人教版高中化学选择性必修1第四章化学反应电能第二节 第2课时电解原理的应用学案

第2课时　电解原理的应用
[课程标准]　1.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。2.了解电解原理在工业中的应用，如电冶金、电解熔融氯化钠或氧化铝，电解精炼铜，电解在污水处理、煤炭脱硫中的应用。
任务一　电解饱和食盐水
实验装置：
实验操作：在U形管中装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用石墨棒作阳极，铁棒作阴极。把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源后，观察U形管内产生的现象及试纸颜色的变化。
实验现象：电流表的指针发生偏转，U形管内阴极区溶液变红且有无色无味的气体产生，阳极放出有刺激性气味的黄绿色气体，湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。
1.电解液中存在的离子有哪些？通电后离子移动的方向如何？分别在两极上放电的离子是什么？
提示：电解液中存在的离子是Na＋、H＋、Cl－、OH－；通电后，U形管中的Cl－、OH－移向阳极，依据放电顺序：Cl－>OH－可知，Cl－在阳极上先放电，Na＋、H＋移向阴极，依据放电顺序：H＋>Na＋可知，H＋在阴极上先放电。
2.电解时两极得到的产物分别是什么？写出电极反应式和总的电解化学方程式。
提示：阳极产物是Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极产物是H2和NaOH，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；总反应式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
3.电解一段时间后，得到的混合液能使红色布条褪色的原因是什么？用上述电解法制得的NaOH纯净吗？
提示：电解饱和食盐水时阴极区生成NaOH，阳极区生成Cl2，二者发生反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，NaClO具有漂白性，故能使有色布条褪色。用上述方法制得的NaOH溶液中混有NaCl和NaClO，纯度较低。
4.工业制取烧碱时，如何避免Cl2与NaOH溶液反应，从而提高NaOH的纯度？如何充分利用两极产生的气体，变废为宝？
提示：工业用离子交换膜电解槽来制烧碱，阳离子交换膜把电解池分成阳极室和阴极室，从而避免了Cl2与NaOH溶液的接触反应，提高了NaOH的纯度。电解时两极产生H2和Cl2，可以使二者发生反应生成HCl，得到盐酸副产品。
1.氯碱工业——制Cl2、H2和NaOH
(1)阳离子交换膜的作用
阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
(2)a、b、c、d加入或取出的物质分别是精制饱和NaCl溶液、含少量NaOH的水、淡盐水、NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。
2.氯碱工业的产品及其应用
(1)氯碱工业的产品主要有NaOH、Cl2、H2、HCl、含氯漂白剂等。
(2)以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业的产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中应用广泛。
1.判断正误，错误的说明其原因。
(1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。
答案：错误，阳极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。
(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阳极区。
答案：错误，变红色的为阴极区。
(3)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)。
答案：错误，阴极可选择金属材料，但阳极不可以。
(4)电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠。
答案：错误，电解饱和NaCl溶液只能得到氢气、氯气和氢氧化钠溶液。
(5)利用电解饱和食盐水可制得“84”消毒液。
答案：正确。
2.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336mL(标准状态)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)电源输出的电子，其物质的量与电极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)，硫酸的浓度______________________________________________。
(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。
答案：(1)正　(2)Ag　2.16　(3)2　　1　
(4)不变　增大　(5)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：2H2O2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。(2)在336mL气体中，V(H2)＝×336mL＝224mL，为0.01mol；V(O2)＝×336mL＝112mL，为0.005mol。说明电路上有0.02mol电子，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02mol×108g·mol－1＝2.16g。(3)n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶∶1。(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电解池，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。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。(5)设原5.00%的硫酸质量为x，电解时消耗水0.01mol×18g·mol－1＝0.18g，则：5.00%x＝5.02%(x－0.18)g，解得x＝45.18g。
任务二　电镀、电解精炼与电冶金
Ⅰ.模拟电解原理在化工生产中的应用，实验装置如图所示，装置闭合电键K时，电流表的指针将发生偏转。
Ⅱ.某些化合物的类型与熔点如下表所示：
化合物 NaCl Na2O MgO MgCl2
类型 离子化合物 离子化合物 离子化合物 离子化合物
熔点/℃ 804 1275 2800 714
1.哪个装置是原电池？哪个装置是电解池？
提示：甲、乙构成原电池，丙是电解池。
2.a、b、c、d电极名称分别是什么？
提示：a是负极，b是正极，c是阳极，d是阴极。
3.若模拟电镀生产，在铁件上镀一层金属银，如何选用电极材料和电解质溶液？电极反应式如何书写？
提示：c电极用Ag，d电极用Fe，X溶液为AgNO3溶液；阳极：Ag－e－===Ag＋，阴极：Ag＋＋e－===Ag。
4.若模拟电解精炼铜，如何选用电极材料和电解质溶液？
提示：c电极用粗铜，d电极用纯铜，X溶液为CuSO4溶液。
