第三节电解池
第一课时 电解原理
[课标要求]
1．了解电解池的构造，理解电解原理。
2．能够正确书写电解的电极反应式和总反应式。
1.电解池组成“三条件”：①外接电源；②电解质溶液；③闭合回路。
2．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＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(H2O)＞Al3＋。
3．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。
1．电解CuCl2溶液的实验
电解装置
电解过程分析
通电前
存在微粒
Cu2＋、Cl－、H＋、OH－
微粒运动
自由移动
通电后
微粒运动
Cu2＋、H＋移向阴极
Cl－、OH－移向阳极
电极反应
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
电解反应
实验现象
阴极：覆盖一层红色固体
阳极：①有气泡放出；
②闻到刺激性的气味；
③湿润的淀粉碘化钾试纸变为蓝色
2．电解的概念
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
3．电解装置——电解池
(1)概念：将电能转变为化学能的装置。
(2)构成条件。
①两个电极：阳极——与电源正极连接；
阴极——与电源负极连接。
②电解质溶液或熔融电解质。
③直流电源。
④构成闭合回路。
(3)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。
1．阴、阳离子在电解过程中的移动方向与在原电池中的移动方向有什么区别和联系？
提示：原电池中，阳离子移向正极；阴离子移向负极；电解池中，阳离子移向阴极；阴离子移向阳极。即阳离子都是移向发生还原反应的电极，阴离子都是移向发生氧化反应的电极 。
2．在氯化铜溶液中除了Cu2＋ 和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得到或失去电子？
提示：电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2＋比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子，可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序，从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。
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：
先看电极再判断，如果是活性电极(除Au、Pt以外的金属电极是活性电极)，则电极材料失去电子，被溶解；如果是惰性电极(是指石墨、Au、Pt等电极)，根据阴离子的放电顺序判断。
阴离子的放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。
(2)阴极产物的判断：
直接根据阳离子放电顺序判断。
阳离子放电顺序：
Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋。
1.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。
2．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
[方法技巧]
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：
电解规律(惰性电极)
类型
电极反应特点
实例
电解对象
电解质浓度
pH
电解质溶液复原
电解水型
阴：4H＋＋4e－===2H2↑
阳：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
NaOH
水
增大
增大
加水
H2SO4
水
增大
减小
加水
Na2 SO4
水
增大
不变
加水
电解电解质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
通入氯化氢气体
CuCl2
电解质
减小
—
加入氯化铜固体
放H2生碱型
阴极：H2O放H2生碱
阳极：电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
通入氯化氢气体
放O2生酸型
阴极：电解质阳离子放电
阳极：H2O放O2生酸
CuSO4
电解质和水
生成新电解质
减小
加入氧化铜
1．用惰性电极电解下列溶液，下列说法正确的是( )
A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小
C．电解硫酸铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
解析：选D 电解稀硫酸，实质上是电解水，硫酸的浓度增大，pH减小，A项错误；电解稀NaOH溶液，也是电解水，NaOH溶液的浓度增大，pH增大，B项错误；电解CuSO4溶液，阴极产物是Cu，阳极产物是O2，由于两电极通过电量相等，故生成Cu与O2的物质的量之比为2∶1，C项错误；电解CuCl2溶液实质是电解CuCl2，阳极产物Cl2，阴极产物Cu，由于两极通过电量相等，生成Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1，D项正确。
2．从H＋、K＋、Cu2＋、Cl－、SO中选取适当的离子组成符合下列情况的电解质，进行电解(阳离子只能使用一次)。
(1)以碳棒为电极进行电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为______________，电解的阴极反应______________________，电解的阳极反应________________________，电解的总方程式是____________________________。
(2)以铂丝为电极进行电解，水的物质的量减小，电解质的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积比为2∶1，则该电解质的化学式为__________________，阴极反应式为____________________________，阳极反应式为______________________________。
(3)以惰性电极电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量也减少，pH下降，则电解质的化学式为__________，电解的总方程式为__________________________________。
解析：(1)以碳棒为电极进行电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为HCl，电解的阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，电解的阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解的总方程式是2HCl电解,H2↑＋Cl2↑。(2)以铂丝为电极进行电解，水的物质的量减少，电解质的物质的量保持不变，两极都有气体生成，气体体积比为2∶1，则该电解质为活泼金属的含氧酸盐，其化学式为K2SO4，阴极H＋得到电子，电极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，OH－在阳极失去电子，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(3)以惰性电极电解，电解质的物质的量减少，水的物质的量也减少，pH下降，则电解质为不活泼金属的含氧酸盐，化学式为CuSO4，电解的总方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。
答案：(1)HCl 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2HClH2↑＋Cl2↑
(2)K2SO4 4H＋＋4e－===2H2↑ 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(3)CuSO4 2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
[三级训练·节节过关]
1．下列装置属于正在工作的电解池的是(其中C表示石墨)( )
解析：选C 构成电解池的条件：①直流电源，②两个电极，③电解质溶液或熔融电解质并形成闭合回路。A项乙醇不是电解质，B项无电源，D项把开关闭合才是工作的电解池。
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。
3．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。
4．在如图中，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。
(1)电源E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)D极的电极反应式为__________________________，析出气体______mL(标准状况)。
(5)甲烧杯中滴入石蕊溶液，________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到________溶液。
解析：(1)电解池中，发现A极比C极重1.9 g，则A极是阴极，和电源的负极相连即E是负极，F是正极，B是阳极，C是阴极，D是阳极。
(2)A极是阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，析出金属银，C是阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，析出金属铜，A极比C极重1.9 g，设电路中转移电子的物质的量为x，则108 g·mol－1·x－ g·mol－1·x＝1.9 g，x＝0.025 mol，析出金属银的物质的量是0.025 mol。
(3)B是阳极，该极上是氢氧根离子失电子，电极反应为4OH－－4e－===H2O＋O2↑，电路中转移电子0.025 mol，生成氧气是1/4×0.025 mol＝0.006 25 mol，体积是0.006 25 mol×22.4 L·mol－1＝0.14 L＝140 mL。
(4)D是阳极，该极上的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑，电路中转移电子0.025 mol，生成氯气是×0.025 mol＝0.012 5 mol，体积是280 mL。
(5)电解硝酸银溶液，在阴极上析出Ag，阳极上放出O2，产生硝酸，滴入石蕊溶液，显红色。
