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第四章 化学反应与电能
第二节 电解池
课时2 电解原理的应用
1.利用如图所示装置模拟电解在工业生产的应用，下列说法正确的是（ ）。
A. 若要在铁片上镀铜，Z为FeSO4溶液
B. 若要在铁片上镀铜，X、Y分别为纯铜和铁片
C. 若Z是饱和NaCl溶液，电解一段时间后，Y电极析出少量的Na
D. 若Z是饱和NaCl溶液，X电极首先发生的电极反应式是：
2.双极膜电渗析法制巯基乙酸(HSCH2COOH)和高纯NaOH溶液原理如图所示，其中a、b为离子交换膜，双极膜在直流电压下可解离出H+和OH-。下列说法错误的是（ ）。
A.膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜
B.阴极的电极反应方程式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C.碱室1和碱室2的NaOH溶液应循环使用，副产品还有氢气和氧气
D.若将盐室的原料换成为Na2SO4溶液，当外电路中通过2 mol e-时，可生成1 mol H2SO4
3.SO2是主要大气污染物之一，工业上可用如下装置吸收转化SO2(A、B为惰性电极)。下列说法正确的是（ ）。
A.电子流动方向为：B→b→a→A→B
B.a、A极上均发生的是氧化反应
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.B极上发生的电极反应式为：SO2 +2e-+2H2O=SO42-+4H+
4.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，节能超过30%，在此工艺中，物料传输和转化关系如图(电极均为石墨电极)，下列说法错误的是（ ）。
A.A池中Na+通过交换膜向乙电极移动
B.B池中丁电极上的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-
C.A池中每生成1 mol H2，B池中会消耗标准状况下O2气体11.2 L
D.若两池中所用离子膜类型相同，则a%>b%
5.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液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试液，则
①电解池中X极上的电极反应式为___________。
②Y电极上的电极反应式为_________
③该反应的总反应方程式是：_________
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
①X电极的材料是_____________
②Y电极的材料是_____________。
(3)如要用电镀方法铁上镀铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
① X电极的材料是_______，电极反应式是__________。
② Y电极的材料是_______，电极反应式是__________。
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1．（2023·全国甲卷）用可再生能源电还原时，采用高浓度的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是（ ）。
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况)
2．（2023·辽宁）某无隔膜流动海水电解法制的装置如下图所示，其中高选择性催化剂可抑制产生。下列说法正确的是（ ）。
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e-生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生：Cl-+H2O-2e-=HClO+H+
8. （2024·北京节选）利用黄铜矿(主要成分为，含有等杂质)生产纯铜，流程示意图如下。
（1）粗铜经酸浸处理，再进行电解精炼；电解时用酸化的溶液做电解液，并维持一定的和。粗铜若未经酸浸处理，消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量，原因是______________________。1.利用如图所示装置模拟电解在工业生产的应用，下列说法正确的是（ ）。
A.若要在铁片上镀铜，Z为FeSO4溶液
B.若要在铁片上镀铜，X、Y分别为纯铜和铁片
C.若Z是饱和NaCl溶液，电解一段时间后，Y电极析出少量的Na
D.若Z是饱和NaCl溶液，X电极首先发生的电极反应式是：4OH--4e-=
2H2O+O2↑
【答案】B
【解析】若要在铁片上镀铜，应该使Fe片与电源负极连接作阴极；铜片与电源正极连接作阳极，Z为CuSO4溶液，A错误；若要在铁片上镀铜，则阳极X为Cu，阴极Y为铁片，B正确；若Z是饱和NaCl溶液，由于离子的放电能力：H+＞Na+，所以电解时阴极Y上会产生H2，故电解一段时间后，Y电极不会析出金属Na，C错误；若Z是饱和NaCl溶液，由于离子放电顺序：Cl-＞OH-，阳极X电极首先是Cl-放电产生Cl2，故阳极X发生的电极反应式是2Cl--2e-=Cl2↑，D错误。
2.双极膜电渗析法制巯基乙酸(HSCH2COOH)和高纯NaOH溶液原理如图所示，其中a、b为离子交换膜，双极膜在直流电压下可解离出H+和OH-。下列说法错误的是（ ）。
A.膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜
B.阴极的电极反应方程式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C.碱室1和碱室2的NaOH溶液应循环使用，副产品还有氢气和氧气
D.若将盐室的原料换成为Na2SO4溶液，当外电路中通过2 mol e-时，可生成1 mol H2SO4
【答案】A
【解析】根据装置图，该装置为电解池装置，根据电解原理，左边电极为阴极，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，HSCH2COONa中Na+向阴极移动，膜a为阳离子交换膜，右边电极为阳极，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，碱室2中Na+向左移，膜b为阳离子交换膜，据此分析。根据上述分析，膜a、b均为阳离子交换膜，A错误；根据上述分析，阴极反应式为2H2O+
2e-=H2↑+2OH-，B正确；根据上述分析，碱室1和碱室2的NaOH溶液循环使用，副产品还有氢气和氧气，C正确；外电路有2 mol电子通过，盐室中有2 mol Na+移向碱室1，双极膜中有2 mol H+移向盐室，即得到1 mol H2SO4，D正确。
3.SO2是主要大气污染物之一，工业上可用如下装置吸收转化SO2(A、B为惰性电极)。下列说法正确的是（ ）。
A.电子流动方向为：B→b→a→A→B
B.a、A极上均发生的是氧化反应
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.B极上发生的电极反应式为：SO2 +2e-+2H2O=SO42-+4H+
【答案】C
【解析】A电极发生的反应为亚硫酸根离子变化为S2O42-，硫元素化合价降低得到电子，发生还原反应，为电解池的阴极；B电极处二氧化硫被氧化为硫酸，硫元素的化合价升高失去电子，发生氧化反应，为电解池的阳极，阳极区发生反应：SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+，则a为电源负极，b电极为电源正极，据此分析判断。电子流动方向为：a→A，B→b，电子不能通过电解质溶液，A错误；a为电源负极，发生氧化反应，A极为电解池阴极，发生还原反应，B错误；阳极的电极反应式：SO2+2H2O-2e-═SO42-+4H+，阴极的电极反应式为：2HSO3-+2H++2e-═S2O42-+
