高考化学一轮复习第六章化学反应与能量变化第2讲

第2讲电解池【2019·备考】最新考纲：1.理解电解池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。考点一电解原理（频数：★★★难度：★★☆）1.电解定义在电流作用下，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。2.能量转化形式电能转化为化学能。3.电解池（1）构成条件①有与电源相连的两个电极。②电解质溶液（或熔融盐）③形成闭合电路。（2）电极名称及电极的反应式（如图）（3）电子和离子的移动方向（惰性电极）4.电解过程（1）首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。（2）再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组。说明不要忘记水溶液中的H＋和OH－，不要把H＋、OH－误加到熔融电解质中。（3）然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：阳离子放电顺序Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。说明①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。②最常用的放电顺序：阳极：活泼金属>Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋。（4）分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。（5）最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。在掌握放电顺序的基础上，总结用惰性电极电解电解质的规律，是灵活运用电解原理的基础。1.电解水型规律：H＋、OH－放电，电解质形成的阳离子要么是H＋，要么是放电顺序排在H＋之后的活泼性较强的金属对应的阳离子；阴离子要么是OH－，要么是放电顺序排在OH－之后的含氧酸根等。实例电解质（水溶液）电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原含氧酸（如H2SO4）阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－=2H2↑H2O2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))O2↑＋2H2↑增大减小加H2O强碱（如NaOH）增大加H2O活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4）不变加H2O2.电解电解质型规律：电解质形成的阴、阳离子放电，电解质电离形成的阴、阳离子要么是H＋、OH－，要么是放电顺序排在H＋、OH－之前的对应离子。实例：电解质（水溶液）电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原无氧酸（如HCl），除HF外阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑酸2HCleq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑减小增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－=Cu盐CuCl2eq\o(=,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑加CuCl2固体3.电解电解质和水型规律：放电离子分别是水电离形成的H＋或OH－以及电解质形成的阴离子或阳离子。实例1放H2生碱型电解质（水溶液）电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑水和盐2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－生成新电解质增大通入HCl气体实例2放O2生酸型电解质（水溶液）电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑阴极：2Cu2＋＋4e－=2Cu水和盐2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋4H＋生成新电解质减小加CuO或CuCO31.教材基础知识判断（1）电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应（）（2）直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极（）（3）电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极（）（4）电解NaNO3溶液时，随着电解进行，溶液的pH减小（）答案（1）√（2）×（3）×（4）×2.教材问题探究（1）电解时电子通过电解质溶液吗？（2）电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？答案（1）电解质溶液通电电解时，在外电路中有电子通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成了电流。（2）一定有化学反应发生，因为在电解池的两极发生了氧化还原反应，有电子转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。3.（LK选修4·P182改编）1L1mol·L－1的AgNO3溶液在以银为阳极，铁为阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16g时，下列判断不正确的是（）A.此时溶液呈酸性B.阳极上产生112mLO2C.转移的电子数是1.204×1022D.反应中有0.02mol金属被氧化答案B题组一电解原理的理解及电解规律的应用1.下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显减小的是（）解析A项，该装置是原电池装置，H＋放电生成氢气，溶液的pH增大，A项错误；B项，阳极：Cu－2e－＋2OH－=Cu（OH）2↓，阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，总反应为：Cu＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))Cu（OH）2＋H2↑，pH增大，B项错误；电解食盐水，总反应为：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成氢氧化钠使溶液的pH增大，C项错误；电解硫酸铜溶液的总反应为：2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液的pH减小，D项正确。答案D2.（2018·宜昌期末）用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是（）A.A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态B.