答案：(1)负 (2)Ag＋＋e－===Ag 0.025 (3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 140 (4)2Cl－－2e－===Cl2↑ 280 (5)B HNO3
1．下列关于电解池的叙述中不正确的是( )
A．与电源正极相连的是电解池的阴极
B．与电源负极相连的是电解池的阴极
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
解析：选A 阳极与电源的正极相连，阴极与电源的负极相连；阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。电子流向：负极―→阴极；阳极―→正极。
2．用铂电极电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别为H2和O2的是( )
A．稀HCl溶液 B．稀Na2SO4溶液
C．CuCl2溶液 D．酸性AgNO3溶液
解析：选B A项，电解稀HCl溶液，阴极产物为H2，阳极产物为Cl2，错误；B项， 电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，阴极产物为H2，阳极产物为O2，正确；C项，电解CuCl2溶液，阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2，错误；D项，电解酸性AgNO3溶液，阴极产物为Ag，阳极产物为O2和HNO3，错误。
3．电解某溶液时，某一电极上有一种刺激性气味的气体产生，下列有关此电解反应的说法不正确的是( )
A．产生这种气体的电极一定是阳极
B．若另一极上也有气体产生一定是氢气
C．产生刺激性气味的气体的电极反应是氧化反应
D．不能判断是哪一极
解析：选D 阴极只可能产生氢气这一种气体，所以产生刺激性气味气体的电极一定是阳极，此气体是氧化反应产物。
4.利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是( )
A．b电极上发生氧化反应
B．该装置能将化学能转变成电能
C．电解质溶液中Cu2＋从b电极向a电极迁移
D．若a为铜，则a的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
解析：选D b与电源负极相连，b为阴极，阴极上发生还原反应，A项错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B项错误；电解池中，阳离子(Cu2＋)向阴极(b极)移动，C项错误；a为阳极，若a为Cu，属于活性电极，则阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，D项正确。
5．用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，则下列符合题意的一组是( )
选项
X
Y
Z
W
A
C
Fe
NaCl
H2O
B
Pt
Cu
CuSO4
CuSO4溶液
C
C
C
H2SO4
H2O
D
Ag
Fe
AgNO3
AgNO3晶体
解析：选C A项，阳极为惰性电极，在阳极是Cl－放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，在阴极是H＋放电，2H＋＋2e－===H2↑，通入HCl(g)能使溶液恢复到原状态，A项不符合题意；B项，阳极为惰性电极，在阳极是OH－放电，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，在阴极是Cu2＋放电，2Cu2＋＋4e－===2Cu，加入CuO(s)能使溶液恢复到原状态，B项不符合题意，C项，两电极均为惰性电极，在阴极是H＋放电，在阳极是OH－放电，其实质是电解水，加适量水可使溶液恢复到原状态，C项符合题意；D项，Ag作阳极，为活性电极，电极反应为Ag＋e－===Ag＋，阴极反应为Ag＋－e－===Ag，AgNO3溶液浓度不变。
6．在pH＝a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH>a，则该电解质可能是( )
A．NaOH B．H2SO4
C．AgNO3 D．Na2SO4
解析：选A 电解NaOH溶液相当于电解水，NaOH溶液浓度增大，使溶液的pH升高，A项正确；电解H2SO4溶液和电解Na2SO4溶液相似，都使溶液浓度增大，所以溶液的pH分别减小、不变，B、D两项均不正确；电解AgNO3溶液生成HNO3，溶液的pH减小，C项不正确。
7.在右图所示的装置中，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极极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是( )
选项
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 本题突破口是“a极极板质量增加”，据此判断a极一定是阴极，则b极一定是阳极。A是惰性阳极电解CuSO4，符合题意；B的实质是电解水，两极都产生气体，不符合题意；C的阳极是铁，是活性电极，不符合题意；D的阳极生成氯气，是有刺激性气味的气体，不符合题意。
8．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 由图示可知：a、c为阳极，b、d为阴极。A项和C项，在电解池Ⅰ中b极发生反应2H＋＋2e－===H2↑，不符合题意；B项，电解池Ⅱ中d极发生2H＋＋2e－===H2↑，不符合题意；D项，b、d极分别发生反应Cu2＋＋2e－===Cu,2Ag＋＋2e－===2Ag，且m(Cu)9．如图是两种溶液进行电解的装置。电极A是由金属M制成的，M的硝酸盐的化学式为M(NO3)2，B、C、D都是铂电极，P、Q是电池的两极，电路接通后，试回答下列问题：
(1)电极B上金属M沉淀出来：电极反应为__________________________，同时电极C产生________，电极反应为______________________，电极D产生________，电极反应为____________________________。
(2)电池中P是________极，Q是________极。
(3)A极上电极反应为___________________________________________________。
解析：电极B上金属M沉淀出来说明B是阴极，A是阳极，而乙池中电极C是阳极，D是阴极；对应的电极P是正极，电极Q是负极；而乙中的电解质溶液为硫酸钠溶液，所以在C电极上有氧气产生，D电极上有氧气产生。
答案：(1)M2＋＋2e－===M 氧气 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 氢气 2H＋＋2e－===H2↑
(2)正 负 (3)M－2e－===M2＋
10．下图是一套电解装置，两U形管中均盛有50.0 mL电解质溶液，a、b、c、d为Pt电极，通电一段时间后，d电极上析出金属Ag 2.16 g，没有气体产生，同时在b、c两极收集到标准状况下相同体积的气体。请回答：
(1)c为________极，写出c电极上的电极反应式：________________________，c极收集到的气体体积在标准状况下为____________L。
(2)b为______极，写出b电极上的电极反应式：开始时是____________，后来________________________________________________________________________。
(3)原CuCl2溶液中溶质的物质的量浓度为________mol·L－1。
解析：(1)连接电源负极的电极作阴极，连接电源正极的电极作阳极，则c作阳极，阴离子在阳极失电子，放电能力OH－>NO，则OH－先失电子，反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，d极作阴极，其反应式为Ag＋＋e－===Ag，析出金属2.16 g银单质，整个电路转移电子0.02 mol，故产生氧气×0.02 mol＝0.005 mol，其在标准状况下的体积V(O2)＝0.005 mol×22.4 L·mol－1＝0.112 L。(2)b作阴极，阳离子在阴极上放电，Cu2＋先得电子，其反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，根据题目信息，此电极有气体产生，应是H＋得电子，其反应式：2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。(3)bc两极产生气体体积相等，即产生氢气的物质的量为0.005 mol，需得到电子0.01 mol，但整个电路共通过0.02 mol电子，推得n(Cu2＋)＝0.01/2 mol＝0.005 mol，故c(CuCl2)＝0.005/(50×10－3)mol·L－1＝0.10 mol·L－1。
答案：(1)阳 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 0.112
(2)阴 Cu2＋＋2e－===Cu 2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (3)0.10
1．用石墨电极电解CuCl2和KCl混合溶液，电解初期阴极和阳极分别析出的物质是( )
A．H2、Cl2 B．Cu、Cl2
C．H2、O2 D．Cu、O2
解析：选B 电解前溶液中的阳离子有Cu2＋、K＋、H＋，阴离子有Cl－、OH－，阳离子放电顺序Cu2＋>H＋>K＋，阴离子放电顺序Cl－>OH－，则电解初期阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2。
2．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。
3．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O]
C．KCl[KCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]
解析：选B A．4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3脱离反应体系的物质是4Ag＋O2，相当于2Ag2O，所以应当加入适量Ag2O才能复原。B.2H2O2H2↑＋O2↑脱离反应体系的是2H2＋O2，相当于2H2O，加入适量水可以复原。C.2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑脱离反应体系的是H2＋Cl2，相当于2HCl，应通入适量HCl气体才能复原。D.2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑脱离反应体系的是2Cu＋O2，相当于2CuO，加入适量CuO可以复原。
4.海水中含有丰富的锂资源，研究人员开发了一种只能让锂离子通过的特殊交换膜，并运用电解实现从海水中提取高浓度的锂盐，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a连接电源的正极
