第2节电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
[课标要求]
1．了解电解池的构成。
2．了解电解池的电极名称，会写电极反应方程式。
3．掌握电解池工作时，溶液中阴阳离子的放电顺序。
1．电解池组成“三条件”
(1)外接电源以及与电源相连的两个电极；
(2)电解质溶液；
(3)闭合回路。
2．电解池阴、阳极“四特点”
阳极—外接直流电源正极—流出电子—发生氧化反应—阴离子移向；
阴极—外接直流电源负极—流入电子—发生还原反应—阳离子移向。
3．离子放电“两顺序”(惰性电极)
阳极：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－；
阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Sn2＋>Zn2＋>H＋水>Al3＋。
1．电解熔融NaCl
(1)实验现象：通电后，在石墨片周围有气泡产生，在铁片上生成银白色金属。
(2)实验分析：①熔融氯化钠中存在的微粒Na＋、Cl－。
②通电后离子的运动方向：阳离子Na＋(填离子符号)移向铁电极，阴离子Cl－(填离子符号)移向石墨电极。
③电极上发生的变化：铁电极：2Na＋＋2e－===2Na，
石墨电极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
(3)实验结论：熔融的氯化钠在电流作用下发生了化学变化，分解生成了钠和氯气。
2．电解
让直流电通过电解质溶液或熔融电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
3．电解池
(1)概念：将电能转化为化学能的装置。
(2)构成条件
①直流电源以及与电源相连的两电极；
②电解质溶液或熔融状态的电解质；
③形成闭合回路。
(3)电极及电极反应
①阳极：发生氧化反应的电极；
阴极：发生还原反应的电极。
②电极反应：在电极上进行的半反应，它可以表示电极上物质的变化情况和电子的转移情况。
4．电解池工作原理
(1)电极反应类型
阳极→氧化反应；阴极→还原反应。
(2)电子流向：电源负极→阴极；阳极→电源正极。
(3)电流方向：电源正极→阳极；阴极→电源负极。
(4)离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极。
用石墨作电极电解CuCl2溶液。
(1)通电前溶液中存在哪些离子？这些离子怎样运动？
提示：由CuCl2电离出的Cu2＋、Cl－、H2O电离出的少量H＋、OH－，这些离子作自由移动。
(2)通电后离子怎样移动？
提示：Cu2＋、H＋向阴极移动，Cl－、OH－向阳极移动。
(3)在两极各是什么离子发生反应？产物分别是什么？
提示：Cu2＋、H＋应在阴极发生还原反应，由于氧化性Cu2＋>H＋，则Cu2＋首先被还原生成铜：Cu2＋＋2e－===Cu；Cl－、OH－应在阳极发生氧化反应，由于还原性Cl－>OH－，Cl－首先被氧化生成氯气：2Cl－－2e－===Cl2↑，即阴极产物是铜，阳极产物是氯气。
1．电解池电极的判断
2．电解池的工作原理
接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。
3．电解产物的判断方法
(1)阳极产物的判断：首先看电极材料。
①若为活性电极(除Au、Pt石墨以外的金属材料)，则电极材料失电子，电极溶解生成相应的金属阳离子。
②若为惰性电极(Au、Pt、石墨)，则依据溶液中阴离子的失电子能力加以判断。
离子放电(失电子)顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>SO(等含氧酸根离子)。
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电(得电子)顺序判断，生成相应的金属单质(或氢气)Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。
[特别提醒] ①当溶液中的Zn2＋的浓度远大于水溶液中H＋浓度时，得电子能力为
Zn2＋>H＋。
②K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋只在熔融状态下放电，在水溶液中不放电。
1.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图，下列有关判断正确的是( )
A．通过该装置可以将化学能转变为电能
B．石墨电极为正极
C．Na＋在铁极上得到电子被还原为钠原子
D．铁电极为阳极
解析：选C 该装置为电解装置，电能转化为化学能，石墨电极作阳极，铁电极为阴极。
2.如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是( )
A．a为负极、b为正极
B．a为阳极、b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
解析：选C 电流从电源的正极流出，因此a为电源正极，b为负极，则c为阳极，d为阴极；电解CuCl2溶液电极反应为阳极(c电极)2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(d电极)Cu2＋＋
2e－===Cu，故C项正确。
1．电解方程式的书写步骤
以用石墨作电极电解CuSO4溶液为例。
第一步：明确溶液中存在的离子。阳离子：Cu2＋、H＋；阴离子：OH－、SO。
第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋；阳极：OH－>SO。
第三步：写出电极反应式和总的电解方程式。
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu；
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。
2．电解规律
类型
电解质类别
电极反应
电解质
复原
电解
水型
含氧酸，
如H2SO4
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===
2H2O＋O2↑
电解化学方程式：
2H2O2H2↑＋O2↑
加水
可溶性强碱，
如NaOH
活泼金属
含氧酸盐，
如KNO3
电解
电解
质自
身型
无氧酸，
如HCl
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
电解化学方程式：
2HClH2↑＋Cl2↑
加溶质
(如HCl)
不活泼金属
无氧酸盐，
如CuCl2
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
电解化学方程式：
CuCl2Cu＋Cl2↑
加溶质
(如CuCl2)
放H2
生碱
型
活泼金属
无氧酸盐，
如NaCl
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
电解离子方程式：
2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－
加HCl
放O2
生酸
型
不活泼金属
含氧酸盐，
如CuSO4
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
阳极：4OH－－4e－===
2H2O＋O2↑
电解离子方程式：
2Cu2＋＋2H2O
2Cu＋O2↑＋4H＋
加CuO
1．用铂做电极电解下列物质的水溶液，电解方程式正确的是( )
A．CuSO4溶液：2H2O2H2↑＋O2↑
B．稀硫酸：2H2O2H2↑＋O2↑
C．CuCl2溶液：2CuCl2＋2H2O2Cu＋O2↑＋4HCl
D．NaCl溶液：2NaCl2Na＋Cl2↑
解析：选B 当电解池的电极是惰性电极时，阳极不溶解。A项，正确的电解方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4；B项，实质是电解水，电解方程式正确；C项，正确的电解方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑；D项，电解的是NaCl溶液，而不是熔融NaCl，正确的电解方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。
2．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定量的另一种物质(括号内物质)，电解液基本不变的是( )
A．CuCl2(CuSO4) B．NaOH(NaOH)
C．NaCl(HCl) D．CuSO4[Cu(OH)2]
解析：选C C中电解NaCl溶液时NaOH仍留在原溶液中，H2、Cl2逸出，则损失了H、Cl两种元素，且物质的量之比是1∶1，故加入HCl是正确的；A中电解CuCl2溶液时，损失了Cu和Cl两种元素，加入CuSO4不能弥补Cl－，而多了SO；B中电解NaOH溶液时，损失了H、O两种元素，若加入NaOH则增加了Na；D中电解CuSO4溶液时，损失了Cu、O两种元素，若加入Cu(OH)2则增加了H2O。
3．写出用惰性电极电解下列溶液的电极反应式和总反应方程式：
(1)电解NaCl溶液：
阳极：______________________________________________________________；
阴极：_______________________________________________________________。
总反应式：_____________________________________________________________。
(2)电解CuSO4溶液：
阳极：_______________________________________________________________；
阴极：_________________________________________________________________。
总反应式：______________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH
(2)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2Cu2＋＋4e－===2Cu 2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
[三级训练·节节过关]
1．下列是电解不同物质的电极反应，其中错误的是( )
A．电解饱和食盐水
阴极：Na＋＋e－===Na
B．电解Na2SO4溶液
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电解熔融NaCl
阴极：Na＋＋e－===Na
D．电解NaOH溶液
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
解析：选A A项中电解饱和食盐水时，阴极应是H2O电离出的H＋得电子放出H2。
2．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是( )
①CuSO4 ②AgNO3 ③BaCl2 ④H2SO4
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选A 阴极质量增加，应是金属阳离子在阴极放电；电解液pH下降，应是OH－在阳极放电。
3．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有( )
①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
③2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
④2H2O2H2↑＋O2↑
A．①②③ B．①②④
C．②③④ D．②④
解析：选C 阴极阳离子的放电先后顺序为Cu2＋、H＋，阳极阴离子放电的先后顺序为Cl－、OH－，通电时首先发生的反应为Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑，Cu2＋全部还原后，Cl－还有剩余，此时阴极放电的离子是H2O电离产生的H＋，因此反应为：2Cl－＋2H2O
2OH－＋H2↑＋Cl2↑，当Cl－全部氧化后，溶液中的溶质为Na2SO4、NaOH，继续通电实质是电解水：2H2O2H2↑＋O2↑，故正确选项为C。
4．用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，下列说法中不正确的是( )
A．阴极发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
B．阳极发生的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．若有6.4 g金属Cu析出，放出的O2为0.05 mol
