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第四章 第二节 电解原理
A组·基础达标
1．把等物质的量的Na2SO4、NaCl、AgNO3的混合物放入足量水中，经充分搅拌后，将所得溶液用石墨作为电极进行电解，阳极生成的物质是( )
A．H2 B．Ag
C．Cl2 D．O2
2．用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液pH逐渐减小的是( )
①氯化钠溶液 ②硫酸铜溶液 ③氢氧化钠溶液 ④稀硫酸 ⑤稀盐酸 ⑥硫酸钠溶液
A．①③⑤ B．②④⑤
C．②④ D．②④⑥
3．（2023·河北邢台月考）下列关于原电池和电解池的说法正确的是( )
A．原电池盐桥可以用导线代替
B．电解池电极必须为活性不同的两种金属（或一种为石墨）
C．二次电池充电时，电池的正极与外接电源的负极相连
D．电解池工作时，溶液中阳离子向阴极移动
4．在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是( )
A．电解质溶液是稀硫酸
B．金属M是阳极，金属N是阴极
C．M和N是石墨电极
D．M是阴极，N是阳极
5．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
6．如图所示，两电极上发生的电极反应为a极：Cu2+＋2e－===Cu；b极：Fe－2e－===Fe2+。下列说法不正确的是( )
A．装置中电解质溶液一定含有Cu2+
B．该装置一定是化学能转化为电能
C．a、b可能是同种电极材料
D．a极上一定发生还原反应
7．（2022·河南郑州模拟，改编）钛铁合金具有优异的性能，在航天和生物医学等领域有广泛的应用。如图是以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体和石墨坩埚分别作电极材料，以CaCl2熔盐为离子导体（不参与电极反应）制备钛铁合金的电解装置示意图。下列相关说法正确的是( )
A．石墨坩埚连接直流电源的正极
B．通入Ar气主要是为了保护石墨坩埚不被氧化
C．TiO2发生的电极反应为TiO2－4e－===Ti＋2O2-
D．每生成16.0 g TiFe2时，流出气体的体积大于4.48 L
8．（2022·广东广州一模，改编）我国科学家研发了一种室温下可充电的Na?CO2电池，示意图如下。放电时，Na2CO3与C均沉积在碳纳米管中。下列说法错误的是( )
A．充电时，阴极反应为Na＋＋e－===Na
B．充电时，电源b极为正极，Na＋向钠箔电极移动
C．放电时，转移0.4 mol电子，碳纳米管电极增重21.2 g
D．放电时，电池的总反应为3CO2＋4Na=== 2Na2CO3＋C
9．（2023·广东佛山南海期中改编）如图甲为电解熔融氯化钠装置，乙为用离子交换膜法电解饱和食盐水，下列说法正确的是( )
A．甲装置中铁极的电极反应式为2Na－2e－===2Na＋
B．乙装置中左侧为阴极室，电极上发生氧化反应生成氯气
C．甲装置中a是钠出口，b 是氯气出口
D．乙装置，a为饱和食盐水的入口， d 为较浓NaOH溶液的出口，交换膜为阳离子交换膜
10．下图为以惰性电极进行电解的装置：
(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应式和总反应方程式：
A：________________________________，B：________________________________，总反应方程式：____________________________________________________________；
C：________________________________，
D：_____________________________________，
总反应方程式：____________________________________________。
(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为________________。
B组·能力提升
11．（2022·浙江嘉兴阶段）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况( )
A．CuSO4 B．CuO
C．Cu(OH)2 D．CuSO4·5H2O
12．（2023·河北保定期中）Cu2O（红色）是一种导体材料，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，下列说法正确的是( )
A．若电源为铅蓄电池，电池工作时，Cu电极应与铅蓄电池的Pb电极相连
B．电池工作时，电解质溶液中的OH－往石墨电极移动
C．电池工作时，每转移0.1 mol电子，此时两电极的质量相差0.8 g （假设起始时两电极质量相同）
D．电池工作时，在石墨电极附近滴入几滴紫色石蕊试液，可观察到该电极附近的溶液变红
13．（2023·广东佛山南海摸底测试）2022年我国十大科技突破——海水直接电解制H2，其工作原理如图，防水透气膜只能水分子通过。下列说法正确的是( )
A．a为电解池的阴极
B．b的电极反应方程式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．去除透气膜，a极发生的电极反应不变
D．电解池工作时，海水侧的离子浓度理论上逐渐减小
14．重铬酸钾又名红矾钾，是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料，采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示（阳离子交换膜只允许阳离子透过）：
制备原理：2CrO（黄色）＋2H＋ Cr2O （橙色）＋H2O。
(1)通电后阳极室产生的现象为_________________________________；
其电极反应式是___________________________________________。