B．Li＋的移动方向是从海水进入到盐酸中
C．一段时间后，b电极附近溶液的pH降低
D．电解过程中还可能获得有经济价值的副产物氢气和氯气
解析：选C A项，a是电解池的阳极，连接电源的正极，正确；B项，电解时阳离子向阴极移动，故Li＋的移动方向是从海水进入到盐酸中，正确；C项，b电极附近溶液中的H＋得电子被还原，促进水的电离，使c(OH－)>c(H＋)，阴极区溶液pH增大，不正确；D项，整个电解过程中阴极得到氢气，阳极得到氯气，正确。
5．根据金属活动性顺序表，Cu不能发生Cu＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑的反应。但选择恰当电极材料和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四组电极和电解液中，能实现该反应最为恰当的是( )
选项
A
B
C
D
阳极
石墨棒
Cu
Cu
Cu
阴极
石墨棒
石墨棒
Fe
Pt
电解液
CuSO4溶液
Na2SO4溶液
H2SO4溶液
H2O
解析：选B 本题考查一些不能自发进行的氧化还原反应实现的条件，可以用电解方法，Cu作阳极时，自身失电子，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A项不符合；B项， Na2SO4溶液起增强导电性作用，电解总反应为Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑，符合题意；C项，电解液H2SO4会与生成的Cu(OH)2发生中和反应，实际上不会生成Cu(OH)2，不符合；D项，H2O导电能力不强，不符合。
6．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 解答此题很容易出现的错误是根据溶液中存在的离子及放电顺序直接计算，实际上把三种物质溶于水后，AgNO3和HCl之间发生反应，KCl剩余0.4 mol。与放电有关的离子有：0.4 mol Cu2＋、0.4 mol Cl－及H＋、OH－，阴极发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，生成0.3 mol Cu时，通过电子0.6 mol；阳极先发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，当0.4 mol Cl－放电时，通过电子0.4 mol，生成Cl2 0.2 mol，阳极再发生反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，根据阴、阳两极通过电子数相等得，再通过0.2 mol电子时，生成0.05 mol O2，所以阳极共生成气体0.25 mol，即体积为5.6 L(标准状况)。
7．按如图甲装置进行实验，若乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量，下列叙述不正确的是( )
A．E表示生成铜的物质的量
B．E表示反应消耗水的物质的量
C．F表示生成硫酸的物质的量
D．F表示反应生成氧气的物质的量
解析：选C 由甲可知，电解的是CuSO4溶液，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，在此化学方程式转移4个电子，可得关系：
2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4～4e－
2 mol 2 mol 2 mol 1 mol 2 mol 4 mol
乙图中表示转移4 mol电子，据此可作判断，A项，生成铜2 mol，正确；B项，消耗水2 mol，正确；C项，生成硫酸2 mol，图中生成硫酸1 mol，错误；D项，生成O2 1 mol，正确。
8.用右图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是( )
选项
电源X极
通电前U形管中液体
通电后现象及结论
A
正极
Na2SO4溶液
U形管两端滴入酚酞溶液后，a端呈红色
B
正极
AgNO3溶液
b端电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C
负极
KCl和CuCl2混合溶液
相同条件下，a、b两端产生的气体总体积有可能相等
D
负极
Fe(OH)3胶体和导电液
b端液体颜色加深
解析：选C X为正极，电解Na2SO4溶液时，实质是电解水，a端的电极为阳极，OH－放电，a端c(H＋)>c(OH－)，滴加酚酞溶液不变色，A错误；X为正极，电解AgNO3溶液时，b端的电极为阴极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，B错误；X为负极，a端的电极为阴极，Fe(OH)3胶体粒子带有正电荷向a端移动，a端液体颜色加深，D错误。
9．25 ℃时，用石墨电极电解2.0 L 0.5 mol·L－1CuSO4溶液。5 min后，在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成。试回答下列问题：
(1)发生氧化反应的是______极，电极反应为__________________________________
________________________。
(2)若电解后溶液的体积不变，则电解后溶液的pH为________。
(3)若将溶液恢复到与电解前一样，则需加入____mol的________。
(4)若用等质量的两块铜片代替石墨作电极，电解后两铜片的质量相差________g，电解液的pH________(填“变小”“变大”或“不变”)。
解析：(1)n(CuSO4)＝2.0 L×0.5 mol·L－1＝1.0 mol，而在阴极析出的Cu为＝0.1 mol，故CuSO4未完全电解，阳极发生氧化反应，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
(2)总反应为
2CuSO4＋2H2O2Cu ＋ O2↑ ＋ 2H2SO4
2 2 2 1 2
0．1 mol 0.1 mol 0.1 mol 0.05 mol 0.1 mol
所以电解后c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1。
故pH＝－lg 0.1＝1。
(3)电解后生成的0.1 mol Cu和0.05 mol O2脱离该体系，即相当于0.1 mol CuO，因此若将溶液复原，则应加入0.1 mol CuO。
(4)此时为电镀池，阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，因此若阴极上析出6.4 g铜，则阳极溶解6.4 g铜，电解后两铜片质量差为6.4 g＋6.4 g＝12.8 g，而电解液的pH不变。
答案：(1)阳 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(2)1 (3)0.1 CuO (4)12.8 不变
10．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子为Na＋、Ag＋、NO、SO、Cl－，在如图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题：
(1)M为电源的______极(填“正”或“负”)，甲、乙两个烧杯中的电解质分别为________、________(填写化学式)。
(2)计算电极f上生成的气体在标准状况下体积为________L。
(3)写出乙烧杯中的电解反应方程式：______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)常温下，若电解后甲中A溶液的体积为10 L，则该溶液的pH为________。
解析：(1)经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8 g，说明c电极为阴极，且乙烧杯中的电解质B为AgNO3，则M是负极，N是正极，a是阴极，b是阳极，d为阳极，e是阴极，f是阳极。电解后，甲溶液的pH变大，说明甲为NaCl溶液，丙溶液的pH不变，说明丙中溶液为Na2SO4溶液。
(2)c电极质量增加10.8 g，则n(Ag)＝＝0.1 mol，n(e－)＝n(Ag)＝0.1 mol，丙中溶液为Na2SO4溶液，电解该溶液相当于电解水，f极(阳极)上析出O2，且n(O2)＝n(e－)＝0.025 mol，V(O2)＝0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.56 L。
(3)电解AgNO3溶液的反应方程式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑。
(4)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，转移0.1 mol e－，生成n(NaOH)＝0.1 mol，则c(OH－)＝＝0.01 mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1＝10－12 mol·L－1，pH＝12。
答案：(1)负 NaCl AgNO3 (2)0.56
(3)4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑
(4)12
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第二课时 电解原理的应用
[课标要求]
1．了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。
2．掌握电解原理的有关计算。
1.电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
2．电镀时，待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。
3．电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液。
4．电解熔融Al2O3制取铝，电解熔融MgCl2制取镁，电解熔融NaCl制取钠。
1．电解饱和食盐水
氯碱工业：电解饱和食盐水的工业叫做氯碱工业。
2．电镀
(1)概念：应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方法。
(2)目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观度和表面硬度。
(3)实例(在铁件上镀铜)。
材料
电极反应式
阴极
Fe
Cu2＋＋2e－===Cu
阳极
Cu
Cu－2e－===Cu2＋
电解质溶液
CuSO4溶液
3．电解精炼铜
4．电冶金
(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来，如Mn＋＋ne－===M。
