4.2电解池同步练习 2025-2026学年高二上学期人教版（2019）选择性必修1（含解析）
文档属性
| 名称 | 4.2电解池同步练习 2025-2026学年高二上学期人教版（2019）选择性必修1（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-09-19 16:50:13 | ||
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文档简介
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4.2电解池
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．氯碱工业和电解精炼铜是工业上电解原理的重要应用，其示意图如图所示，下列有关说法正确的是
A．M是电源的负极
B．电解精炼铜过程中硫酸铜溶液的浓度保持不变
C．F口产生的气体是氯气
D．电解精炼铜的纯铜与铁器表面电镀铜中的纯铜都是作阴极
2．用石墨作电极电解稀 H2SO4溶液时，阳极的主要产物是
A．H2 B．O2 C．SO2 D．H2O
3．利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是
A．a极反应：CH4-8e﹣+4O2﹣=CO2+2H2O
B．A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜
C．a极上通入标况下2.24L甲烷，阳极室Ca2+减少0.2mol
D．阳极室有氯气产生，阴极室中有氢气产生且NaOH浓度增大
4．工业上以含溶液作电解液，以含Fe、Zn、Pb、C等杂质的粗锡为阳极进行电解，可得到精锡。下列说法错误的是
A．阴极发生的反应为
B．电解一段时间，溶液中溶质的浓度不变
C．在电解槽底部产生含Pb的阳极泥
D．当阴极质量增加11.9g，电路中通过电子为0.2mol
5．用惰性电极电解硫酸铜溶液，一段时间后停止电解，往电解后的电解液中加入，充分反应后，电解液恢复到电解前状态，下列说法错误的是
A．阳极产生的气体只有一种
B．电路中共转移电子
C．相同条件下，阴、阳两极生成的气体体积比为
D．电解过程中，阴极析出铜的总质量为
6．科研工作者用金催化电极实现了常温、常压条件下合成氨，其工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．电解过程中，通过交换膜从右往左迁移
B．的主要作用是降低的溶解度
C．金催化电极的电极反应式：
D．理论上合成，左室溶液质量减少27g
7．以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述中正确的是
①粗铜与直流电源负极相连 ②阴极发生的反应为 ③电路中每通过个电子，得到的精铜质量为16 g ④杂质Ag以的形式沉入电解槽形成“阳极泥”
A．②③ B．②④ C．③④ D．①③
8．铅酸蓄电池历史悠久，至今仍在许多领域发挥着重要作用，其总反应式为：。如图是铅蓄电池的模拟装置图，下列说法正确的是
A．该铅蓄电池属于化学电源中的一次电池，可以多次重复使用
B．放电时，负极铅被氧化最终生成，硫酸浓度没有变化
C．充电时，与外接电源的正极相连，发生氧化反应
D．充电时，阴极发生的电极反应式为：
二、填空题
9．如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解。
请回答：
(1)b、c的电极名称分别为 。
(2)a、c的电极反应式分别为 、 。
(3)电解后，甲、乙装置内溶液的 pH 分别有什么变化？ 。
(4)甲装置电解后，要恢复原溶液，需加入 。
(5)电解CuSO4溶液的离子方程式为 。
10．电解在化工生产、金属冶炼及科学研究等方面有重要应用。
(1)工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。纯净氧化铝的熔点很高(约2 045 ℃)，在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)在1 000 ℃左右就可以得到熔融体。
①写出电解时阳极的电极反应式： 。
②电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是 。
(2)电解食盐水是氯碱工业的基础。
①电解所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为 、 。电解时，阴极反应的主要产物是 。
②电解时用盐酸控制阳极区的pH在2～3，用必要的文字和反应化学方程式说明原因： 。
11．电镀与电解精炼
电镀是一种利用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他 或 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。
电镀 电解精炼
装置
阳极材料 镀层金属 (含锌、银、金等杂质)
阴极材料 镀件金属
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 Cu2＋浓度 Cu2＋浓度 ，金、银等金属沉积形成阳极泥
12．利用电化学原理，在甲中将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，再利用电解法来处理乙中含Cr2O废水，如下图所示；电解过程中乙池溶液发生反应：Cr2O+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
(1)甲池工作时，NO2转变成Y可循环使用，Y中N元素的化合价为 ，电子从石墨Ⅱ （填“流入”或“流出”）。工作时甲池内的NO向 极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)。
(2)电解时乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为 。
13．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X为直流电源的 极。
