电解池高二化学同步讲义（沪科版2020选择性必修第一册 ）

4.3电解池

®学习聚焦

般:知识精讲

知识点01电解池

1、电解池：一种将电能转化为化学能的装置.

2、电解：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极发生氧化还原

反应过程。

3、电解池反应原理：

阴极：与电源负极相连，本身不反应，溶液中正离子得电子发生还原反应。

阳极：与电源正极相连，发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中负离子失电子；若是

非惰性电极，则电极本身失电子

电子的流向：负极一阴极一阳极一正极

电流的流向：正极一阳极一阴极一负极

4、电解反应中反应物的判断——放电顺序

⑴阴极A.阴极材料（金属或石墨）总是受到保护。

B.正离子得电子顺序一金属活动顺序表的反表：K+<Ca2+<Na'<Mg2+<Al3+<Zn2+<

Fe2+<Sn2+<Pb2+<（H+）<Cu2+<Hg2+<Ag+（正离子放电顺序与浓度有关，并不绝

对）

（2）阳极A.阳极材料是惰性电极（C、Pt、Au、Ti等）时：负离子失电子：S2->I>Br>

cr>OH->NO3-等含氧酸根离子>F

B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。

【即学即练1］有关利用某新型电化学装置（如下图所示）电催化合成偶氮化合物

N

U

N

）的研究，下列说法中不正确的是

KOH溶液

A.CoP电极是阴极

B.Ni?P电极反应式为RCH2NH2-4e+4OH-=RCN+4H2。

C.合成lmol偶氮化合物，要消耗4moiRCH2NH2

D.OIL向Ni2P极移动

【答案】C

【解析】A.根据图中物质变化可知，Ni2P为阳极，COP电极是阴极，故A正确;

B.Ni?P为阳极，发生氧化反应，且为碱性溶液，反应式为

RCH2NH2-4e+4OH-=RCN+4H2O,故B正确;

C.阴极反应方程式为2］，［“°2+8/+4H2。=

+80H，合成

lmol偶氮化合物转移电子8mol；阳极反应方程式为

RCH2NH2-4e+40H=RCN+4H2O,故合成lmol偶氮化合物，要消耗2moi

RCH2NH2,C错误；

D.左侧消耗氢氧根，OH-向Ni2P极移动，故D正确;

故选C

知识点02原电池和电解池的比较：

装置原电池电解池

Zn（一Cu

实例u±

二1三三1二,稀硫酸目CuC12溶液

_____—J1

原电池的原理是氧化还原反应中

的还原剂失去的电子经过导线传递使电流通过电解质溶液而在阴，阳两极上

原理给氧化剂，使氧化还原反应分别在引起氧化还原反应的过程.

两个电极上进行

①电源；

①电极：两种不同的导体相连；

形成条件②电极（惰性或丰惰性）；

②电解质溶液：能与电极反应。

③电解质（水溶液或熔化态，

反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应

由电极本身性质决定：由外电源决定：

电极名称正极：材料性质较不活泼的电极；阳极：连电源的正极；

负极：材料性质较活泼的电极。阴极：连电源的负极；

负极：Zn-2e=Zn2+（氧化反应）阴极：Cu2++2e*=Cu（还原反应）

电极反应

正极：2H++2e=H2T（还原反应）阳极：2Cl--2e=C12t（氧化反应）

负极（外电路）一正极阳极一电源正极

电子流向

阴极一电源负极

正极（外电路）一负极阳极一电源正极

电流方向

阴极f电源负极

能量转化化学能一电能电能f化学能

①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀

①抗金属的电化腐蚀；

应用铜）：③电冶（冶炼Na、Mg、Al）：④精

②实用电池。

炼（精铜）。

【即学即练2】钠离子电池以其低成本、高安全性等成为锂离子电池的首选“备胎〃，其工

作原理为：Na.^MnO^Na^C,,.•NaMnO2+C„q下列说法正确的是

A.放电时，Na,嵌入铝箔电极上，Mn元素被氧化

B.放电时，外电路中每转移0.2mole-,理论上碳基材料质量增加4.6g

C.充电时，b极为阴极，其电极反应为机Na++C“+机e-=Na,"C.