D．恰好电解完时，加入一定量的Cu(NO3)2溶液可恢复到原来的浓度
解析：选D 惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液，阴极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，若有6.4 g金属Cu(即0.1 mol)析出，转移电子0.2 mol，放出的O2为0.2 mol÷4＝0.05 mol，恰好电解完时，应加入一定量的CuO溶液可恢复到原来的浓度，A、B、C正确，D错误。
5．从NO、SO、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是
_________________________________________________(至少答一种，下同)；
(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时，电解质的化学式可能是_____________________________________________________________；
(3)两极分别放出气体，且体积比为1∶1，电解质的化学式可能是________________________________________________________________________。
解析：(1)该题找两极分别放出H2和O2的电解质，其阳离子是H＋或比H＋放电能力弱的Ba2＋；阴离子是OH－或比OH－放电能力弱的SO、NO，则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。(2)阴极上的阳离子应是比H＋放电能力强的Cu2＋、Ag＋，阳极上阴离子应是放电能力弱于OH－的NO、SO，由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质，即符合题意。(3)阴极放出的是H2，阳极是Cl－放电生成Cl2。
答案：(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2
(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3
(3)HCl、BaCl2
1．下列装置中属于电解池的是( )
解析：选C A项装置是原电池；B项装置既不能构成原电池(两电极相同)也不能构成电解池(无直流电源)；C项装置是电解池；D项装置不能形成闭合回路，故不能构成原电池。
2．电解池中，阳极一定( )
A．发生氧化反应 B．与电源正极相连
C．是铂电极 D．得电子
解析：选B 阳极材料若为活泼金属则直接发生氧化反应；若为惰性电极，则最易失电子的阴离子发生氧化反应。
3．电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上首先析出的物质分别是( )
A．Cu和Cl2 B．H2和Cl2
C．H2和O2 D．Cu和O2
解析：选A 在CuCl2和NaCl溶液中，Cu2＋、Na＋、H＋向阴极移动，因Cu2＋氧化性最强，则阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，而Cl－、OH－向阳极移动，因Cl－的还原性比OH－强，所以阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故电解时阴极、阳极首先析出的物质分别为Cu和Cl2。
4．某同学欲完成2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑反应，设计了下列四个实验，你认为可行的是( )
解析：选C 银在金属活动性顺序中位于氢之后，因此Ag不能直接与盐酸反应，可利用电解的方式使反应得以进行。根据元素化合价的变化，Ag须失电子成为Ag＋，因此Ag为阳极。
5．用石墨电极电解某酸溶液时，在相同条件下，阴、阳两极收集到的气体的体积之比是2∶1，则下列结论正确的是( )
A．阴极上一定产生H2，阳极上一定产生O2
B．该酸可能是盐酸
C．电解后溶液的酸性减弱
D．阳极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析：选A 电解酸溶液时，H＋在阴极上放电产生H2，又因阴、阳两极收集到的气体的体积之比是2∶1，可知阳极上一定产生O2，故该酸为含氧酸，电解该酸溶液的实质是电解水，则电解后溶液的酸性增强。
6.如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( )
A．逸出气体的体积(标准状况下)，a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
解析：选D 由图可知a为阴极，b为阳极，由于电极为石墨，且在溶液中存在的微粒为Na＋、SO、H＋和OH－，故电极反应为阳极4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极4H＋＋4e－===2H2↑，两极均产生无色、无味气体，且阳极气体比阴极气体少；由于阳极附近OH－减少，故溶液呈酸性，由于阴极附近H＋减少，故溶液呈碱性，故滴入石蕊溶液，阳极附近显红色，阴极附近显蓝色。
7．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
解析：选C 电解时只生成氢气和氧气，则电解质所含的阳离子在H＋之后放电，阴离子应该在OH－之后放电。电解HCl溶液的方程式为2HClCl2↑＋H2↑，A项错误；电解CuSO4溶液的方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B项错误；电解NaBr溶液的方程式为2NaBr＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Br2，D项错误。
8．以石墨为电极，电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )
A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小
解析：选D 以石墨为电极，电解KI溶液时，阴离子在阳极的放电能力I－>OH－，阳离子在阴极的放电能力H＋>K＋，所以该电解反应为2KI＋2H2OI2＋H2↑＋2KOH。由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近碘单质遇淀粉，溶液变为蓝色；在阴极由于产生氢气，溶液显碱性，遇酚酞，溶液变为红色。因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。
9．如下图装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，a极附近溶液呈红色。
(1)电源的负极是________，B中的阳极是________。
(2)电极质量增加的是________，A溶液的pH______________________________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)B装置用U形管的原因是______________________________________________。
解析：题给装置是电解装置，根据现象推断，a、b为惰性电极，a附近溶液显红色，即a附近溶液呈碱性。则a极析出H2，发生还原反应，是阴极。故电源X是负极，Y是正极。在A装置中，铂极是阴极，铜极是阳极。阳极活性电极本身放电，阴极是Cu2＋放电，即阳极：Cu－2e－===Cu2＋(氧化反应)，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)，故A装置是典型的电镀装置，pH无变化，各离子浓度也无变化。B用U形管是为了让H2和Cl2分开，防止爆炸。电解方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
答案：(1)X b (2)Pt 不变 (3)防止H2、Cl2混合后发生爆炸
10．用惰性电极电解下列电解质溶液：①硫酸；②盐酸；③NaOH溶液；④Na2SO4溶液；⑤CuCl2溶液；⑥NaCl溶液；⑦CuSO4溶液。
请依据所学知识回答下列问题(填序号)：
(1)阴极反应与①相同的有________，与⑤相同的有________。
(2)阳极反应与①相同的有________，与②相同的有________。
(3)写出电解下列溶液的化学方程式：
③_____________________________________________________________________；
⑥_____________________________________________________________________；
⑦_____________________________________________________________________。
(4)只有水被电解的是________，只有电解质本身被电解的是________，电解质和水都被电解的是________。
(5)电解后溶液的pH显著增大的是________，减小的是________。
(6)欲使溶液⑥电解后复原需______________，欲使电解后的⑦复原需加入________。
答案：(1)②③④⑥ ⑦ (2)③④⑦ ⑤⑥
(3)2H2O2H2↑＋O2↑
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑
(4)①③④ ②⑤ ⑥⑦ (5)②③⑥ ①⑦
(6)通入HCl气体 CuO
1．同温、同压下，用惰性电极在U形管中电解下列物质的水溶液，消耗相同的电量，生成气体体积最大的是( )
A．饱和食盐水 B．CuCl2溶液
C．CuSO4溶液 D．NaOH溶液
解析：选A 电解饱和食盐水，两极分别产生氢气和氯气，假设转移2 mol电子，生成氢气和氯气各1 mol，共2 mol；而电解CuCl2溶液产生的气体只有氯气，转移2 mol电子，生成氯气1 mol；电解CuSO4溶液，产生的气体只有氧气，转移2 mol电子，生成氧气0.5 mol；电解NaOH溶液，两极分别产生氢气和氧气，转移2 mol电子，生成氢气1 mol、氧气0.5 mol，共1.5 mol。
2．下列有关水的电解实验的说法中不正确的是( )
A．为提高水的电解速率，可以在水中加入少量的氯化钠
B．若在水中加入少量的硫酸钠，电解结束后溶液的pH将会保持不变
C．电解过程中，阴极区附近溶液的pH会增大
D．当电解产生氧气1.12 L(标准状况)时，转移电子的物质的量为0.2 mol
解析：选A 氯化钠是电解质，加入少量的氯化钠后，电解速率加快，但是电解时氯离子要失电子，阳极得到氯气；加入少量的硫酸钠，实为电解水，硫酸钠浓度增大，但溶液的pH将会保持不变；电解过程中，阴极区氢离子得电子，氢氧根离子浓度增大，溶液的pH增大；产生1 mol氧气转移4 mol e－，故产生氧气1.12 L(标准状况)时，转移电子的物质的量为0.2 mol。
3.某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法错误的是( )
A．电解初期，石墨电极上有H2产生
B．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
D．电解初期，总反应方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
解析：选B 电解初期，阳极发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。电解一段时间后，成为电镀铜，溶液中离子浓度及pH等不再变化。
4．按图甲所示装置进行实验，若乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量，则下列叙述正确的是( )
A．F表示反应生成Cu的物质的量
B．E表示反应消耗H2O的物质的量
C．E表示反应生成O2的物质的量
D．F表示反应生成H2SO4的物质的量
解析：选B 题图甲装置中发生的反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，当转移4 mol电子时，消耗H2O 2 mol，生成的Cu、O2和H2SO4的物质的量分别为2 mol、1 mol、2 mol。
5．下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
解析：选D 题意表明电极b、d上没有气体逸出，所电解的盐溶液中金属元素，应该在金属活动顺序表中(H)以后，只有D符合题意。
6．将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。有以下结论：①溶液中几乎没有Br－；②电解质溶液为无色；③最终溶液显碱性；