(2)pH变化：A (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B ，C 。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为 (设电解前后溶液体积无变化)。
(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为 (设电解前后溶液体积无变化)。
14．化工生产的副产氢也是氢气的来源。高铁酸钠是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点，高铁酸钠的生产方法之一是电解法，其原理为：。工作原理示意图如下图所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色，镍电极表面有气泡产生。若溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：只在强碱性条件下稳定，易被还原。
(1)①电解法制高铁酸钠时，离子交换膜为 (填“阴”“阳”)离子交换膜。
②高铁酸钠生产方法之二是在强碱性介质中用氧化生成高铁酸钠、氯化钠和水，该反应的离子方程式为 。
(2)①电解一段时间后，阳极室pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是 。
③随初始的变化如下图，M点低于最高值的原因 ；N点低于最高值的原因 。
三、解答题
15．某矿渣中含MgO、Al2O3，、Fe2O3，和SiO2等，通过下列工艺流程可回收其中的Mg、Fe、Al等。
已知：i．溶液中的目标离子浓度小于或等于10-5mol·L-1时，该离子已经完全沉淀。
ii．室温下部分金属离子转化为氢氧化物沉淀的相关pH如下表：
金属离子 Fe3+ Al3+ Mg2+
开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5
沉淀完全的pH 3.2 4.7 11.1
回答下列问题：
(1)“酸浸”时，可以提高浸取反应速率的措施有 (任写一条)。
(2)调①调整合适的范围是 ，若室温下调节，则溶液中 。
(3)“调②”的目的是 ，“滤液”中溶质的主要成分是 (填化学式)。
(4)“加热”制备时，必须在氛围中进行，其目的是 。
(5)“电解”制金属时：
①的状态为 (填标号)。
A． B． C．(aq)
②阳极的电极反应式为 。
《4.2电解池》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 C B C B B D A C
1．C
【分析】氯碱工业中，通过电解饱和食盐水生产氯气、氢气和氢氧化钠，阳极发生反应为：，阴极发生反应为：，该装置用多孔隔膜分隔阴阳极，防止氯气、氢气混合爆炸，同时允许Na 迁移至阴极，维持电荷平衡，则M端与电解池阳极相连，N端与电解池阴极相连；电解精炼铜，利用电解法提纯粗铜，去除杂质（如Fe、Zn、Ni），阳极发生反应为：（杂质优先溶解），阴极发生反应为：，电解质为含Cu 的硫酸铜溶液，需定期补充，据此分析作答。
【详解】A．由分析可知，M端与电解池阳极相连，则M是电源的正极，A项错误；
B．电解精炼铜过程中，阳极会有其他杂质参与反应，则铜离子会消耗，硫酸铜溶液的浓度下降，需定期补充，B项错误；
C．M端与电解池阳极相连，阳极发生反应为：，则F口产生的气体是氯气，C项正确；
D．电镀铜时，纯铜必须作为阳极，铁器作为阴极，D项错误；
答案选C。
2．B
【详解】电解稀H2SO4时，溶液中主要离子为H 、SO和H2O离解的OH 。阳极发生氧化反应，阴离子放电顺序为OH ＞SO(惰性电极下)，因此OH 优先被氧化生成O2，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+。
答案选B。
3．C
【分析】由图可知，左侧装置为甲烷燃料电池，通入甲烷的a极为负极，氧离子作用下甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4-8e-＋4O2-=CO2＋2H2O，通入氧气的b极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为2O2+8e-=4O2-；右侧装置为电解池，与b极相连的石墨电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，溶液中钙离子通过阳离子交换膜进入产品室，与a极相连的石墨电极为阴极，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，原料室中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，磷酸二氢根离子通过阴离子交换膜进入产品室，所以在阴极室得到浓度较大的氢氧化钠溶液，在产品室得到磷酸二氢钙溶液。
【详解】A．由分析可知，通入甲烷的a极为负极，氧离子作用下甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4-8e-＋4O2-=CO2＋2H2O，故A正确；
B．由分析可知，电解时，溶液中钙离子通过阳离子交换膜进入产品室、钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室、磷酸二氢根离子通过阴离子交换膜进入产品室，则A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，故B正确；
C．由得失电子数目守恒可知，阳极室消耗氯离子的物质的量为，由电荷守恒可知，进入产品室的钙离子物质的量为0.8mol×=0.4mol，则阳极室减少钙离子物质的量为0.4mol，故C错误；
D．由分析可知，与b极相连的石墨电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，与a极相连的石墨电极为阴极，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，原料室中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，所以在阴极室得到浓度较大的氢氧化钠溶液，故D正确；
故答案为：C。
4．B