(2)电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
(3)电解熔融的氯化钠。
阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应：2Na＋＋2e－===2Na；
总反应：2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑。
[特别提醒]
(1)氯碱工业中所用的饱和食盐水必须精制，以除去食盐水中的Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质。
(2)电镀时电解质溶液的浓度不变而电解精炼铜时，电解质溶液的浓度减小。
1．用惰性电极电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈褐色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解质溶液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
解析：选B 用惰性电极电解NaCl溶液，阳极产物为Cl2，阴极产物为H2和NaOH，不是金属钠，A错误；NaOH溶液使酚酞溶液变红色，C项错误；因产物中生成NaOH，溶液不可能呈中性，D项错误。
2．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，错误；B项，电解精炼铜时，电解液成分发生变化，错误；C项，电解精炼铜时，比铜活泼的金属杂质(如锌)，比铜更易被氧化Zn－2e－===Zn2＋。
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)＝_______________________________。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的pH＝________。
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，c(H＋)＝ mol·L－1＝1.0×10－13 mol·L－1，pH＝13。
答案：(1)负 (2)0.025 mol·L－1 (3)13
[三级训练·节节过关]
1．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，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，溶液中含有亚铁离子
解析：选A 电镀时，通常镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
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.右图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是( )
A．电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色
B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应
C．铁丝表面生成的气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
解析：选D 石墨棒在蛋壳内，溶液中的氯离子在该极失电子被氧化，溶液中的H＋浓度不变，故A错误；蛋壳表面缠绕的铁丝作阴极，氢离子在该极发生还原反应得到氢气，B错误；铁丝表面生成的气体是氢气，不能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，C错误；蛋壳在该实验中的作用是阻止气体通过，D正确。
4.电解原理在化学工业中被广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解质溶液a；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)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则
①电解池中X极上的电极反应为____________________________________________，
在X极附近观察到的现象是_______________________________________________。
②Y极上的电极反应为____________________________________________________，
检验该电极反应产物的方法是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若用电解法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则
①X极的材料是__________，电极反应为________________________________________
________________________________。
②Y极的材料是__________，电极反应为_______________________________________
________________________________。
(说明：杂质发生的电极反应不必写出)
解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑。与电源正极相连的极为阳极，所以X极为阴极，Y极为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色。(2)电解精炼铜时，用含杂质的铜作阳极，精铜作阴极。反应过程中阳极上铜以及比铜活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比铜弱的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得到电子成为单质，其他较活泼金属对应的离子不能得到电子。根据题图，X为阴极，Y为阳极。所以X极的材料是精铜，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu；Y极的材料是粗铜，电极反应：Cu－2e－===Cu2＋。
答案：(1)①2H＋＋2e－===H2↑ 放出气体，溶液变红 ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y极附近，试纸变为蓝色 (2)①精铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
1．下列关于铜电极的叙述正确的是( )
A．铜锌原电池中铜是负极
B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极
C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极
D．电解稀硫酸制H2和O2时铜作阳极
解析：选C 铜锌原电池中锌活泼，锌作负极；电解精炼铜时，粗铜中的铜失去电子，作阳极；电镀铜时，应选用铜片作阳极，镀件作阴极，含有铜离子的溶液作电镀液；电解稀硫酸时，铜作阳极，失电子的是铜而不是溶液中的OH－，因而得不到氧气。
2．电解CuSO4溶液时，若要达到以下三点要求：①阳极质量减少；②阴极质量增加；③溶液中c(Cu2＋)不变。可选用的电极是( )
A．纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极
B．含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极
C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极
D．用石墨作阳极，用惰性电极(Pt)作阴极
解析：选A A项，阳极反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，正确；B项，阳极反应Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，c(Cu2＋)发生变化，不正确；C项，阳极反应Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，c(Cu2＋)发生变化，不正确；D项，阳极反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极质量不变，不正确。
3．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。
4．将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是( )
选项
A
B
C
D
阳极
蓝
白
红
蓝
阴极
白
蓝
蓝
蓝
解析：选D 题中所述装置是电解食盐水，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2使湿润的KI淀粉溶液变蓝色；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑，阴极附近溶液呈碱性，使石蕊溶液变蓝色。
5.右图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是( )
A．滤纸上c点附近会变红色
B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大
C．Z中溶液的pH先减小，后增大
D．Z溶液中的SO向Cu电极移动
解析：选A 由题紫红色斑即MnO向d端扩散，阴离子向阳极移动，说明d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极。NaCl溶液中H＋放电，c点附近变红色。Z中为电解CuSO4溶液，Pt为阳极，水中的OH－放电，2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子生成铜，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，阳极区生成H＋，则SO向Pt极移动，B、D项错误；随着电解的进行，Z溶液变为硫酸，再电解则变为电解水，硫酸浓度增大，C项错误。
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．下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是( )
A．装置出口①处的物质是氯气
B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D．该装置是将电能转化为化学能