D.该电池在充放电过程中，依靠钠离子在两极反亚脱嵌和嵌入，未发生氧化还原反应

【答案】c

由题干信息可知，碳基材料为负极b,放电过程中发生的电极反应为：NamCn-me-

+

=Cn+mNa,充电时，b与电源负极相连为阴极，电极反应为：Cn+mNa++me=Namg则含钠

+

过渡金属氧化物为正极a,电极反应为：Nai.mMnO2+me+mNa=NaMnO2，充电时，a与电

+

源正极相连作阳极，电极反应为：NaMnO2-me=Nai.mMnO2+mNa,据此分析解题。

【解析】A.通过分析可知，放电时Na+嵌入铝箔电极上，此时镭元素化合价降低，被还

原，A错误；

B.放时，钠元素由碳基材料转移到铝箔电极上，此时碳基材料质量减轻，B错误：

C.由分析可知，充电时，b与电源负极相连为阴极，电极反应为：Cn+mNa*+me-=NamCn,

C正确；

D.由分析可知，放电过程中，钠元素和钵元素的化合价都在变，发生了氧化还原反应，D

错误；

故选C。

知识点03电解原理的应用

（1）、铜的电解精炼

阳极（粗铜棒）：Cu-2e-=Cu2+

阴极（精铜棒）：Cu2++2e=Cu

电解质溶液：含铜离子的可溶性电解质

分析：因为粗铜中含有金、银、锌、铁、银等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、锲会

在阳极放电形成正离子进入溶液中，Zn—2b=Zn2+、Fe—2鼠=Fe2+,Ni-2e=Ni2+,Fe2\

Zi?+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。

还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极

泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。

（2）、电镀___________

2+，

阳极（镀层金属）：Cn-2<=Cn琉*xFh

阴极（镀件）：Cu2++2e-=Cu11I

电镀液：含镀层金属的电解质|丰三3

分析：因为由得失电子数目守恒可知，|的

阳极放电形成的C/+离子和阴极Cu?+离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质

量、pH均不会改变。

注意:

A、电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属

离子为电镀液。

B、电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持

不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH-一般不放电。

教学建议：电镀知识在讲解的过程中可以联系电解池进行分析帮助孩子理解，并且强调目前

我们只需要掌握电镀不活泼的铜等金属（从放电的先后顺序分析），对程度较好的学生可以

详细分析一下原理

（3）电解饱和食盐水——氯碱工业

氯碱工业所得的NaOH、CI2.H2都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化

工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息

息相关。

阳极：石墨或金属钛2CL-2e=C12f

阴极：铁网2H++2e=H2T

电解质溶液：饱和食盐水

电解

总方程式：2NaCI+2H2O2NaOH+用1+Cl2T

分析：在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的0H-和CL向阳极移动，由

于CL比OH一容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中

带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢

原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。

教学建议：讲解过程中可以以提问的方式帮助孩子回顾食盐水精制和隔膜的作用

（1）饱和食盐水的精制：

原因：除去NaCl中的MgCb、Na2sO4等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响

溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。试剂加入的顺序：先加过量

的BaCb和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2c。3,过滤，加盐酸调节pH为7。

（2）隔膜的作用：防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱

的质量。

【即学即练3】21.金属钢在化工、航空航天、二次电池等领域有着重要的作用，其中全

机液流电池具有便于扩容、操作安全、使用寿命长等优点。两性离子交换膜是锐电池的关

键组成部分，机电池的两性离子交换膜中离子迁移示意图如图所示。下列有关叙述错误的

是

v2+

•荷负电固定基团

A.放电时，正极反应式为VO；+2H++e-=VO2，+HQ

B.充电时，阴极反应式为丫以+修二丫?十

C.充电时，SO；/HSO；通过荷正电固定基团向负极区移动

D.两性离子交换膜中荷正电固定基团可有效提高阻锐性

【答案】C

由图可知，正极电解液中含有V0?+和VO；,故正极的电极反应为：

2

VO5+2H+e=VO+H2O；负极含有V?♦和V?+,故负极反应为：V，-e-=V3+,以此解

题。

【解析】A.由分析可知，放电时，正极反应式为VO；+2H，+e-=VO2++H2。，A正确；

B.原电池负极，在充电时作阴极，发生还原反应，则充电时，阴极反应式为

3+2+

V+e-=V,B正确；

C.充电时作电解池，阴离子移向阳极区，即向原电池的正极区移动，C错误；

D.荷正电固定基团允许阴离了•通过，阻止阳离子通过，故可阻止VO；/VCP+、V37V2*的

移动，即有效地提高阻车凡性，D正确；

知识点04电解法冶炼活泼金属

（1）电解熔融的氯化钠制金属钠：

电解

2NaCl（熔融）2Na+Cht

（2）电解熔融的氯化镁制金属镁：

电解

MgCh（熔融）Mg+ChT

（3）电解熔融的氧化铝制金属铝：

电解

2Al2。3（熔融）4Al+3O2t

分析：在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很

容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合

物熔融状态方法来冶炼。

注意：电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCh的原因；不能用

AlCb替代AhO3的原因。

【即学即练4】有关电化学示意图如图。回答下列问题：

直流电源

含CN—废水和

NaCl的混合溶液

图1

⑴图1是工业上用电解法在强碱性条件下除去废水中的CN-的装置，发生的反应有

回.CN--2e-+2OH-=CNO+H,0

0.2Cr-2e~=Cl2T

0.3C12+2CNCT+8OH-=N2+6c「+2CO；~+4H2O

①石墨电极上发生______（填"氧化〃或"还原〃）反应；阴极反应式为O

②电解过程中有关微粒的定向移动的说法错误的是（填字母）。

A.电子由电极b经导线流向铁电极

B.电流由铁电极经溶液流向石墨电极

C.CWCN-移向石墨电极

D.Na+移向铁电极

③为了使电解池连续工作，需要不断补充。

⑵图2是一种高性能的碱性硼化机（VB?）一空气电池，该电池工作时发生的离子反应

4VB2+11O2+20OH~+6H,O=4VO,+8B（OH）；。

负载

KOH溶液离子选择性膜

图2

（DVB2电极为极（填"正"或"负”），电池工作时正极反应式为。

②若离子选择性膜只允许。氏通过，电池工作过程中，忽略溶液的体积变化，则正极室的