【分析】工业上以含、、的混合液作电解液，以含Fe、Zn、Pb、C等杂质的粗锡为阳极进行电解，阳极上Sn、Fe、Zn失去电子被氧化，Pb、C不放电，阴极上得电子的还原反应， ，可得到精锡。
【详解】A．阴极应该发生得电子的还原反应，故为，A正确；
B．阳极杂质参与反应，故电解一段时间溶液中浓度减小，B错误；
C．阳极材料中Pb和C比锡不活泼，不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；
D．当阴极质量增加11.9g，即生成0.1mol Sn，则电路中通过电子为0.2mol，D正确；
选B。
5．B
【分析】的物质的量为0.1mol，电解硫酸铜溶液后溶液呈酸性，向电解后的溶液中加入碱式碳酸铜能恢复原溶液，碱式碳酸铜和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳：，0.1mol碱式碳酸铜和硫酸反应生成0.2mol硫酸铜、0.3mol水和0.1mol二氧化碳：电解硫酸铜溶液第一阶段2CuSO4+2H2O2Cu↓+O2↑+2H2SO4、第二阶段：2H2O2H2↑+O2↑。
【详解】A．根据以上分析可知，阳极产生的气体只有一种，为氧气，故A正确；
B．参与2CuSO4+2H2O2Cu↓+O2↑+2H2SO4反应的硫酸铜的物质的量0.2mol，转移电子0.4mol，参与2H2O2H2↑+O2↑反应的水的物质的量为0.1mol，转移电子0.2mol，电路中共转移电子，故B错误；
C．参与2CuSO4+2H2O2Cu↓+O2↑+2H2SO4反应的硫酸铜的物质的量0.2mol，生成氧气的物质的量为0.1mol，参与2H2O2H2↑+O2↑反应的水的物质的量为0.3-0.2=0.1mol，生成氢气的物质的量为0.1mol、氧气物质的量为0.05mol，相同条件下，阴、阳两极生成的气体体积比为，故C正确；
D．电解过程中，参与2CuSO4+2H2O2Cu↓+O2↑+2H2SO4反应的硫酸铜的物质的量0.2mol，阴极析出铜的总质量为0.2mol×64g/mol=，故D正确；
故答案为：B。
6．D
【分析】根据图示知，金催化电极发生还原反应，得电子，是阴极，电极反应：；惰性电极是是阳极，。
【详解】A．电解过程中，向阴极移动，即H+通过质子交换膜从左往右迁移，A错误；
B．可以电离出自由移动的离子，主要作用是增强溶液导电性，B错误；
C．根据分析知，金催化电极的电极反应式：，C错误；
D．理论上合成，转移电子，则左室生成，还有向阴极移动，则溶液质量减少，D正确；
故选D。
7．A
【分析】利用电解法进行粗铜精炼时粗铜应作阳极，精铜作阴极；阳极与电池的正极相连发生氧化反应，阴极与电池的负极相连发生还原反应；这几种金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag，因此在电解过程中Ag不会失去电子，而是形成阳极泥。
【详解】①电解精炼铜时，粗铜应作阳极，与直流电源正极相连，故①错误；
②阴极与电池的负极相连，阳离子发生还原反应，，故②正确；
③根据电极反应：，电路中每通过个即0.5mol电子，得到的精铜质量为，故③正确；
④金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag，因此Ag不会放电，以单质形式沉积下来，故④错误；
故答案选A。
8．C
【详解】A．该铅蓄电池属于化学电源中的二次电池，A错误；
B．由总反应可知，放电时，负极铅最终生成，消耗了硫酸生成了水，硫酸浓度减小，B错误；
C．放电时，铅是负极，二氧化铅是正极，充电时，电解池的阳极连接外接电源的正极，即连接外接电源正极，发生氧化反应，C正确；
D．充电时，阴极是得电子生成，电极反应式为，D错误；
故选C。
9．(1)阴极、阳极
(2)
(3)甲装置溶液pH减小；乙装置溶液pH增大
(4)或
(5)
【分析】a与电源的正极相连，作电解池的阳极，d与电源的负极相连，作电解池的阴极，a的电极反应式为：，d的电极反应式为：；b为阴极，电极反应式：，c为阳极，电极反应式：；据此回答问题。
【详解】（1）由分析可知，b为阴极，c为阳极；
（2）a的电极反应式为：；c为阳极，电极反应式：；
（3）甲装置有氢离子生成，溶液pH减小；乙装置生成氢氧根离子，溶液pH增大。
（4）甲溶液中失去，所以需要加入或；乙溶液中失去，所以乙装置需要通入HCl气体；
（5）电解硫酸铜溶液的离子方程式为：
10．(1) 2O2－－4e－=O2↑ 石墨电极被阳极上产生的氧气氧化
(2) NaOH Na2CO3 NaOH和H2 Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大H＋和Cl－浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失
【详解】（1）①由电解装置可知，阳极上氧离子失去电子，电极反应：；
②阳极上产生氧气，石墨电极被阳极上产生的氧气氧化，故电解过程中作阳极的石墨易消耗；
（2）①食盐溶液中混有和，可以利用过量溶液除去，形成氢氧化镁沉淀；
②利用过量溶液除去，形成碳酸钙沉淀；
③电解时，阴极反应，阴极反应的主要产物是和；
④电解时用盐酸控制阳极区的在，电解时反应化学方程式为：，增大和浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失。
11． 电解 金属 合金 Cu Fe 不变 粗铜 纯铜 减小
【分析】电镀和电解精炼都是基于电解原理的重要工业应用，电解原理是在直流电的作用下，电解质溶液中的阴、阳离子分别在电极上发生氧化还原反应。
【详解】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，因为电镀过程中，通过电解池装置，在电流作用下实现金属离子在镀件表面的还原沉积，在电镀装置中，阳极材料为镀层金属，以在铁件上镀铜为例，阳极是铜片，发生氧化反应Cu - 2e-= Cu2+，阴极材料为镀件金属，如上述例子中，阴极是铁件，发生还原反应Cu2++ 2e-= Cu，在电镀过程中，阳极溶解的铜离子和阴极析出的铜离子量相等，所以溶液中Cu2+浓度不变，在电解精炼铜时，阳极材料为粗铜(含锌、银、金等杂质)，粗铜中的锌、铜等活泼金属会在阳极发生氧化反应，如Zn - 2e-= Zn2+、Cu - 2e-= Cu2+，阴极材料为纯铜，发生还原反应Cu2++ 2e-= Cu，在电解精炼铜过程中，由于阳极粗铜中的锌等杂质优先失电子进入溶液，而铜离子在阴极析出，阳极溶解的铜比阴极析出的铜少，所以溶液中Cu2+浓度减小，故答案为：电解；金属；合金；Cu；Fe；不变；粗铜；纯铜；减小。