电解过程中N电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生C.Q点时M、N两电极上产生的总气体在相同条件下体积相同D.若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变解析惰性材料作电极，在阳极上H2O先放电，即阳极的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，在阴极，Cu2＋先放电，即阴极的电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，P点后，气体体积突然增大，说明P点Cu2＋消耗完全，P点后，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－=H2↑，即A点是电解完CuSO4后，又电解了一部分水，应加入CuO和H2O或Cu（OH）2，才能恢复到原来的状态，故A说法错误；N极接电源的负极，N极作阴极，根据选项A的分析，先有红色铜析出，然后出现气体，故B说法正确；Q点的气体来自两个阶段，第一阶段：阳极电极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，第二阶段：阳极电极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，P点产生的气体为氧气，其体积为bL，从P点到Q点，第二阶段，阴极产生的气体体积为2bL，阳极产生的气体体积为bL，阳极气体总体积为（b＋b）L＝2bL，故C说法正确；若M电极换成Cu，阳极上发生反应Cu－2e－=Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，故D说法正确。答案A题组二电解装置分析及电极方程式书写3.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为：2Cu＋H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是（）A.钛电极发生氧化反应B.阳极附近溶液的pH逐渐增大C.离子交换膜应采用阳离子交换膜D.阳极反应式是：2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O解析钛电极为阴极，发生还原反应，A项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O，OH－由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C项错误，D项正确；由阴极区迁移过来的OH－在阳极全部参与反应，消耗OH－，pH值减小，B项错误。答案D4.铅蓄电池在日常生活中应用广泛。回答下列问题：（1）铅蓄电池放电时的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解（电解液足量），测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减少11.2g。请回答下列问题：①A是铅蓄电池的极。②Ag电极的电极反应式是__________________________________，该电极的电极产物共g。③Cu电极的电极反应式是________________________________，CuSO4溶液的浓度（填“减小”“增大”或“不变”）。（2）铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为________________________________________________________；PbO2也可以石墨为电极，Pb（NO3）2和Cu（NO3）2的混合溶液为电解液制取。阳极发生的电极反应式为___________________________________________________________________________________________，阴极上观察到的现象是_____________________________________；若电解液中不加入Cu（NO3）2，阴极发生的电极反应式为________________________________________________________，这样做的主要缺点是________________________________。（3）将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区，用铅蓄电池进行电解，电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－=S，（n－1）S＋S2－=Seq\o\al(2－,n)。电解时阴极的电极反应式：____________________________________。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成________________________________________________________。解析（1）①因电解过程中铁电极质量减少，判断A是电源负极，B是电源正极。②电解时Ag极作阴极，发生2H＋＋2e－=H2↑，转移0.4mol电子时，析出氢气0.4g。③右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。（2）根据电子得失守恒可得PbO＋ClO－=PbO2＋Cl－。用电解法制PbO2，Pb价态升高，PbO2应为阳极产物，即Pb2＋＋2H2O－2e－=PbO2↓＋4H＋；阴极Cu2＋放电，在石墨极上析出铜；若不加Cu（NO3）2，则阴极为Pb2＋放电，损失Pb2＋，不能有效利用Pb2＋。（3）阴极只有H＋得电子生成H2；反应物为Seq\o\al(2－,n)、H＋，产物有S，所以Seq\o\al(2－,n)中S的化合价既升高也降低，有H2S生成，配平即可。答案（1）①负②2H＋＋2e－=H2↑0.4③Cu－2e－=Cu2＋不变（2）PbO＋ClO－=PbO2＋Cl－Pb2＋＋2H2O－2e－=PbO2↓＋4H＋石墨上析出铜Pb2＋＋2e－=Pb↓不能有效利用Pb2＋（3）2H＋＋2e－=H2↑Seq\o\al(2－,n)＋2H＋=（n－1）S↓＋H2S↑易错警示规避“四个”失分点（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。（2）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。（3）电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。（4）当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极为电极本身失电子，不能再用电解规律。考点二电解原理的应用（频数：★★★难度：★★☆）1.电解饱和食盐水（1）电极反应阳极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）阴极反应式：2H＋＋2e－=H2↑（还原反应）（2）总反应方程式2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑离子反应方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑（3）应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）。