碱性（填“变大"、"变小"或"不变

③放电过程中，消耗36.5g硼化机（\32），电路中转移mol电子。

【答案】⑴氧化2H,O+2e=H2?+2OHBNaOH

（2）负O?+4e+2H2（）=4OH-不变5.5

（1）根据题给信息，除去废水中CN-分两步进行：第一步用电解法使CN-氧化成CNO-,

cr氧化成第二步用氧化CNO-,在强硬性条件下，CNO最终转化成co；。第

一步氧化反应失去电子，应发生在电解池的阳极，因此铁电极不能作阳极，只能作阴极，

石墨电极作阳极，电源中a为正极，b为负极；

（2）根据电池反应总方程式，空气中的氧气在复合碳电极上得到电子被还原，复合碳电极

为正极，那么VB?发生氧化反应，为负极，根据离子选择膜的性质来确定溶液中离子移动

的方向，题目据此解答。

【解析】（1）①根据分析，石墨电极是阳极，阳极上CN-和C「失去电子氧化生成CNCF和

Cl2,阴极上氢离子得电子生成氢气，在强碱性条件下，电极反应式为

2H2O+2e~=H2T+2OH；

②A.电解池中铁电极是阴极，石墨电极是阳极，电源中a为正极，b为负极，电子由电

极b经导线流向铁电极，A正确；

B.电流由电源正极a经导线流向石墨电极，经溶液流向铁电极，再经导线流向电源负极

b,B错误；

C.电解池中阴离子移向阳极，即C「、CN-移向石墨电极，C正确；

D.电解池中阳离子移向阴极，即Na+移向铁电极，D正确；

故选B；

③阳极反应为CN-2e+2OH=CNO+HQ、2C1-2e=C12T^

-

3C12+2CN0-+8OH=N2+6CP+2CO；+4H2O,阴极反应为2H2（）+2e-=H2T+2OH-,理

论上处理2moicN-时消耗6moic「，此时阳极共失去lOmo心,同时共消耗12moiNaOH,

阴极生成lOmolNaOH,总反应需要消耗2molNaOH,所以要使电解池连续工作，需要不断

补充NaOH；

（2）①由总反应可知，VB2发生失电子的氧化反应，作负极，氧气在正极上得电子生成

OH,正极电极反应式为。2+4日+2H2。=40山；

②若离了选择性膜只允许ar通过，原电池工作时，ar由正极区通过离子交换膜移向

负极区。正极电极反应式为O2+4e-+2H2040H-,若电路中转移4moieJ正极生成

4molOH-,有4moiOH-通过离子选择性膜移向负极，所以正极室的碱性保持不变；

③36.5g硼化钮的物质的最为费器=（）.5mol,负极电极反应式为

VB2+16OH--1le-=VOj-+2B（OH）；+4H2O,所以消耗36.5g硼化机（VB?）时电路中转移

电子llx0.5moi=5.5mol

出常见考法______________________________________

篇常见考法一电解池的原理

【例1】18.锌溟液流电池用滨化锌溶液作电解液，并在电池间不断循环。下列有关说法

错误的是

m

溟

化

锌

溶

容

液

液

阳离子交换膜

A.放电时正极的电极反应式为Br2+2e=2Br

B.放电时每转移2moi电子，负吸区溶液质量保持不变

C.充电时n接电源的负极，ZM.通过正离子交换膜由左侧流向右侧

D.若将正离子交换膜换成负离子交换膜，放电时正、负极也随之改变

【答案】D

放电时，该装置是原电池，Zn易失电子作负极，电极反应式为Zn-2e=ZM+,正极反应式为

Br2+2e=2Br,所以与n相连的一极是负极，与m相连的一极是正极；充电时，原电池的

正、负极分别对应电解池的阳、阴极，n接电源负极，与n相连的一极是阴极，m接电源

正极，与m相连的一极是阳极，正极正离子交换膜只能正离子通过，分子或负离子不能通

过，以此解答该题。

【解析】A.根据分析，放电时正极的电极反应式为Br2+2e=2B「，A正确；

B.Zn易失电子作负极，电极反应式为Zn-2e=Zn2+,放电时每转移2moi电子，反应生成

lmolZn2+,同时有lmoIZM♦由正离子交换膜移向正极区，因此负极区溶液质量保持不变，B

正确；

C.根据分析，充电时n接电源的负极，与n相连的一极是阴极，与m相连的一极是阳

极，ZM+移向阴极，即通过正离子交换膜由左侧流向右侧，C正确；

D.若将正离子交换膜换成负离子交换膜，放电时正、负极不发生改变，D错误；

故选Do

:必杀技

【同步练习1】氮肥是保证粮食安全的重要物资，某种制备NH?的转化历程如图所示。下

列说法错误的是

电解

A.步骤团中发生的反应为4LiOH（熔融）=4Li+O2个+2出0

B.该转化历程没有涉及置换反应

C.该转化历程的总反应为2N2+6H2O=4NH3+3O2

D.由该反应历程表明N2的氧化性强于02

【答案】D

该历程经历了三步反应，分别为：4LiOH（熔融）,4U+O2个+2出。：

6Li+N2^2Li3N；U3N+3H2O=3LiOH+NH3个；三步反应加起来可得总反应为

2N2+6H2O=4NH3+3O2：据此分析。

【解析】A.根据上述分析看可知，步骤团中发生反应为4LiOH（熔融）74Li+5个+2出0,

A正确；

B.步骤回中发生的反应属于分解反应，步骤（3中发生的反应为6U+N2管2U3N,属于化合反

应，步骤团中发生的反应为U3N+3H2O=3LiOH+NH3个，属于复分解反应，该转化历程没有涉

及置换反应，B正确；

C.三步反应加起来可得总反应为2N2+6H2O=4NH3+3O2，C正确；

D.该历程中没有发生氮气作为氧化剂，氧化某种物质生成氧化产物为氧气的反应，则不

能说明电的氧化性强于。2,D错误；

故本题选Do

翻常见考法二原电池与电解池

【例2】如图1所示,其中甲池的总反应为2cH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2。，回答下问