(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4CrO＋4H2O===2Cr2O＋4OH－＋2H2↑＋O2↑，若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4，t min后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2，则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为________；此时电路中转移电子的物质的量为________。
15．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
阳离子 Na＋、K＋、Cu2+
阴离子 SO、OH－
图1 图2
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，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间(t)的关系如图2。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______________________________________________________________。
(2)计算电极e上生成的气体在标准状况下的体积：________。
(3)写出乙烧杯的电解总反应：____________________________________________。
(4)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？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)要使丙恢复到原来的状态，操作是______________________________________。
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第四章 第二节 电解原理
A组·基础达标
1．把等物质的量的Na2SO4、NaCl、AgNO3的混合物放入足量水中，经充分搅拌后，将所得溶液用石墨作为电极进行电解，阳极生成的物质是( )
A．H2 B．Ag
C．Cl2 D．O2
【答案】D 【解析】等物质的量的Na2SO4、NaCl、AgNO3三种物质混合放入水中，经搅拌后，生成AgCl沉淀，溶液中的离子有Na＋、SO、NO，通电时阳极是水电离产生的OH－放电，则阳极生成的物质是氧气。
2．用惰性电极电解下列溶液，其中随着电解的进行，溶液pH逐渐减小的是( )
①氯化钠溶液 ②硫酸铜溶液 ③氢氧化钠溶液 ④稀硫酸 ⑤稀盐酸 ⑥硫酸钠溶液
A．①③⑤ B．②④⑤
C．②④ D．②④⑥
【答案】C
3．（2023·河北邢台月考）下列关于原电池和电解池的说法正确的是( )
A．原电池盐桥可以用导线代替
B．电解池电极必须为活性不同的两种金属（或一种为石墨）
C．二次电池充电时，电池的正极与外接电源的负极相连
D．电解池工作时，溶液中阳离子向阴极移动
【答案】D 【解析】盐桥提供自由移动的离子，离子不能通过导线，原电池盐桥不可以用导线代替，A错误；原电池电极必须为活性不同的两种金属（或一种为石墨），电解食盐水就用的都是碳棒，B错误；二次电池充电时，正极与外接电源的正极相连，负极与外接电源的负极相连，C错误；电解池工作时，阳极带正电，阴极带负电，溶液中阳离子向阴极移动，D正确。
4．在某电解质溶液里，用M和N作电极，通电一段时间后，发现M极质量减小，N极质量增大，符合这一情况的是( )
A．电解质溶液是稀硫酸
B．金属M是阳极，金属N是阴极
C．M和N是石墨电极
D．M是阴极，N是阳极
【答案】B 【解析】由题意可知，M极溶解，发生氧化反应，为阳极，N极质量增加，故有金属单质在N极上析出，发生还原反应，为阴极，电解质溶液应为金属盐溶液，M应为金属电极。
5．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
【答案】C 【解析】电解盐酸的化学方程式为2HClCl2↑＋H2↑，电解CuCl2的化学方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑，A错误；电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B错误；电解NaBr溶液的化学方程式为2NaBr＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Br2，D错误。
6．如图所示，两电极上发生的电极反应为a极：Cu2+＋2e－===Cu；b极：Fe－2e－===Fe2+。下列说法不正确的是( )
A．装置中电解质溶液一定含有Cu2+
B．该装置一定是化学能转化为电能
C．a、b可能是同种电极材料
D．a极上一定发生还原反应
【答案】B
7．（2022·河南郑州模拟，改编）钛铁合金具有优异的性能，在航天和生物医学等领域有广泛的应用。如图是以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体和石墨坩埚分别作电极材料，以CaCl2熔盐为离子导体（不参与电极反应）制备钛铁合金的电解装置示意图。下列相关说法正确的是( )
A．石墨坩埚连接直流电源的正极
B．通入Ar气主要是为了保护石墨坩埚不被氧化
C．TiO2发生的电极反应为TiO2－4e－===Ti＋2O2-
D．每生成16.0 g TiFe2时，流出气体的体积大于4.48 L