④K＋、Na＋和SO的浓度几乎没有变化。正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)( )
A．①②③ B．仅③
C．①④ D．均正确
解析：选A 溶液中存在的阴离子有：Cl－、Br－、SO、OH－，阳离子有：K＋、Cu2＋、Na＋、H＋。因用惰性电极电解足够长时间，阴离子首先放电的是Br－：2Br－－2e－===Br2，其次是Cl－：2Cl－－2e－===Cl2↑，最后是OH－：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，SO在溶液中不放电，阳离子首先放电的是Cu2＋：Cu2＋＋2e－===Cu，其次是H＋：2H＋＋2e－===H2↑。所以先电解CuBr2，阳极生成Br2，阴极析出Cu，当CuBr2电解完毕时，相当于继续电解HCl(H＋来源于水)，当Cl－消耗尽时，则继续电解水。由于Cu2＋转化为Cu，电解液变为无色；Cl－放电时，水电离出的H＋放电，使溶液中的OH－浓度增大；由于电解足够长时间，水被消耗，K＋、Na＋、SO浓度会增大。
7．如下图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极极板质量增加，b极极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是( )
a极板
b极板
x电极
z溶液
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
解析：选A 由题意知a极板质量增加，a应为阴极，则b为阳极，x为电源的负极，y为电源正极。A选项中a极板为阴极，b极板为阳极，参考各个选项知，A项符合，电解时，a极有Cu附着，b极有O2放出；B项不符合，电解时a极无质量变化；C项阳极为Fe，为活性电极，电解时Fe在阳极放电溶解，无气体生成，故C项不符合；D项电解时，Cl－在阳极放电生成Cl2，Cl2为黄绿色有刺激气味的气体，与题意不符合。
8．将0.2 mol AgNO3、0.4 mol Cu(NO3)2、0.6 mol KCl溶于水，配成100 mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，若在一极析出0.3 mol Cu，此时在另一极上产生的气体体积(标准状况)为( )
A．4.48 L B．5.6 L C．6.72 L D．7.84 L
解析：选B AgNO3和KCl反应后，溶液中能发生放电的离子为0.4 mol Cu2＋、0.4 mol Cl－及H＋和OH－；阴极生成0.3 mol Cu时，转移电子0.6 mol。阳极先发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，0.4 mol Cl－放电消耗 0.4 mol电子，生成0.2 mol Cl2；再发生反应4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，消耗0.2 mol电子，生成0.05 mol O2，故阳极共生成气体0.25 mol，体积为5.6 L(标准状况)。
9.如图为持续电解含有一定量CaCl2水溶液(含酚酞)的装置(以铂为电极)，A为电流表。电解一段时间t1后，将CO2连续通入电解液中。
(1)电解时，F极发生________反应，电极反应式为__________________，E极发生________反应，电极反应式为________________，电解总反应式为____________________________________________。
(2)电解池中产生的现象：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
解析：溶液中含有Ca2＋、H＋、Cl－、OH－，通电时，Ca2＋、H＋移向阴极，H＋放电能力比Ca2＋强，在E极上发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，OH－富集在阴极(E极)，则使阴极区溶液变红；Cl－、OH－移向阳极，Cl－在阳极放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，总反应方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑，通电一段时间后，溶液碱性增强，通入CO2后，生成CaCO3沉淀，继续通入CO2沉淀消失，生成易溶于水的Ca(HCO3)2。
答案：(1)氧化 2Cl－－2e－===Cl2↑ 还原 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(2)①通电后E极处溶液呈红色 ②通电时，E极、F极均有气体生成 ③通入CO2时，溶液中先出现白色沉淀，继续通入CO2沉淀又消失。
10.如图所示，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L－1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L－1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g，则
(1)电源E为________极，F为________极。
(2)A极的电极反应式为________________________________________________，
析出物质________mol。
(3)B极的电极反应式为________________________________________________，
析出气体________mL(标准状况)。
(4)C极的电极反应式为____________________________________________________，
析出物质________mol。
解析：由电解一段时间后A极比C极重，可知A极上有Ag析出，C极上有Cu析出，若A极上析出银的物质的量为n(Ag)，则C极上析出Cu的物质的量为n(Ag)，有关系式108 g·mol－1·n(Ag)－64 g·mol－1·n(Ag)×＝1.9 g，n(Ag)＝0.025 mol。由此可知，两电解池内的电解质均是足量的，故两池电极反应式分别为：A极：Ag＋＋e－===Ag；B极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；C极：Cu2＋＋2e－===Cu；D极：2Cl－－2e－===Cl2↑。A、C两极析出物质的量分别为0.025 mol 和0.012 5 mol，B极析出O2的体积为：0.006 25 mol×22.4 L·mol－1＝0.14 L＝140 mL。
答案：(1)负 正 (2)4Ag＋＋4e－===4Ag 0.025
(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 140
(4)Cu2＋＋2e－===Cu 0.012 5
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第2课时 电解原理的应用
[课标要求]
1．掌握工业电解饱和食盐水制取烧碱、氢气和氯气的原理。
2．了解电镀、电解精炼的原理及应用。
3．能够应用电解原理判断离子的氧化性或还原性强弱并进行相关计算。
1．电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑
＋Cl2↑，其中阳极产物为Cl2，阴极产物为NaOH和H2。
2．电解精炼铜时，粗铜做阳极，精铜做阴极，含有铜离子的溶液为电解
质溶液。
3．电镀时，镀层金属做阳极，镀件做阴极，含镀层金属阳离子的电解质
溶液做电镀液。
以下为电解NaCl溶液的装置示意图，填写下面空格。
(1)实验现象
①阳极上有黄绿色有刺激性气味的气体产生。
②阴极上有气体产生，阴极附近溶液变红色。
(2)实验结论：用惰性电极电解饱和食盐水，生成H2、Cl2和NaOH。
(3)放电顺序及电极反应
①阳极离子放电顺序：Cl－>OH－，
电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。
②阴极离子放电顺序：H＋>Na＋，
电极反应：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)。
(4)电解反应的化学方程式
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
[特别提醒] 因为阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH会发生反应，因此氯碱工业中常用特殊的电解槽电解饱和食盐水，为避免电解产物之间发生反应常用阳离子交换膜将两极溶液分开，阳离子能通过阳离子交换膜，而阴离子不能通过。
1．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )
A．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
D．电解时铁作阳极
解析：选B 阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，因此阳极区加入KI，因Cl2将I－氧化为I2，溶液呈棕色；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑，H＋放电则OH－增多，溶液呈碱性，使酚酞溶液变红；若用铁作阳极，电极本身被氧化，不能得到氯气。
2．某小组设计电解饱和食盐水的装置如右图，通电后两极均有气泡产生，下列叙述正确的是( )
A．铜电极附近观察到黄绿色气体
B．石墨电极附近溶液先变红
C．溶液中的Na＋向石墨电极移动
D．铜电极上发生还原反应
解析：选D A项，电解饱和食盐水时，若电极为惰性电极，则两极分别产生氯气和氢气，而现在Cu作电极时仍产生两种气体，说明Cu为阴极，石墨为阳极，则石墨电极附近有氯气产生，错误；B项，石墨为阳极，Cu为阴极，氢离子在阴极放电生成氢气，则铜电极附近溶液先变红，错误；C项，电解池中的阳离子向阴极移动，所以钠离子向Cu极移动，错误；D项，铜电极为阴极，发生还原反应，正确。
1．铜的电解精练
(1)装置
(2)电极反应式
阳极：Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(3)杂质变化
①铜的电解精炼过程中，Zn、Ni、Fe等比铜活泼的金属在阳极放电变成金属阳离子进入溶液，电极反应式分别为Zn：Zn－2e－===Zn2＋；Ni：Ni－2e－===Ni2＋；
Fe：Fe－2e－===Fe2＋。
②不如铜活泼的银、金、铂等金属不放电与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池的底部，形成阳极泥。
[特别提醒]
(1)粗铜中含Zn、Fe、Ag等杂质，同时间段内两电极质量改变不相等，但两电极通过电量相等。
(2)电解过程中，阴离子浓度不变，Cu2＋浓度减小，Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋浓度增大。
2．电镀
(1)概念
应用电解原理，在金属或非金属表面上镀上一薄层其他金属或合金的过程称为电镀。
(2)目的
增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。
(3)示例
电镀时，镀层金属做阳极，待镀金属制品做阴极，含镀层金属阳离子的溶液做电镀液。
铁钉上镀铜如下所示：
阴极
待镀的金属制品：铁钉
阳极
镀层金属：铜
电镀液
含有镀层金属离子的盐溶液：CuSO4溶液
装置图
电极
反应
阳极：Cu－2e－===Cu2＋
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
[特别提醒] 电镀的特点：“一多、一少、一不变”。
(1)一多：是指阴极上有镀层金属沉积；
(2)一少：是指阳极上有镀层金属溶解；
(3)一不变：是指电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)精炼铜装置中，粗铜做阴极，精铜做阳极。(×)
(2)精炼铜后，电解质溶液中含Zn2＋、Cu2＋、Ag＋、Fe2＋等阳离子。(×)
(3)精炼铜过程中，电解质溶液中Cu2＋不变。(×)
(4)精炼铜装置中，阴极得到32 g铜，阳极电子转移1 mol。(√)
(5)精炼铜过程中，OH－在阳极放电，Cu2＋在阴极放电。(×)
2．下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是( )
A．粗铜板作阳极
B．电解时，阳极发生氧化反应，阴极反应为
Cu2＋＋2e－===Cu
C．粗铜中所含Ni、Fe、Zn等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥
D．电解铜的纯度可达99.95%～99.98%
解析：选C Fe、Zn、Ni比Cu活泼，电解时首先放电，不会形成阳极泥。