12．(1) +5 流入 石墨Ⅰ
(2)Fe－2e-=Fe2+
【详解】（1）根据图示知甲池为燃料电池，电池工作时，石墨II通入氧气得电子发生还原反应，为正极，石墨Ⅰ为负极，发生氧化反应，N元素化合价升高，则负极附近NO2转变成Y，Y中N元素的化合价为+5；电子由负极流出，流向正极，则电子从石墨Ⅱ流入，电解质溶液中阴离子移向负极，则工作时甲池内的向石墨Ⅰ极移动。
（2）乙池为电解池，Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极，发生的电极反应为Fe－2e-=Fe2+。
13．(1)负
(2) 增大 减小 不变
(3)0.025 mol·L-1
(4)13
【分析】由图可知，三个装置是串联的电解池，通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g，说明装置C为电镀池，铜电极是电镀池的阴极，银离子在阴极得到电子发生还原反应生成银，银电极是阳极，银在阳极失去电子发生氧化反应生成银离子，则直流电源的X是电源负极、Y是正极；装置A为电解氯化钾溶液的电解池，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，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，总反应为电解氯化钾溶液生成氢氧化钾、氢气和氯气，溶液的pH增大；装置B为电解硫酸铜和硫酸钾的混合溶液，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，铜离子先在阴极得到电子发生还原反应生成铜，后部分氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气。
【详解】（1）由分析可知，电源中X为直流电源的负极，故答案为：负；
（2）由分析可知，装置A中发生的反应为电解氯化钾溶液生成氢氧化钾、氢气和氯气，溶液的pH增大；装置B为电解硫酸铜和硫酸钾的混合溶液，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，后部分氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，则溶液的pH减小；装置C为电镀池，硝酸银溶液的浓度不变，pH不变，故答案为：增大；减小；不变；
（3）由题意可知，通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g，则外电路通过电子的物质的量为=0.02 mol，由得失电子数目守恒可知，装置B中阳极生成氧气的物质的量为0.02 mol×=0.005 mol，则阴极生成氢气的物质的量为—0.005 mol=0.005 mol，由得失电子数目守恒可知，溶液中铜离子的物质的量为=0.005 mol，则硫酸铜溶液的浓度为=0.025 mol/L，故答案为：0.025 mol/L；
（4）由题意可知，通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g，则外电路通过电子的物质的量为=0.02 mol，由得失电子数目守恒可知，装置A中生成氢氧根离子的浓度为=0.1 mol/L，溶液的pH为13，故答案为：13。
14．(1) 阴
(2) 减小 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 在M点，c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢 在N点，c(OH-)过高，铁电极上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4产率降低
【分析】根据题意，铁电极附近生成紫红色，铁电极为阳极，电极反应为，镍电极表面有气泡产生，镍电极为阴极，电极反应为。
【详解】（1）①电解法制高铁酸钠时，铁电极消耗OH-，电解液中OH-向铁电极移动，故为阴离子交换膜；
②在强碱性介质中用氧化生成高铁酸钠、氯化钠和水，离子方程式为；
（2）①由阴极和阳极的电极方程式可知，当转移6mol电子时，阳极消耗8molOH-，阴极产生6molOH-，则阳极的氢氧根浓度降低，pH值减小；
②根据题意只在强碱性条件下稳定，易被H2还原，由于阴极产生的气体为H2，故电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低；
③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点，c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；在N点，c(OH-)过高，铁电极上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4产率降低。
15．(1)适当提高稀硫酸的浓度、适当提高浸取液的温度、将矿渣粉碎为粉末状态等
(2)
(3) 使转化为沉淀
(4)抑制水解
(5) B
【分析】矿渣加入稀硫酸酸浸，二氧化硅不反应，氧化铝、氧化镁、氧化铁转化为相应的硫酸盐，过滤得到含有二氧化硅滤渣1和含有硫酸铁、硫酸镁、硫酸铝的滤液，滤液中加入氨水调节pH，溶液中铁、铝离子沉淀，再加入氨水调节pH将镁离子沉淀，沉淀酸溶后蒸发结晶得到氯化镁晶体，在HCl气流中加热得到无水氯化镁，电解熔融氯化镁得到镁单质。
【详解】（1）适当提高稀硫酸的浓度、适当提高浸取液的温度、将矿渣粉碎为粉末状态等可以加快反应的速率，提高浸取速率；
（2）由分析可知，调①是去除铝离子和铁离子，而镁离子不沉淀，结合表中数据可知，调整合适的范围是；pH=3.2，pOH=10.8时，铁离子完全沉淀，则，若室温下调节，pOH=5，则溶液中；
（3）由分析可知，“调②”的目的是使转化为沉淀，“滤液”中溶质的主要成分是加入氨水转化的铵根离子和硫酸根离子形成的硫酸铵；
（4）加热会促进镁离子水解生成氢氧化镁和HCl，“加热”制备时，必须在氛围中进行，其目的是抑制水解；
