第40讲 电解原理及应用
[复习目标] 1.理解电解池的构成、工作原理，能书写电极反应式和总反应方程式。2.掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。
考点一 电解池及工作原理
1.电解与电解池
2.构建电解池模型(以电解CuCl2溶液为例)
3.电解规律
4.用惰性电极电解不同类型电解质溶液
(1)电解水型
实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法
H2SO4 阴极：2H++2e-H2↑ 阳极：2H2O-4e-4H++O2↑ 总反应式：2H2O2H2↑+O2↑
(2)电解电解质型
实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法
HCl 阴极：2H++2e-H2↑ 阳极：2Cl--2e-Cl2↑ 总反应式：2HClH2↑+Cl2↑
CuCl2 阴极：Cu2++2e-Cu 阳极：2Cl--2e-Cl2↑ 总反应式：CuCl2Cu+Cl2↑
(3)电解质和水均参与电解型
实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法
NaCl、KCl(放H2生碱) 阳极：2Cl--2e-Cl2↑ 阴极：2H2O+2e-H2↑+2OH- 总反应式：2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH- 减小并生成新电解质
CuSO4、Cu(NO3)2(放O2生酸) 阳极：2H2O-4e-4H++O2↑ 阴极：Cu2++2e-Cu 总反应式：2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+
一、电解过程分析与溶液复原
1.(2024·广西河池一模)利用电解原理，可将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.b为电解池阴极
B.电解后左侧电极室KOH溶液pH减小
C.电解过程中阴离子通过交换膜从右向左迁移
D.阳极电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O
2.以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L-1 CuSO4溶液。
(1)阳极产生56 mL(标准状况下)气体时，所得溶液的pH为 (不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入 g的 物质。
(2)继续通电电解，此时被电解的物质为 ，
若加入0.005 mol Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为 mol。
(3)通电一段时间，加入0.002 5 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移的电子为 mol。
分析电解过程的思维流程
二、电极反应式的书写
3.按要求书写电极反应式和总反应式：
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式： ；
阴极反应式： ；
总反应离子方程式： 。
(2)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式： ；
阴极反应式： ；
总反应方程式： 。
(3)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为 。
4.电解Na2CO3溶液原理如图所示：
阳极的电极反应式为 ， 阴极产生的物质A的化学式为 。
电解池电极反应式的书写
(1)用惰性电极电解，分析溶液中的阴、阳离子：阳离子向阴极移动，分析阳离子在阴极上得电子的顺序；阴离子向阳极移动，分析阴离子在阳极上失电子的顺序。
(2)金属被腐蚀溶解的作阳极，被保护不被腐蚀的作阴极。
(3)在写电极反应式时，要考虑电解质溶液的酸碱性、离子交换膜、甚至反应的区域等对电极产物的影响。
考点二 电解原理的应用
1.氯碱工业
习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
(1)反应原理
阳极：2Cl--2e-Cl2↑( 反应)。
阴极：2H2O+2e-H2↑+2OH-( 反应)。
总反应的化学方程式： 。
总反应的离子方程式： 。
注意 电解所用的食盐要精制。
(2)离子交换膜法的生产过程
加入或流出的物质a、b、c、d分别是 、 、 、 ；X、Y分别是 、 。氯碱工业产品还可用于制备含氯消毒剂和盐酸。
(3)阳离子交换膜的作用
阻止 进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
2.电镀、电解精炼
(1)电镀
①概念：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。
②目的：增强金属的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
(2)电解精炼
银、金等金属不放电形成 ，在阴极只有Cu2+放电，锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在 中，故能够将杂质除去。电解过程中，Cu2+的浓度 。
3.电冶金
利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ 阳极：2Cl--2e-Cl2↑ 阴极：Na++e-Na
冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 阳极：2Cl--2e-Cl2↑ 阴极：Mg2++2e-Mg
冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 阳极：2O2--4e-O2↑ 阴极：Al3++3e-Al
一、氯碱工业
1.(2023·浙江6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( )
A.电极A接电源正极，发生氧化反应
B.电极B的电极反应式为：2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
2.工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-。
下列有关说法错误的是( )
A.N表示阴离子交换膜
B.甲室流出的为氢氧化钠溶液
C.电解总反应：NaCl+H2ONaOH+HCl
D.相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保
二、电解精炼、电镀
3.金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性：Fe2+A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2++2e-Ni
B.电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
4.(2024·陕西榆林模拟)工业上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作电解液，用电解法实现粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Fe、Zn，杂质总质量分数约为4%)提纯，装置示意图如图所示，M极附近析出金属单质。下列说法错误的是( )
A.M极与电源的负极相连
B.电子由M极流出，经电源流回N极
C.N极发生的电极反应之一为Pb-2e-Pb2+
D.工作一段时间后，溶液中c(Pb2+)减小
三、电冶金
5.电解熔融氯化钠和氯化钙混合物制备金属钠的装置如图所示。阳极A为石墨，阴极为铁环K，两极用隔膜D隔开。氯气从阳极上方的抽气罩H抽出，液态金属钠经铁管F流入收集器G。下列叙述正确的是( )
A.氯化钙的作用是做助熔剂，降低氯化钠的熔点
B.金属钠的密度大于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在下层
C.隔膜D为阳离子交换膜，防止生成的氯气和钠重新生成氯化钠
D.电解时阴极的电极反应为Na++e-Na，发生氧化反应，阴极上可能有少量的钙单质生成
6.研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2 CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是( )
A.将熔融CaF2 CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的
B.阳极的电极反应式为C+2O2--4e-CO2↑
C.在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
D.阴极的电极反应式为Ca-2e-Ca2+
1.(2024·广东，16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( )
A.阳极反应：2Cl--2e-Cl2↑
B.阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