3．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )
A．锌做阳极，铁制品做阴极，溶液中含有锌离子
B．铂做阴极，铁制品做阳极，溶液中含有锌离子
C．铁做阳极，铁制品做阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌做阴极，铁制品做阳极，溶液中含有亚铁离子
解析：选A 根据电镀原理，应用镀层金属做阳极，镀件做阴极，含有镀层金属离子的电解质溶液做电镀液。
4．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是( )
A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B．电解液的成分都保持不变
C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋
D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu
解析：选D A项电镀时镀件作阴极；B项电解精炼铜时电解液成分改变；C项电解精炼铜时，若有比铜活泼的金属杂质(如锌)，则阳极还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。
1．计算方法
有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：
电子守恒
法计算
用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等
总反应
式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算
关系式
计算
根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式
2.等量关系
(1)当电流通过一个或多个串联的电解池时， 它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。
(2)常见电化学计算的对应关系：
H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。
如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。
1．把两个惰性电极插入500 mL的AgNO3溶液中，通入直流电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是( )
A．27 mg B．54 mg
C．108 mg D．216 mg
解析：选B 由题意知电解AgNO3溶液时，阳极生成O2和HNO3，阴极生成Ag，n(H＋)＝cV＝10－3×0.5＝5×10－4 (mol)，若设生成Ag为x，则
Ag ～ H＋
1 mol 1 mol
x 5×10－4 mol
x＝5×10－4 mol，m(Ag)＝5×10－4 mol×108 g·mol－1＝0.054 g＝54 mg。
2．如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：
(1)电源中X极是________(填“正”或“负”)极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝_____________________________ mol·L－1。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的c(OH－)＝________ mol·L－1。
解析：(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。
(2)C中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子。由4e－～O2，可知B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL气体是H2，即Cu2＋全部在阴极放电后，H＋接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol 电子时，Cu2＋已完全变为Cu单质。
由2e－～Cu，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol，
则c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。
(3)由4e－～4OH－知，A中生成0.02 mol OH－，
c(OH－)＝0.1 mol·L－1。
答案：(1)负 (2)0.025 (3)0.1
[三级训练·节节过关]
1．下列描述中，不符合生产实际的是( )
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极
解析：选A 电解池的阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋移动到阴极上发生Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的Al不纯。
2．电镀在工业上有着广泛的应用，可以镀锌、镀铜、镀金等。利用如图所示装置可以将铜牌变为银牌，即在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法中正确的是( )
A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
解析：选C 铜牌上镀银，银为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均能溶解，铜牌不可能恢复如初。
3．按下面甲图装置进行实验，若图乙的x轴表示流入电极的电子的量，则y轴不可能表示的情况是( )
A．c(Ag＋) B．c(NO)
C．溶液的pH D．银棒质量
解析：选D 此装置为铁上镀银，电镀一段时间后，c(Ag＋)、c(NO)、溶液的pH基本不变，而银棒质量减小。
4．粗铜性脆，要加工成铜丝非常困难，粗铜必须经过电解精炼方能被广泛利用。下列关于粗铜精炼的叙述中正确的是( )
A．粗铜与电源的正极相连
B．电解过程中，电解质溶液中的Cu2＋浓度保持不变
C．电解后，溶液中存在的阳离子只有H＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥毫无价值
解析：选A 当粗铜中的杂质Zn、Fe、Ni等在阳极溶解时，Cu2＋在阴极上被还原，因而溶液中Cu2＋的浓度有所降低，B项错误；电解后，溶液中存在的Fe2＋、Zn2＋和Ni2＋等阳离子的氧化性弱于Cu2＋而不被还原，C项错误；阳极泥的成分是在阳极上没有放电的Ag、Au、Pt，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，可以作为提炼这些重金属的原料，D项
错误。
5.电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，其中a为电解质溶液，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)X的电极名称是________(填写“阳极”或“阴极”)。
(2)若X、Y都是惰性电极。a是饱和食盐水，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，一段时间后，Y极上的电极反应式为_____________________________________。
(3)若X、Y都是惰性电极，a是CuSO4溶液，电解一段时间后，阳极上产生气体的体积为0.224 L(标准状况下)，则阴极上析出金属的质量为________g。
(4)若要用该装置电解精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则Y电极的材料是________。
(5)若要用电镀方法在铁表面镀一层金属银，应该选择的方案是________。(填字母编号)
方案
X
Y
a溶液
A
银
石墨
AgNO3
B
银
铁
AgNO3
C
铁
银
Fe(NO3)3
D
铁
银
AgNO3
解析：(1)X电极与电源的负极相连，为阴极。(2)Y电极连接电源的正极，故为电解池的阳极，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。(3)阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，生成0.224 L氧气，失去电子的物质的量为×4＝0.04 mol，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，根据得失电子守恒，析出铜的质量为×64 g·mol－1＝1.28 g。(4)电解精炼铜时，粗铜为阳极连接电源的正极，即Y电极为粗铜。(5)电镀时，镀件为阴极，A、B项错误；镀层金属为阳极，而含镀层金属离子的溶液为电镀液，C项错误，D项正确。
答案：(1)阴极 (2)2Cl－－2e－===Cl2↑
(3)1.28 (4)粗铜 (5)D
1．化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法正确的是( )
A．铁表面镀锌，铁作阳极
B．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑
C．电解法精炼粗铜，用精铜作阳极
D．电解MgCl2饱和溶液，可制得金属镁
解析：选B 选项A，铁应该作阴极。选项B，电解饱和食盐水时，Cl－在阳极失去电子变为Cl2。选项C，电解法精炼粗铜，应该用精铜作阴极，粗铜作阳极。选项D，电解MgCl2饱和溶液，发生的化学反应为MgCl2＋2H2OMg(OH)2＋Cl2↑＋H2↑，不会产生金
属镁。
2．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( )
A．电解时以精铜为阳极，以CuSO4溶液为电解液
B．电解时阴极发生还原反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋
D．电解结束后，电解质溶液的浓度保持不变
解析：选B 电解时精铜为阴极，粗铜为阳极，A项错误；溶液中Cu2＋在阴极上得电子，发生还原反应，B项正确；粗铜应该连接电源正极，C项错误；阳极上Fe、Zn、Cu失电子，阴极上只有Cu2＋得电子，电解结束后，电解质溶液中的Cu2＋浓度减小，D项错误。
3.如图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断中正确的是( )
A．a为正极、b为负极
B．c为阴极、d为阳极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
解析：选A 由电子流向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极，c极：2Cl－－2e－===Cl2↑；d极：2H＋＋2e－===H2↑，因此，B、C、D项均错。
4．用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，下列方案正确的是( )
解析：选D 要用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，则应该用电解原理，因此阴极应该是银，阳极可以是惰性电极，例如碳棒，答案选D。
5．如图所示能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是(图中电极均为惰性电极)( )
解析：选D 与电源正极相连的是电解池的阳极，阳极发生氧化反应，失去的电子回到正极；与电源负极相连的是电解池的阴极，阴极发生还原反应，接受负极输出的电子。据此判断，D图右电极为阳极，发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，可观察到碘化钾淀粉溶液变蓝；左电极为阴极，发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，可观察到阴极区溶液变红，收集的气体经点燃可证明为氢气。
6．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，则下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
解析：选D 电解时阴极发生还原反应，A项错误；电解过程中，阳极Zn、Fe、Ni依次失去电子生成阳离子进入溶液；Cu、Pt不如Ni活泼不被氧化，沉入槽底成为阳极泥，阴极只析出Ni，B项错误，D项正确；电解后溶液中仍有少量的Ni2＋，C项错误。
