产成本较电解法高。鉴于本项目粗铅含银、铋等金属较多。
常规方法处理铅阳极泥是采用火法——电解法流程获得金、银,渣进行还原熔炼，精炼得精铋等,流程简单、技术成熟，工人易操作,但有价金属回收率不高，锑、铅呈氧化物形态挥发进入烟尘，不但不便于综合回收，而且造成第二次污染。
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1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
2.了解食盐水电解的原理，清楚离子在电极上放电顺序。
3.了解电解精炼铜和电镀飞原理，会设计简单的电镀池。
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一、电解原理
1.金属是靠_________________________导电;电解质溶液是依靠_________
____________________________而导电。
2.下图是电解熔融氯化钠的装置图，请思考：
（1）通电前，熔融的氯化钠中存在_______________________离子。
（2）通电前这些离子做___________________运动。
（3）通电后，_____极上逐渐覆盖了一层银白色的物质，
这是因为析出了______。______极上有气泡产生，并可闻到_______的气味，该气体是________。可见通电后，两电极上都发生了化学变化。
3.与电源正极相连的电极我们称之为________，在这一极上发生的电极反应式为_______________；而与电源负极相连的电极我们称之为__________，在这一极上发生的电极反应为_______________。由实验可知熔融的氯化钠通电时，在两极上均发生了氧化还原反应，有新物质生成，此过程中___能转化为____能。
4．电解： ____________________的过程叫做电解。
二、电解池：把____________________的装置叫做电解池或电解槽。
(1)组成电解池的条件是：
①__________________________________________；
②__________________________________________；
③__________________________________________。
（2）下图是电解饱和食盐水的装置图，请思考以下问题：
三、铜的电解精炼
1.电解法制精铜，以________片做阴极，______做阳极，_______溶液做电解液，反应为：
阳极：____________进入溶液。
阴极：_____________沉积在铜片上。
2.作为杂质的_________金属氧化后的阳离子留在电解液中，比铜_______的金属杂质，则沉积在阳极底部，形成阳极泥。
四、电镀铜
以铁上镀铜为例，说明电镀所满足的基本条件
①___________________________________；②___________________________________；
③___________________________________。
电镀后阳极质量_______，阴极质量__________，电解液浓度_____________。
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探究一：电解反应式的书写
电极反应及电极产物的判断规律：电解质溶液在通直流电时，对电解产物的判断，既要 考虑阴阳离子的氧化还原能力，还要考虑电极材料、离子浓度、溶液酸碱性等。判断电解产物首先要注意电极材料，再根据电解质溶液的离子放电顺序进行判断。
（1）惰性电极电解（Pt、Au、碳棒）
阳离子放电顺序：Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Fe2+＞┈
阴离子放电顺序：S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根例子
下面分四种情况进行说明：
①电解质中溶质的阳离子放电，阴离子不放电：即阳离子的氧化性强于H+,而阴离子的还原性弱于OH--,产物为酸、O2及金属单质，电解后溶液pH减小。如：
a.电解AgNO3溶液产物为Ag和O2.HNO3: 4 AgNO3+2H2O4Ag+ O2↑+4HNO3
b.电解CuSO4溶液产物为Cu和O2.H2SO4: 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+ 2H2SO4:
②电解质中溶质的阴离子放电，阳离子不放电：即阳离子的氧化性弱于H+,而阴离子的还原性强于OH--，产物为碱、H2及非金属单质。电解NaCl、K2S、KBr、NaI等水溶液都产生氢气，电解后溶液pH增大。如：
2KI+2H2O2KOH+I2+H2↑
③电解过程中阴阳离子都放电：即阳离子的氧化性强于H+,而阴离子的还原性强于OH--。如：电解CuCl2水溶液或H+与S2-、I-、Br-、Cl-组成的酸。
CuCl2Cu+Cl2↑
2HClH2↑+Cl2↑