（5）①电解熔融生成镁和氯气，故选B；
②阳极氯离子失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为。
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4.2电解池
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．氯碱工业和电解精炼铜是工业上电解原理的重要应用，其示意图如图所示，下列有关说法正确的是
A．M是电源的负极
B．电解精炼铜过程中硫酸铜溶液的浓度保持不变
C．F口产生的气体是氯气
D．电解精炼铜的纯铜与铁器表面电镀铜中的纯铜都是作阴极
2．用石墨作电极电解稀 H2SO4溶液时，阳极的主要产物是
A．H2 B．O2 C．SO2 D．H2O
3．利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是
A．a极反应：CH4-8e﹣+4O2﹣=CO2+2H2O
B．A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜
C．a极上通入标况下2.24L甲烷，阳极室Ca2+减少0.2mol
D．阳极室有氯气产生，阴极室中有氢气产生且NaOH浓度增大
4．工业上以含溶液作电解液，以含Fe、Zn、Pb、C等杂质的粗锡为阳极进行电解，可得到精锡。下列说法错误的是
A．阴极发生的反应为
B．电解一段时间，溶液中溶质的浓度不变
C．在电解槽底部产生含Pb的阳极泥
D．当阴极质量增加11.9g，电路中通过电子为0.2mol
5．用惰性电极电解硫酸铜溶液，一段时间后停止电解，往电解后的电解液中加入，充分反应后，电解液恢复到电解前状态，下列说法错误的是
A．阳极产生的气体只有一种
B．电路中共转移电子
C．相同条件下，阴、阳两极生成的气体体积比为
D．电解过程中，阴极析出铜的总质量为
6．科研工作者用金催化电极实现了常温、常压条件下合成氨，其工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．电解过程中，通过交换膜从右往左迁移
B．的主要作用是降低的溶解度
C．金催化电极的电极反应式：
D．理论上合成，左室溶液质量减少27g
7．以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述中正确的是
①粗铜与直流电源负极相连 ②阴极发生的反应为 ③电路中每通过个电子，得到的精铜质量为16 g ④杂质Ag以的形式沉入电解槽形成“阳极泥”
A．②③ B．②④ C．③④ D．①③
8．铅酸蓄电池历史悠久，至今仍在许多领域发挥着重要作用，其总反应式为：。如图是铅蓄电池的模拟装置图，下列说法正确的是
A．该铅蓄电池属于化学电源中的一次电池，可以多次重复使用
B．放电时，负极铅被氧化最终生成，硫酸浓度没有变化
C．充电时，与外接电源的正极相连，发生氧化反应
D．充电时，阴极发生的电极反应式为：
二、填空题
9．如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解。
请回答：
(1)b、c的电极名称分别为 。
(2)a、c的电极反应式分别为 、 。
(3)电解后，甲、乙装置内溶液的 pH 分别有什么变化？ 。
(4)甲装置电解后，要恢复原溶液，需加入 。
(5)电解CuSO4溶液的离子方程式为 。
10．电解在化工生产、金属冶炼及科学研究等方面有重要应用。
(1)工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。纯净氧化铝的熔点很高(约2 045 ℃)，在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)在1 000 ℃左右就可以得到熔融体。
①写出电解时阳极的电极反应式： 。
②电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是 。
(2)电解食盐水是氯碱工业的基础。
①电解所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为 、 。电解时，阴极反应的主要产物是 。
②电解时用盐酸控制阳极区的pH在2～3，用必要的文字和反应化学方程式说明原因： 。
11．电镀与电解精炼
电镀是一种利用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他 或 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。
电镀 电解精炼
装置
阳极材料 镀层金属 (含锌、银、金等杂质)
阴极材料 镀件金属
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 Cu2＋浓度 Cu2＋浓度 ，金、银等金属沉积形成阳极泥
12．利用电化学原理，在甲中将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，再利用电解法来处理乙中含Cr2O废水，如下图所示；电解过程中乙池溶液发生反应：Cr2O+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
(1)甲池工作时，NO2转变成Y可循环使用，Y中N元素的化合价为 ，电子从石墨Ⅱ （填“流入”或“流出”）。工作时甲池内的NO向 极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)。
(2)电解时乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为 。
13．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X为直流电源的 极。
(2)pH变化：A (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B ，C 。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为 (设电解前后溶液体积无变化)。