图1

⑴甲池燃料电池的负极反应式为。

⑵写出乙池中电解总反应的化学方程式：。

⑶甲池中消耗224mL（标准状况下）。2,此时丙池中理论上最多产生g沉淀，此时乙

池中溶液的体积为400mL,该溶液的pH=o

⑷若乙池是铁片镀铜装置.，则石墨电极和银电极应替换为和。

⑸若乙池是电解精炼铜装置，随着电解过程的进行，电解质溶液的浓度将（填"变

大”、，，变小，，或“不变

⑹某同学利用甲醇燃料电池设计日解法制取漂白液的实验装置如图2,若用于制漂白液，则

a为电池的极，电解质溶液用o随着电解过程的进行，溶液pH将

（填“变大"、"变小"或"不变”）。

图2

【答案】⑴CH3OH-6e+8OH=CO；+6H2O

电解

⑵2CuSO4+2H2O^=2Cu+2H2so4+。2个

⑶1.161

(4)铜铁

⑸变小

(6)负饱和食盐水变大

由图示可知甲为燃料电池，通甲醉的电极为负极，通氯气的电极为正极，乙池和丙池为电

解池，乙池中石墨电极为阳极，银电极为阴极，丙池中左侧pt电极为阳极，右侧pt电极

为阴极。

【解析】（1）甲池中通甲醉的电极为负极，电解质溶液为碱溶液，负极反应式（：用0$6右

+80H=CO3+6H2O,答案：CH3OH-6e+8OH=CO3+6H2O；

（2）乙池中阳极水放电生成O2和田，阴极Ci?+放电生成Cu,电解总反应的化学方程式

电解电解

2CUSO4+2H2O=2Cu+2H2SO4+O2t,答案：2CuSO4+2H2O=2Cu+2H2s。4+。2个：

0224L

（3）甲池中消耗5为一------=0.01mol,转移电子0.01molx4=0.04mol,丙池中

22.4L/mol

电解

MgCl2+2H2O-^g（OH）2j+H2个人12个，根据得失电子守恒，理论上最多产生

电解

Mg(OH)20.02molx58g/mol=1.16g沉淀，乙池中2CuSO4+2H2O^=2Cu+2H2so4+O2个得到硫酸

0.02mol,c（H*）=°（）2n]01X2=0.1mol/L,该溶液的pH=l,答案：1.16；1；

,70.4L

（4）乙池中石墨电极为阳极，银电极为阴极，如果将乙池为铁片镀铜装置，则铁片做阴

极，铜做阳极，所以需要石墨电极应替换为铜，银电极替换为铁，答案：铜；铁；

（5）乙池是电解精炼铜装置，随着电解过程的进行，电解质溶液的浓度将变小，答案：变

小；

（6）用电解法制备漂白液，因为Cb和NaOH反应能生成NaCIO,用惰性电极电解饱和食

盐水，阴极生成Hz和OH,阳极Q-放电生成Cl2,和阴极生成的OH-反应生成Cl。、阴极产

生的也逸出，所以A端为电解池阴极，a为电池的负极，总方程式NaCI+WO

NaCIO+W个，随着电解过程的进行，溶液pH变大。答案：负；饱和食盐水；变大。

k必杀技

【同步练习2】燃煤烟气和汽车尾气中常含有SO?、NO,、有机碳氢化合物等粒子。烟气

脱硝是治理雾霾的方法之一、

⑴以氨气为脱硝剂时，可将NO,还原为N?。

1

①己知：N2(g)+O2(g)=2NO(g)AH=4-180.5kJ♦moE

1

4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)A//=-1269kJ-mol

则反应4NH3(g)+4NO(g)+C)2(g)=4N2(g)+6H2O(g),AH0(填，、"<〃"=")

⑵研究发现N%还原NO的反应历程如图lo下列说法正确的是(填序号)。

图I

A.Fe"能增大总反应的活化能，提高反应速率

B.总反应为6NO+4NH3=5N2+6H2。

C.该反应历程中形成了非极性键和极性键

D.该反应中的三个阶段均为氧化还原反应

⑶络合吸收法脱硝技术有2种吸收NO的方法，涉及的反应如下：

方法1.Fe2++NO=i(Fe(NO)]2

方法2.[FeYf-+NOIFeY(NO)]2-

己知：[FeYr是Fe2+与某有机化合物的阴离子(丫卜)形成的络合物

①方法1，pH过高不利于Fe"与N。反应，用离子方程式解释原因。

②研究温度对反应[FeY/(叫)+NO(g)=[FeY(NO)『-(aq)A”<0的影响，在相同时间内,

测得不同温度下，NO的去除率如图2所示，解释随温度变化NO去除率变化的原因

01530456075

温度/°C

图2

(4)碱液吸收法。将氢氧化钠溶液脱硝得到的NaNO?、NaNC>3混合液和NaOH溶液分别加

到如图3所示的电解槽中进行电解，该装置中，阴离子的移动方向为(填“B室到A

室”或"A室到B室，写出A室NO；发生的电极反应式：o

阴离子交换膜

图3

【答案]

(2)ACD

2+

(3)Fe+2OH=Fe(OH)2^温度45a以下，升高温度，有利于加快反应速率，NO的脱除

率增大，温度45囹以上，升高温度，平衡逆向移动，且NO的溶解度降低，NO的脱除率减

小；

(4)电极H2NO；+6e+4H2O=8OH+N2T

1

【解析】(1)设N2(g)+O2(g)=2NO(g)(aH^+lSO.SkJ-mol®,4NH3(g)+3O2(g)=2Nz(g)+

6H2O(g)团也=・1269kJmoE②,4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2。6H3③,根据盖斯定律，