【答案】A 【解析】该装置的目的是制备钛铁合金，所以需要Fe2+、Ti4+发生还原反应，而CaCl2熔盐不参与电极反应，所以阳极应是O2-被氧化生成氧气。电解过程中需要Fe2+、Ti4+发生还原反应，所以以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体应为阴极，连接电源的负极，石墨坩埚连接直流电源的正极，A正确；Ti、Fe性质活泼，容易被生成的氧气氧化，所以通入Ar气主要是为了保护钛铁合金不被氧化，B错误；TiO2得电子发生还原反应，电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2-，C错误；未给出气体的状况，无法计算，D错误。
8．（2022·广东广州一模，改编）我国科学家研发了一种室温下可充电的Na?CO2电池，示意图如下。放电时，Na2CO3与C均沉积在碳纳米管中。下列说法错误的是( )
A．充电时，阴极反应为Na＋＋e－===Na
B．充电时，电源b极为正极，Na＋向钠箔电极移动
C．放电时，转移0.4 mol电子，碳纳米管电极增重21.2 g
D．放电时，电池的总反应为3CO2＋4Na=== 2Na2CO3＋C
【答案】C
9．（2023·广东佛山南海期中改编）如图甲为电解熔融氯化钠装置，乙为用离子交换膜法电解饱和食盐水，下列说法正确的是( )
A．甲装置中铁极的电极反应式为2Na－2e－===2Na＋
B．乙装置中左侧为阴极室，电极上发生氧化反应生成氯气
C．甲装置中a是钠出口，b 是氯气出口
D．乙装置，a为饱和食盐水的入口， d 为较浓NaOH溶液的出口，交换膜为阳离子交换膜
【答案】D 【解析】电解熔融氯化钠得到Na和Cl2，Na＋→Na，得电子过程发生在阴极，Cl－→Cl2，失电子过程发生在阳极；铁是活性电极，作阳极时铁失电子得不到氯气，故铁作阴极，铁电极上的电极反应为Na＋＋e－===Na，A错误；离子交换膜为阳离子交换膜，电解时阳离子移向阴极，所以Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，左侧为阳极室，右侧为阴极室，溶液中的Cl－在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，B错误；装置中铁作阴极，得到钠，石墨作阳极得到氯气，故b是钠的出口，a是氯气的出口，C错误；电解饱和食盐水时氯离子在阳极放电生成氯气，阴极氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；NaOH在阴极生成，则NaOH溶液的出口为d，饱和食盐水从a处进入，Na＋从左向右移动，则交换膜为阳离子交换膜，D正确。
10．下图为以惰性电极进行电解的装置：
(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应式和总反应方程式：
A：________________________________，B：________________________________，总反应方程式：____________________________________________________________；
C：________________________________，
D：_____________________________________，
总反应方程式：____________________________________________。
(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为________________。
【答案】(1)Cu2+＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑ CuCl2Cu＋Cl2↑ 4Ag＋＋4e－===4Ag 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑
(2)2∶2∶4∶1
【解析】由电子守恒可知，在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)∶n(Cl2)∶n(Ag)∶n(O2)＝2∶2∶4∶1。
B组·能力提升
11．（2022·浙江嘉兴阶段）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况( )
A．CuSO4 B．CuO
C．Cu(OH)2 D．CuSO4·5H2O
【答案】B 【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：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。由以上反应可知，电解使CuSO4和H2O变成了H2SO4，同时析出铜，放出氧气，根据析出什么就加入什么原则知，应加入CuO，B正确。
12．（2023·河北保定期中）Cu2O（红色）是一种导体材料，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，下列说法正确的是( )
A．若电源为铅蓄电池，电池工作时，Cu电极应与铅蓄电池的Pb电极相连
B．电池工作时，电解质溶液中的OH－往石墨电极移动
C．电池工作时，每转移0.1 mol电子，此时两电极的质量相差0.8 g （假设起始时两电极质量相同）
D．电池工作时，在石墨电极附近滴入几滴紫色石蕊试液，可观察到该电极附近的溶液变红
【答案】C 【解析】铅蓄电池中Pb电极为负极，PbO2电解为正极，Cu电极作阳极，应连铅蓄电池的正极，也就是Cu电极应与铅蓄电池的PbO2电极相连，A错误；OH－往阳极移动，也就是往Cu电极移动，B错误；阳极：2 mol电子转移，电极材料由2 mol Cu转化为1 mol Cu2O，增加16 g质量，每转移0.1 mol电子Cu电极质量增加0.8 g，阳极产生H2电极材料的质量不变，C正确；石墨电极c(OH－)增大滴加紫色石蕊溶液，溶液变为蓝色，D错误。
13．（2023·广东佛山南海摸底测试）2022年我国十大科技突破——海水直接电解制H2，其工作原理如图，防水透气膜只能水分子通过。下列说法正确的是( )
A．a为电解池的阴极
B．b的电极反应方程式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．去除透气膜，a极发生的电极反应不变
