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第二节　电解池
第四章　化学反应与电能
基础课时 　电解原理的应用
26
1.通过对电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。2.建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
学习目标
一、电解原理的应用
二、电化学的相关计算
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、电解原理的应用
对点训练
(一)知识梳理
1.电解饱和食盐水
(1)氯碱工业：烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做__________。
氯碱工业
(2)电解饱和食盐水的原理
模拟装置
通电前 溶液中的离子是______________________________
通电后 离子定向运动，在阳极，Cl－比OH－容易失电子，被氧化成氯气。阳极反应为___________________________。在阴极，H＋比Na＋容易得电子，被还原成氢气。阴极反应为____________________________________
总反应
离子方程式：______________________________________________
Na＋、Cl－、H＋、OH－
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(3)氯碱工业生产流程
工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行，下图是一个单元槽的电解示意图。
2.电镀与电解精炼
(1)电镀
概念 应用______原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺
目的 使金属增强抗腐蚀能力，增加美观度和表面硬度
原理 通常把待镀的金属制品一端作____极，把__________一端作阳极，用含有______________的溶液作电镀液
电解
阴
镀层金属
镀层金属离子
(2)铜的电解精炼
①装置构造：以待精炼的铜作阳极，以______作阴极，用________溶液作电解质溶液。
②反应原理：阳极上铜变成Cu2＋而溶解，阴极上Cu2＋变成Cu析出，电极反应式为____________________________。
纯铜
硫酸铜
Cu2＋＋2e－===Cu
3.电冶金
(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得______变成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
(2)电解法可将通常极难被还原的活泼金属从它们的化合物中还原出来，是冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属的重要方法。
电子
(3)实例——电解熔融的氯化钠
①电解熔融的氯化钠制取金属钠的示意图：
②电极反应式与总反应式
阳极反应：_______________________
阴极反应：_______________________
2Cl－－2e－===Cl2↑
2Na＋＋2e－===2Na
(二)互动探究
探究1　下图是电解饱和食盐水的装置示意图。
【问题讨论】
问题1　所用的电极材料为石墨，能否更换为活泼金属材料？
提示　阴极可以更换为活泼金属材料，但不能更换为金属铝等可以与强碱发生反应的金属电极；阳极必须用惰性电极。
问题2　装置Ⅰ中，用惰性电极电解饱和NaCl溶液的过程中，收集到的Cl2的体积一般少于H2的体积，请分析原因。
提示　Cl2在水中的溶解度比H2大，且Cl2会与电解产生的NaOH反应而被消耗。
问题3　装置Ⅰ中，接通电源后，哪个电极附近的颜色发生了变化？为什么？
提示　接通电源后，阴极区溶液变红色。原因：H2O电离出的H＋放电，使c(OH－)增大，即阴极区产生碱，使酚酞变红色。
问题4　根据电解饱和食盐水原理示意图(图Ⅱ)，可知氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？该装置中交换膜为阳离子交换膜还是阴离子交换膜？
提示　用离子交换膜隔开的原因：①从安全的角度：可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸；②从产品纯度的角度：避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的纯度。氯碱工业中，离子交换膜为阳离子交换膜，原因是右侧为阴极区，根据箭头方向，应该是阳离子向阴极区移动。
探究2　观察下列两个装置的特点，回答相关的问题。
【问题讨论】
问题5　上述两装置的电极反应是否完全相同？说明理由。
提示　不相同。电镀池阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，电解精炼铜装置阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋。
问题6　电解精炼铜时，CuSO4溶液的浓度如何变化？
提示　由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据得失电子守恒，溶解的Cu的量小于析出的Cu的量，所以溶液中CuSO4的浓度逐渐减小。
【探究归纳】
1.电解饱和食盐水时的两注意
(1)电解饱和食盐水的过程中，H＋在阴极上得电子而生成H2，因水电离产生的H＋与OH－数目相等，消耗了H＋后，使阴极区溶液中c(OH－)>c(H＋)，所以阴极区溶液呈碱性。
(2)在氯碱工业中，采用了离子交换膜，离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaCl和NaClO而影响烧碱的质量。
2.电镀与铜的精炼的比较
电镀(以铁上镀锌为例) 铜的电解精炼
装置 示意图
形成 条件 ①镀层金属做阳极接直流电源正极，镀件做阴极接直流电源负极 ②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液 ③外接直流电源，形成闭合回路 ①粗铜做阳极，纯铜做阴极
②含Cu2＋的盐溶液做电解质溶液
③外接直流电源，形成闭合回路
电镀(以铁上镀锌为例) 铜的电解精炼
电极反应 阳极：Zn－2e－===Zn2＋ 阴极：Zn2＋＋2e－===Zn 阳极：Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋(主要)
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(纯铜)
电解(镀) 液浓度 不变 减小
联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池
特别提醒　电镀的特点是“一多、一少、一不变”：一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变。
1.利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是(　　)
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　铜牌上镀银，银片为阳极，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均会溶解，铜牌不可能恢复如初。
C
2.以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　)
A.阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
C
解析　阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
3.(2023·广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后(　　)
A.U型管两侧均有气泡冒出，分别是
Cl2和O2
B.a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性
C.b处出现蓝色，说明还原性：Cl－>I－