有③=②-①x3,则图H3=13H2-EIHIX3=[(-1269卜3xl80.5]kJ-mol』<0；

(2)A.根据图1可知，Fe"为反应的催化剂，故能降低总反应的活化能，提高反应速

率，A正确；

B.根据图1可知，反应物是氨气、NO和氧气，生成物是氮气和水，则总反应的化学方程

式为4NH3+4NO+O2=4N2+6H2。，B错误；

C.该反应历程中形成了N三N非极性键和H-O极性键，C正确；

D.由图可知，反应中的三个阶段均有元素化合价变化，均为氧化还原反应，D正确；

故选ACD：

(3)①方法I,pH过高不利于Fe2+与N0反应，原因是Fe?+与溶液中的OH•会发生反应产

2+

生Fe(OH)2沉淀，离子方程式为Fe+2OH-=Fe(OH)2sl/；

②分析图像和物质性质可知：温度变化NO去除率变化的原因是温度45团以下，升高温

度，有利于加快反应速率，NO的脱除率增大，温度45团以上，升高温度，化学平衡逆向移

动，且NO的溶解度降低，NO的脱除率减小，故答案为：温度45团以下，升高温度，有利

于加快反应速率，NO的脱除率增大，温度45。以上，升高温度，平衡逆向移动，且NO的

溶解度降低，N。的脱除率减小；

(4)该装置为电解池，由图可知电极I附近产生氮气，则该电极为优极，则电极II为阳

极，在电解池中阴离子向阳极移动，即向电极II移动；由图可知，A室NO£发生的电极反

应式为2NO：+6e+4H8OH-+N2To

配常见考法三电解池的应用

【例3】据报道，最近有科学家设计了一种在常压下运行的集成BaZrO；基质子陶瓷膜反应

器(PCMR),将PCMR与质子陶瓷燃料电池相结合进行电化学法合成氨的原理如图所示，下

列说法不正确的是

光伏电池

coN,

〈二2

CHQH2O

INH,

二＞

+

A.阴极可能发生副反应：2H+2e=H2T

B.阳极的电极反应式：CH4+2H2O+8e=CO2+8H,

C.质子(H+)通过交换膜由阳极区向阴极区移动

D.理论上电路中通过3moi电子时，阴极最多产生ImolN%

【答案】B

【解析】A.阴极得电子，右边为阴极，阴极主要是氮气得到电子变为氨气，可能发生副反

应2H++2e—=七个，故A正确；

B.根据图中信息分析，CH,化合价升高变为C02,因此左边为阳极，阳极的电极反应式为

+

CH4+2H2O-8e-=C02+8H,故B错误；

C.根据电解池“异性相吸”原理，质子(H+)通过交换膜由阳极区向阴极区移动，故C正确:

+

D.阴极发生反应：N2+6e+6H=2NH3,理论.卜.电路中通过3moi电子时，阴极最多产生

lmolNH3,故D正确；

故选:B。

电必杀技

【同步练习3】双极膜是由一张帕膜和一张阴膜制成的复合膜，在直流电场作用下能将中

间层中的Hq解离成H+和。H-0利用双极膜和维生素C的钠盐(C6H7()6Na)制备维生素

C(C6H8O6),装置如图所示。已知维生素C具有弱酸性和还原性，下列说法正确的是

［直流电源卜

NaOH

溶液维生素C阳离子

交换膜

Na^SOJ+I广I|iNa^O.双极膜

溶液稀、aOHCfcH,06Na癖液

溶液溶液皿

A.X离子是H+，II区出口处NaOH溶液的浓度减小

B.M极的电势高于N极，电解一段时间后，阳极区附近溶液的pH变大

C.将I区的NazSO,溶液替换成CeHQKa溶液，可以提高维生素C的产率

D.当M极生成2.24L(标准状况下)。2时，IV区溶液的质量增加8.8g

【答案】D

I区和IV区均通入Na2s。4溶液，M极上有02生成，N极上有心生成，则M极上失电子，

发生氧化反应，M极为阳极，N极为阴极；电解池中阴、阳离子分别向阳、阴极移动，则I

区中Na+通过阳离子交换膜向II区移动，双极膜中的X离子(0H)向II区移动，双极膜中的

Y离子(*)向III区移动，III区中的Na，通过阳离子交换膜向IV区移动；据此分析解答。

【解析】A.根据分析，I区中Na+通过阳离子交换膜向II区移动，双极膜中的X离子(OH)

向II区移动，双极膜中的Y离子(H+)向川区移动，III区中的Na+通过阳离子交换膜向IV区

移动，II区出口处NaOH溶液的浓度增大，A错误；

B.根据分析，M极为阳极，N极为阴极。阳极电势高于阴极，即M极电势高于N极，阳

极反应式为2H20-4—02个+4H+,阳极区附近溶液的pH变小，B错误；

C.维生素C具有还原性，在回区易被氧化，不能提高产率，C错误；

D.M极生成标准状况下2.24L(0.1mol)O2时，电路中转移0.4mol，进入囹区的Na卡的质

量是0.4molx23g/mol=9.2g,团区生成H2的质量是0.2molx2g/mol=0.4g,因此团区溶液

增加的质量是9.2g-0.4g=8.8g,D正确；

故选D。

故选c。

题组A基础过关练

1.在提倡节能减碳的今天，二氧化碳又有了新用途。中国科学院利用二氧化碳和甲酸的相

互转化反应设计了一种可逆的水系金属二氧化碳电池，结构如图所示。下列说法正确的是

A.双极膜、双功能催化纳米片等材料是保证电池功能的重要条件

B.放电时，4移向正极，正极区附近溶液pH不变

C.充电时，阳极反应为HCOOH+2e-=CO2T+2H'