7.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨做电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制取有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
解析：选B 电解饱和食盐水的方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，NaOH在阴极区生成，Cl2在阳极区生成。按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与NaOH作用。显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的NaOH吸收。反应为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。还应注意的是图中电极a、b是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的a为电源的负极，则b为正极。
8.如图所示，某工厂采用电解法处理含铬(Cr2O)酸性废水，其中，耐酸电解槽以铁板作阴、阳极，电解后，溶液中的Cr2O全部变为Cr3＋，下列说法不正确的是( )
A．M与电源的正极相连
B．出液口排出的溶液中还含有Fe3＋
C．N极电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．阴极区附近溶液pH降低
解析：选D A项，电解含铬(Cr2O)酸性废水，溶液中的H＋在阴极放电产生H2，所以N与电源的负极相连，作阴极，M与电源的正极连接，作阳极，正确；B项，阳极Fe失去电子变为Fe2＋，然后与溶液中的Cr2O发生反应变为Fe3＋，Cr2O则被还原变为Cr3＋，所以出液口排出的溶液中含有Cr3＋、Fe3＋，正确；C项，在阴极N极，溶液中的H＋得到电子变为H2，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，正确；D项，在阴极区，由于H＋得到电子变为H2，附近溶液的酸性减弱，溶液pH升高，错误。
9．将浓度均为2 mol·L－1的AgNO3与Cu(NO3)2溶液各0.5 L混合，以铜为电极进行电解，一段时间后阴极上有1.6 g铜析出，试计算此时：
(1)直流电源已输出________mol电子。
(2)溶液中c(Cu2＋)为________mol·L－1。
解析：(1)阴极有Cu析出时，Ag＋已完全放电，所以直流电源已输出电子为2 mol·L－1×0.5 L＋×2＝1.05 mol。(2)因用铜做电极，当Ag＋、Cu2＋在阴极析出时，阳极铜亦同时溶解成为Cu2＋，最终使Cu2＋增加。c(Cu2＋)＝＝1.5 mol·L－1。
答案：(1)1.05 (2)1.5
10．电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图表示一个电解池，装有电解液c；A、B分别是两块电极板，通过导线与直流电源相连。
(1)若A、B都是惰性电极，电解质溶液c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U形管两边各滴入几滴酚酞溶液，试判断
①a是________极(填“正”或“负”)，B是________极(填“阴”或“阳”)；
②A电极上的电极反应式为________________________________________________，
B电极上的电极反应式为___________________________________________________；
③检验A电极产物的方法是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如用电解法精炼粗铜，电解液c选用CuSO4溶液，则
①A电极的材料是________，主要电极反应式为_________________________________
____________________________________；
②B电极的材料是________，电极反应式为___________________________________。
解析：电流从正极流出，流入电解池的阳极，所以a是正极，B是阴极；A电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，B电极的反应式为2H＋＋2e－===H2↑；检验Cl2的方法一般用湿润的淀粉碘化钾试纸，Cl2能使试纸变蓝，也可以用湿润的有色布条或纸条，Cl2能使其退色。
答案：(1)①正 阴
②2Cl－－2e－=== Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
③把湿润的淀粉碘化钾试纸放在A电极附近，试纸变蓝
(2)①粗铜 Cu－2e－=== Cu2＋
②精铜 Cu2＋＋2e－=== Cu
1．欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是( )
A．Ag和AgCl溶液 B．Ag和AgNO3溶液
C．Fe和AgNO3溶液 D．Pt和Ag2SO4溶液
解析：选B 电镀槽中，要求镀件作阴极，镀层金属作阳极，电镀液采用含有镀层金属离子的盐溶液，A、D项中AgCl和Ag2SO4均难溶于水，只有B项符合要求。
2．下列图示中关于铜电极的连接错误的是( )
解析：选C 锌铜原电池中锌作负极，铜作正极，A正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜(或精铜)作阴极，B正确；镀件上镀铜时，铜作阳极，镀件作阴极，C错误；电解氯化铜溶液时，石墨作阳极，铜作阴极，D正确。
3．工业电解饱和食盐水的装置如下图所示，下列有关说法不正确的是( )
A．装置中的离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过
B．装置中出口①处的物质是氢气，出口②处的物质是氯气
C．较浓的氢氧化钠溶液从出口B处导出
D．转移0.8 mol电子时产生氢气8.96 L(标准状况)
解析：选B 若装置中的离子交换膜让阴离子通过，则在阴极区产生的NaOH中混有NaCl，导致电解产物不纯，A项正确；装置出口①处(阳极)的物质为氯气，出口②处(阴极)的物质是氢气，B项错误；氢氧化钠溶液在装置右侧生成，较浓的氢氧化钠溶液从出口B处导出，C项正确；当转移0.8 mol电子时产生氢气0.4 mol，即8.96 L(标准状况)，D项正确。
4.如图所示的电解池中，a、b、c、d都是石墨电极，通电一段时间后，a、b、c、d各电极上生成物物质的量之比是( )
A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1
C．2∶4∶4∶1 D．2∶1∶2∶1
解析：选A a为阴极，Cu2＋得电子生成Cu，b为阳极，Cl－失电子生成Cl2；c为阴极，Ag＋得电子生成Ag，d为阳极，OH－失电子生成O2。根据得失电子守恒，四种产物之间的关系为2Cu—2Cl2—4Ag—O2。
5．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的状态(不考虑二氧化碳的溶解)，则电解过程中共转移电子的物质的量为( )
A．0.4 mol B．0.5 mol
C．0.6 mol D．0.8 mol
解析：选C 电解硫酸铜溶液时，第一阶段：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，第二阶段：2H2O2H2↑＋O2↑，如果只按第一阶段的电解反应，只需要加入CuO或CuCO3就可以，但是现在加入的是Cu2(OH)2CO3，相当于多加了水(0.1 mol H2O)，0.1 mol 的水应该是第二阶段的反应消耗的，该阶段转移了0.2 mol 电子，第一阶段转移了0.4 mol 电子，所以总共转移电子0.6 mol。
6．1 L 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16 g时，下列判断(设电解按理论进行，溶液不蒸发)正确的是( )
A．溶液的浓度变为0.08 mol·L－1
B．阳极上产生112 mL O2(标准状况)
C．转移的电子数是1.204×1022个
D．反应中有0.01 mol的Ag被氧化
解析：选C 由题意知，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，阳极反应：Ag－e－===Ag＋，由阴极增重2.16 g知，n(Ag)＝n(e－)＝n(Ag＋)＝2.16 g/108 g·mol－1＝0.02 mol。A项，此装置是在铁上镀银，AgNO3溶液浓度不变，错误；B项，由阳极反应知，阳极上没有O2生成，错误；C项，n(e－)＝0.02 mol，N(e－)＝n(e－)×NA＝1.204×1022，正确；D项，反应中被氧化的银为0.02 mol，错误。
7.2015年8月天津自贸区危险品仓库起火引发爆炸，产生的CN－污染可用右图所示装置除去含CN－废水中的CN－，控制溶液pH为9～10并加入食盐，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是( )
A．用石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
解析：选D pH＝9～10为碱性溶液，反应方程式中不能出现H＋，故D错。
8．电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染，将NO降解成N2的电解装置如下图所示。下列说法正确的是( )
A．电源的正极为b
B．电解时H＋从膜右侧迁移到膜左侧
C．Ag-Pt电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
D．若转移的电子数为1.204×1024，生成N2 5.6 g
解析：选D A项，Ag-Pt作阴极，b连接电源负极，错误；C项，阴极得电子，错误；B项，阳离子向阴极移动，故质子应是由左侧向右侧迁移，错误；D项，根据N原子守恒可知2NO～N2～10e－，转移电子数为1.204×1024，即2 mol电子生成N2 0.2 mol，其N2的质量为5.6 g，正确。
9．如下图为相互串联的甲、乙两个电解池，请回答：
(1)甲池为用电解原理精炼铜的装置，A极材料是________，电极反应为________________________________________________________________________，
B极材料是________，电解质溶液为________。
(2)乙池中滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe极附近呈________色，电极反应为________________。
(3)反应中甲池阴极增重12.8 g，则乙池阳极放出的气体在标准状况下的体积为________。
(4)此时乙池剩余液体为400 mL，则电解后得到的溶液中c(OH－)为____________。
解析：(1)电解精炼铜时阴极是精铜，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu；阳极是粗铜，发生反应Cu－2e－===Cu2＋，电解质溶液是含Cu2＋的盐溶液。(2)乙池中Fe作阴极，发生2H＋＋2e－===H2↑。(3)甲池阴极发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，当阴极增重12.8 g时电路中通过了0.4 mol电子，乙池阳极发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，产生0.2 mol Cl2。(4)乙池中发生的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，当转移0.4 mol电子时，产生的n(OH－)＝0.4 mol，则c(OH－)＝＝＝1 mol·L－1。
答案：(1)纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu 粗铜 硫酸铜溶液
(2)红 2H＋＋2e－===H2↑
(3)4.48 L
(4)1 mol·L－1
10．铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答下列问题：
(1)工业冶炼铝的化学方程式是_____________________________________________。
阴极反应式：__________________________________________________________。
若阳极转移电子0.6 mol生成Al的质量是________ g。
(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)工业产品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根离子，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如下图所示。