D.断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转
D
4.(2024·沈阳五校协作体高二联考)钛合金耐高温，被称之为“航天金属”。工业上可以在800～1 000 ℃时电解TiO2制得钛，装置如图所示，下列叙述不正确的是(　　)
A.石墨电极是阳极
B.TiCl4常温下为液体，可直接电解液体TiCl4制钛
C.阴极电极反应方程式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
D.阳极可能会产生有毒的气体，石墨电极需要定期更换
B
解析　电解池中阴离子向阳极移动，根据氧离子的移动方向，石墨电极是阳极，电极反应方程式为2O2－＋4e－===O2↑；TiO2是阴极，电极反应方程式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－。由四氯化钛常温下为液体可知，四氯化钛是液态不能导电的共价化合物，所以不能用电解四氯化钛的方法制备钛，B错误； 电解时，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成有毒的氯气，氧离子在阳极上放电生成的氧气高温下能与石墨反应生成一氧化碳、二氧化碳，导致石墨电极损耗，所以石墨电极需要定期更换，D正确。
二、电化学的相关计算
对点训练
互动探究
如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。
【问题讨论】
问题1　电源中X极是正极还是负极？
提示　负极。铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。
问题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)是多少？
问题3　若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的pH是多少？(假设温度是25 ℃)。
【探究归纳】
1.电化学计算三原则
(1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。
(2)串联电池中各电极上转移的电子数目相等。
(3)电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。
2.电化学计算的常用方法
5.(2024·长沙实验中学高二期中)某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转(电解质溶液均足量)。
请回答下列问题：
(1)甲池为__________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入O2电极的电极反应式为_____________________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应离子方程式为______________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加2.16 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________ mL (标准状况下)，此时若要将乙池复原需向乙池加一定量的________(填化学式)。
(4)丙池中电极C的电极反应为___________________________________，若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
原电池
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
阳极
112
Ag2O
2Cl－－2e－===Cl2↑
增大
6.如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题：
(1)甲装置是甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的结构示意图，则a处通入的是________(填“CH4”或“O2”)，电极上发生的电极反应式是
__________________________________________________________。
(2)乙装置中，乙装置中总反应的离子方程式是：
__________________________________________________________。
(3)如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4 g，则甲装置中消耗的 CH4的质量为________。
(4)丁装置中在通电一段时间后，Y电极上发生的电极反应式是
__________________________________________________________。
CH4
0.4
Cu2＋＋2e－===Cu
【题后归纳】　多池串联装置中(无外接直流电源)电池类型的判断方法
(1)直接判断
非常直观明显的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图：A为原电池，B为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图：B为原电池，A为电解池。
(3)根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图，若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)氯碱工业
1.如图为电解饱和食盐水装置(阳离子交换膜只允许
阳离子通过)，下列有关说法不正确的是(　　)
B
解析　阴极发生2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，不是氯气，B错误。
2.(2022·天津卷)实验装置如图所示。接通电源后，用碳棒(a′、b′)作笔，在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字，a′端的字迹呈白色。下列结论正确的是(　　)
A.a为负极
B.b′端的字迹呈蓝色
C.电子流向为：b→b′→a′→a
D.如果将a′、b′换成铜棒，与碳棒作电极时的现象相同
B
解析　根据实验现象，a′端呈白色，即生成了氯气，即氯离子失去电子，为阳极，即a为正极，A错误；b′端为阴极，水得到电子放电的同时，生成氢氧根离子，遇石蕊变蓝，B正确；电子只在导线内移动，a为正极，b为负极，方向为a′→a→b→b′，C错误；如果换成铜棒，铜做阳极放电，现象与碳作电极时不相同，D错误。
(二)电镀和金属精炼
3.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　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，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。
D
4.(2024·广州黄埔区高二期末)电解法将粗Cu(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯Cu的装置图如图所示，下列叙述中错误的是(　　)
A.a是粗Cu，作阳极，发生氧化反应
B.电解时，b极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
C.电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的
Cu为6.4 g
D.电解后，电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属
C
解析　电解精炼粗铜时，粗铜作阳极、纯铜作阴极，即a是粗Cu，作阳极，发生氧化反应，A正确；精铜连接电源的负极，阴极发生还原反应，b极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B正确；粗铜作阳极，阳极连接原电池正极，铜、铁、锌等失电子发生氧化反应，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋，故电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的Cu的质量不等于6.4 g，C错误；电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥，D正确。