解析：选C 出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A项正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B项正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠和氢气、氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－，C项错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D项正确。
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．如图为相互串联的甲、乙两个电解池，试回答下列问题。
(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A极是电解池的________，材料是________，电极反应式为______________________；B极是电解池的________，材料是______，主要电极反应式为____________________________________________________________。
(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe极附近呈________色。
(3)若甲池阴极增重12.8 g，则乙池阳极放出气体在标准状况下的体积为________(不考虑气体溶解情况)。
解析：(2)Fe极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，H＋放电后，溶液中生成OH－，溶液显碱性，使酚酞溶液呈红色。
(3)甲池阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，
生成n(Cu)＝＝0.2 mol，
转移电子的物质的量n(e－)＝0.4 mol；
乙池阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，
由电子守恒知生成Cl2为n(Cl2)＝0.2 mol，
故V(Cl2)＝4.48 L。
答案：(1)阴极 纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu
阳极 粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
(2)红 (3)4.48 L
10.某课外活动小组用如图所示装置进行实验，试回答下列问题：
(1)若开始实验时开关K与a连接，则B极的电极反应式为________________。
(2)若开始实验时开关K与b连接，则下列说法正确的是________(填序号)。
①溶液中Na＋向A极移动 ②从A极逸出的气体能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝 ③反应一段时间后向电解液中加适量盐酸可使其恢复到电解前的浓度
(3)该小组运用工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如下图所示装置电解K2SO4溶液。
①该电解槽的阳极反应式为______________________，通过阴离子交换膜的离子数________(填“>”“<”或“＝”)通过阳离子交换膜的离子数。
②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为________。
③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为________。
解析：(1)开关K与a连接时，是原电池装置，B极是阴极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。
(2)若K与b连接，是电解池装置，且A是阳极、B是阴极；阳离子向阴极移动；阳极是Cl－失电子生成Cl2，它能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝；阴极产生H2，故由阴、阳两极逸出的气体可知，要使电解液恢复到电解前的浓度需通入HCl气体而非加入盐酸。
(3)①由图示加入的物质可知，阳极是OH－失e－，阴极是H＋得e－，据电荷守恒，则通过阳离子交换膜的K＋数大于通过阴离子交换膜的SO数。②电解后生成的硫酸和KOH溶液的浓度均比原来的大，则bc，又因为碱溶液的pH大于酸溶液的pH，则：b答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋ (2)②
(3)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑) < ②b1．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．下面有关电化学的图示，完全正确的是( )
解析：选D A为原电池，锌应为负极；B为电解法精炼铜的装置，粗铜应为阳极；C为电镀池，镀件铁片应该为阴极；D为电解饱和食盐水并检验其产物的装置，电流流入的一极为阳极，阳极析出氯气，用碘化钾淀粉溶液检验氯气，阴极析出的氢气，用向下排空气法收集。
4.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和NaCl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，设计了如图的装置，则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 电解氯化钠溶液时，阳极反应是氯离子失电子生成氯气，阴极反应是氢离子得电子生成氢气，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，应让氯气在下端产生，即a为负极，b为正极，氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠。
5.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。
6．如图甲为锌铜原电池装置，乙为电解熔融氯化钠装置。则下列说法正确的是( )
A．甲装置中锌为负极，发生还原反应，铜为正极，发生氧化反应
B．甲装置盐桥的作用是使反应过程中ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性
C．乙装置中铁极的电极反应式为2Na－2e－===2Na＋
D．乙装置中B是氯气出口，A是钠出口
解析：选B 甲装置为原电池，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，A项错误；乙装置中，铁为阴极，电极反应式为2Na＋＋2e－===Na，C项错误；乙装置中，石墨为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A为Cl2出口，B是Na出口，D项错误。
7．1 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。
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.电解原理在化学工业中有着广泛的应用。
(1)如右图，其中a是电解液，X、Y是两块电极板。若X、Y是惰性电极，a是
CuSO4溶液，则电解时的化学方程式为____________________________________。
通电一段时间后，向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末，电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为________；当X、Y分别是铁和铜，a仍是CuSO4溶液，则Y极的电极反应式为______________________。
(2)已知＋2价的铁的化合物通常具有较强的还原性，易被氧化。实验室用亚铁盐溶液与烧碱反应很难制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，但是若用电解的方法却可以较易制得纯净的Fe(OH)2沉淀。制备装置如右图所示，其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。
①a电极上的反应式为_________________________________________________。
②电解液d最好选________(填字母，下同)。
A．纯水 B．CuSO4溶液
C．NaOH溶液 D．H2SO4溶液
③液体c为__________。
A．四氯化碳 B．硝基苯
C．苯 D．乙醇
解析：(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，化学方程式为2CuSO4＋2H2O电解,2Cu＋O2↑＋2H2SO4。通电一段时间后，向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末，电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，说明在电解的过程中刚好生成了0.2 mol Cu和0.1 mol O2，所以转移的电子的物质的量为0.4 mol；当X、Y分别是铁和铜时，此反应为电镀，所以Y极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
(2)制备Fe(OH)2沉淀应在无氧环境下，所以液体c应选择密度比水小且与水不互溶的物质，所以选C。
答案：(1)2CuSO4＋2H2O电解,2Cu＋O2↑＋2H2SO4 0.4 mol Cu－2e－===Cu2＋
(2)①Fe－2e－===Fe2＋ ②C ③C
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课时跟踪检测（二十一） 电解原理
1．下列关于电解池的叙述中不正确的是( )
A．与电源正极相连的是电解池的阴极
B．与电源负极相连的是电解池的阴极
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
解析：选A 阳极与电源的正极相连，阴极与电源的负极相连；阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。电子流向：负极―→阴极；阳极―→正极。
2．用铂电极电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别为H2和O2的是( )
A．稀HCl溶液 B．稀Na2SO4溶液
C．CuCl2溶液 D．酸性AgNO3溶液
解析：选B A项，电解稀HCl溶液，阴极产物为H2，阳极产物为Cl2，错误；B项， 电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，阴极产物为H2，阳极产物为O2，正确；C项，电解CuCl2溶液，阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2，错误；D项，电解酸性AgNO3溶液，阴极产物为Ag，阳极产物为O2和HNO3，错误。