(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为 (设电解前后溶液体积无变化)。
14．化工生产的副产氢也是氢气的来源。高铁酸钠是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点，高铁酸钠的生产方法之一是电解法，其原理为：。工作原理示意图如下图所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色，镍电极表面有气泡产生。若溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：只在强碱性条件下稳定，易被还原。
(1)①电解法制高铁酸钠时，离子交换膜为 (填“阴”“阳”)离子交换膜。
②高铁酸钠生产方法之二是在强碱性介质中用氧化生成高铁酸钠、氯化钠和水，该反应的离子方程式为 。
(2)①电解一段时间后，阳极室pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是 。
③随初始的变化如下图，M点低于最高值的原因 ；N点低于最高值的原因 。
三、解答题
15．某矿渣中含MgO、Al2O3，、Fe2O3，和SiO2等，通过下列工艺流程可回收其中的Mg、Fe、Al等。
已知：i．溶液中的目标离子浓度小于或等于10-5mol·L-1时，该离子已经完全沉淀。
ii．室温下部分金属离子转化为氢氧化物沉淀的相关pH如下表：
金属离子 Fe3+ Al3+ Mg2+
开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5
沉淀完全的pH 3.2 4.7 11.1
回答下列问题：
(1)“酸浸”时，可以提高浸取反应速率的措施有 (任写一条)。
(2)调①调整合适的范围是 ，若室温下调节，则溶液中 。
(3)“调②”的目的是 ，“滤液”中溶质的主要成分是 (填化学式)。
(4)“加热”制备时，必须在氛围中进行，其目的是 。
(5)“电解”制金属时：
①的状态为 (填标号)。
A． B． C．(aq)
②阳极的电极反应式为 。
《4.2电解池》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 C B C B B D A C
1．C
【分析】氯碱工业中，通过电解饱和食盐水生产氯气、氢气和氢氧化钠，阳极发生反应为：，阴极发生反应为：，该装置用多孔隔膜分隔阴阳极，防止氯气、氢气混合爆炸，同时允许Na 迁移至阴极，维持电荷平衡，则M端与电解池阳极相连，N端与电解池阴极相连；电解精炼铜，利用电解法提纯粗铜，去除杂质（如Fe、Zn、Ni），阳极发生反应为：（杂质优先溶解），阴极发生反应为：，电解质为含Cu 的硫酸铜溶液，需定期补充，据此分析作答。
【详解】A．由分析可知，M端与电解池阳极相连，则M是电源的正极，A项错误；
B．电解精炼铜过程中，阳极会有其他杂质参与反应，则铜离子会消耗，硫酸铜溶液的浓度下降，需定期补充，B项错误；
C．M端与电解池阳极相连，阳极发生反应为：，则F口产生的气体是氯气，C项正确；
D．电镀铜时，纯铜必须作为阳极，铁器作为阴极，D项错误；
答案选C。
2．B
【详解】电解稀H2SO4时，溶液中主要离子为H 、SO和H2O离解的OH 。阳极发生氧化反应，阴离子放电顺序为OH ＞SO(惰性电极下)，因此OH 优先被氧化生成O2，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+。
答案选B。
3．C
【分析】由图可知，左侧装置为甲烷燃料电池，通入甲烷的a极为负极，氧离子作用下甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4-8e-＋4O2-=CO2＋2H2O，通入氧气的b极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为2O2+8e-=4O2-；右侧装置为电解池，与b极相连的石墨电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，溶液中钙离子通过阳离子交换膜进入产品室，与a极相连的石墨电极为阴极，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，原料室中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，磷酸二氢根离子通过阴离子交换膜进入产品室，所以在阴极室得到浓度较大的氢氧化钠溶液，在产品室得到磷酸二氢钙溶液。
【详解】A．由分析可知，通入甲烷的a极为负极，氧离子作用下甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4-8e-＋4O2-=CO2＋2H2O，故A正确；
B．由分析可知，电解时，溶液中钙离子通过阳离子交换膜进入产品室、钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室、磷酸二氢根离子通过阴离子交换膜进入产品室，则A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，故B正确；
C．由得失电子数目守恒可知，阳极室消耗氯离子的物质的量为，由电荷守恒可知，进入产品室的钙离子物质的量为0.8mol×=0.4mol，则阳极室减少钙离子物质的量为0.4mol，故C错误；
D．由分析可知，与b极相连的石墨电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，与a极相连的石墨电极为阴极，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，原料室中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，所以在阴极室得到浓度较大的氢氧化钠溶液，故D正确；
故答案为：C。
4．B
【分析】工业上以含、、的混合液作电解液，以含Fe、Zn、Pb、C等杂质的粗锡为阳极进行电解，阳极上Sn、Fe、Zn失去电子被氧化，Pb、C不放电，阴极上得电子的还原反应， ，可得到精锡。
【详解】A．阴极应该发生得电子的还原反应，故为，A正确；
B．阳极杂质参与反应，故电解一段时间溶液中浓度减小，B错误；