(三)电冶金
5.工业上以氧化物为原料采用电解法制备下列物质的是(　　)
A.镁 B.烧碱 C.铜 D.铝
解析　A项，工业上采用电解熔融氯化镁制备镁；B项，工业上采用电解饱和食盐水制备氢氧化钠；C项，工业上采用火法炼铜或者湿法炼铜来制得粗铜，再以粗铜为原料电解精炼获得纯铜；D项，工业上采用电解熔融氧化铝制备铝。
D
6.工业上先后用下列方法制备金属钠：
B
(四)电化学的计算
7.如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加21.6 g，试回答：
(1)若电源为碱性甲醇燃料电池，则电源电
极X反应式为
_____________________________________。
(2)pH变化：A________，B________，
C________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)若A中KCl足量且溶液的体积是200 mL，
电解后，溶液的pH为________(假设电解前后溶液的体积无变化)。
增大
减小
不变
14
(4)通电5 min后，B中共收集2 240 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为______________(设电解前后溶液体积无变化)，若要使B装置溶液要恢复到电解前的状态，需要加入的物质以及相应的物质的量正确的是________。
A.0.05 mol CuO B.0.05 mol CuO和0.025 mol H2O
C.0.05 mol Cu(OH)2 D.0.05 mol CuCO3和0.05 mol H2O
0.25 mol/L
CD
B
9.(2024·常州高级中学高二期中)利用如图装置(电极材料均为石墨，右侧装置为原电池)从废旧锂离子电池正极材料LiCoO2中回收金属钴。工作时借助细菌降解乙酸盐生成CO2，将LiCoO2转化为Co2＋，并定时将乙室溶液转移至甲室。下列说法不正确的是(　　)
A.b电极为电解池的阴极，d电极为原电池的正极
B.c电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－
===2CO2↑＋7H＋
C.为保持细菌所在环境pH稳定，两池均应
选择阴离子交换膜
D.若甲室Co2＋减少100 mg，乙室Co2＋增加
200 mg，则此时可能还未进行过溶液转移
C
10.(2024·福建三校协作体高二联考)完成下列问题。
(1)用间接电化学法除去NO的过程，如图1所示：
①已知电解池的阴极室中溶液的pH在
4～7之间，写出阴极的电极反应式：
____________________________________。
②用离子方程式表示吸收池除去NO的原理
____________________________________。
图1
(2)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2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中正极电极反应式为
______________________________。
②分析图2可知，氢氧化钠的质量
分数为a%、b%、c%，由大到小的
顺序为________________。
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
b%>a%>c%
解析　(2)燃料电池正极通入空气，发生还原反应，电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；图中电解池加入NaOH目的是增大溶液导电性，通过电解生成NaOH，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度，即c＜a；原电池正极生成NaOH，其浓度大于加入的NaOH，则b＞a，所以大小关系：b%>a%>c%。基础课时26　电解原理的应用
学习目标　1.通过对电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。2.建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
一、电解原理的应用
(一)知识梳理
1.电解饱和食盐水
(1)氯碱工业：烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做____________。
(2)电解饱和食盐水的原理
模拟 装置
通电前 溶液中的离子是_________________________________
通电后 离子定向运动，在阳极，Cl－比OH－容易失电子，被氧化成氯气。阳极反应为________________________________________。 在阴极，H＋比Na＋容易得电子，被还原成氢气。阴极反应为__________________________________________________ __________________________________________________
总反应 离子方程式：________________________________________ ___________________________________________________
(3)氯碱工业生产流程
工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行，下图是一个单元槽的电解示意图。
2.电镀与电解精炼
(1)电镀
概念 应用________原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺
目的 使金属增强抗腐蚀能力，增加美观度和表面硬度
原理 通常把待镀的金属制品一端作________极，把________________一端作阳极，用含有________________的溶液作电镀液
(2)铜的电解精炼
①装置构造：以待精炼的铜作阳极，以________作阴极，用________溶液作电解质溶液。
②反应原理：阳极上铜变成Cu2＋而溶解，阴极上Cu2＋变成Cu析出，电极反应式为________________________________________________________________
________________________________________________________________。
3.电冶金
(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得________变成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
(2)电解法可将通常极难被还原的活泼金属从它们的化合物中还原出来，是冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属的重要方法。
(3)实例——电解熔融的氯化钠
①电解熔融的氯化钠制取金属钠的示意图：
②电极反应式与总反应式
阳极反应：______________________________________________________
阴极反应：______________________________________________________
总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
(二)互动探究
探究1　下图是电解饱和食盐水的装置示意图。
【问题讨论】
问题1　所用的电极材料为石墨，能否更换为活泼金属材料？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
问题2　装置Ⅰ中，用惰性电极电解饱和NaCl溶液的过程中，收集到的Cl2的体积一般少于H2的体积，请分析原因。