C.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
2.(2023·浙江1月选考，11)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( )
A.石墨电极为阴极，发生氧化反应
B.电极A的电极反应：8H++TiO2+SiO2+8e-TiSi+4H2O
C.该体系中，石墨优先于Cl-参与反应
D.电解时，阳离子向石墨电极移动
3.(2022·北京，13)利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
序号 电解质溶液 实验现象
① 0.1 mol·L-1 CuSO4+少量H2SO4 阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2+
② 0.1 mol·L-1 CuSO4+过量氨水 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
下列说法不正确的是( )
A.①中气体减少，推测是由于溶液中c(H+)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H+与铁接触
B.①中检测到Fe2+，推测可能发生反应：Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu
C.随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2+)减少，Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+平衡逆移
D.②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+，使得c(Cu2+)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密
4.(2024·山东，13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.电极a连接电源负极
B.加入Y的目的是补充NaBr
C.电解总反应式为Br-+3H2OBr+3H2↑
D.催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br-)=3∶2
答案精析
考点一
整合必备知识
1.电解质溶液(或熔融电解质) 氧化还原反应 电 化学 直流电源 电解质 熔融电解质 闭合回路
4.(1)增大 加水 (2)减小 通入HCl 加CuCl2固体
(3)通入HCl 减小并生成新电解质 加CuO
提升关键能力
1.D
2.(1)1 0.4 CuO(或0.62 CuCO3) (2)水(或H2O) 0.02 (3)0.015
解析 (1)阳极生成56 mL(标准状况)即0.002 5 mol O2，依据总反应式：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，溶液中生成0.01 mol H+，c(H+)=0.1 mol·L-1，pH=1；电解生成0.002 5 mol O2 和0.005 mol Cu，故要使溶液复原可加0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。(2)继续通电电解，电解质溶液为H2SO4溶液，故实际被电解的物质为H2O；加入 0.005 mol Cu(OH)2可使溶液复原，相当于加入0.005 mol CuO和0.005 mol H2O，故转移电子为(0.005×2+0.005×2) mol=0.02 mol。(3)Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移的电子为0.005 mol×2+0.002 5 mol×2=0.015 mol。
3.(1)2Cl--2e-Cl2↑ Mg2++2H2O+2e-H2↑+Mg(OH)2↓ Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(2)2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+ 2H++2e-H2↑ 2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
(3)Mn2++2H2O-2e-MnO2↓+4H+
4.4C+2H2O-4e-4HC+O2↑ H2
考点二
整合必备知识
1.(1)氧化 还原 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑ (2)精制饱和NaCl溶液 H2O(含少量NaOH) 淡盐水 NaOH溶液 Cl2 H2 (3)OH-
2.(1)②镀层金属 镀件 含有镀层金属离子 Cu-2e-Cu2+ Cu2++2e-Cu (2)粗铜 纯铜 硫酸铜溶液 Cu-2e-Cu2+、Zn-2e-Zn2+、Ni-2e-Ni2+ Cu2++2e-Cu 阳极泥 电解质溶液 有所下降
提升关键能力
1.B
2.C [由图可知，左边石墨电极为阴极，右边石墨电极为阳极，Na+由乙室向甲室迁移，OH-由双极膜向甲室迁移，甲室流出的为氢氧化钠溶液，M为阳离子交换膜，氯离子由乙室向丙室迁移，氢离子由双极膜向丙室迁移，丙室流出的是盐酸，N为阴离子交换膜，A、B项正确；电解总反应为2H2O2H2↑+O2↑，C项错误；相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法无氯气产生，更环保，D项正确。]
3.D
4.B [M极附近析出金属单质，M极为阴极，与电源的负极相连，A正确；M极为阴极，N极为阳极，电子由阳极流出，经电源流回阴极，B错误；阳极上溶解的金属有Pb、Fe、Zn，阴极上析出的金属只有Pb，两极上得失电子守恒，故工作一段时间后，溶液中c(Pb2+)减小，D正确。]
5.A
6.B [由图可知，石墨为阳极，其电极反应式为C+2O2--4e-CO2↑，钛网是阴极，其电极反应式为Ca2++2e-Ca。将熔融CaF2 CaO换成Ca(NO3)2溶液，阴极上H+放电，无法得到金属Ca；钙还原二氧化钛的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO，制备金属钛前后，CaO的总量不变。]
练真题 明考向
1.C [左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3+6e-+3H2O2Fe+6OH-，右侧电极为阳极，Cl-放电产生氯气，电极反应为2Cl--2e-Cl2↑，中间为阳离子交换膜，Na+由阳极向阴极移动，A、B正确；理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na+由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g+6×23 g=351 g，阴极室物质最多增加6×23 g=138 g，C错误、D正确。]
2.C [由图可知，石墨优先于Cl-参与反应，在外加电源下，石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2得到电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-。]
3.C
4.B [电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成，电极b为阳极，电极反应为Br- -6e-+3H2O+6H+，则电极a为阴极，电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-，电解总反应式为Br-+3H2O+3H2↑，A、C项正确；催化循环阶段发生反应：2Br2Br-+3O2↑，即Z为O2，电解过程中消耗H2O和Br-，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误，D项正确。](共94张PPT)
化学
大
一
轮
复
习
第九章 第40讲
电解原理及应用
复习目标
1.理解电解池的构成、工作原理，能书写电极反应式和总反应方程式。
2.掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。
考点一 电解池及工作原理
考点二 电解原理的应用
课时精练
练真题 明考向
内容索引
考点一
电解池及工作原理
1.电解与电解池
整合必备知识
电解质溶液(或熔融电解质)
氧化还原反应
电
化学
直流电源
电解质
熔融电解质
闭合回路
2.构建电解池模型(以电解CuCl2溶液为例)
3.电解规律
4.用惰性电极电解不同类型电解质溶液
(1)电解水型
实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法
H2SO4 阴极：2H++2e-===H2↑ 阳极：2H2O-4e-===4H++O2↑ 总反应式：2H2O 2H2↑+O2↑ ______ ______
增大
加水
(2)电解电解质型
实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法
HCl 阴极：2H++2e-===H2↑ 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑ 总反应式：2HCl H2↑+Cl2↑ ______ _________