C．阳极材料中Pb和C比锡不活泼，不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；
D．当阴极质量增加11.9g，即生成0.1mol Sn，则电路中通过电子为0.2mol，D正确；
选B。
5．B
【分析】的物质的量为0.1mol，电解硫酸铜溶液后溶液呈酸性，向电解后的溶液中加入碱式碳酸铜能恢复原溶液，碱式碳酸铜和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳：，0.1mol碱式碳酸铜和硫酸反应生成0.2mol硫酸铜、0.3mol水和0.1mol二氧化碳：电解硫酸铜溶液第一阶段2CuSO4+2H2O2Cu↓+O2↑+2H2SO4、第二阶段：2H2O2H2↑+O2↑。
【详解】A．根据以上分析可知，阳极产生的气体只有一种，为氧气，故A正确；
B．参与2CuSO4+2H2O2Cu↓+O2↑+2H2SO4反应的硫酸铜的物质的量0.2mol，转移电子0.4mol，参与2H2O2H2↑+O2↑反应的水的物质的量为0.1mol，转移电子0.2mol，电路中共转移电子，故B错误；
C．参与2CuSO4+2H2O2Cu↓+O2↑+2H2SO4反应的硫酸铜的物质的量0.2mol，生成氧气的物质的量为0.1mol，参与2H2O2H2↑+O2↑反应的水的物质的量为0.3-0.2=0.1mol，生成氢气的物质的量为0.1mol、氧气物质的量为0.05mol，相同条件下，阴、阳两极生成的气体体积比为，故C正确；
D．电解过程中，参与2CuSO4+2H2O2Cu↓+O2↑+2H2SO4反应的硫酸铜的物质的量0.2mol，阴极析出铜的总质量为0.2mol×64g/mol=，故D正确；
故答案为：B。
6．D
【分析】根据图示知，金催化电极发生还原反应，得电子，是阴极，电极反应：；惰性电极是是阳极，。
【详解】A．电解过程中，向阴极移动，即H+通过质子交换膜从左往右迁移，A错误；
B．可以电离出自由移动的离子，主要作用是增强溶液导电性，B错误；
C．根据分析知，金催化电极的电极反应式：，C错误；
D．理论上合成，转移电子，则左室生成，还有向阴极移动，则溶液质量减少，D正确；
故选D。
7．A
【分析】利用电解法进行粗铜精炼时粗铜应作阳极，精铜作阴极；阳极与电池的正极相连发生氧化反应，阴极与电池的负极相连发生还原反应；这几种金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag，因此在电解过程中Ag不会失去电子，而是形成阳极泥。
【详解】①电解精炼铜时，粗铜应作阳极，与直流电源正极相连，故①错误；
②阴极与电池的负极相连，阳离子发生还原反应，，故②正确；
③根据电极反应：，电路中每通过个即0.5mol电子，得到的精铜质量为，故③正确；
④金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag，因此Ag不会放电，以单质形式沉积下来，故④错误；
故答案选A。
8．C
【详解】A．该铅蓄电池属于化学电源中的二次电池，A错误；
B．由总反应可知，放电时，负极铅最终生成，消耗了硫酸生成了水，硫酸浓度减小，B错误；
C．放电时，铅是负极，二氧化铅是正极，充电时，电解池的阳极连接外接电源的正极，即连接外接电源正极，发生氧化反应，C正确；
D．充电时，阴极是得电子生成，电极反应式为，D错误；
故选C。
9．(1)阴极、阳极
(2)
(3)甲装置溶液pH减小；乙装置溶液pH增大
(4)或
(5)
【分析】a与电源的正极相连，作电解池的阳极，d与电源的负极相连，作电解池的阴极，a的电极反应式为：，d的电极反应式为：；b为阴极，电极反应式：，c为阳极，电极反应式：；据此回答问题。
【详解】（1）由分析可知，b为阴极，c为阳极；
（2）a的电极反应式为：；c为阳极，电极反应式：；
（3）甲装置有氢离子生成，溶液pH减小；乙装置生成氢氧根离子，溶液pH增大。
（4）甲溶液中失去，所以需要加入或；乙溶液中失去，所以乙装置需要通入HCl气体；
（5）电解硫酸铜溶液的离子方程式为：
10．(1) 2O2－－4e－=O2↑ 石墨电极被阳极上产生的氧气氧化
(2) NaOH Na2CO3 NaOH和H2 Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大H＋和Cl－浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失
【详解】（1）①由电解装置可知，阳极上氧离子失去电子，电极反应：；
②阳极上产生氧气，石墨电极被阳极上产生的氧气氧化，故电解过程中作阳极的石墨易消耗；
（2）①食盐溶液中混有和，可以利用过量溶液除去，形成氢氧化镁沉淀；
②利用过量溶液除去，形成碳酸钙沉淀；
③电解时，阴极反应，阴极反应的主要产物是和；
④电解时用盐酸控制阳极区的在，电解时反应化学方程式为：，增大和浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失。
11． 电解 金属 合金 Cu Fe 不变 粗铜 纯铜 减小
【分析】电镀和电解精炼都是基于电解原理的重要工业应用，电解原理是在直流电的作用下，电解质溶液中的阴、阳离子分别在电极上发生氧化还原反应。
【详解】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，因为电镀过程中，通过电解池装置，在电流作用下实现金属离子在镀件表面的还原沉积，在电镀装置中，阳极材料为镀层金属，以在铁件上镀铜为例，阳极是铜片，发生氧化反应Cu - 2e-= Cu2+，阴极材料为镀件金属，如上述例子中，阴极是铁件，发生还原反应Cu2++ 2e-= Cu，在电镀过程中，阳极溶解的铜离子和阴极析出的铜离子量相等，所以溶液中Cu2+浓度不变，在电解精炼铜时，阳极材料为粗铜(含锌、银、金等杂质)，粗铜中的锌、铜等活泼金属会在阳极发生氧化反应，如Zn - 2e-= Zn2+、Cu - 2e-= Cu2+，阴极材料为纯铜，发生还原反应Cu2++ 2e-= Cu，在电解精炼铜过程中，由于阳极粗铜中的锌等杂质优先失电子进入溶液，而铜离子在阴极析出，阳极溶解的铜比阴极析出的铜少，所以溶液中Cu2+浓度减小，故答案为：电解；金属；合金；Cu；Fe；不变；粗铜；纯铜；减小。
12．(1) +5 流入 石墨Ⅰ
(2)Fe－2e-=Fe2+