5.工业上制取钠时，用电解熔融NaCl而不用电解NaCl溶液或熔融Na2O方法的原因是什么？写出电解总反应式。
提示：电解NaCl溶液得到的是NaOH而不是Na；在空气中加热Na2O，Na2O能与O2反应生成Na2O2，且Na2O的熔点高，熔融时消耗更多的能源。
电解总反应式：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
6.工业上制镁时，用电解熔融MgCl2而不用电解熔融MgO的方法的原因是什么？写出电解总反应式。
提示：MgO的熔点比MgCl2高很多，熔融时耗费更多的能源，增加生产成本；电解总反应式：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
1.电镀与电解精炼
电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
装置 电镀 精炼
阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、 金等杂质)
阴极材料 镀件金属Fe 纯铜
阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、 Cu－2e－===Cu2＋等
阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu
溶液变化 硫酸铜溶液浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥
2.电冶金
(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。
如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na；
总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
又如，电解熔融MgCl2制取金属Mg：
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg；
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
总反应：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
1.判断正误，错误的说明其原因。
(1)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌。
答案：错误，可以在铁上镀锌。
(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。
答案：错误，MgO熔点高，熔融需要能量高；AlCl3是共价化合物，熔融时不导电。
(3)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。
答案：正确。
(4)粗铜电解精炼时，若电路中通过2mole－，阴极上增加的质量为64g。
答案：正确。
2.电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题：
(1)如图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为________________________________
_________________________________________________________________________。
以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为_______
_____________________________________________________________________________。
(3)若想在铁上镀铝，则铁应该作________极。
①若用AlCl3水溶液作电解液，________(“能”或“不能”)实现铁上镀铝，为什么？
_____________________________________________________________________________。
②离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阳极电极反应式为______________________________________________________。
答案：(1)a　NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O
(2)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
(3)阴　①不能　Al3＋在水溶液中不放电　②Al＋7AlCl－3e－===4Al2Cl
解析：(1)电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中，含有杂质的粗银作阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，则该装置中a极为含有杂质的粗银。该电解池的b极为阴极，阴极上有红棕色气体生成，可知NO被还原为NO2，电极反应式为NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O。(2)铝材表面形成氧化膜为Al2O3，阳极电极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋。(3)在铁上镀铝，故铁应作阴极，铝作阳极；①在水溶液中，Al3＋在水溶液中不放电，得电子能力：H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑；②因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则阳极的反应为Al＋7AlCl－3e－===4Al2Cl。
1.工业上电解饱和食盐水的阴极区产物是(　　)
A．氯气 B．氢气和氯气
C．氢气和氢氧化钠 D．氯气和氢氧化钠
答案：C
解析：用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，破坏水的电离平衡，阴极区域OH－与Na＋结合成NaOH。
2.在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是(　　)
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
答案：A
解析：电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
3.用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供0.2mol电子时停止通电。若此溶液体积为2L，则所得电解液的pH是(　　)
A．1 B．8
C．13 D．14
答案：C
解析：电解饱和食盐水时供给0.2mol电子，则消耗的H＋为0.2mol，同时产生OH－为0.2mol，溶液体积为2L，pH＝13。
4.回答下列问题：
(1)某同学根据漂白粉的制备原理和电解原理制作了一种家用环保型消毒液发生器(如图所示，没有使用离子交换膜)，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，则：
利用Cl2与石灰乳反应可以制取漂白粉，反应的化学方程式为____________________