阴极：碳钢网。阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。②将电解槽隔成阳极室和阴极室。2.电解精炼铜3.电镀铜4.电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl（熔融）eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑2Na＋＋2e－=2Na冶炼镁MgCl2（熔融）eq\o(=,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑Mg2＋＋2e－=Mg冶炼铝2Al2O3（熔融）eq\o(=,\s\up7(电解))4Al＋3O2↑6O2－－12e－=3O2↑4Al3＋＋12e－=4Al由于AlCl3为共价化合物熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石（Na3AlF6）；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。1.源于教材电解原理的基本判断（1）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中[Cu2＋]均保持不变（）（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（）（3）电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3（）（4）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料（）（5）用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌（）答案（1）×（2）×（3）×（4）√（5）×2.（溯源题）（2017·课标全国Ⅱ，11）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H2C2O4混合溶液。判断下列叙述是否正确（1）待加工铝质工件为阳极（）（2）可选用不锈钢网作为阴极（）（3）阴极的电极反应式为：Al3＋＋3e－=Al（）（4）硫酸根离子在电解过程中向阳极移动（）答案（1）√（2）√（3）×（4）√探源：本题源于LK选修4P13“电解原理的应用”及其知识拓展，对电解原理的应用进行了考查。题组一源于教材的电解原理基本应用1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。（1）Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池（）（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（）（3）根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等（）（4）任何水溶液电解时，必须导致氧化还原反应（）（5）用铜做阳极、石墨做阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑（）（6）用惰性电极电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－（）（7）粗铜电解精炼时，若电路中通过2mole－，阳极减少64g（）（8）电镀铜时，Cu2＋浓度不变，电解精炼铜时，CuSO4溶液中Cu2＋浓度降低（）答案（1）√（2）×（3）×（4）√（5）×（6）×（7）×（8）√2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是（）A.氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B.电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变C.在铁片上镀铜时，Y是纯铜D.制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁解析氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。答案D题组二电解原理在工农业生产中的拓展应用角度1电解原理在物质制备中的应用3.在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4，原理如图所示。下列说法正确的是（）A.电解结束后电解液Ⅱ中[Zn2＋]增大B.电解液Ⅰ应为ZnSO4溶液C.Pt极反应式为2CO2＋2e－=C2Oeq\o\al(2－,4)D.当通入44gCO2时，溶液中转移1mol电子解析因为右室Zn失去电子生成Zn2＋，溶液中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室，根据电荷守恒，阴离子浓度不变，[Zn2＋]不变，A项错误；右室生成的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2Oeq\o\al(2－,4)结合为ZnC2O4，因此，电解液Ⅰ为稀的ZnC2O4溶液，不含杂质，电解液Ⅱ只要是含Zn2＋的易溶盐溶液即可，B项错误；Pt极反应式为2CO2＋2e－=C2Oeq\o\al(2－,4)，C项正确；当通入44gCO2时，外电路中转移1mol电子，溶液中不发生电子转移，D项错误。答案C角度2电解原理在环境治理中的应用4.用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法不正确的是（）A.X为直接电源的负极，Y为直流电源的正极B.阳极的电极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑C.图中的b>aD.该过程中的产品主要为H2SO4和H2解析根据Na＋和SOeq\o\al(2－,3)、HSOeq\o\al(－,3)的移动方向可知Pt（Ⅰ）为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，Pt（Ⅱ）为阳极，电极反应式为SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋2H＋。答案B角度3电解原理在物质分离、提纯中的应用5.（2018·广州综合测试）用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是（）A.阳极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B.通电后阴极区溶液pH会增大C.K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区D.纯净的KOH溶液从b口导出解析阳极区为粗KOH溶液，阳极上OH－失电子发生氧化反应：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中[OH－]增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。