________________________________________________________________
________________________________________________________________
问题3　装置Ⅰ中，接通电源后，哪个电极附近的颜色发生了变化？为什么？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
问题4　根据电解饱和食盐水原理示意图(图Ⅱ)，可知氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？该装置中交换膜为阳离子交换膜还是阴离子交换膜？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
探究2　观察下列两个装置的特点，回答相关的问题。
【问题讨论】
问题5　上述两装置的电极反应是否完全相同？说明理由。
________________________________________________________________
________________________________________________________________
问题6　电解精炼铜时，CuSO4溶液的浓度如何变化？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
【探究归纳】
1.电解饱和食盐水时的两注意
(1)电解饱和食盐水的过程中，H＋在阴极上得电子而生成H2，因水电离产生的H＋与OH－数目相等，消耗了H＋后，使阴极区溶液中c(OH－)>c(H＋)，所以阴极区溶液呈碱性。
(2)在氯碱工业中，采用了离子交换膜，离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaCl和NaClO而影响烧碱的质量。
2.电镀与铜的精炼的比较
电镀(以铁上镀锌为例) 铜的电解精炼
装置 示意图
形成 条件 ①镀层金属做阳极接直流电源正极，镀件做阴极接直流电源负极 ②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液 ③外接直流电源，形成闭合回路 ①粗铜做阳极，纯铜做阴极 ②含Cu2＋的盐溶液做电解质溶液 ③外接直流电源，形成闭合回路
电极 反应 阳极：Zn－2e－===Zn2＋ 阴极：Zn2＋＋2e－===Zn 阳极：Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋(主要) 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(纯铜)
电解(镀) 液浓度 不变 减小
联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池
特别提醒　电镀的特点是“一多、一少、一不变”：一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变。
1.利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是(　　)
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
2.以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　)
A.阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
3.(2023·广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后(　　)
A.U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2
B.a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性
C.b处出现蓝色，说明还原性：Cl－>I－
D.断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转
4.(2024·沈阳五校协作体高二联考)钛合金耐高温，被称之为“航天金属”。工业上可以在800～1 000 ℃时电解TiO2制得钛，装置如图所示，下列叙述不正确的是(　　)
A.石墨电极是阳极
B.TiCl4常温下为液体，可直接电解液体TiCl4制钛
C.阴极电极反应方程式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
D.阳极可能会产生有毒的气体，石墨电极需要定期更换
二、电化学的相关计算
互动探究
如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。
【问题讨论】
问题1　电源中X极是正极还是负极？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
问题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)是多少？
________________________________________________________________
________________________________________________________________
问题3　若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的pH是多少？(假设温度是25 ℃)。
________________________________________________________________
________________________________________________________________
【探究归纳】
1.电化学计算三原则
(1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。
(2)串联电池中各电极上转移的电子数目相等。
(3)电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。
2.电化学计算的常用方法
如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
5.(2024·长沙实验中学高二期中)某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转(电解质溶液均足量)。
请回答下列问题：
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入O2电极的电极反应式为___________________________________________________
________________________________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应离子方程式为_______________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加2.16 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________ mL(标准状况下)，此时若要将乙池复原需向乙池加一定量的________(填化学式)。
(4)丙池中电极C的电极反应为____________________________________，若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
6.如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题：
(1)甲装置是甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的结构示意图，则a处通入的是________(填“CH4”或“O2”)，电极上发生的电极反应式是
________________________________________________________________。
(2)乙装置中，乙装置中总反应的离子方程式是：
________________________________________________________________。
(3)如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4 g，则甲装置中消耗的 CH4的质量为________。