_________________________________________________________________________。
②L极区的电极反应式为_________________________________________________________。
(2)电解法可以提纯粗镓，具体原理如图所示。镓在阳极溶解生成的Ga3＋与NaOH溶液反应生成[Ga(OH)4]－，[Ga(OH)4]－在阴极放电的电极反应式为______________________________
______________________________________________________________________________。
(3)我国学者发明的一种分解硫化氢制氢并回收硫的装置如图所示：
若Y极液中的电对(A/B)选用I/I－，装置工作时Y极上的电极反应式为___________________
_______________________________________________________________________________，
Y极溶液中发生的离子反应为_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案：(1)①2Cl2＋2Ca(OH)2===Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O　②2Cl－－2e－===Cl2↑
(2)[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－
(3)3I－－2e－===I
I＋H2S===S↓＋2H＋＋3I－
解析：(1)①利用Cl2与石灰乳反应可以制取漂白粉，反应的化学方程式为2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O；②通电时，为使Cl2被完全吸收，该装置的下端生成氯气，则L极区的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；(2)电解法可以提纯粗镓，则高纯镓作阴极，粗镓作阳极，阳极上Ga失去电子变为Ga3＋，生成的Ga3＋与NaOH溶液反应生成[Ga(OH)4]－，[Ga(OH)4]－在阴极放电生成Ga，电极反应式为[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－；(3)根据图示，该装置是将光能转变为化学能和电能，X电极将H＋转化为H2，化合价降低，发生还原反应，则Y电极发生氧化反应，若Y极液中的电对(A/B)选用I/I－，则电极反应为3I－－2e－===I，Y电极溶液中含有H2S，具有还原性，而I具有氧化性，二者发生氧化还原反应生成S单质、碘离子和氢离子，离子反应为I＋H2S===S↓＋2H＋＋3I－。
课时测评25　电解原理的应用
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
题组一　电解原理的应用
1.氯碱工业用离子交换膜法电解饱和食盐水，装置示意图如图。下列说法错误的是(　　)
A．a为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．b极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．电解时，Na＋穿过离子交换膜进入阴极室
D．饱和食盐水从c处进入，淡盐水从e处流出
答案：D
解析：a和电源的正极相连，为阳极，溶液中的Cl－在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，故A正确；b为阴极，溶液中水电离出来的H＋得到电子生成氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B正确；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，故C正确；由于溶液中的Cl－在阳极放电，所以饱和食盐水从c处进入阳极室，Cl－放电生成氯气逸出，Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，所以淡盐水从d处流出，故D错误；故选D。
2.餐具表面镀银可达到增强抗腐蚀性、提升美观等目的。下列关于铁表面镀银的说法不正确的是(　　)
A．电路中每通过1mole－，阴极析出1mol银
B．铁电极应与电源负极相连
C．阳极电极反应式为Ag－e－===Ag＋
D．电镀液需要不断更换
答案：D
解析：阴极发生反应Ag＋＋e－===Ag，故每通过1mole－析出1mol银，故A正确；铁为镀件，应与电源负极相连，故B正确；阳极为镀层金属，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，故C正确；阳极发生反应为Ag－e－===Ag＋，阴极发生反应为Ag＋＋e－===Ag，电镀液浓度不变，不需要更换，故D错误；故选D。
3.以硫酸铜溶液作电解质溶液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列说法正确的是(　　)
A．粗铜与直流电源负极相连
B．粗铜电解精炼过程中，硫酸铜溶液的浓度不变
C．电路中每通过3.01×1023个电子，得到的精铜质量为16g
D．杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽底形成阳极泥
答案：C
解析：A项，电解精炼铜时，粗铜应作阳极，与直流电源的正极相连，错误；B项，金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag，阳极上Zn、Fe、Cu放电，而阴极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，根据得失电子守恒可知，阴极析出的Cu的物质的量大于阳极参与反应的Cu的物质的量，溶液中硫酸铜的浓度减小，错误；C项，根据电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，电路中每通过3.01×1023个(0.5mol)电子，得到的精铜的质量为0.25mol×64g·mol－1＝16g，正确；D项，金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag，因此Ag不会放电，而是以单质的形式沉积下来，错误。
4.下列有关金属冶炼的原理，错误的是(　　)
A．2HgO2Hg＋O2↑
B．2Al2O34Al＋3O2↑
C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
D．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
答案：B
解析：Hg活动性比较弱，采用热分解方法制取，故符合Hg的冶炼方法，A正确；Al是活泼金属，采用电解方法冶炼，方程式方法不符合反应事实，B错误；Fe是比较活泼的金属，采用热还原方法冶炼，该方法符合Fe的冶炼方法，C正确；Na是活泼金属，采用电解方法冶炼，该方法符合Na的冶炼方法，D正确；故选项是B。
5.钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应为2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋
答案：D