答案C[试题分析]（2016·全国卷Ⅰ，11）三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SOeq\o\al(2－,4)可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是（）A.通电后中间隔室的SOeq\o\al(2－,4)离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C.负极反应为2H2O－4e－=O2＋4H＋，负极区溶液pH降低D.当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成解题思路：我的答案：考查意图：该题以三室式电渗析法处理含Na2SO4废水为背景，考查了电解池的工作原理。题目涉及电极产物、溶液的酸碱性和阴阳离子移动方向的判断、电极反应式的书写、电化学的简单计算等知识点；要求考生准确读取图示信息，运用逻辑思维能力去辩证地分析与解决电化学问题；题目兼有“对立统一”和“模型”思想方法的考查。题目从多角度考查了电化学的基础知识，有一定的迷惑性。在今后的教学中要加强电化学基础教学，提高学生获取信息的能力，注意引导学生灵活掌握知识。该题难度适中，本题抽样统计难度为0.56。解题思路：电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SOeq\o\al(2－,4)离子向正极区移动，Na＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成，D错误。正确答案：B[真题演练]1.（安徽理综）某兴趣小组设计如图所示的微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是（）A.断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(通电))Cl2↑＋H2↑B.断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C.断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl2＋2e－=2Cl－D.断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极解析本题综合考查电化学知识，意在考查考生对原电池、电解池原理的理解。断开K2，闭合K1时，该装置为电解池，由两极均有气泡产生可知铜电极为阴极，总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))Cl2↑＋H2↑＋2OH－，A项错；由此可知铜电极附近溶液中因有OH－生成，溶液变红色，B项错；断开K1，闭合K2时，装置为原电池，铜极上产生的氢气发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O，C项错；由此可知铜电极为负极，石墨电极为正极，故D项正确。答案D2.（2015·四川理综，4）用下图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，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：Cl－＋2OH－－2e－=ClO－＋H2OC.阴极的电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D.除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋=N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O解析Cl－在阳极发生氧化反应生成ClO－，水电离出的H＋在阴极发生还原反应生成H2，又由于电解质溶液呈碱性，故A、B、C项正确；D项，溶液呈碱性，离子方程式中不能出现H＋，正确的离子方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O=N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，错误。答案D3.[2014·新课标全国Ⅰ，27（4）]H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：①写出阳极的电极反应式____________________________。②分析产品室可得到H3PO2的原因____________________________。③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有杂质。该杂质产生的原因是：________________________________________________________________________________________________________________。解析①阳极发生氧化反应，由于OH－的放电性大于SOeq\o\al(2－,4)，则在反应中OH－失去电子，电极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑。②阳极室H2O放电产生H＋，H＋进入产品室，原料室中的H2POeq\o\al(－,2)穿过阴膜扩散至产品室，两者发生反应：H＋＋H2POeq\o\al(－,2)H3PO2。③如果撤去阳膜，H2POeq\o\al(－,2)或H3PO2可能被氧化为POeq\o\al(3－,4)。答案①2H2O－4e－=O2↑＋4H＋②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2POeq\o\al(－,2)穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2③POeq\o\al(3－,4)H2POeq\o\al(－,2)或H3PO2被氧化4.[2017·天津理综，7（4）]某混合物浆液含Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见下图），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答下列问题。用惰性电极电解时，CrOeq\o\al(2－,4)能从浆液中分离出来的原因是________________________________________________________，分离后含铬元素的粒子是__________________________________；阴极室生成的物质为__________________________________（写化学式）。解析电解一段时间后阳极室生成O2和H＋、移动过来的CrOeq\o\al(2－,4)，在酸性条件下2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O，所以分离后含铬元素的粒子是CrOeq\o\al(2－,4)和Cr2Oeq\o\al(2－,7)，阴极室生成的物质为NaOH和H2。答案在直流电场作用下，CrOeq\o\al(2－,4)通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液CrOeq\o\al(2－,4)和Cr2Oeq\o\al(2－,7)NaOH和H2一、选择题1.以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水，关于两个电解池反应的说法正确的是（）A.