(4)丁装置中在通电一段时间后，Y电极上发生的电极反应式是________________________________________________________________。
【题后归纳】　多池串联装置中(无外接直流电源)电池类型的判断方法
(1)直接判断
非常直观明显的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图：A为原电池，B为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图：B为原电池，A为电解池。
(3)根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图，若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。
：课后完成　第四章　基础课时26基础课时26　电解原理的应用
学习目标　1.通过对电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。2.建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
一、电解原理的应用
(一)知识梳理
1.电解饱和食盐水
(1)氯碱工业：烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
(2)电解饱和食盐水的原理
模拟装置
通电前 溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－
通电后 离子定向运动，在阳极，Cl－比OH－容易失电子，被氧化成氯气。阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑。在阴极，H＋比Na＋容易得电子，被还原成氢气。阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
总反应 离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
(3)氯碱工业生产流程
工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行，下图是一个单元槽的电解示意图。
2.电镀与电解精炼
(1)电镀
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加工工艺
目的 使金属增强抗腐蚀能力，增加美观度和表面硬度
原理 通常把待镀的金属制品一端作阴极，把镀层金属一端作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液
(2)铜的电解精炼
①装置构造：以待精炼的铜作阳极，以纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。
②反应原理：阳极上铜变成Cu2＋而溶解，阴极上Cu2＋变成Cu析出，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
3.电冶金
(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
(2)电解法可将通常极难被还原的活泼金属从它们的化合物中还原出来，是冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属的重要方法。
(3)实例——电解熔融的氯化钠
①电解熔融的氯化钠制取金属钠的示意图：
②电极反应式与总反应式
阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极反应：2Na＋＋2e－===2Na
总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
(二)互动探究
探究1　下图是电解饱和食盐水的装置示意图。
【问题讨论】
问题1　所用的电极材料为石墨，能否更换为活泼金属材料？
提示　阴极可以更换为活泼金属材料，但不能更换为金属铝等可以与强碱发生反应的金属电极；阳极必须用惰性电极。
问题2　装置Ⅰ中，用惰性电极电解饱和NaCl溶液的过程中，收集到的Cl2的体积一般少于H2的体积，请分析原因。
提示　Cl2在水中的溶解度比H2大，且Cl2会与电解产生的NaOH反应而被消耗。
问题3　装置Ⅰ中，接通电源后，哪个电极附近的颜色发生了变化？为什么？
提示　接通电源后，阴极区溶液变红色。原因：H2O电离出的H＋放电，使c(OH－)增大，即阴极区产生碱，使酚酞变红色。
问题4　根据电解饱和食盐水原理示意图(图Ⅱ)，可知氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？该装置中交换膜为阳离子交换膜还是阴离子交换膜？
提示　用离子交换膜隔开的原因：①从安全的角度：可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸；②从产品纯度的角度：避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的纯度。氯碱工业中，离子交换膜为阳离子交换膜，原因是右侧为阴极区，根据箭头方向，应该是阳离子向阴极区移动。
探究2　观察下列两个装置的特点，回答相关的问题。
【问题讨论】
问题5　上述两装置的电极反应是否完全相同？说明理由。
提示　不相同。电镀池阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，电解精炼铜装置阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋。
问题6　电解精炼铜时，CuSO4溶液的浓度如何变化？
提示　由于阳极上溶解的金属为Fe、Zn、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据得失电子守恒，溶解的Cu的量小于析出的Cu的量，所以溶液中CuSO4的浓度逐渐减小。
【探究归纳】
1.电解饱和食盐水时的两注意
(1)电解饱和食盐水的过程中，H＋在阴极上得电子而生成H2，因水电离产生的H＋与OH－数目相等，消耗了H＋后，使阴极区溶液中c(OH－)>c(H＋)，所以阴极区溶液呈碱性。
(2)在氯碱工业中，采用了离子交换膜，离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaCl和NaClO而影响烧碱的质量。
2.电镀与铜的精炼的比较
电镀(以铁上镀锌为例) 铜的电解精炼
装置示意图
形成条件 ①镀层金属做阳极接直流电源正极，镀件做阴极接直流电源负极 ②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液 ③外接直流电源，形成闭合回路 ①粗铜做阳极，纯铜做阴极 ②含Cu2＋的盐溶液做电解质溶液 ③外接直流电源，形成闭合回路
电极反应 阳极：Zn－2e－===Zn2＋ 阴极：Zn2＋＋2e－===Zn 阳极：Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋(主要) 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(纯铜)
电解(镀)液浓度 不变 减小
联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池
特别提醒　电镀的特点是“一多、一少、一不变”：一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变。
1.利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是(　　)
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
答案　C
解析　铜牌上镀银，银片为阳极，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均会溶解，铜牌不可能恢复如初。
2.以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　)