CuCl2 阴极：Cu2++2e-===Cu 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑ 总反应式：CuCl2 Cu+Cl2↑ ____________
减小
通入HCl
加CuCl2固体
(3)电解质和水均参与电解型
实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法
NaCl、KCl (放H2生碱) 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑ 阴极：2H2O+2e-===H2↑+2OH- 总反应式：2Cl-+2H2O Cl2↑+ H2↑+2OH- 减小并生成新电解质 ________
CuSO4、Cu(NO3)2 (放O2生酸) 阳极：2H2O-4e-===4H++O2↑ 阴极：Cu2++2e-===Cu 总反应式：2Cu2++2H2O 2Cu+ O2↑+4H+ ______________________ ________
减小并生成新
电解质
通入HCl
加CuO
一、电解过程分析与溶液复原
1.(2024·广西河池一模)利用电解原理，可将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。下列说法正确的是
A.b为电解池阴极
B.电解后左侧电极室KOH溶液pH减小
C.电解过程中阴离子通过交换膜从右向左迁移
D.阳极电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
√
提升关键能力
根据图示可知：在a电极上，H2O电离产生的H+得到电子被还原为H2，则a电极为阴极；在b电极上NH3失去电子产生N2，因此b电极为阳极，A错误；
电解时，在a电极上发生反应：2H2O+2e-===H2+
2OH-，反应消耗水产生OH-，因此电解后左侧电
极室KOH溶液浓度增大，则溶液pH会增大，B错误；
电解时，a为阴极，电极反应式为2H2O+2e-===H2+2OH-，b为阳极，电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O，反应消耗OH-，产生H2O，电解过程中左侧c(OH-)增大，右侧c(OH-)减小，为维持电池持续工作，则溶液中OH-会通过阴离子交换膜从左向右迁移，C错误、D正确。
2.以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L-1 CuSO4溶液。
(1)阳极产生56 mL(标准状况下)气体时，所得溶液的pH为 (不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入 g的_________________物质。
1
0.4 (或0.62)
CuO(或CuCO3)
阳极生成56 mL(标准状况)即0.002 5 mol O2，依据总反应式：2CuSO4+
2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4，溶液中生成0.01 mol H+，c(H+)=0.1 mol·
L-1，pH=1；电解生成0.002 5 mol O2 和0.005 mol Cu，故要使溶液复原可加0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。
(2)继续通电电解，此时被电解的物质为 ，若加入0.005 mol Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为 mol。
水(或H2O)
0.02
继续通电电解，电解质溶液为H2SO4溶液，故实际被电解的物质为H2O；加入 0.005 mol Cu(OH)2可使溶液复原，相当于加入0.005 mol CuO和0.005 mol H2O，故转移电子为(0.005×2+0.005×2) mol=0.02 mol。
(3)通电一段时间，加入0.002 5 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移的电子为 mol。
Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移的电子为0.005 mol×2+
0.002 5 mol×2=0.015 mol。
0.015
分析电解过程的思维流程
二、电极反应式的书写
3.按要求书写电极反应式和总反应式：
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式： ；
阴极反应式： ；
总反应离子方程式： 。
2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2H2O+2e-===H2↑+Mg(OH)2↓
Mg2++2Cl-+2H2O Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(2)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式： ；
阴极反应式： ；
总反应方程式： 。
(3)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为_____________
。
2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
2H++2e-===H2↑
2Al+3H2O Al2O3+3H2↑
Mn2++2H2O－
2e-===MnO2↓+4H+
4.电解Na2CO3溶液原理如图所示：
阳极的电极反应式为 ，阴极产生的物质A的化学式为 。
4C+2H2O-4e-===4HC+O2↑
H2
电解时阳极区碳酸钠溶液中水电离的OH-失电子产生O2，同时生成，电极反应式为4C+2H2O-4e-===4HC+O2↑；阴极区水电离的H+得电子产生H2，物质A的化学式为H2。
电解池电极反应式的书写
(1)用惰性电极电解，分析溶液中的阴、阳离子：阳离子向阴极移动，分析阳离子在阴极上得电子的顺序；阴离子向阳极移动，分析阴离子在阳极上失电子的顺序。
(2)金属被腐蚀溶解的作阳极，被保护不被腐蚀的作阴极。
(3)在写电极反应式时，要考虑电解质溶液的酸碱性、离子交换膜、甚至反应的区域等对电极产物的影响。
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考点二
电解原理的应用
1.氯碱工业
习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
(1)反应原理
阳极：2Cl--2e-===Cl2↑( 反应)。
阴极：2H2O+2e-===H2↑+2OH-( 反应)。
总反应的化学方程式：___________________________________。
总反应的离子方程式： _________________________________。
注意 电解所用的食盐要精制。
整合必备知识
氧化
还原
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑
(2)离子交换膜法的生产过程
加入或流出的物质a、b、c、d分别是 、_________
__________、 、 ；X、Y分别是 、 。氯碱工业产品还可用于制备含氯消毒剂和盐酸。
精制饱和NaCl溶液
H2O(含少
量NaOH)
淡盐水
NaOH溶液
Cl2
H2
(3)阳离子交换膜的作用
阻止 进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+
H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
OH-
2.电镀、电解精炼
(1)电镀
①概念：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。
②目的：增强金属的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
镀层金属
镀件
含有镀层金属离子
Cu-2e-===Cu2+
Cu2++2e-===Cu
(2)电解精炼
粗铜
纯铜
硫酸铜溶液
Cu-2e-===Cu2+、Zn-2e-===Zn2+、Ni-2e-===Ni2+
Cu2++2e-===Cu
银、金等金属不放电形成 ，在阴极只有Cu2+放电，锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在 中，故能够将杂质除去。电解过程中，Cu2+的浓度 。
阳极泥
电解质溶液
有所下降
3.电冶金
利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
冶炼钠 2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑ 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑
阴极：Na++e-===Na
冶炼镁 MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑ 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑
阴极：Mg2++2e-===Mg
冶炼铝 2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑ 阳极：2O2--4e-===O2↑