3．电解某溶液时，某一电极上有一种刺激性气味的气体产生，下列有关此电解反应的说法不正确的是( )
A．产生这种气体的电极一定是阳极
B．若另一极上也有气体产生一定是氢气
C．产生刺激性气味的气体的电极反应是氧化反应
D．不能判断是哪一极
解析：选D 阴极只可能产生氢气这一种气体，所以产生刺激性气味气体的电极一定是阳极，此气体是氧化反应产物。
4.利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是( )
A．b电极上发生氧化反应
B．该装置能将化学能转变成电能
C．电解质溶液中Cu2＋从b电极向a电极迁移
D．若a为铜，则a的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
解析：选D b与电源负极相连，b为阴极，阴极上发生还原反应，A项错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B项错误；电解池中，阳离子(Cu2＋)向阴极(b极)移动，C项错误；a为阳极，若a为Cu，属于活性电极，则阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，D项正确。
5．用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，则下列符合题意的一组是( )
选项
X
Y
Z
W
A
C
Fe
NaCl
H2O
B
Pt
Cu
CuSO4
CuSO4溶液
C
C
C
H2SO4
H2O
D
Ag
Fe
AgNO3
AgNO3晶体
解析：选C A项，阳极为惰性电极，在阳极是Cl－放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，在阴极是H＋放电，2H＋＋2e－===H2↑，通入HCl(g)能使溶液恢复到原状态，A项不符合题意；B项，阳极为惰性电极，在阳极是OH－放电，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，在阴极是Cu2＋放电，2Cu2＋＋4e－===2Cu，加入CuO(s)能使溶液恢复到原状态，B项不符合题意，C项，两电极均为惰性电极，在阴极是H＋放电，在阳极是OH－放电，其实质是电解水，加适量水可使溶液恢复到原状态，C项符合题意；D项，Ag作阳极，为活性电极，电极反应为Ag＋e－===Ag＋，阴极反应为Ag＋－e－===Ag，AgNO3溶液浓度不变。
6．在pH＝a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH>a，则该电解质可能是( )
A．NaOH B．H2SO4
C．AgNO3 D．Na2SO4
解析：选A 电解NaOH溶液相当于电解水，NaOH溶液浓度增大，使溶液的pH升高，A项正确；电解H2SO4溶液和电解Na2SO4溶液相似，都使溶液浓度增大，所以溶液的pH分别减小、不变，B、D两项均不正确；电解AgNO3溶液生成HNO3，溶液的pH减小，C项不正确。
7.在右图所示的装置中，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极极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是( )
选项
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 本题突破口是“a极极板质量增加”，据此判断a极一定是阴极，则b极一定是阳极。A是惰性阳极电解CuSO4，符合题意；B的实质是电解水，两极都产生气体，不符合题意；C的阳极是铁，是活性电极，不符合题意；D的阳极生成氯气，是有刺激性气味的气体，不符合题意。
8．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 由图示可知：a、c为阳极，b、d为阴极。A项和C项，在电解池Ⅰ中b极发生反应2H＋＋2e－===H2↑，不符合题意；B项，电解池Ⅱ中d极发生2H＋＋2e－===H2↑，不符合题意；D项，b、d极分别发生反应Cu2＋＋2e－===Cu,2Ag＋＋2e－===2Ag，且m(Cu)9．如图是两种溶液进行电解的装置。电极A是由金属M制成的，M的硝酸盐的化学式为M(NO3)2，B、C、D都是铂电极，P、Q是电池的两极，电路接通后，试回答下列问题：
(1)电极B上金属M沉淀出来：电极反应为__________________________，同时电极C产生________，电极反应为______________________，电极D产生________，电极反应为____________________________。
(2)电池中P是________极，Q是________极。
(3)A极上电极反应为___________________________________________________。
解析：电极B上金属M沉淀出来说明B是阴极，A是阳极，而乙池中电极C是阳极，D是阴极；对应的电极P是正极，电极Q是负极；而乙中的电解质溶液为硫酸钠溶液，所以在C电极上有氧气产生，D电极上有氧气产生。
答案：(1)M2＋＋2e－===M 氧气 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 氢气 2H＋＋2e－===H2↑
(2)正 负 (3)M－2e－===M2＋
10．下图是一套电解装置，两U形管中均盛有50.0 mL电解质溶液，a、b、c、d为Pt电极，通电一段时间后，d电极上析出金属Ag 2.16 g，没有气体产生，同时在b、c两极收集到标准状况下相同体积的气体。请回答：
(1)c为________极，写出c电极上的电极反应式：________________________，c极收集到的气体体积在标准状况下为____________L。
(2)b为______极，写出b电极上的电极反应式：开始时是____________，后来________________________________________________________________________。
(3)原CuCl2溶液中溶质的物质的量浓度为________mol·L－1。
解析：(1)连接电源负极的电极作阴极，连接电源正极的电极作阳极，则c作阳极，阴离子在阳极失电子，放电能力OH－>NO，则OH－先失电子，反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，d极作阴极，其反应式为Ag＋＋e－===Ag，析出金属2.16 g银单质，整个电路转移电子0.02 mol，故产生氧气×0.02 mol＝0.005 mol，其在标准状况下的体积V(O2)＝0.005 mol×22.4 L·mol－1＝0.112 L。(2)b作阴极，阳离子在阴极上放电，Cu2＋先得电子，其反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，根据题目信息，此电极有气体产生，应是H＋得电子，其反应式：2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。(3)bc两极产生气体体积相等，即产生氢气的物质的量为0.005 mol，需得到电子0.01 mol，但整个电路共通过0.02 mol电子，推得n(Cu2＋)＝0.01/2 mol＝0.005 mol，故c(CuCl2)＝0.005/(50×10－3)mol·L－1＝0.10 mol·L－1。
答案：(1)阳 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 0.112
(2)阴 Cu2＋＋2e－===Cu 2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (3)0.10
1．用石墨电极电解CuCl2和KCl混合溶液，电解初期阴极和阳极分别析出的物质是( )
A．H2、Cl2 B．Cu、Cl2
C．H2、O2 D．Cu、O2
解析：选B 电解前溶液中的阳离子有Cu2＋、K＋、H＋，阴离子有Cl－、OH－，阳离子放电顺序Cu2＋>H＋>K＋，阴离子放电顺序Cl－>OH－，则电解初期阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2。
2．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。
3．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O]
C．KCl[KCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]
解析：选B A．4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3脱离反应体系的物质是4Ag＋O2，相当于2Ag2O，所以应当加入适量Ag2O才能复原。B.2H2O2H2↑＋O2↑脱离反应体系的是2H2＋O2，相当于2H2O，加入适量水可以复原。C.2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑脱离反应体系的是H2＋Cl2，相当于2HCl，应通入适量HCl气体才能复原。D.2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑脱离反应体系的是2Cu＋O2，相当于2CuO，加入适量CuO可以复原。
4.海水中含有丰富的锂资源，研究人员开发了一种只能让锂离子通过的特殊交换膜，并运用电解实现从海水中提取高浓度的锂盐，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a连接电源的正极
B．Li＋的移动方向是从海水进入到盐酸中
C．一段时间后，b电极附近溶液的pH降低
D．电解过程中还可能获得有经济价值的副产物氢气和氯气
解析：选C A项，a是电解池的阳极，连接电源的正极，正确；B项，电解时阳离子向阴极移动，故Li＋的移动方向是从海水进入到盐酸中，正确；C项，b电极附近溶液中的H＋得电子被还原，促进水的电离，使c(OH－)>c(H＋)，阴极区溶液pH增大，不正确；D项，整个电解过程中阴极得到氢气，阳极得到氯气，正确。
5．根据金属活动性顺序表，Cu不能发生Cu＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑的反应。但选择恰当电极材料和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四组电极和电解液中，能实现该反应最为恰当的是( )
选项
A
B
C
D
阳极
石墨棒
Cu
Cu
Cu
阴极
石墨棒
石墨棒
Fe
Pt
电解液
CuSO4溶液
Na2SO4溶液
H2SO4溶液
H2O