①该电解槽的阳极反应是________________________________________________。
②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，原因为_________________________________
________________________________________________________________________。
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________(填“A”或“B”)导出。
解析：(1)工业冶炼铝反应原理是2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑，Al3＋在阴极放电。因Al3＋～Al～3e－，两电极电子转移数目相等，故当n(e－)＝0.6 mol时，n(Al)＝0.2 mol，则m(Al)＝5.4 g。(3)离子交换膜法电解提纯KOH时，阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应为4H＋＋4e－===2H2↑。电解过程中阳极附近的K＋通过阳离子交换膜向阴极移动，含氧酸根离子不能通过离子交换膜。一段时间后，阴极附近K＋、OH－的浓度增大，从B处(阴极区)得到溶液，蒸发结晶后可得较纯净的KOH。
答案：(1)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
Al3＋＋3e－===Al 5.4
(2)2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
(3)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②H＋放电，促进水的电离，c(OH－)增大 ③B
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课时跟踪检测（三） 电解的原理
1．下列装置中属于电解池的是( )
解析：选C A项装置是原电池；B项装置既不能构成原电池(两电极相同)也不能构成电解池(无直流电源)；C项装置是电解池；D项装置不能形成闭合回路，故不能构成原电池。
2．电解池中，阳极一定( )
A．发生氧化反应 B．与电源正极相连
C．是铂电极 D．得电子
解析：选B 阳极材料若为活泼金属则直接发生氧化反应；若为惰性电极，则最易失电子的阴离子发生氧化反应。
3．电解CuCl2和NaCl的混合溶液，阴极和阳极上首先析出的物质分别是( )
A．Cu和Cl2 B．H2和Cl2
C．H2和O2 D．Cu和O2
解析：选A 在CuCl2和NaCl溶液中，Cu2＋、Na＋、H＋向阴极移动，因Cu2＋氧化性最强，则阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，而Cl－、OH－向阳极移动，因Cl－的还原性比OH－强，所以阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故电解时阴极、阳极首先析出的物质分别为Cu和Cl2。
4．某同学欲完成2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑反应，设计了下列四个实验，你认为可行的是( )
解析：选C 银在金属活动性顺序中位于氢之后，因此Ag不能直接与盐酸反应，可利用电解的方式使反应得以进行。根据元素化合价的变化，Ag须失电子成为Ag＋，因此Ag为阳极。
5．用石墨电极电解某酸溶液时，在相同条件下，阴、阳两极收集到的气体的体积之比是2∶1，则下列结论正确的是( )
A．阴极上一定产生H2，阳极上一定产生O2
B．该酸可能是盐酸
C．电解后溶液的酸性减弱
D．阳极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析：选A 电解酸溶液时，H＋在阴极上放电产生H2，又因阴、阳两极收集到的气体的体积之比是2∶1，可知阳极上一定产生O2，故该酸为含氧酸，电解该酸溶液的实质是电解水，则电解后溶液的酸性增强。
6.如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( )
A．逸出气体的体积(标准状况下)，a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
解析：选D 由图可知a为阴极，b为阳极，由于电极为石墨，且在溶液中存在的微粒为Na＋、SO、H＋和OH－，故电极反应为阳极4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极4H＋＋4e－===2H2↑，两极均产生无色、无味气体，且阳极气体比阴极气体少；由于阳极附近
OH－减少，故溶液呈酸性，由于阴极附近H＋减少，故溶液呈碱性，故滴入石蕊溶液，阳极附近显红色，阴极附近显蓝色。
7．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
解析：选C 电解时只生成氢气和氧气，则电解质所含的阳离子在H＋之后放电，阴离子应该在OH－之后放电。电解HCl溶液的方程式为2HClCl2↑＋H2↑，A项错误；电解CuSO4溶液的方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B项错误；电解NaBr溶液的方程式为2NaBr＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Br2，D项错误。
8．以石墨为电极，电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )
A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小
解析：选D 以石墨为电极，电解KI溶液时，阴离子在阳极的放电能力I－>OH－，阳离子在阴极的放电能力H＋>K＋，所以该电解反应为2KI＋2H2OI2＋H2↑＋2KOH。由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近碘单质遇淀粉，溶液变为蓝色；在阴极由于产生氢气，溶液显碱性，遇酚酞，溶液变为红色。因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。
9．如下图装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，a极附近溶液呈红色。
(1)电源的负极是________，B中的阳极是________。
(2)电极质量增加的是________，A溶液的pH______________________________________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)B装置用U形管的原因是______________________________________________。
解析：题给装置是电解装置，根据现象推断，a、b为惰性电极，a附近溶液显红色，即a附近溶液呈碱性。则a极析出H2，发生还原反应，是阴极。故电源X是负极，Y是正极。在A装置中，铂极是阴极，铜极是阳极。阳极活性电极本身放电，阴极是Cu2＋放电，即阳极：Cu－2e－===Cu2＋(氧化反应)，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)，故A装置是典型的电镀装置，pH无变化，各离子浓度也无变化。B用U形管是为了让H2和Cl2分开，防止爆炸。电解方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
答案：(1)X b (2)Pt 不变 (3)防止H2、Cl2混合后发生爆炸
10．用惰性电极电解下列电解质溶液：①硫酸；②盐酸；③NaOH溶液；④Na2SO4溶液；⑤CuCl2溶液；⑥NaCl溶液；⑦CuSO4溶液。
请依据所学知识回答下列问题(填序号)：
(1)阴极反应与①相同的有________，与⑤相同的有________。
(2)阳极反应与①相同的有________，与②相同的有________。
(3)写出电解下列溶液的化学方程式：
③_____________________________________________________________________；
⑥_____________________________________________________________________；
⑦_____________________________________________________________________。
(4)只有水被电解的是________，只有电解质本身被电解的是________，电解质和水都被电解的是________。
(5)电解后溶液的pH显著增大的是________，减小的是________。
(6)欲使溶液⑥电解后复原需______________，欲使电解后的⑦复原需加入________。
答案：(1)②③④⑥ ⑦ (2)③④⑦ ⑤⑥
(3)2H2O2H2↑＋O2↑
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑
(4)①③④ ②⑤ ⑥⑦ (5)②③⑥ ①⑦
(6)通入HCl气体 CuO
1．同温、同压下，用惰性电极在U形管中电解下列物质的水溶液，消耗相同的电量，生成气体体积最大的是( )
A．饱和食盐水 B．CuCl2溶液
C．CuSO4溶液 D．NaOH溶液
解析：选A 电解饱和食盐水，两极分别产生氢气和氯气，假设转移2 mol电子，生成氢气和氯气各1 mol，共2 mol；而电解CuCl2溶液产生的气体只有氯气，转移2 mol电子，生成氯气1 mol；电解CuSO4溶液，产生的气体只有氧气，转移2 mol电子，生成氧气0.5 mol；电解NaOH溶液，两极分别产生氢气和氧气，转移2 mol电子，生成氢气1 mol、氧气0.5 mol，共1.5 mol。
2．下列有关水的电解实验的说法中不正确的是( )
A．为提高水的电解速率，可以在水中加入少量的氯化钠
B．若在水中加入少量的硫酸钠，电解结束后溶液的pH将会保持不变
C．电解过程中，阴极区附近溶液的pH会增大
D．当电解产生氧气1.12 L(标准状况)时，转移电子的物质的量为0.2 mol
解析：选A 氯化钠是电解质，加入少量的氯化钠后，电解速率加快，但是电解时氯离子要失电子，阳极得到氯气；加入少量的硫酸钠，实为电解水，硫酸钠浓度增大，但溶液的pH将会保持不变；电解过程中，阴极区氢离子得电子，氢氧根离子浓度增大，溶液的pH增大；产生1 mol氧气转移4 mol e－，故产生氧气1.12 L(标准状况)时，转移电子的物质的量为0.2 mol。
3.某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法错误的是( )
A．电解初期，石墨电极上有H2产生
B．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
D．电解初期，总反应方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
解析：选B 电解初期，阳极发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。电解一段时间后，成为电镀铜，溶液中离子浓度及pH等不再
变化。
4．按图甲所示装置进行实验，若乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量，则下列叙述正确的是( )
A．F表示反应生成Cu的物质的量
B．E表示反应消耗H2O的物质的量
C．E表示反应生成O2的物质的量
D．F表示反应生成H2SO4的物质的量
解析：选B 题图甲装置中发生的反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，当转移4 mol电子时，消耗H2O 2 mol，生成的Cu、O2和H2SO4的物质的量分别为2 mol、1 mol、2 mol。
5．下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
解析：选D 题意表明电极b、d上没有气体逸出，所电解的盐溶液中金属元素，应该在金属活动顺序表中(H)以后，只有D符合题意。
6．将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。有以下结论：①溶液中几乎没有Br－；②电解质溶液为无色；③最终溶液显碱性；
④K＋、Na＋和SO的浓度几乎没有变化。正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)( )
A．①②③ B．仅③
C．①④ D．均正确