A.阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
答案　C
解析　阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
3.(2023·广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后(　　)
A.U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2
B.a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性
C.b处出现蓝色，说明还原性：Cl－>I－
D.断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转
答案　D
解析　闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，右侧为阴极，阴极电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，据此解答。A.根据分析，U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和H2，A错误；B.左侧生成氯气，氯气遇到水生成的HClO具有漂白性，则a处布条褪色，说明HClO具有漂白性，B错误；C.b处出现蓝色，发生Cl2＋2KI===I2＋2KCl，说明还原性：I－>Cl－，C错误；D.断开K1，立刻闭合K2，此时构成氢氯燃料电池，形成电流，电流表发生偏转，D正确。
4.(2024·沈阳五校协作体高二联考)钛合金耐高温，被称之为“航天金属”。工业上可以在800～1 000 ℃时电解TiO2制得钛，装置如图所示，下列叙述不正确的是(　　)
A.石墨电极是阳极
B.TiCl4常温下为液体，可直接电解液体TiCl4制钛
C.阴极电极反应方程式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
D.阳极可能会产生有毒的气体，石墨电极需要定期更换
答案　B
解析　电解池中阴离子向阳极移动，根据氧离子的移动方向，石墨电极是阳极，电极反应方程式为2O2－＋4e－===O2↑；TiO2是阴极，电极反应方程式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－。由四氯化钛常温下为液体可知，四氯化钛是液态不能导电的共价化合物，所以不能用电解四氯化钛的方法制备钛，B错误； 电解时，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成有毒的氯气，氧离子在阳极上放电生成的氧气高温下能与石墨反应生成一氧化碳、二氧化碳，导致石墨电极损耗，所以石墨电极需要定期更换，D正确。
二、电化学的相关计算
互动探究
如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。
【问题讨论】
问题1　电源中X极是正极还是负极？
提示　负极。铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。
问题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)是多少？
提示　0.025 mol·L－1　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。
问题3　若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的pH是多少？(假设温度是25 ℃)。
提示　13　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。
【探究归纳】
1.电化学计算三原则
(1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。
(2)串联电池中各电极上转移的电子数目相等。
(3)电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。
2.电化学计算的常用方法
如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
5.(2024·长沙实验中学高二期中)某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转(电解质溶液均足量)。
请回答下列问题：
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入O2电极的电极反应式为____________________________________________________
__________________________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应离子方程式为______________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加2.16 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________ mL(标准状况下)，此时若要将乙池复原需向乙池加一定量的________(填化学式)。
(4)丙池中电极C的电极反应为___________________________________，若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案　(1)原电池　O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(2)阳极　4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
(3)112　Ag2O
(4)2Cl－－2e－===Cl2↑　增大
解析　由题干图示信息可知，甲池为甲醇燃料电池，通O2的一极为正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，通甲醇的一极为负极，电极反应为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；乙池为电解池，石墨电极A为阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，Ag电极B为阴极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag；丙池为电解池，电极C为阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电极D为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。(3)由分析可知，当乙池中B极质量增加2.16 g ，即析出2.16 g的Ag时，n(Ag)＝＝0.02 mol，电子转移的物质的量也是0.02 mol，根据O2＋4e－＋2H2O===4OH－得出消耗O2的物质的量为0.005 mol，标准状况下体积为0.005 mol×22.4 L/mol×1 000 mL/L＝112 mL；乙池总反应为4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋，若要让溶液复原需要加入Ag2O；(4)丙池中电极C的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，若丙中电极不变，将其溶液换成 NaCl 溶液，电键闭合一段时间后，即用惰性电极电解NaCl溶液，丙中D极即阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则阴极的产物为NaOH、H2，由于生成了NaOH，则溶液的 pH 将增大。
6.如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题：
(1)甲装置是甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的结构示意图，则a处通入的是________(填“CH4”或“O2”)，电极上发生的电极反应式是