阳极反应式相同B.电解结束后所得液体的pH相同C.阴极反应式相同D.通过相同电量时生成的气体总体积相等（同温同压）解析A项，以石墨为电极电解水，阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，以石墨为电极电解饱和食盐水，阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑，二者阳极电极反应式不同，故A错误；B项，电解水溶液的pH不变，电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，pH变大，所以电解结束后所得液体的pH不相同，故B错误；C项，以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水阴极上都是2H＋＋2e－=H2↑，所以阴极电极反应式相同，故C正确；D项，设转移电子数为4NA，则依据电解方程式：2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑～4e－，电解水生成3mol气体，依据电解方程式2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑～2e－，电解饱和食盐水生成4mol气体，故D错误。答案C2.某溶液中含有Cu2＋、Fe2＋、Al3＋、Cl－、NOeq\o\al(－,3)，且浓度均为0.1mol/L，用石墨作电极进行电解时，肯定得不到的产物是（）A.Cl2 B.AlC.Cu D.H2解析阴极上Al3＋、Fe2＋的放电能力弱于H＋，而Cu2＋的放电能力比水电离出的H＋的放电能力强，阳极上Cl－放电能力强于OH－。答案B3.某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是（）①电解过程中，铜电极上有H2产生②电解初期，总反应方程式为：Cu＋H2SO4eq\o(=,\s\up7(电解))CuSO4＋H2↑③电解一定时间后，石墨电极上有铜析出④整个电解过程中，H＋的浓度不断增大A.②③ B.③④C.①④ D.①②解析从装置图可以看出铜接电源正极作阳极，石墨作阴极，应在阴极区产生H2，且H＋浓度应逐渐减小，故①、④错；电解初期主要是电解H2SO4，而随电解进行，溶液中CuSO4浓度逐渐增大，Cu2＋参与电极反应而在石墨电极上析出Cu，故②、③正确。答案A4.（2018·天津质检）用含有少量银和锌的粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜溶液作电解液，通电一段时间后，阳极质量减轻了6.4g，下列说法正确的是（）A.电解质溶液质量增加6.4gB.阴极质量增加6.4gC.阴极质量增加的质量小于6.4gD.溶液中Cu2＋浓度保持不变解析阳极金属放电，使电解质溶液质量增加，同时Cu2＋在阴极放电，使电解质溶液质量减小，A错误；在阳极上有锌与铜两种单质放电，而在阴极只有Cu2＋放电，且锌的摩尔质量大于铜的摩尔质量，B错误、C正确；电解质溶液中[Cu2＋]减小，D错误。答案C5.下列关于电化学知识的说法正确的是（）A.电解饱和食盐水在阳极得到氯气，阴极得到金属钠B.电解精炼铜时，阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加C.电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液，在阴极上依次析出Al、Fe、CuD.电解CuSO4溶液一段时间后（Cu2＋未反应完），加入适量Cu（OH）2可以使溶液恢复至原状态解析A项，电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))，错误；B项，阳极除铜放电外，比铜活泼的金属如Zn、Fe也放电，但阴极上只有Cu2＋放电，正确；C项，根据金属活动性顺序可知，阴极上离子的放电顺序是Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Al3＋，Fe2＋和Al3＋不放电，Fe3＋得电子生成Fe2＋，不会析出铁和铝，在阴极上依次生成的是铜、亚铁离子、氢气，错误；D项，电解CuSO4溶液，阴极析出Cu，阳极生成氧气，应加入CuO。答案B6.下列实验装置设计正确的是（）解析电解饱和食盐水，铁作阳极，铁失去电子，而不是溶液中的氯离子失去电子，A项错误；原电池中锌作负极，铜作正极，锌和硫酸铜分开，用导线和盐桥构成闭合回路，B项正确；电镀银，银作阳极连接电源的正极，电解质溶液应为硝酸银，C项错误；电解精炼铜时，粗铜连接电源的正极作阳极，精铜连接电源的负极作阴极，D项错误。答案B7.某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则（）A.电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极ⅠB.电极Ⅰ发生还原反应C.电极Ⅱ逐渐溶解D.电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－=Cu解析分析图可知：左侧两个烧杯的装置形成原电池，且Ⅰ为负极，Ⅱ为正极，而最右边的装置为电解池，因此，该装置中电子流向：电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ，则电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ，A正确；电极Ⅰ发生氧化反应，B错误；电极Ⅱ的电极反应为Cu2＋＋2e－=Cu，有铜析出，C错误；电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应为Cu－2e－=Cu2＋，D错误。答案A8.（2018·杭州一模）电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示。已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等离子，电极为惰性电极。下列叙述中正确的是（）A.B膜是阴离子交换膜B.通电后，海水中阳离子往a电极处运动C.通电后，a电极的电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2OD.通电后，b电极区周围会出现少量白色沉淀解析根据海水中离子成分及离子放电顺序知，通电后阳极是氯离子放电，阴极是氢离子放电，电解过程中，海水中阳离子通过B膜进入阴极区，所以B膜是阳离子交换膜（海水中阴离子通过A膜进入阳极区），b电极（阴极）区周围OH－浓度增大，与镁离子反应生成白色沉淀。答案D9.早在1807年化学家戴维用电解熔融氢氧化钠制得钠，反应原理为：4NaOH（熔融）eq\o(=,\s\up7(电解))4Na＋O2↑＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠，反应原理为：3Fe＋4NaOHeq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法中正确的是（）A.电解熔融氢氧化钠制钠，阳极发生的电极反应为：Na＋＋e－=NaB.盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的还原性比钠强C.若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数之比为2∶1D.