阴极：Al3++3e-===Al
一、氯碱工业
1.(2023·浙江6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是
A.电极A接电源正极，发生氧化反应
B.电极B的电极反应式为：2H2O+2e-===H2↑
+2OH-
C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少
能耗
提升关键能力
√
电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；
电极B为阴极，通入的氧气得到电子，其电极反应式为2H2O+4e-+O2===4OH-，故B错误；
右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入到右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；
改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，从而降低电解电压，减少能耗，故D正确。
2.工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-。
下列有关说法错误的是
A.N表示阴离子交换膜
B.甲室流出的为氢氧化钠溶液
C.电解总反应：NaCl+H2O NaOH
+HCl
D.相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保
√
由图可知，左边石墨电极为阴极，右边石墨电极为阳极，Na+由乙室向甲室迁移，OH-由双极膜向甲室迁移，甲室流出的为氢氧化钠溶液，M为阳离子交换膜，氯离子由乙室向丙室迁移，
氢离子由双极膜向丙室迁移，丙室流出的是盐酸，N为阴离子交换膜，A、B项正确；
电解总反应为2H2O 2H2↑+O2↑，C项错误；
相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法无氯气产生，更环保，D项正确。
二、电解精炼、电镀
3.金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性：Fe2+A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2++2e-===Ni
B.电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
√
电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；
因氧化性：Ni2+>Fe2+>Zn2+，故阴极的电极反应式为Ni2++2e-===Ni，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，二者质量不相等，B项错误；
电解后溶液中的阳离子除Fe2+和Zn2+外，还有Ni2+和H+，C项错误。
4.(2024·陕西榆林模拟)工业上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作电解液，用电解法实现粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Fe、Zn，杂质总质量分数约为4%)提纯，装置示意图如图所示，M极附近析出金属单质。下列说法错误的是
A.M极与电源的负极相连
B.电子由M极流出，经电源流回N极
C.N极发生的电极反应之一为Pb-2e-===Pb2+
D.工作一段时间后，溶液中c(Pb2+)减小
√
M极附近析出金属单质，M极为阴极，与电源的负极相连，A正确；
M极为阴极，N极为阳极，电子由阳极流出，经电源流回阴极，B错误；
阳极上溶解的金属有Pb、Fe、Zn，阴极上析出的金属只有Pb，两极上得失电子守恒，故工作一段时间后，溶液中c(Pb2+)减小，D正确。
三、电冶金
5.电解熔融氯化钠和氯化钙混合物制备金属钠的装置如图所示。阳极A为石墨，阴极为铁环K，两极用隔膜D隔开。氯气从阳极上方的抽气罩H抽出，液态金属钠经铁管F流入收集器G。下列叙述正确的是
A.氯化钙的作用是做助熔剂，降低氯化钠的熔点
B.金属钠的密度大于熔融混合盐的密度，
电解得到的钠在下层
C.隔膜D为阳离子交换膜，防止生成的氯
气和钠重新生成氯化钠
D.电解时阴极的电极反应为Na++e-===Na，发生氧化反应，阴极上可能有
少量的钙单质生成
√
本装置的目的是制备金属Na，可以联想电解铝工业中的助熔剂冰晶石，则加入氯化钙的目的为做助熔剂，A正确；
由图可知，金属钠在上部收集，所以钠的密度小于熔融混合盐的密度，B不正确；
由图可知，Cl-通过隔膜D移至阳极A放电产生Cl2，所以隔膜D应该为阴离子交换膜，C不正确；
阴极发生的是还原反应，D不正确。
6.研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2 CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是
A.将熔融CaF2 CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相
同目的
B.阳极的电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑
C.在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
D.阴极的电极反应式为Ca-2e-===Ca2+
√
由图可知，石墨为阳极，其电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑，钛网是阴极，其电极反应式为Ca2++2e-===Ca。将熔融CaF2 CaO换成Ca(NO3)2溶液，阴极上H+放电，无法得到金属Ca；钙还原二氧化钛的化学方程式为2Ca+TiO2===Ti+2CaO，制备金属钛前后，CaO的总量不变。
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LIANZHENTI MINGKAOXIANG
练真题 明考向
1.(2024·广东，16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是
A.阳极反应：2Cl--2e-===Cl2↑
B.阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
C.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶
液减少213 g
D.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
√
左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3+6e-+3H2O===2Fe+6OH-，右侧电极为阳极，Cl-放电产生氯气，电极反应为2Cl—
2e-===Cl2↑，中间为阳离子交换膜，Na+由阳极向阴极移动，A、B正确；
理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na+由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g+6×23 g=351 g，阴极室物质最多增加6×23 g=138 g，C错误、D正确。
2.(2023·浙江1月选考，11)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是
A.石墨电极为阴极，发生氧化反应
B.电极A的电极反应：8H++TiO2+SiO2+8e-===
TiSi+4H2O
C.该体系中，石墨优先于Cl-参与反应
D.电解时，阳离子向石墨电极移动
√
由图可知，石墨优先于Cl-参与反应，在外加电源下，石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2得到电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2-。
3.(2022·北京，13)利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
序号 电解质溶液 实验现象
① 0.1 mol·L-1 CuSO4+少量H2SO4 阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2+
② 0.1 mol·L-1 CuSO4+过量氨水 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
下列说法不正确的是
A.①中气体减少，推测是由于溶液中c(H+)减少，
且Cu覆盖铁电极，阻碍H+与铁接触
B.①中检测到Fe2+，推测可能发生反应：Fe+2H+
===Fe2++H2↑、Fe+Cu2+===Fe2++Cu
C.随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2+)减少，Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+
平衡逆移
D.②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+，使得c(Cu2+)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，