解析：选A 溶液中存在的阴离子有：Cl－、Br－、SO、OH－，阳离子有：K＋、
Cu2＋、Na＋、H＋。因用惰性电极电解足够长时间，阴离子首先放电的是Br－：2Br－－2e－===Br2，其次是Cl－：2Cl－－2e－===Cl2↑，最后是OH－：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，SO在溶液中不放电，阳离子首先放电的是Cu2＋：Cu2＋＋2e－===Cu，其次是H＋：2H＋＋2e－===H2↑。所以先电解CuBr2，阳极生成Br2，阴极析出Cu，当CuBr2电解完毕时，相当于继续电解HCl(H＋来源于水)，当Cl－消耗尽时，则继续电解水。由于Cu2＋转化为Cu，电解液变为无色；Cl－放电时，水电离出的H＋放电，使溶液中的OH－浓度增大；由于电解足够长时间，水被消耗，K＋、Na＋、SO浓度会增大。
7．如下图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极极板质量增加，b极极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是( )
a极板
b极板
x电极
z溶液
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
解析：选A 由题意知a极板质量增加，a应为阴极，则b为阳极，x为电源的负极，y为电源正极。A选项中a极板为阴极，b极板为阳极，参考各个选项知，A项符合，电解时，a极有Cu附着，b极有O2放出；B项不符合，电解时a极无质量变化；C项阳极为Fe，为活性电极，电解时Fe在阳极放电溶解，无气体生成，故C项不符合；D项电解时，Cl－在阳极放电生成Cl2，Cl2为黄绿色有刺激气味的气体，与题意不符合。
8．将0.2 mol AgNO3、0.4 mol Cu(NO3)2、0.6 mol KCl溶于水，配成100 mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，若在一极析出0.3 mol Cu，此时在另一极上产生的气体体积(标准状况)为( )
A．4.48 L B．5.6 L C．6.72 L D．7.84 L
解析：选B AgNO3和KCl反应后，溶液中能发生放电的离子为0.4 mol Cu2＋、0.4 mol Cl－及H＋和OH－；阴极生成0.3 mol Cu时，转移电子0.6 mol。阳极先发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，0.4 mol Cl－放电消耗 0.4 mol电子，生成0.2 mol Cl2；再发生反应4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，消耗0.2 mol电子，生成0.05 mol O2，故阳极共生成气体0.25 mol，体积为5.6 L(标准状况)。
9.如图为持续电解含有一定量CaCl2水溶液(含酚酞)的装置(以铂为电极)，A为电流表。电解一段时间t1后，将CO2连续通入电解液中。
(1)电解时，F极发生________反应，电极反应式为__________________，E极发生________反应，电极反应式为________________，电解总反应式为____________________________________________。
(2)电解池中产生的现象：
①_______________________________________________________________________。
②_______________________________________________________________________。
③_______________________________________________________________________。
解析：溶液中含有Ca2＋、H＋、Cl－、OH－，通电时，Ca2＋、H＋移向阴极，H＋放电能力比Ca2＋强，在E极上发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，OH－富集在阴极(E极)，则使阴极区溶液变红；Cl－、OH－移向阳极，Cl－在阳极放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，总反应方程式为
2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑，通电一段时间后，溶液碱性增强，通入CO2后，生成CaCO3沉淀，继续通入CO2沉淀消失，生成易溶于水的Ca(HCO3)2。
答案：(1)氧化 2Cl－－2e－===Cl2↑ 还原 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(2)①通电后E极处溶液呈红色 ②通电时，E极、F极均有气体生成 ③通入CO2时，溶液中先出现白色沉淀，继续通入CO2沉淀又消失。
10.如图所示，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L－1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L－1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g，则
(1)电源E为________极，F为________极。
(2)A极的电极反应式为________________________________________________，
析出物质________mol。
(3)B极的电极反应式为________________________________________________，
析出气体________mL(标准状况)。
(4)C极的电极反应式为____________________________________________________，
析出物质________mol。
解析：由电解一段时间后A极比C极重，可知A极上有Ag析出，C极上有Cu析出，若A极上析出银的物质的量为n(Ag)，则C极上析出Cu的物质的量为n(Ag)，有关系式108 g·mol－1·n(Ag)－64 g·mol－1·n(Ag)×＝1.9 g，n(Ag)＝0.025 mol。由此可知，两电解池内的电解质均是足量的，故两池电极反应式分别为：A极：Ag＋＋e－===Ag；B极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；C极：Cu2＋＋2e－===Cu；D极：2Cl－－2e－===Cl2↑。A、C两极析出物质的量分别为0.025 mol 和0.012 5 mol，B极析出O2的体积为：0.006 25 mol×22.4 L·mol－1＝0.14 L＝140 mL。
答案：(1)负 正 (2)4Ag＋＋4e－===4Ag 0.025
(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 140
(4)Cu2＋＋2e－===Cu 0.012 5
课时跟踪检测（四） 电解原理的应用
1．化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法正确的是( )
A．铁表面镀锌，铁作阳极
B．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑
C．电解法精炼粗铜，用精铜作阳极
D．电解MgCl2饱和溶液，可制得金属镁
解析：选B 选项A，铁应该作阴极。选项B，电解饱和食盐水时，Cl－在阳极失去电子变为Cl2。选项C，电解法精炼粗铜，应该用精铜作阴极，粗铜作阳极。选项D，电解MgCl2饱和溶液，发生的化学反应为MgCl2＋2H2OMg(OH)2＋Cl2↑＋H2↑，不会产生金属镁。
2．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( )
A．电解时以精铜为阳极，以CuSO4溶液为电解液
B．电解时阴极发生还原反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋
D．电解结束后，电解质溶液的浓度保持不变
解析：选B 电解时精铜为阴极，粗铜为阳极，A项错误；溶液中Cu2＋在阴极上得电子，发生还原反应，B项正确；粗铜应该连接电源正极，C项错误；阳极上Fe、Zn、Cu失电子，阴极上只有Cu2＋得电子，电解结束后，电解质溶液中的Cu2＋浓度减小，D项错误。
3.如图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断中正确的是( )
A．a为正极、b为负极
B．c为阴极、d为阳极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
解析：选A 由电子流向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极，c极：
2Cl－－2e－===Cl2↑；d极：2H＋＋2e－===H2↑，因此，B、C、D项均错。
4．用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，下列方案正确的是( )
解析：选D 要用电化学方法提取废弃定影液中的银，同时使处理后的溶液中不引入其他新的重金属离子，则应该用电解原理，因此阴极应该是银，阳极可以是惰性电极，例如碳棒，答案选D。
5．如图所示能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是(图中电极均为惰性电极)( )
解析：选D 与电源正极相连的是电解池的阳极，阳极发生氧化反应，失去的电子回到正极；与电源负极相连的是电解池的阴极，阴极发生还原反应，接受负极输出的电子。据此判断，D图右电极为阳极，发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，可观察到碘化钾淀粉溶液变蓝；左电极为阴极，发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，可观察到阴极区溶液变红，收集的气体经点燃可证明为氢气。
6．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，则下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
解析：选D 电解时阴极发生还原反应，A项错误；电解过程中，阳极Zn、Fe、Ni依次失去电子生成阳离子进入溶液；Cu、Pt不如Ni活泼不被氧化，沉入槽底成为阳极泥，阴极只析出Ni，B项错误，D项正确；电解后溶液中仍有少量的Ni2＋，C项错误。
7.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨做电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制取有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
解析：选B 电解饱和食盐水的方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，NaOH在阴极区生成，Cl2在阳极区生成。按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与NaOH作用。显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的NaOH吸收。反应为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。还应注意的是图中电极a、b是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的a为电源的负极，则b为正极。
8.如图所示，某工厂采用电解法处理含铬(Cr2O)酸性废水，其中，耐酸电解槽以铁板作阴、阳极，电解后，溶液中的Cr2O全部变为Cr3＋，下列说法不正确的是( )
A．M与电源的正极相连
B．出液口排出的溶液中还含有Fe3＋
C．N极电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．阴极区附近溶液pH降低
解析：选D A项，电解含铬(Cr2O)酸性废水，溶液中的H＋在阴极放电产生H2，所以N与电源的负极相连，作阴极，M与电源的正极连接，作阳极，正确；B项，阳极Fe失去电子变为Fe2＋，然后与溶液中的Cr2O发生反应变为Fe3＋，Cr2O则被还原变为
Cr3＋，所以出液口排出的溶液中含有Cr3＋、Fe3＋，正确；C项，在阴极N极，溶液中的
H＋得到电子变为H2，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，正确；D项，在阴极区，由于H＋得到电子变为H2，附近溶液的酸性减弱，溶液pH升高，错误。