解析：由题图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2＋＋2e－===Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋。放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋，故D正确；故选D。
6.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　)
A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．甲溶液可循环利用
C．离子交换膜a是阴离子交换膜
D．当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molH2生成
答案：C
解析：A项，由题意可知，铁元素化合价升高，发生氧化反应，为阳极，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，铜电极为阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，甲溶液为浓氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，错误；D项，阴极发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molH2生成，正确。
题点二　电解的有关计算
7.用石墨电极电解100mLH2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体(标准状况下)，原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为(　　)
A．1mol·L－1 B．2mol·L－1
C．3mol·L－1 D．4mol·L－1
答案：A
解析：根据题设条件，两极上电极反应式为阴极：首先Cu2＋＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2↑；阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。既然阴极上收集到H2，说明Cu2＋已完全放电，根据电子守恒，阴极上Cu2＋、H＋得电子总数应等于H2O失电子总数。析出0.1molH2获得0.2mol电子，析出0.1molO2失去0.4mol电子，所以有0.1molCu2＋放电，获得0.2mol电子，c(Cu2＋)＝＝1mol·L－1。
8.有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一段时间，测得电极增重总和2.8g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为(　　)
A．4∶1 B．1∶1
C．4∶3 D．3∶4
答案：C
解析：串联电路中，相同时间内各电极得电子或失电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成一定物质的量该气体所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒判断气体体积之比。第一个烧杯中放出Cl2，第二个烧杯中放出Cl2和H2，第三个烧杯中放出O2。在有1mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5mol、0.5mol、0.5mol和0.25mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5mol＋0.5mol＝1mol，无色气体(O2和H2)0.5mol＋0.25mol＝0.75mol。
9.用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　)
A．0.4mol B．0.5mol
C．0.6mol D．0.8mol
答案：D
解析：将Cu(OH)2改写为CuO·H2O，根据CuO·H2O知，阳极上OH－放电生成O2，阴极上Cu2＋和H＋放电生成Cu和H2，根据氧原子守恒得n(O2)＝n[Cu(OH)2]＝0.2mol，则转移电子的物质的量为0.2mol×4＝0.8mol，故D正确。
10.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6.0mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是(　　)
A．原混合溶液中c(K＋)为1mol·L－1
B．上述电解过程中共转移2mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5mol
D．电解后溶液中c(H＋)为4mol·L－1
答案：D
解析：用石墨作电极电解混合溶液，阳极发生氧化反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于两个电极都收集到了气体，因此阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，4H＋＋4e－===2H2↑。由于两极均收集到22.4L气体(标准状况)，即1mol气体，故转移电子的物质的量为4mol；其中生成1molH2需要转移电子为2mol，则转移另外2mol电子需Cu2＋的物质的量为1mol，浓度为2mol·L－1，生成Cu单质为1mol；根据溶液中电荷守恒可知c(K＋)＝6.0mol·L－1－2mol·L－1×2＝2mol·L－1；由于阳极生成氧气，同时生成4molH＋，而阴极上只消耗了2molH＋，因此电解后溶液中的H＋物质的量为2mol，由于电解后溶液的体积为500mL，因此电解后溶液中c(H＋)为4mol·L－1。故A、B、C错误，D正确。
11.某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流表的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
乙池为________(填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，A电极的电极反应式为
______________________________________________________________________________。
(2)丙池中F电极为________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)，写出电解时总反应的离子方程式_______________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)当乙池中C极质量变化10.8g时，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况)。
(4)一段时间后，断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是________(填字母)。
A．Cu B．CuO
C．Cu(OH)2 D．Cu2(OH)2CO3
(5)若丙池通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)，则电解过程中转移的电子________mol, 若电解后溶液的体积为400mL，则所得溶液中氢离子的浓度________。
答案：(1)电解池　CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
(2)阴极　2Cu2＋＋2H2O4H＋＋2Cu＋O2↑