镀层更致密
√
实验①中，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，放电生成的铜覆盖在铁电极上，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，可能发生的反应为Fe+2H+===Fe2++H2↑、Fe+Cu2+
===Fe2++Cu，故A、B正确；
四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+平衡向正反应方向移动，故C错误。
4.(2024·山东，13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是
A.电极a连接电源负极
B.加入Y的目的是补充NaBr
C.电解总反应式为Br-+3H2O Br+3H2↑
D.催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br-)=3∶2
√
电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成，电极b为阳极，电极反应为Br--6e-+3H2O===
+6H+，则电极a为阴极，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，电解总反应式为Br-
+3H2O +3H2↑，A、C项正确；
催化循环阶段发生反应：2Br 2Br-+3O2↑，即Z为O2，电解过程中消耗H2O和Br-，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误，D项正确。
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KESHIJINGLIAN
课时精练
对一对
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题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 C B C B D B D D
题号 9 10 11 12 13 14
答案 B B B D D D
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15.
(1)< (2)O2+4e-+2H2O===4OH- (3)H2 1
16.
(1)①PbO2 X PbO2+S+4H++2e-===PbSO4+2H2O ②Al-3e-+3H2O===Al(OH)3(胶体)+3H+、2H2O-4e-===O2↑+4H+ ③0.4
(2)①CO2+2e-===CO+O2- ②6∶5
1.下列有关电解的说法正确的是
A.惰性电极电解硝酸银溶液不可能在电极上生成银，因为银可以溶于硝酸
B.25 ℃，惰性电极电解氢氧化钠溶液，溶液pH不变，因为实质是电解水
C.惰性电极电解足量硫酸铜溶液一段时间，加入氧化铜固体可使电解质
恢复到电解前
D.惰性电极电解淀粉碘化钾溶液，可看到阴极区域溶液变蓝
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惰性电极电解硝酸银溶液，在阴极和阳极上分别析出金属银和氧气，Ag不能溶解，A错误；
惰性电极电解氢氧化钠溶液，实质是电解水，溶液碱性增强，pH增大，B错误；
电解总反应式为2H2O+2CuSO4 2Cu+O2↑+2H2SO4，相当于析出CuO，加入氧化铜固体可使电解质恢复到电解前，C正确；
阴极发生还原反应，水电离的H+放电生成氢气，阳极发生氧化反应，碘离子放电生成碘单质，则阳极区域溶液变蓝，D错误。
2.(2024·深圳模拟)分别以ZrO2、石墨为电极，以熔融CaCl2为电解质，采用熔盐电脱氧法电解制备金属Zr。下列说法不正确的是
A.石墨电极接电源正极
B.阴极有O2生成
C.O2-向石墨电极迁移
D.Zr4+优先于Ca2+在阴极被还原
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石墨电极为阳极，接电源正极，A正确；
在阴极发生反应：ZrO2+4e-===Zr+2O2-，没有O2生成，B不正确；
电池工作时，阴离子向阳极移动，则O2-向石墨电极迁移，C正确；
Zr4+的氧化性大于Ca2+，则Zr4+优先于Ca2+在阴极被还原，D正确。
3.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的是
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选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论
A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色
B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH--4e-===O2↑+
2H2O
C 负极 CuCl2溶液 b管中有气体逸出
D 负极 NaOH溶液 溶液pH降低
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电解Na2SO4溶液时，阳极上是H2O电离出的OH-发生失电子的氧化反应，a管中溶液酸性增强，酸遇酚酞不变色，即a管中溶液呈无色，A错误；
电解AgNO3溶液时，阴极上是Ag+发生得电子的还原反应，
即b管中电极反应是析出金属Ag的反应，B错误；
电解CuCl2溶液时，阳极上是Cl-发生失电子的氧化反应，即b管中Cl-放电，产生Cl2，C正确；
电解NaOH溶液时，实际上电解的是水，导致NaOH溶液的浓度增大，碱性增强，pH升高，D错误。
答案
4.关于下列装置分析正确的是
A.装置甲中阳极上析出红色物质
B.若开始阶段装置甲两极质量相同，电流表
中通过0.1 mol电子，则两极质量差为3.2 g
C.若装置乙通电一段时间后，撤去直流电源，电流表指针可能偏转
D.可以将装置乙中的铜片更换为锌片制成镀锌铁
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由图可知，装置甲为电解池，右端石墨为阳极，氯离子发生氧化反应生成氯气，故A错误；
装置甲左端析出铜单质，转移0.1 mol电子，
会生成3.2 g铜单质，右端无固体析出，两极质量差为3.2 g，故B正确；
由图可知，装置乙为电镀池，阳极电极反应式为Cu-2e-===Cu2+，阴极电极反应式为Cu2++2e-===Cu，所以电解池工作一段时间后，铁表面镀上一层铜，撤去直流电源无法形成原电池，电流表指针不会偏转，故C错误；
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将铜片更换为锌片，阳极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，氧化性：Zn2+5.(2024·山东临沂统考一模)电解法制备Cu2O的装置如图所示，已知生成Cu2O的反应为Cu2Cl2+2OH-===Cu2O+H2O+2Cl-，下列说法错误的是
A.铂电极连接电源的负极
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.铜电极反应为2Cu-2e-+2Cl-===Cu2Cl2
D.制备7.2 g Cu2O，阴极区溶液质量减少0.1 g
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由题意可知，铜电极为电解池的阳极，在氯离子作用下，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成Cu2Cl2，电极反应式为2Cu-2e-+2Cl-===Cu2Cl2，铂电极为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气
和氢氧根离子，生成的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，A、B、C正确；
结合得失电子守恒可知，电解制备得到7.2 g氧化亚铜时，阴极区溶液减少的质量为2××18 g·mol-1=1.8 g，故D错误。
6.(2024·甘肃，7)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是
A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B.电极2是阴极，发生还原反应：O2+4e-===2O2-
C.工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D.理论上电源提供2 mol e-能分解1 mol H2O
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电极1上H2O(g)得电子发生还原反应生成H2(g)，电极1为阴极，电极反应为H2O+2e-===H2+O2-，电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A项正确；
电极2上O2-失电子发生氧化反应生成O2(g)，电极2为阳极，电极反应为2O2--4e-===O2，B项错误；
电解池工作时，阴离子向阳极移动，即O2-从电极1迁移到电极2，C项正确；