【详解】（1）根据图示知甲池为燃料电池，电池工作时，石墨II通入氧气得电子发生还原反应，为正极，石墨Ⅰ为负极，发生氧化反应，N元素化合价升高，则负极附近NO2转变成Y，Y中N元素的化合价为+5；电子由负极流出，流向正极，则电子从石墨Ⅱ流入，电解质溶液中阴离子移向负极，则工作时甲池内的向石墨Ⅰ极移动。
（2）乙池为电解池，Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极，发生的电极反应为Fe－2e-=Fe2+。
13．(1)负
(2) 增大 减小 不变
(3)0.025 mol·L-1
(4)13
【分析】由图可知，三个装置是串联的电解池，通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g，说明装置C为电镀池，铜电极是电镀池的阴极，银离子在阴极得到电子发生还原反应生成银，银电极是阳极，银在阳极失去电子发生氧化反应生成银离子，则直流电源的X是电源负极、Y是正极；装置A为电解氯化钾溶液的电解池，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，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，总反应为电解氯化钾溶液生成氢氧化钾、氢气和氯气，溶液的pH增大；装置B为电解硫酸铜和硫酸钾的混合溶液，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，铜离子先在阴极得到电子发生还原反应生成铜，后部分氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气。
【详解】（1）由分析可知，电源中X为直流电源的负极，故答案为：负；
（2）由分析可知，装置A中发生的反应为电解氯化钾溶液生成氢氧化钾、氢气和氯气，溶液的pH增大；装置B为电解硫酸铜和硫酸钾的混合溶液，水分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，后部分氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，则溶液的pH减小；装置C为电镀池，硝酸银溶液的浓度不变，pH不变，故答案为：增大；减小；不变；
（3）由题意可知，通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g，则外电路通过电子的物质的量为=0.02 mol，由得失电子数目守恒可知，装置B中阳极生成氧气的物质的量为0.02 mol×=0.005 mol，则阴极生成氢气的物质的量为—0.005 mol=0.005 mol，由得失电子数目守恒可知，溶液中铜离子的物质的量为=0.005 mol，则硫酸铜溶液的浓度为=0.025 mol/L，故答案为：0.025 mol/L；
（4）由题意可知，通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g，则外电路通过电子的物质的量为=0.02 mol，由得失电子数目守恒可知，装置A中生成氢氧根离子的浓度为=0.1 mol/L，溶液的pH为13，故答案为：13。
14．(1) 阴
(2) 减小 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 在M点，c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢 在N点，c(OH-)过高，铁电极上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4产率降低
【分析】根据题意，铁电极附近生成紫红色，铁电极为阳极，电极反应为，镍电极表面有气泡产生，镍电极为阴极，电极反应为。
【详解】（1）①电解法制高铁酸钠时，铁电极消耗OH-，电解液中OH-向铁电极移动，故为阴离子交换膜；
②在强碱性介质中用氧化生成高铁酸钠、氯化钠和水，离子方程式为；
（2）①由阴极和阳极的电极方程式可知，当转移6mol电子时，阳极消耗8molOH-，阴极产生6molOH-，则阳极的氢氧根浓度降低，pH值减小；
②根据题意只在强碱性条件下稳定，易被H2还原，由于阴极产生的气体为H2，故电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低；
③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点，c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；在N点，c(OH-)过高，铁电极上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4产率降低。
15．(1)适当提高稀硫酸的浓度、适当提高浸取液的温度、将矿渣粉碎为粉末状态等
(2)
(3) 使转化为沉淀
(4)抑制水解
(5) B
【分析】矿渣加入稀硫酸酸浸，二氧化硅不反应，氧化铝、氧化镁、氧化铁转化为相应的硫酸盐，过滤得到含有二氧化硅滤渣1和含有硫酸铁、硫酸镁、硫酸铝的滤液，滤液中加入氨水调节pH，溶液中铁、铝离子沉淀，再加入氨水调节pH将镁离子沉淀，沉淀酸溶后蒸发结晶得到氯化镁晶体，在HCl气流中加热得到无水氯化镁，电解熔融氯化镁得到镁单质。
【详解】（1）适当提高稀硫酸的浓度、适当提高浸取液的温度、将矿渣粉碎为粉末状态等可以加快反应的速率，提高浸取速率；
（2）由分析可知，调①是去除铝离子和铁离子，而镁离子不沉淀，结合表中数据可知，调整合适的范围是；pH=3.2，pOH=10.8时，铁离子完全沉淀，则，若室温下调节，pOH=5，则溶液中；
（3）由分析可知，“调②”的目的是使转化为沉淀，“滤液”中溶质的主要成分是加入氨水转化的铵根离子和硫酸根离子形成的硫酸铵；
（4）加热会促进镁离子水解生成氢氧化镁和HCl，“加热”制备时，必须在氛围中进行，其目的是抑制水解；
（5）①电解熔融生成镁和氯气，故选B；
②阳极氯离子失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为。
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