④电解过程中阴阳离子都不放电：即阳离子的氧化性弱于H+,而阴离子的还原性弱于OH-。
如电解Na2SO4.NaOH、HNO3.H2SO4等水溶液。电解质仅起到增强导电性的作用。pH的变化应分两种情况考虑：若原溶液是饱和溶液，则溶液浓度不再改变，pH也不再改变；若原溶液是不饱和溶液，则随着水的电解，溶液浓度增大，又有三种情形：
①若原溶液是酸性的，则酸性会更强，pH减小，如H2SO4等。
②若原溶液是碱性的，则碱性会更强，pH增大，如NaOH等。
③若原溶液是中性的，则pH不变，如K2SO4等。
（2）金属电极做阳极时：
金属阳极比电解质溶液中的阴离子容易放电，所以易于失去电子被氧化而溶解，形成金属阳离子进入溶液中，此时溶液中的阴离子不放电。具体应用有：电镀和金属的精炼。比如：用铜棒做电极电解NaCl溶液时，电极反应为：
阳极：Cu → Cu2++2e--
阴极：2H+ +2e--→ H2↑
『特别提醒』
（1）在水溶液中总是存在一定浓度的H+和OH—，它们也会参与电解，不能忽视它们的存在。
（2）离子浓度对电极产物有一定的影响，必要时应予以参考，如一般在酸性较强的溶液中H+的放电顺序在Cu2+之后Fe2+、Zn2+之前，但在Zn2+浓度很大的电镀液中H+放电却在Zn2+之后。
（3）一般来说，电极产物即电解产物，但二者并不完全相同，有时在电解液中也会产生电解产物，如电解食盐水时阳极产物是氯气，阴极产物是氢气和氢氧化钠，氢氧化钠即产生于阴极附近的电解液中。
（4）书写电极反应式要注意：反应物与产物之间用“→”连接。
探究二：用惰性电极电解电解质水溶液的类型总结
四种电解类型：
1）电解水型（强碱，含氧酸，活泼金属的含氧酸盐），pH由溶液的酸碱性决定，溶液呈碱性则pH增大，溶液呈酸性则pH减小，溶液呈中性则pH不变。电解质溶液复原只需加适量水
2）电解电解质型（无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐），无氧酸pH变大，不活泼金属的无氧酸盐PH不变。电解质溶液复原：加适量电解质。
3）放氢生碱型（活泼金属的无氧酸盐），pH变大。电解质溶液复原：加含相同阴离子的酸。
比如电解NaCl，随着NaCl被电解，生成NaOH，pH逐渐升高；
4）放氧生酸型（不活泼金属的含氧酸盐），pH变小。电解质 溶液复原：加含有阳离子碱或氧化物。
探究三：有关电解的计算
1.电解的有关计算常涉及的问题
（1）两极产物的定律计算；
（2）溶液PH的计算：PH=-lg-[H+]
（3）相对原子质量的计算和阿伏伽德罗常数的值的测定；
（4）根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量。
2.常用的三种方法
（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、相同电荷量等类型的计算，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：根据得失电子守恒关系找到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。
3.步骤：
（1）根据与电源的连接情况或实验现象，准确判断电极上发生氧化还原反应的类型和电极名称；
（2）准确写出电极反应式；
（3）根据题目所给条件和所要求解的问题，使用上述合适的方法建立等量关系求解。
■典例剖析-名师释疑助航
例1.下图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（ ）
a极板
b极板
x电极
y电极
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
『答案』A
『解析』根据题意，a极板质量增加，说明电解时有金属析出，发生还原反应，a极应是阴极，x电极应是负极，所以选项c不符合题意；选项B为NaOH溶液，电解时不可能有金属在阴极析出，故选项B也不符合题意。题中已知b极板有无色无臭气体放出，则此气体为氧气，故选项D不符合题意。因此答案为A.。
【变式训练1】用惰性电极进行电解，下列说法正确的是( )
A.电解稀硫酸溶液，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，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1:2
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
【例2】pH=a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH＞a，则该电解质可能是（ ）
A.NaOH B.H2SO4 C.AgNO3 D.Na2SO4
『答案』A
『解析』电解NaOH溶液相当于电解水，NaOH溶液浓度增大，使溶液的pH升高，A符合要求；电解H2SO4和电解Na2SO4溶液相似，都使溶液浓度增大，所以溶液的pH分别减小、不变，两者均不符合要求；电解AgNO3溶液生成HNO3，溶液的pH减小。