电解总反应为2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)，分解2 mol H2O转移4 mol电子，则理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O，D项正确。
7.(2023·湖北，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是
A.b电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过
PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
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b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，故A正确；
该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-===
O2↑+2H2O，为保持OH-浓度不变，则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；
电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；
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由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h-1，则补水的速率也应是x mol·h-1，故D错误。
8.(2024·西安模拟)氨是生产化肥、药品、精细化学品和塑料等必要的原料，在电化学合成氨的方法中，锂介导的氮气还原反应(Li NRR)是一种有吸引力且已验证的电化学合成氨途径。如图是其中一种电合成氨装置，下列说法错误的是
A.电极A的电势高于电极B
B.由图可知该装置反应前后，理论上
乙醇的浓度不变
C.阴极电极反应式为N2+2Li++4H++6e-===2LiNH2
D.理论上若电解液传导6 mol H+，最多生成标准状况下33.6 L NH3
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由图可知，通入氢气的电极A为阳极，氢气在阳极失去电子发生氧化反应生成氢离子，氢离子与EtO-反应生成EtOH，EtOH解离生成氢离子和EtO-，通入氮气
的电极B为阴极，锂离子在阴极得到电子生成锂，锂与氮气和EtOH解离出的氢离子反应生成氨基锂，氨基锂与氢离子反应生成锂离子和氨气，则阴极的电极反应式为N2+2Li++4H++6e-===2LiNH2，电解的总反应方程
式为N2+3H2 2NH3。由分析可知，通入氢气的电极A为阳极，通入氮
气的电极B为阴极，则电极A的电势高于电极B，故A正确；
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由电解的总反应方程式可知该装置反应前后，理论上乙醇的浓度不变，故B正确；阴极的电极反应式为N2+2Li++4H++6e-===2LiNH2，故C正确；
由阴极的电极反应式可知4 mol氢离子参与放电生成2 mol氨基锂，2 mol氨基锂与2 mol氢离子反应生成2 mol氨气，则理论上若电解液传导6 mol氢离子，生成标准状况下氨气的体积为2 mol×22.4 L·mol-1=44.8 L，故D错误。
9.(2025·洛阳模拟)石河子大学化学化工学院陈龙教授团队开发催化电极实现甲醇制氢，如图所示，下列叙述错误的是
A.电极a与电源的负极连接
B.每生成2.24 L(标准状况)气体X时转移
0.4 mol电子
C.电极b的反应式为CH3OH+5OH--4e-===HCOO-+4H2O
D.电解总反应为CH3OH+OH-===HCOO-+2H2↑
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电极b上CH3OH失去电子变为HCOO-，电极b为阳极，电极反应式为CH3OH+5OH--4e-===HCOO-+4H2O，电极a为阴极，水得到电子变为H2，电极反应式为2H2O+
2e-===H2↑+2OH-。电极a为阴极，与电源负极连接，故A正确；
2.24 L(标准状况)气体物质的量为0.1 mol，根据电极反应式2H2O+2e-===
H2↑+2OH-可知，转移电子的物质的量为0.2 mol，故B错误；
由阴、阳极电极反应式可知总反应式为CH3OH+OH-===HCOO-+2H2↑，故D正确。
10.(2024·安徽模拟)三维电极法是在传统的电解槽两电极之间填充粒状或碎屑状材料，填充的粒子电极表面能带电，成为新的一极(第三极)。如图为用三维电极法处理氨氮废水的原理图，石墨板作为阴、阳极，自制活性炭为填充材料，电解一定浓度的(NH4)2SO4、NH4Cl与NaCl的酸性混合溶液来进行模拟。下列选项不正确的是
A.m电极为电解池阳极
B.n电极上的反应为O2+2e-+2H2O===2·OH+2OH-
C.该装置生成大量氧化性更强的·OH，·OH去除N的离子
方程式为6·OH+2N===N2↑+6H2O+2H+
D.相比于传统的二维电极反应系统，三维电极提高了电流效
率，粒子电极表面会生成许多强氧化性物质，氧化效率高
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m电极上H2O、Cl-发生失电子的氧化反应转化成·OH、Cl2，m电极为电解池的阳极，n电极为电解池的阴极，n电极上O2发生得电子的还原反应转化成·OH，A项正确；
混合溶液呈酸性，故n电极的电极反应为O2+2e-+2H+===2·OH，B项错误；
由图可知，该装置生成大量氧化性更强的·OH，·OH将N氧化成N2，则·OH被还原成H2O，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，反应的离子方程式为6·OH+2N===N2↑+6H2O+2H+，C项正确；
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结合图示可知，相比于传统的二维电极反应系统，三维电极的电极比表面积增大，粒子间距小，提高了电流效率，粒子电极表面会生成许多强氧化性物质，氧化效率高，D项正确。
11.(2024·河北模拟预测)汞阴极法电解饱和食盐水制取NaOH的原理如图所示。下列说法正确的是
A.电解室中可使用铜棒做阳极
B.电解室中汞阴极的反应为Na++e-
===Na
C.解汞室中的反应为吸热反应
D.两室联合生产的总反应为2NaCl 2Na+Cl2↑
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由原理图可知，电解室内阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑，阴极反应为Na++e-===Na；解汞室内发生的反应
为2Na+2H2O===2NaOH+H2↑。电解室中若使用铜棒做阳极，则发生反应：Cu-2e-===Cu2+，因此不可使用铜棒做阳极，A错误；
解汞室中钠与水的反应为放热反应，C错误；
根据分析，电解室内总反应为2NaCl 2Na+Cl2↑，D错误。
12.利用库仑测硫仪测定气体中SO2的体积分数，其原理如图所示。待测气体进入电解池后，SO2将还原，测硫仪便自动电解，溶液中保持不变。若有标准状况下V mL气体通入电解池(其他气体不反应)，反应结束后消耗x库仑电量(已知：电解转移1 mol电子所消耗的电量为96 500库仑)。下列说法正确的是
A.M接电源的负极
B.阳极反应式为2H++2e-===H2↑
C.反应结束后溶液的pH增大
D.混合气体中SO2的体积分数为×100%
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由图可知，在M电极I-转化为，发生氧化反应，则M电极为阳极，N电极为阴极，M接电源的正极，A错误；
阳极反应式为3I--2e-===，B错误；
二氧化硫在电解池中与溶液中的反应，离子方程式为
SO2+2H2O===3I-+4H+，此时转移2个电子，同时生成4个氢离子，而在阴极转移2个电子时消耗2个氢离子，则溶液中氢离子浓度增大，pH减小，C错误；
由关系式：SO2~2e-，电解消耗x库仑电量，则二氧化硫的体积分数为
×100%=×100%，D正确。
13.(2024·河南许昌一模)铝 石墨双离子电池采用廉价且易得的石墨替代传统锂电池中的正极材料，全面提升了电池的能量密度。图甲和图乙表示该电池充电或放电时的工作原理。X、Y表示用电器或电源。已知充电时阳极发生阴离子插层反应生成Cn(PF6)，下列有关分析正确的是
A.图甲表示电池充电过程，电极a与电源的正极相连
B.图甲中电极b的电极反应式为Cn(PF6)-e-===P+nC
C.图乙中电极c电势高于电极d
D.图乙中当电路转移2 mol电子时，理论上电极c质量
减少14 g
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由题图分析判断，图乙是放电装置，电极c为原电池的负极，电极d为正极；图甲为充电装置，电极a与电源负极连接，为电解池的阴极，电极b为阳极，A错误；
图甲中电极b与电源正极连接，电极反应式为P+nC-e-===Cn(PF6)，B错误；
图乙中电极c是原电池负极，电极d是正极，因此电极d的电势高于电极c，C错误；