2H2O，离子交换膜应使H+移动，应为阳离子交换膜，C正确；B极为电解池的阳极，二氧化硫失去电子发生氧化反应，电极反应式为：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+，D错误。
4.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，节能超过30%，在此工艺中，物料传输和转化关系如图(电极均为石墨电极)，下列说法错误的是（ ）。
A.A池中Na+通过交换膜向乙电极移动
B.B池中丁电极上的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-
C.A池中每生成1 mol H2，B池中会消耗标准状况下O2气体11.2 L
D.若两池中所用离子膜类型相同，则a%>b%
【答案】D
【解析】B是氢氧燃料电池，丁电极通入空气，丁是正极、丙是负极：A是电解池，甲电极通入饱和食盐水，甲是阳极、乙是阴极，X是氯气、Y是氢气。A是电解池，甲是阳极、乙是阴极，Na+通过交换膜向乙电极移动，A正确；B是氢氧燃料电池，丁是正极，丁电极通入空气，丁电极上的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，B正确；A池中每生成1 mol H2，电路中转移2 mol电子，丁电极上的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，根据得失电子守恒，B池中会消耗0.5 mol氧气，标准状况下消耗O2气体为11.2 L，C正确；电解饱和食盐水时，为防止氯离子、氢氧根离子混合，所用交换膜为阳离子交换膜；丁电极生成氢氧根离子，若两池中所用离子膜类型相同，钠离子由丙向丁移动，则a%5.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液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试液，则
①电解池中X极上的电极反应式为___________。
②Y电极上的电极反应式为_________
③该反应的总反应方程式是：_________
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
①X电极的材料是_____________
②Y电极的材料是_____________。
(3)如要用电镀方法铁上镀铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
① X电极的材料是_______，电极反应式是__________。
② Y电极的材料是_______，电极反应式是__________。
【答案】（1）①2H＋＋2e =H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH- ②2Cl 2e =Cl2↑
③NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH （2）①纯铜 ②粗铜
（3）①铁 Cu2++2e ═Cu ②铜 Cu 2e ═Cu2+
【解析】(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，X连接电源负极，为阴极，Y连接电源正极，为阳极。①阴极发生还原反应，溶液中的氢离子发生得电子的还原反应，电极反应式为2H＋＋2e =H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH-；②阳极发生氧化反应，氯离子在阳极失去电子生成氯气，电极反应式为2Cl 2e ═Cl2↑；③该反应的总反应式是2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+
2NaOH。(2)电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，粗铜作阳极，纯铜作阴极。①X为阴极，则X电极材料为纯铜；②Y为阳极，则Y电极材料为粗铜。(3)如要用电解方法在铁上镀铜，电解液a选用CuSO4溶液，铁为阴极、铜为阳极，阳极发生氧化反应，Cu失去电子生成Cu2+；阴极上发生还原反应，Cu2+得电子生成Cu；①X为阴极，则X电极材料为铁，电极反应式为Cu2++2e ═Cu；②Y为阳极，则Y电极材料是铜，电极反应式为：Cu 2e ═Cu2+。
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6．（2023·全国甲卷）用可再生能源电还原时，采用高浓度的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是（ ）。
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况)
【答案】C
【解析】析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，A错误；离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl-不能通过，B错误；由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O，C正确；水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e—=O2↑+4H+，每转移1 mol电子，生成0.25 mol O2，在标准状况下体积为5.6 L，D错误。
7．（2023·辽宁）某无隔膜流动海水电解法制的装置如下图所示，其中高选择性催化剂可抑制产生。下列说法正确的是（ ）。
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e-生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生：Cl-+H2O-2e-=HClO+H+
【答案】D
【解析】由图可知，左侧电极产生氧气，则左侧电极为阳极，电极a为正极，右侧电极为阴极，b电极为负极，该装置的总反应产生氧气和氢气，相当于电解水，以此解题。由分析可知，a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产生氢气的电极反应式为2H++2e-=H2↑，则理论上转移2 mol e-生成2 g H2，B错误；由图可知，该装置的总反应为电解海水的装置，随着电解的进行，海水的浓度增大，但是其pH基本不变，C错误；由图可知，阳极上的电极反应为Cl-+H2O-2e-=HClO+H+，D正确。
8. （2024·北京节选）利用黄铜矿(主要成分为，含有等杂质)生产纯铜，流程示意图如下。
（1）粗铜经酸浸处理，再进行电解精炼；电解时用酸化的溶液做电解液，并维持一定的和。粗铜若未经酸浸处理，消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量，原因是______________________。
【答案】（1）粗铜若未经酸浸处理，其中杂质Fe会参与放电，则消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量
【解析】（1）粗铜中含有Fe杂质，加酸可以除Fe，但粗铜若未经酸浸处理，其中杂质Fe会参与放电，则消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量。

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