解析：选B 本题考查一些不能自发进行的氧化还原反应实现的条件，可以用电解方法，Cu作阳极时，自身失电子，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A项不符合；B项， Na2SO4溶液起增强导电性作用，电解总反应为Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑，符合题意；C项，电解液H2SO4会与生成的Cu(OH)2发生中和反应，实际上不会生成Cu(OH)2，不符合；D项，H2O导电能力不强，不符合。
6．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 解答此题很容易出现的错误是根据溶液中存在的离子及放电顺序直接计算，实际上把三种物质溶于水后，AgNO3和HCl之间发生反应，KCl剩余0.4 mol。与放电有关的离子有：0.4 mol Cu2＋、0.4 mol Cl－及H＋、OH－，阴极发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，生成0.3 mol Cu时，通过电子0.6 mol；阳极先发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，当0.4 mol Cl－放电时，通过电子0.4 mol，生成Cl2 0.2 mol，阳极再发生反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，根据阴、阳两极通过电子数相等得，再通过0.2 mol电子时，生成0.05 mol O2，所以阳极共生成气体0.25 mol，即体积为5.6 L(标准状况)。
7．按如图甲装置进行实验，若乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量，下列叙述不正确的是( )
A．E表示生成铜的物质的量
B．E表示反应消耗水的物质的量
C．F表示生成硫酸的物质的量
D．F表示反应生成氧气的物质的量
解析：选C 由甲可知，电解的是CuSO4溶液，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，在此化学方程式转移4个电子，可得关系：
2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4～4e－
2 mol 2 mol 2 mol 1 mol 2 mol 4 mol
乙图中表示转移4 mol电子，据此可作判断，A项，生成铜2 mol，正确；B项，消耗水2 mol，正确；C项，生成硫酸2 mol，图中生成硫酸1 mol，错误；D项，生成O2 1 mol，正确。
8.用右图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是( )
选项
电源X极
通电前U形管中液体
通电后现象及结论
A
正极
Na2SO4溶液
U形管两端滴入酚酞溶液后，a端呈红色
B
正极
AgNO3溶液
b端电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C
负极
KCl和CuCl2混合溶液
相同条件下，a、b两端产生的气体总体积有可能相等
D
负极
Fe(OH)3胶体和导电液
b端液体颜色加深
解析：选C X为正极，电解Na2SO4溶液时，实质是电解水，a端的电极为阳极，OH－放电，a端c(H＋)>c(OH－)，滴加酚酞溶液不变色，A错误；X为正极，电解AgNO3溶液时，b端的电极为阴极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，B错误；X为负极，a端的电极为阴极，Fe(OH)3胶体粒子带有正电荷向a端移动，a端液体颜色加深，D错误。
9．25 ℃时，用石墨电极电解2.0 L 0.5 mol·L－1CuSO4溶液。5 min后，在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成。试回答下列问题：
(1)发生氧化反应的是______极，电极反应为__________________________________
________________________。
(2)若电解后溶液的体积不变，则电解后溶液的pH为________。
(3)若将溶液恢复到与电解前一样，则需加入____mol的________。
(4)若用等质量的两块铜片代替石墨作电极，电解后两铜片的质量相差________g，电解液的pH________(填“变小”“变大”或“不变”)。
解析：(1)n(CuSO4)＝2.0 L×0.5 mol·L－1＝1.0 mol，而在阴极析出的Cu为＝0.1 mol，故CuSO4未完全电解，阳极发生氧化反应，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
(2)总反应为
2CuSO4＋2H2O2Cu ＋ O2↑ ＋ 2H2SO4
2 2 2 1 2
0．1 mol 0.1 mol 0.1 mol 0.05 mol 0.1 mol
所以电解后c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1。
故pH＝－lg 0.1＝1。
(3)电解后生成的0.1 mol Cu和0.05 mol O2脱离该体系，即相当于0.1 mol CuO，因此若将溶液复原，则应加入0.1 mol CuO。
(4)此时为电镀池，阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，因此若阴极上析出6.4 g铜，则阳极溶解6.4 g铜，电解后两铜片质量差为6.4 g＋6.4 g＝12.8 g，而电解液的pH不变。
答案：(1)阳 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(2)1 (3)0.1 CuO (4)12.8 不变
10．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子为Na＋、Ag＋、NO、SO、Cl－，在如图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题：
(1)M为电源的______极(填“正”或“负”)，甲、乙两个烧杯中的电解质分别为________、________(填写化学式)。
(2)计算电极f上生成的气体在标准状况下体积为________L。
(3)写出乙烧杯中的电解反应方程式：______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)常温下，若电解后甲中A溶液的体积为10 L，则该溶液的pH为________。
解析：(1)经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8 g，说明c电极为阴极，且乙烧杯中的电解质B为AgNO3，则M是负极，N是正极，a是阴极，b是阳极，d为阳极，e是阴极，f是阳极。电解后，甲溶液的pH变大，说明甲为NaCl溶液，丙溶液的pH不变，说明丙中溶液为Na2SO4溶液。
(2)c电极质量增加10.8 g，则n(Ag)＝＝0.1 mol，n(e－)＝n(Ag)＝0.1 mol，丙中溶液为Na2SO4溶液，电解该溶液相当于电解水，f极(阳极)上析出O2，且n(O2)＝n(e－)＝0.025 mol，V(O2)＝0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.56 L。
(3)电解AgNO3溶液的反应方程式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑。
(4)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，转移0.1 mol e－，生成n(NaOH)＝0.1 mol，则c(OH－)＝＝0.01 mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1＝10－12 mol·L－1，pH＝12。
答案：(1)负 NaCl AgNO3 (2)0.56
(3)4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑
(4)12
课时跟踪检测（二十二） 电解原理的应用
1．下列关于铜电极的叙述正确的是( )
A．铜锌原电池中铜是负极
B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极
C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极
D．电解稀硫酸制H2和O2时铜作阳极
解析：选C 铜锌原电池中锌活泼，锌作负极；电解精炼铜时，粗铜中的铜失去电子，作阳极；电镀铜时，应选用铜片作阳极，镀件作阴极，含有铜离子的溶液作电镀液；电解稀硫酸时，铜作阳极，失电子的是铜而不是溶液中的OH－，因而得不到氧气。
2．电解CuSO4溶液时，若要达到以下三点要求：①阳极质量减少；②阴极质量增加；③溶液中c(Cu2＋)不变。可选用的电极是( )
A．纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极
B．含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极
C．用纯铁作阳极，用纯铜作阴极
D．用石墨作阳极，用惰性电极(Pt)作阴极
解析：选A A项，阳极反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，正确；B项，阳极反应Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，c(Cu2＋)发生变化，不正确；C项，阳极反应Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，c(Cu2＋)发生变化，不正确；D项，阳极反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极质量不变，不正确。
3．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。
4．将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是( )
选项
A
B
C
D
阳极
蓝
白
红
蓝
阴极
白
蓝
蓝
蓝
解析：选D 题中所述装置是电解食盐水，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2使湿润的KI淀粉溶液变蓝色；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑，阴极附近溶液呈碱性，使石蕊溶液变蓝色。
5.右图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是( )
A．滤纸上c点附近会变红色
B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大
C．Z中溶液的pH先减小，后增大
D．Z溶液中的SO向Cu电极移动