D．电解池工作时，海水侧的离子浓度理论上逐渐减小
【答案】B 【解析】由图示可知，该装置为电解池，阴离子氢氧根向a极移动，故a为电解池的阳极发生氧化反应生成氧气，b作电解池阴极发生还原反应生成氢气。阴离子氢氧根向a极移动，故a为电解池的阳极发生氧化反应生成氧气，A错误；b的电极反应方程式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；去除透气膜，海水中氯离子在阳极发生氧化反应，故a极的电极反应发生变化，C错误；电解池工作时，溶剂水不断通过透气膜进入a、b两极发生反应，海水侧的离子浓度理论上逐渐增大，D错误。
14．重铬酸钾又名红矾钾，是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料，采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示（阳离子交换膜只允许阳离子透过）：
制备原理：2CrO（黄色）＋2H＋ Cr2O （橙色）＋H2O。
(1)通电后阳极室产生的现象为_________________________________；
其电极反应式是___________________________________________。
(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4CrO＋4H2O===2Cr2O＋4OH－＋2H2↑＋O2↑，若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4，t min后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2，则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为________；此时电路中转移电子的物质的量为________。
【答案】(1)阳极产生无色气体，溶液由黄色逐渐变为橙色
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O（或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋） (2)2∶1 0.1 mol
【解析】(1)阳极发生氧化反应，溶液中氢氧根离子失去电子生成氧气和水。(2)直接设K2CrO4和K2Cr2O7物质的量分别为x、y，则钾原子的物质的量为(2x＋2y)，铬原子物质的量为(x＋2y)，依据两原子个数比为3∶2，可求出两物质的物质的量之比为2∶1；根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2 mol，又t min后两物质的物质的量之比为2∶1，则此时铬酸钾的物质的量为0.1 mol，重铬酸钾的物质的量为0.05 mol，根据制备离子方程式可知，生成0.05 mol的重铬酸钾，反应中转移电子的物质的量为(0.05×2) mol。
15．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
阳离子 Na＋、K＋、Cu2+
阴离子 SO、OH－
图1 图2
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，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间(t)的关系如图2。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______________________________________________________________。
(2)计算电极e上生成的气体在标准状况下的体积：________。
(3)写出乙烧杯的电解总反应：____________________________________________。
(4)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？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)要使丙恢复到原来的状态，操作是______________________________________。
【答案】(1)负 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(2)5.6 L
(3)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
(4)能，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应实质变为电解水的反应
(5)向丙烧杯中加4.5 g水
【解析】(1)根据乙中c极质量增加说明乙为硫酸铜溶液，c电极为阴极，M为电源负极，再依据pH的变化情况，可知丙为硫酸钾或者硫酸钠，甲为氢氧化钠或者氢氧化钾，电解池甲、丙都相当于电解水。b为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(2)丙中e电极为阴极，生成的气体为氢气，根据c电极质量增加了16 g，结合电子守恒可以确定，电极e上生成氢气物质的量为0.25 mol，标准状况下体积为5.6 L。(3)乙中为电解硫酸铜溶液，电解总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。(4)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，若继续电解则为电解硫酸溶液，电解反应可继续进行，其实质为电解水。(5)要使丙恢复到原来的状态，需要添加水，其物质的量（等于生成氢气的物质的量）为0.25 mol，质量为4.5 g。
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