工业上常用电解熔融氯化钠法制钠（如图），电解槽中石墨极为阳极，铁为阴极解析由4NaOH（熔融）eq\o(=,\s\up7(电解))4Na＋O2↑＋2H2O可知，阳极氢氧根离子放电生成氧气和水：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，A错误；盖·吕萨克法中生成钠蒸气，有利于反应正向移动，但钠的还原性比铁强，B错误；戴维法生成4mol钠转移4mol电子，盖·吕萨克法生成4mol钠转移8mol电子，则转移电子总数之比为1∶2，C错误；电解熔融氯化钠法制钠时，石墨极为阳极，Cl－放电生成氯气，在阴极Na＋放电生成Na，D正确。答案D10.CuI是一种白色难溶于水的固体。以石墨作阴极，铜作阳极组成电解池，含有酚酞和淀粉KI的溶液作电解液。电解开始一段时间后，阴极区溶液变红，阳极区仍为无色。电解相当长时间后，阳极区才呈深蓝色。则电解开始阶段的电极反应为（）A.阳极：Cu－2e－=Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－=CuB.阳极：2Cu＋2I－－2e－=2CuI；阴极：2H＋＋2e－=H2↑C.阳极：2I－－2e－=I2；阴极：2H＋＋2e－=H2↑D.阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑；阴极：2H＋＋2e－=H2↑解析抓住“CuI是……”这一信息结合题干所给内容，分析开始阶段阳极——Cu放电生成的不是Cu2＋而是Cu＋且与I－生成了CuI。答案B11.（2018·湖北武汉4月调研）厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示（图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子）。下列说法正确的是（）A.通电后，阳极附近pH增大B.电子从负极经电解质溶液回到正极C.通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室D.当电路中通过2mol电子的电量时，会有1mol的O2生成解析由图示判断左侧为阳极，右侧为阴极，阳极电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，氢离子浓度增大，pH减小，A错误；电子从电源的负极到电解池的阴极，由阳极回到电源的正极，电子不能进入电解质溶液，电解质溶液中靠离子传递电荷，B错误；氢离子由阳极室进入浓缩室，A－由阴极室进入浓缩室，得到乳酸，C正确；由电极反应式4OH－－4e－=O2↑＋2H2O可知，当电路中通过2mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成，D错误。答案C12.（2018·山东名校联盟期末）用镍（Ni）、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠（Na2FeO4）的装置如图1所示，电解过程中，[Na2FeO4]随初始[NaOH]的变化如图2，已知Na2FeO4在强碱性条件下能稳定存在，下列说法正确的是（）A.b为正极，铁电极反应为Fe－6e－＋4H2O=FeOeq\o\al(2－,4)＋8H＋B.离子交换膜为阳离子交换膜C.随着电解的进行，镍电极附近溶液的pH逐渐减小D.图2M点Na2FeO4浓度低于最高点的原因是[OH－]低，Na2FeO4稳定性差解析根据题意铁电极发生氧化反应，与电源的正极相连，由于电解液呈碱性，电极反应不可能生成H＋，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O，A项错误；阴极水电离出的H＋放电生成氢气，产生的OH－，通过离子交换膜转移到阳极，参与阳极电极反应，所以离子交换膜为阴离子交换膜，B项错误；随着电解的进行，镍电极氢离子放电生成氢气，溶液的[OH－]增大，pH增大，C项错误；根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点，[OH－]低，Na2FeO4稳定性差，D项正确。答案D二、填空题13.在一个U形管里盛有CuCl2溶液，并插入两块锌片作电极，按如图连接。（1）如果把电键K接A，该装置应是，Zn①极是极，电极反应式为________________________________________________________，Zn②极是极，电极反应式应为_____________________________。（2）上述反应进行5min后，转换电键K到C，则这个装置是，Zn①极是极，电极反应式是________________________________。（3）上述装置反应进行2min后，再转换电键K到B，则Zn①极发生的化学反应为________________________________________________________，Zn②极发生的有关电化学的反应为________________________________。解析当电键K接解A点时，构成一个有外接直流电源的电解池装置，与电源正极相连的Zn①极是阳极，与电源负极相连的Zn②极是阴极。当工作5min后Zn②极上析出了Cu，此时，将电键K接触C点，构成一个原电池装置，表面覆盖铜的Zn②极是原电池的正极，Zn①极是原电池的负极；当把电键K接触B点时，形成断路，Zn①极发生Zn与CuCl2的置换反应，Zn②极由于在锌的表面有铜，又浸在CuCl2溶液中，发生电化学腐蚀。答案（1）电解池装置阳Zn－2e－=Zn2＋阴Cu2＋＋2e－=Cu（2）原电池装置负Zn－2e－=Zn2＋（3）Zn＋CuCl2=ZnCl2＋Cu负极：Zn－2e－=Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－=Cu14.（2018·石景山高三上学期期末考试）知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题（显示的电极均为石墨）。（1）图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是（填化学式），U形管（填“左”或“右”）边的溶液变红。（2）利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的极；该发生器中反应的总离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________。（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3所示（其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过）。①燃料电池B中的电极反应式分别为负极________________________________________________________，正极________________________________________________________。②分析图3可知，氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为。解析（1）图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，所以气球a中气体是氯气，气球b中的气体是氢气，同时阴极附近有N