D.若用该电池给铅蓄电池充电，理论上消耗的C0?与铅蓄电池中产生的H2s0«物质的量

相等

【答案】A

【解析】A.双极膜、双功能催化纳米片等新材料可以减小电阻，是保证电池功能的重要

条件，故A正确；

B.放电时，H+移向正极，正极区生成HCOOH,溶液的酸性改变，故B错误；

C.充电时，阳极甲酸转化为二氧化碳，其电极反应式为：HCOOH-2e=CO2个+2H+,故C错

误；

D.理论上消耗ImolCOz转移2moi电子，铅蓄电池充电时总方程式为：2PbSO4+2H2O型里■

Pb+Pb5+2H2S04,Pb元素化合价由+2价上升到+4价，转移2moi电子时消耗ImolPbSO%

同时生成2molH2so4,故D错误；

故选A。

2.镁锂双盐电池是结合镁离子电池和锂离子电池而设计的新型二次离子电池。其工作原理

如图所示，已知放电时，b极转化关系为：VS2^LitVS2o下列说法正确的是

、Mg:

•Li*

A.充电或放电时，a极电势均高于b极

B.放电过程中正极质量减少，负极质量增加

C.充电时阳极的电极反应式为LixVS2-xe-=VS2+xLi+

D.该电池工作时，若通过电路转移电子的物质的量为0.1mol,则负极质量变化2.4g

【答案】C

【解析】镁锂双盐电池的工作原理为：放电时，电池负极材料金属镁失去电子生成

Mg2+,电解液中的Li+得到电子嵌入正极材料，达到电荷平衡；充电时，电池正极材料中

“VS?失去电子，生成Li*,电解液中的Mg2+得到电子沉积到金属镁负极上去，再次达到电

荷平衡。放电时负极反应为Mg-2e=Mg2+,正极反应为VS2+xe-+xLi♦=LixVS2，总反应为

+2+

xMg+2VS2+2xLi=2LixVS2+xMg0

A.Mg为负极，VS2为正极，所以充电或放电时，b极电势均高于a极，选项A错误；

B.放电过程中正极质量增加，负极质量减少，选项B错误；

C.充电时,阳极的电极反应式为LixVS2・xe=VS2+xLi+,选项C正确；

D.该电池负极为Mg电极，通过电路转移电子的物质的量为01molE寸，负极质量变化为

0.05molx24g/mol=1.2g,选项D错误；

答案选C。

3.以为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是

A.将含1molAlCh的溶液加热蒸干，可得Aid,的分子数为川人

B.充有128gHi(g)的容器中，含有的HI分子数为"八

C.常温下，lmohL-i的NaCI溶液中含有的负离子数大于汽八

D.铁件上镀铜时，阴极增重64g,电路中通过的电子数为2NA

【答案】D

【解析】A.由于AlCh+3H201Al(OH)3+3HC1,加热HQ挥发,促进AlCb水解,故加热

蒸干AICI3溶液，得不到AICI3固体,选项A错误；

B.Hl(g)会分解2HI=H2+l2,含有的HI分子数少于NA，选项B错误；

c.未指明溶液的体积，无法计算负离子数，选项C错误；

D.铁件上镀铜时，阴极电极反应式为Cu2r2e-=Cu,阴极增重64g,电路中通过的电子数

为2NA，选项D正确；

答案选D。

4.绿水青山就是金山银山。现利用如图所示装置对工业废气、垃圾渗透液进行综合治理并

实现发电。下列有关说法错误的是

0

情

屈

悟

件

子

性

交

电

电

换

极

极

含的膜

aN%b

废气

垃圾灌透液（含NH；）

A.惰性电极a为负极

B.NO,在b极被还原

C.相同时间内a、b两极产生N2的物质的量之比为3回5

D.NH；在硝化细菌的作用下被氧化成NO；

【答案】C

【解析】根据物质的化合价变化，可知惰性电极a为负极，其电极反应式为

2NH3-6e=N2+6H‘，惰性电极b为正极，其电极反应式为2NC）3+10e+12日=2+6凡0：

A.根据分析可知，惰性电极a为负极.选项A正确：

B.惰性电极b为正极，其电极反应式为2140产106+1211+=电+6氏0,选项B正确；

C.根据得失电子守恒可知，a、b两极产生N2的物质的量之比为5配，选项C错误；

D.NH：在硝化细菌的作用下，N元素由-3价升高为+5价，被氧化成NO；,选项D正确；