9．将浓度均为2 mol·L－1的AgNO3与Cu(NO3)2溶液各0.5 L混合，以铜为电极进行电解，一段时间后阴极上有1.6 g铜析出，试计算此时：
(1)直流电源已输出________mol电子。
(2)溶液中c(Cu2＋)为________mol·L－1。
解析：(1)阴极有Cu析出时，Ag＋已完全放电，所以直流电源已输出电子为2 mol·L－1×0.5 L＋×2＝1.05 mol。(2)因用铜做电极，当Ag＋、Cu2＋在阴极析出时，阳极铜亦同时溶解成为Cu2＋，最终使Cu2＋增加。c(Cu2＋)＝
＝1.5 mol·L－1。
答案：(1)1.05 (2)1.5
10．电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图表示一个电解池，装有电解液c；A、B分别是两块电极板，通过导线与直流电源相连。
(1)若A、B都是惰性电极，电解质溶液c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U形管两边各滴入几滴酚酞溶液，试判断
①a是________极(填“正”或“负”)，B是________极(填“阴”或“阳”)；
②A电极上的电极反应式为________________________________________________，
B电极上的电极反应式为___________________________________________________；
③检验A电极产物的方法是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如用电解法精炼粗铜，电解液c选用CuSO4溶液，则
①A电极的材料是________，主要电极反应式为_________________________________
____________________________________；
②B电极的材料是________，电极反应式为___________________________________。
解析：电流从正极流出，流入电解池的阳极，所以a是正极，B是阴极；A电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，B电极的反应式为2H＋＋2e－===H2↑；检验Cl2的方法一般用湿润的淀粉碘化钾试纸，Cl2能使试纸变蓝，也可以用湿润的有色布条或纸条，Cl2能使其退色。
答案：(1)①正 阴
②2Cl－－2e－=== Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
③把湿润的淀粉碘化钾试纸放在A电极附近，试纸变蓝
(2)①粗铜 Cu－2e－=== Cu2＋
②精铜 Cu2＋＋2e－=== Cu
1．欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是( )
A．Ag和AgCl溶液 B．Ag和AgNO3溶液
C．Fe和AgNO3溶液 D．Pt和Ag2SO4溶液
解析：选B 电镀槽中，要求镀件作阴极，镀层金属作阳极，电镀液采用含有镀层金属离子的盐溶液，A、D项中AgCl和Ag2SO4均难溶于水，只有B项符合要求。
2．下列图示中关于铜电极的连接错误的是( )
解析：选C 锌铜原电池中锌作负极，铜作正极，A正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜(或精铜)作阴极，B正确；镀件上镀铜时，铜作阳极，镀件作阴极，C错误；电解氯化铜溶液时，石墨作阳极，铜作阴极，D正确。
3．工业电解饱和食盐水的装置如下图所示，下列有关说法不正确的是( )
A．装置中的离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过
B．装置中出口①处的物质是氢气，出口②处的物质是氯气
C．较浓的氢氧化钠溶液从出口B处导出
D．转移0.8 mol电子时产生氢气8.96 L(标准状况)
解析：选B 若装置中的离子交换膜让阴离子通过，则在阴极区产生的NaOH中混有NaCl，导致电解产物不纯，A项正确；装置出口①处(阳极)的物质为氯气，出口②处(阴极)的物质是氢气，B项错误；氢氧化钠溶液在装置右侧生成，较浓的氢氧化钠溶液从出口B处导出，C项正确；当转移0.8 mol电子时产生氢气0.4 mol，即8.96 L(标准状况)，D项
正确。
4.如图所示的电解池中，a、b、c、d都是石墨电极，通电一段时间后，a、b、c、d各电极上生成物物质的量之比是( )
A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1
C．2∶4∶4∶1 D．2∶1∶2∶1
解析：选A a为阴极，Cu2＋得电子生成Cu，b为阳极，Cl－失电子生成Cl2；c为阴极，Ag＋得电子生成Ag，d为阳极，OH－失电子生成O2。根据得失电子守恒，四种产物之间的关系为2Cu—2Cl2—4Ag—O2。
5．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的状态(不考虑二氧化碳的溶解)，则电解过程中共转移电子的物质的量为( )
A．0.4 mol B．0.5 mol
C．0.6 mol D．0.8 mol
解析：选C 电解硫酸铜溶液时，第一阶段：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，第二阶段：2H2O2H2↑＋O2↑，如果只按第一阶段的电解反应，只需要加入CuO或CuCO3就可以，但是现在加入的是Cu2(OH)2CO3，相当于多加了水(0.1 mol H2O)，0.1 mol 的水应该是第二阶段的反应消耗的，该阶段转移了0.2 mol 电子，第一阶段转移了0.4 mol 电子，所以总共转移电子0.6 mol。
6．1 L 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16 g时，下列判断(设电解按理论进行，溶液不蒸发)正确的是( )
A．溶液的浓度变为0.08 mol·L－1
B．阳极上产生112 mL O2(标准状况)
C．转移的电子数是1.204×1022个
D．反应中有0.01 mol的Ag被氧化
解析：选C 由题意知，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，阳极反应：Ag－e－===Ag＋，由阴极增重2.16 g知，n(Ag)＝n(e－)＝n(Ag＋)＝2.16 g/108 g·mol－1＝0.02 mol。A项，此装置是在铁上镀银，AgNO3溶液浓度不变，错误；B项，由阳极反应知，阳极上没有O2生成，错误；C项，n(e－)＝0.02 mol，N(e－)＝n(e－)×NA＝1.204×1022，正确；D项，反应中被氧化的银为0.02 mol，错误。
7.2015年8月天津自贸区危险品仓库起火引发爆炸，产生的CN－污染可用右图所示装置除去含CN－废水中的CN－，控制溶液pH为9～10并加入食盐，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是( )
A．用石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
解析：选D pH＝9～10为碱性溶液，反应方程式中不能出现H＋，故D错。
8．电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染，将NO降解成N2的电解装置如下图所示。下列说法正确的是( )
A．电源的正极为b
B．电解时H＋从膜右侧迁移到膜左侧
C．Ag-Pt电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
D．若转移的电子数为1.204×1024，生成N2 5.6 g
解析：选D A项，Ag-Pt作阴极，b连接电源负极，错误；C项，阴极得电子，错误；B项，阳离子向阴极移动，故质子应是由左侧向右侧迁移，错误；D项，根据N原子守恒可知2NO～N2～10e－，转移电子数为1.204×1024，即2 mol电子生成N2 0.2 mol，其N2的质量为5.6 g，正确。
9．如下图为相互串联的甲、乙两个电解池，请回答：
(1)甲池为用电解原理精炼铜的装置，A极材料是________，电极反应为________________________________________________________________________，
B极材料是________，电解质溶液为________。
(2)乙池中滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe极附近呈________色，电极反应为________________。
(3)反应中甲池阴极增重12.8 g，则乙池阳极放出的气体在标准状况下的体积为________。
(4)此时乙池剩余液体为400 mL，则电解后得到的溶液中c(OH－)为____________。
解析：(1)电解精炼铜时阴极是精铜，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu；阳极是粗铜，发生反应Cu－2e－===Cu2＋，电解质溶液是含Cu2＋的盐溶液。(2)乙池中Fe作阴极，发生2H＋＋2e－===H2↑。(3)甲池阴极发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，当阴极增重12.8 g时电路中通过了0.4 mol电子，乙池阳极发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，产生0.2 mol Cl2。(4)乙池中发生的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，当转移0.4 mol电子时，产生的n(OH－)＝0.4 mol，则c(OH－)＝＝＝1 mol·L－1。
答案：(1)纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu 粗铜 硫酸铜溶液
(2)红 2H＋＋2e－===H2↑
(3)4.48 L
(4)1 mol·L－1
10．铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答下列问题：
(1)工业冶炼铝的化学方程式是_____________________________________________。
阴极反应式：__________________________________________________________。
若阳极转移电子0.6 mol生成Al的质量是________ g。
(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)工业产品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根离子，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如下图所示。
①该电解槽的阳极反应是________________________________________________。
②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，原因为_____________________________
________________________________________________________________________。
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________(填“A”或“B”)导出。
解析：(1)工业冶炼铝反应原理是2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑，Al3＋在阴极放电。因Al3＋～Al～3e－，两电极电子转移数目相等，故当n(e－)＝0.6 mol时，n(Al)＝0.2 mol，则m(Al)＝5.4 g。(3)离子交换膜法电解提纯KOH时，阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应为4H＋＋4e－===2H2↑。电解过程中阳极附近的K＋通过阳离子交换膜向阴极移动，含氧酸根离子不能通过离子交换膜。一段时间后，阴极附近K＋、OH－的浓度增大，从B处(阴极区)得到溶液，蒸发结晶后可得较纯净的KOH。
答案：(1)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
Al3＋＋3e－===Al 5.4
(2)2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
(3)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②H＋放电，促进水的电离，c(OH－)增大 ③B