解析：选A 由题紫红色斑即MnO向d端扩散，阴离子向阳极移动，说明d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极。NaCl溶液中H＋放电，c点附近变红色。Z中为电解CuSO4溶液，Pt为阳极，水中的OH－放电，2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子生成铜，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，阳极区生成H＋，则SO向Pt极移动，B、D项错误；随着电解的进行，Z溶液变为硫酸，再电解则变为电解水，硫酸浓度增大，C项错误。
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．下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是( )
A．装置出口①处的物质是氯气
B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D．该装置是将电能转化为化学能
解析：选C 出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A项正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B项正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠和氢气、氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－，C项错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D项正确。
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．如图为相互串联的甲、乙两个电解池，试回答下列问题。
(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A极是电解池的________，材料是________，电极反应式为______________________；B极是电解池的________，材料是______，主要电极反应式为____________________________________________________________。
(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液，开始一段时间后，Fe极附近呈________色。
(3)若甲池阴极增重12.8 g，则乙池阳极放出气体在标准状况下的体积为________(不考虑气体溶解情况)。
解析：(2)Fe极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，H＋放电后，溶液中生成OH－，溶液显碱性，使酚酞溶液呈红色。
(3)甲池阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，
生成n(Cu)＝＝0.2 mol，
转移电子的物质的量n(e－)＝0.4 mol；
乙池阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，
由电子守恒知生成Cl2为n(Cl2)＝0.2 mol，
故V(Cl2)＝4.48 L。
答案：(1)阴极 纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu
阳极 粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
(2)红 (3)4.48 L
10.某课外活动小组用如图所示装置进行实验，试回答下列问题：
(1)若开始实验时开关K与a连接，则B极的电极反应式为________________。
(2)若开始实验时开关K与b连接，则下列说法正确的是________(填序号)。
①溶液中Na＋向A极移动 ②从A极逸出的气体能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝 ③反应一段时间后向电解液中加适量盐酸可使其恢复到电解前的浓度
(3)该小组运用工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如下图所示装置电解K2SO4溶液。
①该电解槽的阳极反应式为______________________，通过阴离子交换膜的离子数________(填“>”“<”或“＝”)通过阳离子交换膜的离子数。
②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为________。
③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为________。
解析：(1)开关K与a连接时，是原电池装置，B极是阴极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。
(2)若K与b连接，是电解池装置，且A是阳极、B是阴极；阳离子向阴极移动；阳极是Cl－失电子生成Cl2，它能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝；阴极产生H2，故由阴、阳两极逸出的气体可知，要使电解液恢复到电解前的浓度需通入HCl气体而非加入盐酸。
(3)①由图示加入的物质可知，阳极是OH－失e－，阴极是H＋得e－，据电荷守恒，则通过阳离子交换膜的K＋数大于通过阴离子交换膜的SO数。②电解后生成的硫酸和KOH溶液的浓度均比原来的大，则bc，又因为碱溶液的pH大于酸溶液的pH，则：b答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋ (2)②
(3)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑) < ②b1．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．下面有关电化学的图示，完全正确的是( )
解析：选D A为原电池，锌应为负极；B为电解法精炼铜的装置，粗铜应为阳极；C为电镀池，镀件铁片应该为阴极；D为电解饱和食盐水并检验其产物的装置，电流流入的一极为阳极，阳极析出氯气，用碘化钾淀粉溶液检验氯气，阴极析出的氢气，用向下排空气法收集。
4.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和NaCl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，设计了如图的装置，则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 电解氯化钠溶液时，阳极反应是氯离子失电子生成氯气，阴极反应是氢离子得电子生成氢气，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，应让氯气在下端产生，即a为负极，b为正极，氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠。
5.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。
6．如图甲为锌铜原电池装置，乙为电解熔融氯化钠装置。则下列说法正确的是( )
A．甲装置中锌为负极，发生还原反应，铜为正极，发生氧化反应
B．甲装置盐桥的作用是使反应过程中ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性
C．乙装置中铁极的电极反应式为2Na－2e－===2Na＋
D．乙装置中B是氯气出口，A是钠出口
解析：选B 甲装置为原电池，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，A项错误；乙装置中，铁为阴极，电极反应式为2Na＋＋2e－===Na，C项错误；乙装置中，石墨为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A为Cl2出口，B是Na出口，D项错误。
7．1 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。
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.电解原理在化学工业中有着广泛的应用。
(1)如右图，其中a是电解液，X、Y是两块电极板。若X、Y是惰性电极，a是
CuSO4溶液，则电解时的化学方程式为____________________________________。
通电一段时间后，向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末，电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为________；当X、Y分别是铁和铜，a仍是CuSO4溶液，则Y极的电极反应式为______________________。
(2)已知＋2价的铁的化合物通常具有较强的还原性，易被氧化。实验室用亚铁盐溶液与烧碱反应很难制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，但是若用电解的方法却可以较易制得纯净的Fe(OH)2沉淀。制备装置如右图所示，其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。
①a电极上的反应式为_________________________________________________。
②电解液d最好选________(填字母，下同)。
A．纯水 B．CuSO4溶液
C．NaOH溶液 D．H2SO4溶液
③液体c为__________。
A．四氯化碳 B．硝基苯
C．苯 D．乙醇
解析：(1)用惰性电极电解CuSO4溶液时，化学方程式为2CuSO4＋2H2O电解,2Cu＋O2↑＋2H2SO4。通电一段时间后，向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末，电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，说明在电解的过程中刚好生成了0.2 mol Cu和0.1 mol O2，所以转移的电子的物质的量为0.4 mol；当X、Y分别是铁和铜时，此反应为电镀，所以Y极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
(2)制备Fe(OH)2沉淀应在无氧环境下，所以液体c应选择密度比水小且与水不互溶的物质，所以选C。
答案：(1)2CuSO4＋2H2O电解,2Cu＋O2↑＋2H2SO4 0.4 mol Cu－2e－===Cu2＋
(2)①Fe－2e－===Fe2＋ ②C ③C