(3)560　(4)A　(5)0.6　1mol/L
解析：甲池为燃料电池，CH3OH为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O，氧气为正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，则乙、丙装置为电解池：乙中C为阳极，D为阴极，阳极上Ag失电子生成银离子，即Ag－e－===Ag＋，阴极上铜离子得电子生成Cu；丙池中石墨E电极为阳极，石墨F电极是阴极，即惰性电极电解硫酸铜，化学方程式为2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑。(1)乙池为电解池，A电极的电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O；(2)丙池中F电极与燃料电池A电极即负极相连，故为阴极，电解时总反应方程式为2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，故其离子方程式为2Cu2＋＋2H2O4H＋＋2Cu＋O2↑；(3)由分析可知，乙池C电极中的电极反应方程式为Ag－e－===Ag＋，故当乙池中C极质量变化10.8g时，电路中流过的电子为＝0.1mol，甲池中B电极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故理论上消耗O2的体积为×22400mL·mol－1＝560mL；(4)由分析可知，乙池中电解时阳极反应式为Ag－e－===Ag＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，从乙池中出来的为Cu单质，故一段时间后，断开电键K。能使乙池恢复到反应前浓度的是Cu，Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，故答案为A；(5)碱式碳酸铜和稀硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，所以加入0.1mol碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]相当于加入0.2molCuO、0.1molH2O，根据生成物知，阴极上铜离子和氢离子放电、阳极上氢氧根离子放电，根据Cu原子、H原子守恒得阴极上析出n(Cu)＝0.2mol、n(H2)＝0.1mol，则转移电子的物质的量＝0.2mol×2＋0.1mol×2＝0.6mol，根据Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋3H2O＋CO2↑可知，n(H＋)＝0.4mol，故若电解后溶液的体积为400mL，则所得溶液中氢离子的浓度为＝1.0mol·L－1。
12.(2023·济南一中期末)降低能耗是氯碱工业发展的重要方向。
(1)我国利用氯碱厂生产的H2作为电池燃料，再将电池应用于氯碱工业，原理如图，a、b、c、d均为石墨电极。
①a极为______(填“正”或“负”)极，c极为______(填“阴”或“阳”)极。
②乙装置中电解饱和NaCl溶液的化学方程式为__________________________________；反应一段时间后，d极产生1mol气体时，乙装置中转移电子________mol。
③下列说法正确的是______(填字母)。
A．甲装置可实现化学能向电能的转化
B．甲装置中Na＋透过阳离子交换膜向a极移动
C．乙装置中c极一侧流出的是浓盐水
④结合电极反应式解释d极区产生NaOH的原因：__________________________________
_____________________________________________________________________________。
⑤实际生产中，阳离子交换膜的损伤会造成OH－迁移至阳极区，从而在电解池阳极能检测到O2，产生O2的电极反应式为__________________________________________________
_____________________________________________________________________________；
下列生产措施有利于提高Cl2产量、降低阳极O2含量的是________(填字母)。
A．使用Cl－浓度低的食盐水为原料
B．定期检查并更换阳离子交换膜
C．停产一段时间后，继续生产
(2)降低氯碱工业能耗的另一种技术是“氧阴极技术”。通过向阴极区通入O2，避免水电离的H＋直接得电子生成H2，降低了电解电压，电耗明显减少。“氧阴极技术”的阴极反应为_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案：(1)①负　阳　②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　2　③A　④2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Na＋从c极区透过阳离子交换膜进入d极区，与OH－结合生成NaOH　⑤4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　B　(2)O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析：(1)甲装置为燃料电池，通氢气一极为负极，通氧气一极为正极，乙装置为电解池，c电极连接b电极，即c为阳极，d电极为阴极；①a电极通入氢气，根据上述分析，a电极为负极，c电极为阳极；②c、d电极为石墨电极，根据电解原理，电解饱和NaCl溶液的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，d电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，d电极产生的气体为H2，产生1molH2时，乙装置转移电子物质的量为2mol；③甲装置为燃料电池，实现化学能向电能的转化，故A正确；根据原电池工作原理，Na＋透过阳离子交换膜向b极移动，故B错误；c电极为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Na＋透过阳离子交换膜流入d极区，c极一侧流出的是淡盐水或淡水，故C错误；答案为A；④根据上述分析，d电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Na＋透过阳离子交换膜流入d极区，Na＋与OH－结合生成NaOH；⑤根据离子放电顺序，OH－迁移至阳极区，OH－在阳极上放电，即电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；根据阴离子放电顺序，Cl－先放电，如果使用Cl－浓度低的食盐水为原料，水溶液中OH－放电，产生O2，使阳极O2的含量增多，故A不符合题意；如果阳离子交换膜损伤，会使大量OH－迁移至阳极区，产生大量的O2，因此定期检查并更换阳离子交换膜，可以提高氯气产量，降低阳极氧气的含量，故B符合题意；停产一段时间，继续生产，影响经济效益，不符合客观实际，故C不符合题意；答案为B。(2)阴极区通入氧气，避免水电离出H＋直接得电子生成H2，应是氧气在该电极得电子，即电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
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