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图乙中电极c的电极反应为AlLi-e-===Al+Li+，因此当电路转移2 mol电子时，理论上电极c质量减少2 mol×7 g·mol-1=14 g，D正确。
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14.(2024·山东潍坊模拟)钠离子电池具有充电速度快和低温环境性能优越的特点，其电极材料的导电聚合物中掺杂磺酸基可增强其电化学活性，其工作原理如图所示。下列说法正确的是
A.c连接d时，Na+透过隔膜进入电极A室
B.c连接d时，电源a极的电势比b极低
C.c连接e时，每转移1 mol e-，两电极质
量变化相差23 g
D.c连接e时，A的电极反应为
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c连接e时，装置为原电池，电极B为负极，嵌在石墨中的Na失电子变为Na+，进入右侧电极室后，通过隔膜迁移至左侧电极室形成磺酸盐；c连接d时，装置是电解池，电极B接外电源负极作阴极，
电极A为阳极，Na+通过隔膜迁移至右侧电极B室，A错误；
c连接d时为电解池，a极为外电源正极，电势高于b极，B错误；
c连接e时为原电池，每转移1 mol e-，电极B有1 mol Na失电子变为Na+并迁移至电极A，电极B失重23 g，电极A增重23 g，两电极质量变化相差46 g，C错误。
15.氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺，节能超过30%，在此工艺中，物料传输和转化关系如图，其中电极未标出，所用离子交换膜只允许阳离子通过。
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(1)分析比较图示中a%与b%的大小：a% (填“>”“<”或“=”)b%。
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燃料电池中，通入Y气体的电极为负极，电解饱和食盐水生成的Y为氢气，X为Cl2，由于燃料电池正极发生反应：O2+4e-+2H2O===4OH-，燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH-，所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即a%1
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(2)写出燃料电池B中的正极的电极反应： 。
(3)图中Y是 (填化学式)，若电解产生11.2 L(标准状况)该物质，则至少转移电子 mol。
O2+4e-+2H2O===4OH-
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根据以上分析可知图中Y是H2，若电解产生11.2 L(标准状况)该物质，氢气的物质的量是0.5 mol，则至少转移电子1.0 mol。
16.(1)一种用铅酸蓄电池进行电絮凝净水装置如图所示，回答下列问题：
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答案
①装置Ⅰ中Y电极的电极材料是 (填化学式)，工作时S向____
(填“X”或“Y”)电极移动；Y电极的电极反应式为_________________
。
②装置Ⅱ中Al电极的电极反应式为________________________________
。
PbO2
X
PbO2+S+4H++
2e-===PbSO4+2H2O
Al-3e-+3H2O===Al(OH)3(胶体)+
3H+、2H2O-4e-===O2↑+4H+
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答案
③每消耗103.5 g Pb，装置的电流效率为80%，则理论上电解池阴极上生成 mol H2。
0.4
消耗103.5 g(0.5 mol)Pb，转移电子的物质的量为1 mol，装置的电流效率为80%，故装置Ⅱ阴极上参与反应的电子为0.8 mol，阴极反应式为2H2O
+2e-===H2↑+2OH-，即产生0.4 mol H2。
(2)[2020·全国卷Ⅱ，28(3)]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：
①阴极上的反应式为 。
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答案
由图示可知，阴极上CO2―→CO，且固体电解质能传导O2-，则阴极反应式为CO2+2e-===CO+O2-。
CO2+2e-===CO+O2-
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为 。
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答案
假设生成的乙烯和乙烷的物质的量分别为2 mol和1 mol，由2CH4―→C2H4+2H2、2CH4―→C2H6+H2知，生成2 mol乙烯和1 mol乙烷时，共脱去5 mol H2，转移10 mol e-，根据电子转移数目守恒可知，此时消耗的CO2为5 mol，消耗的CH4为6 mol，即消耗的CH4和CO2的体积比为6∶5。
6∶5
返回第九章 第40练 电解原理及应用
分值：100分
(选择题1~10题，每小题5分，11~14题，每小题6分，共74分)
1.下列有关电解的说法正确的是( )
A.惰性电极电解硝酸银溶液不可能在电极上生成银，因为银可以溶于硝酸
B.25 ℃，惰性电极电解氢氧化钠溶液，溶液pH不变，因为实质是电解水
C.惰性电极电解足量硫酸铜溶液一段时间，加入氧化铜固体可使电解质恢复到电解前
D.惰性电极电解淀粉碘化钾溶液，可看到阴极区域溶液变蓝
2.(2024·深圳模拟)分别以ZrO2、石墨为电极，以熔融CaCl2为电解质，采用熔盐电脱氧法电解制备金属Zr。下列说法不正确的是( )
A.石墨电极接电源正极
B.阴极有O2生成
C.O2-向石墨电极迁移
D.Zr4+优先于Ca2+在阴极被还原
3.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的是( )
选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论
A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色
B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH--4e-===O2↑+2H2O
C 负极 CuCl2溶液 b管中有气体逸出
D 负极 NaOH溶液 溶液pH降低
4.关于下列装置分析正确的是( )
A.装置甲中阳极上析出红色物质
B.若开始阶段装置甲两极质量相同，电流表中通过0.1 mol电子，则两极质量差为3.2 g
C.若装置乙通电一段时间后，撤去直流电源，电流表指针可能偏转
D.可以将装置乙中的铜片更换为锌片制成镀锌铁
5.(2024·山东临沂统考一模)电解法制备Cu2O的装置如图所示，已知生成Cu2O的反应为Cu2Cl2+2OH-===Cu2O+H2O+2Cl-，下列说法错误的是( )
A.铂电极连接电源的负极
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.铜电极反应为2Cu-2e-+2Cl-===Cu2Cl2
D.制备7.2 g Cu2O，阴极区溶液质量减少0.1 g
6.(2024·甘肃，7)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B.电极2是阴极，发生还原反应：O2+4e-===2O2-
C.工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D.理论上电源提供2 mol e-能分解1 mol H2O
7.(2023·湖北，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是( )
A.b电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
8.(2024·西安模拟)氨是生产化肥、药品、精细化学品和塑料等必要的原料，在电化学合成氨的方法中，锂介导的氮气还原反应(Li NRR)是一种有吸引力且已验证的电化学合成氨途径。如图是其中一种电合成氨装置，下列说法错误的是( )
A.电极A的电势高于电极B
B.由图可知该装置反应前后，理论上乙醇的浓度不变
C.阴极电极反应式为N2+2Li++4H++6e-===2LiNH2
D.理论上若电解液传导6 mol H+，最多生成标准状况下33.6 L NH3
9.(2025·洛阳模拟)石河子大学化学化工学院陈龙教授团队开发催化电极实现甲醇制氢，如图所示，下列叙述错误的是( )
A.电极a与电源的负极连接
B.每生成2.24 L(标准状况)气体X时转移0.4 mol电子
C.电极b的反应式为CH3OH+5OH--4e-===HCOO-+4H2O
D.电解总反应为CH3OH+OH-===HCOO-+2H2↑
10.(2024·安徽模拟)三维电极法是在传统的电解槽两电极之间填充粒状或碎屑状材料，填充的粒子电极表面能带电，成为新的一极(第三极)。如图为用三维电极法处理氨氮废水的原理图，石墨板作为阴、阳极，自制活性炭为填充材料，电解一定浓度的(NH4)2SO4、NH4Cl与NaCl的酸性混合溶液来进行模拟。下列选项不正确的是( )