__________________________________________________________。
(2)乙装置中，乙装置中总反应的离子方程式是：
__________________________________________________________。
(3)如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4 g，则甲装置中消耗的 CH4的质量为________。
(4)丁装置中在通电一段时间后，Y电极上发生的电极反应式是__________________________________________________________。
答案　(1)CH4　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　(2) 2H2O＋2Cl－Cl2↑＋2OH－＋H2↑　(3)0.4　(4) Cu2＋＋2e－===Cu
解析　(1)将电路接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色，说明Fe为阴极，C为阳极，甲装置左边为负极，右边为正极，即则a处通入的是CH4，电极上发生的电极反应式是CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。(2)乙为电解饱和食盐水，其总反应的离子方程式是2H2O＋2Cl－Cl2↑＋2OH－＋H2↑。
(3)
解得x＝0.4 g。
(4)丁装置Y为阴极，其电极上发生的电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu。
【题后归纳】　多池串联装置中(无外接直流电源)电池类型的判断方法
(1)直接判断
非常直观明显的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图：A为原电池，B为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图：B为原电池，A为电解池。
(3)根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图，若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极，甲是电解池，A是阳极，B是阴极。
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)氯碱工业
1.如图为电解饱和食盐水装置(阳离子交换膜只允许阳离子通过)，下列有关说法不正确的是(　　)
A.左侧电极上发生氧化反应
B.右侧生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
C.电解一段时间后，B口排出NaOH溶液
D.电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
答案　B
解析　阴极发生2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，不是氯气，B错误。
2.(2022·天津卷)实验装置如图所示。接通电源后，用碳棒(a′、b′)作笔，在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字，a′端的字迹呈白色。下列结论正确的是(　　)
A.a为负极
B.b′端的字迹呈蓝色
C.电子流向为：b→b′→a′→a
D.如果将a′、b′换成铜棒，与碳棒作电极时的现象相同
答案　B
解析　根据实验现象，a′端呈白色，即生成了氯气，即氯离子失去电子，为阳极，即a为正极，A错误；b′端为阴极，水得到电子放电的同时，生成氢氧根离子，遇石蕊变蓝，B正确；电子只在导线内移动，a为正极，b为负极，方向为a′→a→b→b′，C错误；如果换成铜棒，铜做阳极放电，现象与碳作电极时不相同，D错误。
(二)电镀和金属精炼
3.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
答案　D
解析　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，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。
4.(2024·广州黄埔区高二期末)电解法将粗Cu(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯Cu的装置图如图所示，下列叙述中错误的是(　　)
A.a是粗Cu，作阳极，发生氧化反应
B.电解时，b极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
C.电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的Cu为6.4 g
D.电解后，电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属
答案　C
解析　电解精炼粗铜时，粗铜作阳极、纯铜作阴极，即a是粗Cu，作阳极，发生氧化反应，A正确；精铜连接电源的负极，阴极发生还原反应，b极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B正确；粗铜作阳极，阳极连接原电池正极，铜、铁、锌等失电子发生氧化反应，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋，故电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的Cu的质量不等于6.4 g，C错误；电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥，D正确。
(三)电冶金
5.工业上以氧化物为原料采用电解法制备下列物质的是(　　)
A.镁 B.烧碱
C.铜 D.铝
答案　D
解析　A项，工业上采用电解熔融氯化镁制备镁；B项，工业上采用电解饱和食盐水制备氢氧化钠；C项，工业上采用火法炼铜或者湿法炼铜来制得粗铜，再以粗铜为原料电解精炼获得纯铜；D项，工业上采用电解熔融氧化铝制备铝。
6.工业上先后用下列方法制备金属钠：
①用石墨作电极电解熔融氢氧化钠制钠。
②铁与熔融氢氧化钠作用制钠：3Fe＋4NaOHFe3O4＋2H2↑＋4Na↑。
③电解熔融氯化钠。
下列有关说法正确的是(　　)
A.电解熔融氢氧化钠制钠的反应为4NaOH(熔融)4Na＋2O2↑＋2H2↑
B.在电解熔融氯化钠的电解槽(如图)中，石墨为阳极，铁为阴极
C.电解熔融氯化钠时，Na＋向阳极移动
D.方法①与②制得等量的钠，两反应中转移的电子总数相等
答案　B
解析　电解熔融氢氧化钠时，生成钠、水和氧气，电池总反应为4NaOH(熔融)4Na＋O2↑＋2H2O，A错误；电解熔融氯化钠时，电解槽的阳极如果用活泼金属材料，则会导致电解时阳极放电而不是电解质中的阴离子放电，可用石墨作阳极，B正确；电解熔融氯化钠时，钠离子向阴极移动，氯离子向阳极移动，C错误；方法①中只有钠离子得电子，方法②中不仅有钠离子还有氢离子得电子，所以制得相等量的钠，两反应中转移的电子总数不相等，D错误。
(四)电化学的计算
7.如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加21.6 g，试回答：
(1)若电源为碱性甲醇燃料电池，则电源电极X反应式为__________________________________________________________。
(2)pH变化：A________，B________，C________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)若A中KCl足量且溶液的体积是200 mL，电解后，溶液的pH为________(假设电解前后溶液的体积无变化)。
(4)通电5 min后，B中共收集2 240 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)，若要使B装置溶液要恢复到电解前的状态，需要加入的物质以及相应的物质的量正确的是________。
A.0.05 mol CuO
B.0.05 mol CuO和0.025 mol H2O
C.0.05 mol Cu(OH)2