【变式训练2】 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.电解过程中阴极质量不断增加
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固体可使溶液恢复电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1
【例3】下图装置中，通电后可观察到Cu极溶解。下列说法中正确的是（ ）
A.a极是直流电源的正极
B.Fe极是阳极
C.Pt极产生的气体体积是Ag极产生气体体积的2倍
D.硫酸铜溶液的浓度不变
『答案』A、D
『解析』这是两电解池串连的情况，其特点是：所有电极上通过的电量相等，其电极及电极反应互不影响，与单个电解池相同。Cu极溶解，则其必为阳极（电解池中阳极质量不可能增加，阴极质量不可能减小），Fe极是阴极；b极是直流电源的负极，a极是直流电源的正极；Pt极为阳极，Ag极为是阴极。电解H2SO4溶液Pt极产生O2，Ag极产生H2，O2应为H2的1/2。电解CuSO4溶液，Cu为阳极，Fe极是阴极，是向Fe极上镀铜的过程，硫酸铜溶液的浓度不变。
【变式训练3】用石墨电极电解100 mL H2SO4与CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为
A.1 mol·L－1 B.2 mol·Ｌ－1 C.3 mol·L－1 D.4 mol·L－1
变式训练解析及答案
【变式训练1】
答案：D
解析：电解稀硫酸溶液，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，是电解水型，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为２：１，Ｃ错。
【变式训练2】
答案：AC
解析：处理有关电解问题首先注意电极材料，在此基础上写出电机反应和总的电解方程式，根据总的电解反应式来分析电解前后的物质变化和溶液浓度变化，分析溶液的pH变化必须注意原溶液的pH情况。用惰性电极电解AgNO3溶液，总的电解方程式为：4 AgNO3+2H2O4Ag+ O2↑+4HNO3
可知：阴极上析出银，阳极上放出氧气，故A正确D错误；由于生成HNO3，溶液的Ph应不断降低，B错误;要使溶液恢复电解前的状况要看加入的物质在溶液中的反应：2Ag2O+4HNO3 == 4 AgNO3+2H2O，得到的物质恰好是反应掉的物质，可使溶液恢复电解前的状况，C正确。
【变式训练3】
答案：A
解析：电解质溶液中，阳离子为Ｈ＋、Cu2+，阴离子为ＳＯ、ＯＨ－。而阴离子放电顺序为OH－＞SO，则阴极析出的全是O2；阳离子放电顺序为Cu2+＞Ｈ＋，而阳极有气体H2析出，则说明Cu2+全部得电子转变为Cu析出。故发生的电解反应有：2Cu2+＋2H2O2Cu↓＋Ｏ2↑＋４Ｈ＋，２Ｈ2Ｏ2H2↑+O2↑。电解水产生的H2为2.24 L，则同时产生的O2为1.12 L；故在Cu析出的同时，产生的O2也为1.12 L。由2Cu2+—O2，可算出Cu2+的物质的量为：n(Cu2+)＝２×=0.1 mol，故c(Cu2+)＝=1 mol·L－1
此题也可以根据电子得失守恒来计算，即阳极产物失电子数等于阴极产物得电子数。设阴极有x mol铜析出，依题意有：2x+×２=×４解得x=0.1 mol，则c(Cu2+)==1 mol·L－1。
■常用教学素材
铅期货小知识——什么是电解铅
电解铅的冶炼工艺流程 铅冶金是白银生产的最佳载体：一般铅对金银的捕集回收率都在95%以上，因此金银的回收是与铅的生产状况直接相关的。现在世界上约有80%的原生粗铅是采用传统的烧结一鼓风炉熔炼工艺方法生产的。传统法技术成熟,较完善可靠，其不足之处在于脱硫造块的烧结过程中，烧结烟气的SO2浓度较低,硫的回收利用尚有一定难度，鼓风炉熔炼需要较昂贵的冶金焦炭。为了解决上述问题,冶金工作者进行了炼铅新工艺的研究。八十年代以来，相继出现了QSL法、闪速熔炼法、TBRC转炉顶吹法、基夫赛特汉和艾萨熔炼法等新的炼铅方法。其中，QSL法是德国鲁奇公司七十年代开发的直接炼铅新工艺，加拿大、韩国和我国虽然先后购买了此专利建厂，但生产效果不甚理想；闪速熔炼法尚未实现工业化生产；TBRC法是瑞典波里顿公司所创，但此法作业为间断性的，且炉衬腐蚀严重;基夫赛特法由原苏联有色金属研究院研究成功，现已有多个厂家实现了工业化生产，是一种各项指标先进、技术成熟可靠的炼铅新工艺,但采用该法单位投资大，只有用于较大生产规模的工厂时，才能充分发挥其效益。
粗铅精炼工艺有火法和电解法两种。一般来说,电解法对银、金、铋和锑的分离效果好，铅、银等金属的回收率高,劳动条件好,机械化自动化程度高。电解法的缺点是基建投资较火法高。采用火法需要处理大量中间产物,能耗较高,致使其生产成本较电解法高。鉴于本项目粗铅含银、铋等金属较多。
常规方法处理铅阳极泥是采用火法——电解法流程获得金、银,渣进行还原熔炼，精炼得精铋等,流程简单、技术成熟，工人易操作,但有价金属回收率不高，锑、铅呈氧化物形态挥发进入烟尘，不但不便于综合回收，而且造成第二次污染。