A.m电极为电解池阳极
B.n电极上的反应为O2+2e-+2H2O===2·OH+2OH-
C.该装置生成大量氧化性更强的·OH，·OH去除N的离子方程式为6·OH+2N===N2↑+6H2O+2H+
D.相比于传统的二维电极反应系统，三维电极提高了电流效率，粒子电极表面会生成许多强氧化性物质，氧化效率高
11.(2024·河北模拟预测)汞阴极法电解饱和食盐水制取NaOH的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.电解室中可使用铜棒做阳极
B.电解室中汞阴极的反应为Na++e-===Na
C.解汞室中的反应为吸热反应
D.两室联合生产的总反应为2NaCl2Na+Cl2↑
12.利用库仑测硫仪测定气体中SO2的体积分数，其原理如图所示。待测气体进入电解池后，SO2将还原，测硫仪便自动电解，溶液中保持不变。若有标准状况下V mL气体通入电解池(其他气体不反应)，反应结束后消耗x库仑电量(已知：电解转移1 mol电子所消耗的电量为96 500库仑)。下列说法正确的是( )
A.M接电源的负极
B.阳极反应式为2H++2e-===H2↑
C.反应结束后溶液的pH增大
D.混合气体中SO2的体积分数为×100%
13.(2024·河南许昌一模)铝 石墨双离子电池采用廉价且易得的石墨替代传统锂电池中的正极材料，全面提升了电池的能量密度。图甲和图乙表示该电池充电或放电时的工作原理。X、Y表示用电器或电源。已知充电时阳极发生阴离子插层反应生成Cn(PF6)，下列有关分析正确的是( )
A.图甲表示电池充电过程，电极a与电源的正极相连
B.图甲中电极b的电极反应式为Cn(PF6)-e-===P+nC
C.图乙中电极c电势高于电极d
D.图乙中当电路转移2 mol电子时，理论上电极c质量减少14 g
14.(2024·山东潍坊模拟)钠离子电池具有充电速度快和低温环境性能优越的特点，其电极材料的导电聚合物中掺杂磺酸基可增强其电化学活性，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.c连接d时，Na+透过隔膜进入电极A室
B.c连接d时，电源a极的电势比b极低
C.c连接e时，每转移1 mol e-，两电极质量变化相差23 g
D.c连接e时，A的电极反应为
15.(12分)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺，节能超过30%，在此工艺中，物料传输和转化关系如图，其中电极未标出，所用离子交换膜只允许阳离子通过。
(1)分析比较图示中a%与b%的大小：a% (填“>”“<”或“=”)b%。
(2)写出燃料电池B中的正极的电极反应： 。
(3)图中Y是 (填化学式)，若电解产生11.2 L(标准状况)该物质，则至少转移电子 mol。
16.(14分)(1)一种用铅酸蓄电池进行电絮凝净水装置如图所示，回答下列问题：
①装置Ⅰ中Y电极的电极材料是 (填化学式)，工作时S向 (填“X”或“Y”)电极移动；Y电极的电极反应式为 。
②装置Ⅱ中Al电极的电极反应式为 。
③每消耗103.5 g Pb，装置的电流效率为80%，则理论上电解池阴极上生成 mol H2。
(2)[2020·全国卷Ⅱ，28(3)]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：
①阴极上的反应式为 。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为 。
答案精析
1.C 2.B 3.C
4.B [由图可知，装置甲为电解池，右端石墨为阳极，氯离子发生氧化反应生成氯气，故A错误；装置甲左端析出铜单质，转移0.1 mol电子，会生成3.2 g铜单质，右端无固体析出，两极质量差为3.2 g，故B正确；由图可知，装置乙为电镀池，阳极电极反应式为Cu-2e-Cu2+，阴极电极反应式为Cu2++2e-Cu，所以电解池工作一段时间后，铁表面镀上一层铜，撤去直流电源无法形成原电池，电流表指针不会偏转，故C错误；将铜片更换为锌片，阳极的电极反应式为Zn-2e-Zn2+，氧化性：Zn2+5.D [由题意可知，铜电极为电解池的阳极，在氯离子作用下，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成Cu2Cl2，电极反应式为2Cu-2e-+2Cl-Cu2Cl2，铂电极为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，生成的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，A、B、C正确；结合得失电子守恒可知，电解制备得到7.2 g氧化亚铜时，阴极区溶液减少的质量为2××18 g·mol-1=1.8 g，故D错误。]
6.B [电极1上H2O(g)得电子发生还原反应生成H2(g)，电极1为阴极，电极反应为H2O+2e-H2+O2-，电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A项正确；电极2上O2-失电子发生氧化反应生成O2(g)，电极2为阳极，电极反应为2O2--4e-O2，B项错误；电解池工作时，阴离子向阳极移动，即O2-从电极1迁移到电极2，C项正确；电解总反应为2H2O(g)2H2(g)+O2(g)，分解2 mol H2O转移4 mol电子，则理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O，D项正确。]
7.D 8.D
9.B [电极b上CH3OH失去电子变为HCOO-，电极b为阳极，电极反应式为CH3OH+5OH--4e-HCOO-+4H2O，电极a为阴极，水得到电子变为H2，电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-。电极a为阴极，与电源负极连接，故A正确；2.24 L(标准状况)气体物质的量为0.1 mol，根据电极反应式2H2O+2e-H2↑+2OH-可知，转移电子的物质的量为0.2 mol，故B错误；由阴、阳极电极反应式可知总反应式为CH3OH+OH-HCOO-+2H2↑，故D正确。]
10.B [m电极上H2O、Cl-发生失电子的氧化反应转化成·OH、Cl2，m电极为电解池的阳极，n电极为电解池的阴极，n电极上O2发生得电子的还原反应转化成·OH，A项正确；混合溶液呈酸性，故n电极的电极反应为O2+2e-+2H+2·OH，B项错误；由图可知，该装置生成大量氧化性更强的·OH，·OH将N氧化成N2，则·OH被还原成H2O，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，反应的离子方程式为6·OH+2NN2↑+6H2O+2H+，C项正确；结合图示可知，相比于传统的二维电极反应系统，三维电极的电极比表面积增大，粒子间距小，提高了电流效率，粒子电极表面会生成许多强氧化性物质，氧化效率高，D项正确。]
11.B
12.D [由图可知，在M电极I-转化为，发生氧化反应，则M电极为阳极，N电极为阴极，M接电源的正极，A错误；阳极反应式为3I--2e-，B错误；二氧化硫在电解池中与溶液中的反应，离子方程式为SO2+2H2O3I-+4H+，此时转移2个电子，同时生成4个氢离子，而在阴极转移2个电子时消耗2个氢离子，则溶液中氢离子浓度增大，pH减小，C错误；由关系式：SO2~2e-，电解消耗x库仑电量，则二氧化硫的体积分数为×100%=×100%，D正确。]
13.D [由题图分析判断，图乙是放电装置，电极c为原电池的负极，电极d为正极；图甲为充电装置，电极a与电源负极连接，为电解池的阴极，电极b为阳极，A错误；图甲中电极b与电源正极连接，电极反应式为P+nC-e-Cn(PF6)，B错误；图乙中电极c是原电池负极，电极d是正极，因此电极d的电势高于电极c，C错误；图乙中电极c的电极反应为AlLi-e-Al+Li+，因此当电路转移2 mol电子时，理论上电极c质量减少2 mol×7 g·mol-1=14 g，D正确。]
14.D
15.(1)< (2)O2+4e-+2H2O4OH- (3)H2 1
16.(1)①PbO2 X PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O ②Al-3e-+3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+、2H2O-4e-O2↑+4H+ ③0.4 (2)①CO2+2e-CO+O2- ②6∶5
解析 (1)③消耗103.5 g(0.5 mol)Pb，转移电子的物质的量为1 mol，装置的电流效率为80%，故装置Ⅱ阴极上参与反应的电子为0.8 mol，阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-，即产生0.4 mol H2。(2)①由图示可知，阴极上CO2CO，且固体电解质能传导O2-，则阴极反应式为CO2+2e-CO+O2-。②假设生成的乙烯和乙烷的物质的量分别为2 mol和1 mol，由2CH4C2H4+2H2、2CH4C2H6+H2知，生成2 mol乙烯和1 mol乙烷时，共脱去5 mol H2，转移10 mol e-，根据电子转移数目守恒可知，此时消耗的CO2为5 mol，消耗的CH4为6 mol，即消耗的CH4和CO2的体积比为6∶5。