答案选C。

5.我国科学家用特殊电极材料发明了一种新型碱性电池，既能吸收CO?，又能实现丙三醇

的相关转化，工作原理如图所示，下列说法正确的是

A.放电时，A极为原电池的负极

CH2—OHCH2—OH

।I

B.放电时，B极反应式为CH—OH-2e-=C=O+2H+

II

CH2—OHCH2—OH

C.放电时，若A极产生CO和H?各1mol,则B极消耗2moi丙三醇

D.离子交换膜为正离子交换膜

【答案】C

【解析】A.由题图信息知A极CO,H20fH2,均发生得电子的还原反应，故A

极为正极，故A项错误。

B.由题干信息知，该电池为碱性电池，电极反应式中不能有H，故正确的电极反应式为

CH2—OHCH2—OH

1।

CH—OH-2e+2OH=C=0+2凡0,故B项错误。

CH2—OHCH2-OH

C.A极反应式为CC>2+2e-+H2O=CO+2OH-、2H2O+2e-=H,T+20H~,若A极产生CO

和H2各lmol,则电路中转移4moi电子，B极消耗2moi丙三醇，故C项正确。

D.根据电极反应式知，A极产生OH-,B极消耗OH-,离子从“产生区”移向"消耗区”，故

OH-从A极区移向B极区，离子交换膜为负离子交换膜，故D项错误。

故选C。

6.KI。,也可采用“电解法〃制备，装置如图所示。

阳离子交换膜

⑴写出电解时阴极的电极反应式：。

⑵电解过程中通过正离子交换膜的离子主要为,其迁移方向是

【答案】（l）2Hq+2e=2OH+H2T

⑵K+由电极a到电极b

如图所示，装置为电解池，惰性电极a为阳极，惰性电极b为阴极，结合电解质溶液为强

碱性溶液来书写电极反应式，正离子交换腴确定能够在两极区之间移动的离子种类与方

向，题目据此解答。

【解析】（1）电解液是KOH溶液，阴极的电极反应为水电离出的H+发生还原反应，电极

反应式为：2H,O+2e=2OH+H2?O

（2）隔膜是正离子交换膜，电解质溶液是KOH溶液，电解过程中阳极反应式为

I2+12OH-10e=2IO；+6H2O,因此阳极区的K，通过正离子交换膜由电极a迁移到电极

bo

题组B能力提升练

7.工业上利用电解NaGaCh溶液制备Ga的装置如图，已知NaGaCh性质与NaAQ类似,

下列说法错误的是

离子交换膜

/

Na2cO3溶液NaGaOz溶液

A.阴极的电极反应为GaO“3e+4H+=Ga+2H2。

B.电解获得lmolGa,则阳极产生的气体在标准状况下的体积至少为16.8L

C.中间的离子交换膜为正离子交换膜

D.电解结束后，两极溶液混合后可以循环使用

【答案】A

【解析】由图可知，与直流电源正极相连的左侧电极为阳极，碳酸根离子作用下水在阳极

失去电子发生氧化反应生成氧气和碳酸氢根离子，电极反应式为2H2O-4e-+2CO；

=。2个+2HCO3,与直流电源负极相连的右侧电极为阴极，水分子作用下偏铁酸根离子在阴

极得到电子发生还原反应生成钱和氢氧根离子，电极反应式为Ga。-3e-

+2H2O=Ga+4OH-o

A.由分析可知，与直流电源负极相连的右侧电极为阴极，水分子作月下偏做酸根离子在

阴极得到电子发生还原反应生成钱和氢氧根离子，电极反应式为GaO^+Se-

+2H2O=Ga+4OH-,故A错误；

B.由得失电子数目守恒可知，电解获得lmol钱，标准状况下阳极生成氧气的体积为

lmolx-x22.4mol/L=16.8L,故B正确：

4

C.由分析可知，电解时左侧阳极室中负离子电荷数减小，右侧阴极室中负离子电荷数增

大，则钠离子从阳极室经正离子交换膜进入阴极室，故c正确；

D.由分析可知，电解结束后，左侧阳极室得到碳酸氢钠溶液，右侧阴极室得到氢氧化钠

溶液，两极溶液混合得到的碳酸钠溶液可以循环使用，故D正确；

故选A。

8.现有正离子交换膜、负离子交换膜、石蕊电极和如图所示电解槽，用离子交换技术原

理，可电解K2s溶液生产KOH刃H2sos溶液。下列说法中正确的是

B(g)C(g)

阳极-H：：-一阴极

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