D.0.05 mol CuCO3和0.05 mol H2O
答案　(1)CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O　(2)增大　减小　不变　(3)14　(4)0.25 mol/L　CD
解析　(1)X为原电池的负极，Y为原电池的正极。在负极上甲醇失去电子被氧化产生CO2，CO2与溶液中OH－结合形成CO、H2O，故负极X电极的电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；(2)对于A装置，电解反应方程式为2KCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2KOH，电解后反应产生KOH，导致溶液碱性增强，故溶液pH增大；对于B装置，电解时发生反应方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解反应产生H2SO4，使溶液酸性增强，因而溶液pH减小；对于C装置，阳极上Ag失去电子变为Ag＋进入溶液，在阴极Cu上Ag＋得到电子变为Ag单质，溶液成分不变，浓度不变，因此电解后溶液pH不变；(3)铜电极发生反应Ag＋＋e－===Ag，质量增加21.6 g，其物质的量n(Ag)＝＝0.2 mol，则n(e－)＝n(Ag)＝0.2 mol，根据同一闭合回路中电子转移数目相等，结合A装置的电解反应方程式为2KCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2KOH可知：反应转移0.2 mol电子时反应产生0.2 mol KOH，由于溶液体积是200 mL，故c(KOH)＝＝1 mol/L，在室温下溶液c(H＋)＝ mol/L＝10－14 mol/L，故溶液pH＝14；(4)通电5 min后，B中共收集2 240 mL即0.1 mol气体(标准状况)，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，铜电极发生反应Ag＋＋e－===Ag，质量增加21.6 g，电路中转移0.2 mol电子，生成氧气物质的量是0.05 mol，故阴极分别发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成H2的物质的量是0.05 mol，转移电子n(e－)＝0.05 mol×2＝0.1 mol，铜离子得电子0.1 mol，故铜离子的物质的量为n(Cu2＋)＝0.05 mol，由于溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为c(CuSO4)＝＝0.25 mol/L。电解过程中生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2和0.05 mol H2，若要使B装置溶液要恢复到电解前的状态，需要加入的物质0.05 mol Cu(OH)2或0.05 mol CuO和0.05 mol H2O或0.05 mol CuCO3和0.05 mol H2O，故合理选项是CD。
B级　素养培优练
8.用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是(　　)
A.阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O被还原
答案　B
解析　电解时用铁板作阳极，失去电子生成Fe2＋，Fe2＋将废水中的Cr2O还原为Cr3＋，A项正确；电解过程中H＋在阴极放电，Fe2＋还原Cr2O时也消耗H＋，使溶液的pH升高，Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，B项错误、C项正确；根据电极反应式Fe－2e－===Fe2＋，可知每转移12 mol e－生成6 mol Fe2＋，6 mol Fe2＋可还原1 mol Cr2O，D项正确。
9.(2024·常州高级中学高二期中)利用如图装置(电极材料均为石墨，右侧装置为原电池)从废旧锂离子电池正极材料LiCoO2中回收金属钴。工作时借助细菌降解乙酸盐生成CO2，将LiCoO2转化为Co2＋，并定时将乙室溶液转移至甲室。下列说法不正确的是(　　)
A.b电极为电解池的阴极，d电极为原电池的正极
B.c电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
C.为保持细菌所在环境pH稳定，两池均应选择阴离子交换膜
D.若甲室Co2＋减少100 mg，乙室Co2＋增加200 mg，则此时可能还未进行过溶液转移
答案　C
解析　b电极为电解池的阴极，d电极为原电池的正极，A正确；c电极为原电池负极，细菌降解乙酸盐生成CO2，其中碳元素化合价升高，失去电子，根据氧化还原规律可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，B正确；电池工作时，电解池中a极乙酸盐阴离子失去电子被氧化为CO2气体，同时生成H＋，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，为了保持细菌所在环境pH稳定，H＋通过阳离子交换膜进入阴极室；由分析可知对于原电池，负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，同样，为了保持细菌所在环境pH稳定，H＋通过阳离子交换膜进入正极室，两池均应选择阳离子交换膜，C项错误；左室的b电极反应为Co2＋＋2e－===Co，若左室中Co2＋减少100 mg，左侧装置转移电子物质的量为n＝；右室中d电极反应为LiCoO2＋e－＋4H＋===Co2＋＋Li＋＋2H2O，若右室Co2＋增加200 mg，则转移电子的物质的量为n＝，由于电子转移的物质的量相等，说明此时可能还未进行过溶液转移，D正确。
10.(2024·福建三校协作体高二联考)完成下列问题。
(1)用间接电化学法除去NO的过程，如图1所示：
图1
①已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式：__________________________________________________________
__________________________________________________________。
②用离子方程式表示吸收池除去NO的原理__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(2)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2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)。
图2
①燃料电池B中正极电极反应式为______________________________。
②分析图2可知，氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为________。
答案　(1)①2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O　②2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
(2)①O2＋4e－＋2H2O===4OH－　②b%>a%>c%
解析　(1)电解池的阴极发生还原反应，根据图示可知HSO得电子生成S2O，电极反应式：2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O；吸收池除去NO的原理：2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO；(2)燃料电池正极通入空气，发生还原反应，电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；图中电解池加入NaOH目的是增大溶液导电性，通过电解生成NaOH，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度，即c＜a；原电池正极生成NaOH，其浓度大于加入的NaOH，则b＞a，所以大小关系：b%>a%>c%。

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