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第19讲　电解池及其应用
高考导向
构建体系
能力自测 1. 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1) (2020·江苏卷)氧化铝熔点高，故可用作电解冶炼铝的原料(　　)(2) (2019·江苏卷)Al2O3具有两性，故可用于电解冶炼铝(　　)(3) 电解精炼铜时，电解质溶液的浓度不变(　　)(4) 电解精炼铜时，阳极泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金属(　　)(5) 电镀时，应将待镀金属置于电解槽的阴极(　　)(6) (2017·江苏卷)电解饱和食盐水获取烧碱和氯气：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－(　　)(7) (2024·江苏卷)电解氯化钠溶液得到H2和Cl2(　　)(8) (2024·江苏卷)电解氯化镁溶液得到Mg(　　)(9) (2024·江苏卷)NO电催化为N2的阳极发生的电极反应式：2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O(　　)2. (2022·江苏卷)某电解池的阳极区为酸性CuCl溶液，阴极区为盐酸，电解过程中CuCl转化为CuCl。电解时阳极发生的主要电极反应式为_____________________。
考点1　电解池工作原理
知 识 梳 理
电解池的定义及工作原理
1. 定义：将________转化为________的装置叫电解池。
2. 工作原理(以用惰性电极电解CuCl2溶液为例)
(1) 电极反应式。
阴极：________________________________________________________
阳极：________________________________________________________
(2) 总反应：________________________________________________________。
(3) 电子流向：________________________________________________________。
(4) 离子迁移方向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
阴、阳极的判断
1. 阴、阳极的判断依据
(1) 依据外接电源判断：与外接电源正极相连的一极是____极，与外接电源负极相连的一极是____极。
(2) 依据电子流向判断：电子流出的一极是____极，电子流入的一极是____极。
(3) 依据电极反应判断：得到电子发生还原反应的一极是____极，失去电子发生氧化反应的一极是____极。
(4) 依据离子迁移方向判断：阴离子移向的一极是阳极，阳离子移向的一极是阴极。
(5) 依据电极现象判断：一般质量减小或产生氧气、氯气的一极是阳极，质量增大或产生氢气或电极附近溶液能使无色酚酞变红的一极是阴极。
2. 阴、阳极放电分析
(1) 阴极(发生还原反应)放电顺序：
① 阴极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阳离子在阴极上得电子。
② 常见阳离子得电子顺序：Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H2O。溶液中K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等不参与放电。
(2) 阳极(发生氧化反应)放电顺序：
① 若阳极为金属电极(除Pt、Au外的其他金属)，如Fe和Cu，则阳极材料直接失去电子(阳极材料被消耗)。
② 若阳极为惰性电极(如C、Pt、Au)，则阳极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阴离子在阳极上失电子。常见阴离子失电子顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。NO、SO等不参与放电，由溶液中的H2O去放电。
用惰性电极电解水
电解液 电解对象 总反应 溶质特点及作用 电极反应式 电解后溶液pH变化
NaOH溶液 ________ 2H2O2H2↑＋O2↑ 不改变总反应，作用是增强溶液的导电性 阳极：______________________阴极：______________________ _______________
稀硫酸 阳极：______________________阴极：______________________ _______________
Na2SO4溶液 阳极：______________________阴极：______________________ _______________
① 溶液中活泼金属的阳离子不参与放电(如K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)。
② 溶液中复杂的阴离子不参与放电(如SO、NO)。
用惰性电极电解有关盐(如NaCl、CuSO4)溶液
盐溶液 电极反应式及总反应 电解后溶液pH变化
NaCl溶液 阳极：________________________________________________________阴极：________________________________________________________总反应：________________________________________________________ ________
CuSO4溶液 阳极：________________________________________________________阴极：________________________________________________________总反应：________________________________________________________ ________
利用电解原理实现“碳中和”
1. 电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理如图所示。其中阴极CO2还原为HCOO－。
2. 利用电解的方法来制备物质或处理废水(一般考查电极反应式的书写——利用溶液中的电解质主要离子要参与配平，如HCO等)。
(1) 电催化CO2和含氮物质可合成尿素，同时可解决含氮废水污染问题。常温常压下，向一定浓度的KNO3溶液通入CO2至饱和，经电解获得尿素，其原理如图1所示。电解过程中生成尿素的电极反应式为__________________________。
　　　　
图1　　　　　　　　　　　　　图2　　　　　　　　　　　　图3
(2) 用Ni3(BO3)2晶体作催化剂，以CO2、N2为原料，电解KHCO3溶液可获得尿素。生成尿素的电极反应式为__________________________。
(3) 催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。HCO在阴极放电生成CH3COO－的电极反应式为__________________________。
(4) 以过渡金属作催化剂，利用如图2所示装置可实现CO2转化：
写出阴极表面的电极反应式：__________________________。
(5) CO2通过电解法转化为HCOO－的反应机理如图3所示，Pt电极上覆盖的Nafion膜是一种阳离子交换膜，对浓度不高的HCOO－有较好的阻拦作用，可让H2O自由通过。Sn电极上生成HCOO－的电极反应式为__________________________。
典 题 悟 法
如何判断装置是电解池
例1　下列装置不属于电解池的是(　　)
　　　　
A　　　　　　　　　　　　　　B
　　　　
C　　　　　　　　　　　　　D
电解原理
例2　一种电解法制备Na2FeO4的装置如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A. 电解时化学能转化为电能
B. 电解时应将铂电极与直流电源正极相连
C. 电解过程中转移2 mol e－，理论上可获得标准状况下的H2 约11.2 L
D. 电解时铁电极发生的电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
电解池电极反应式的书写
例3　(1) (2025·南京、盐城一模)一种双阴极室隔膜电解KOH溶液制备K2FeO4的装置如图1所示。电解时，阳极的电极反应式为________________________________________________________。
图1 　图2
(2) (2025·苏北四市期末)电催化CO2还原制备碳氢化合物，其装置原理如图2所示。电池工作过程中，阴极生成C3H6的电极反应式为________________________________________________________。
考点2　电解的应用
知 识 梳 理
电冶
利用电解熔融盐或熔融氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。
1. 冶炼钠图例说明
阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜隔开；在阴极区得到液态钠，在阳极区得到氯气。
2. 冶炼钠、镁、铝的电极反应式
金属 总反应及电极反应式
钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑阳极：________________________________________________________阴极：________________________________________________________
镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑阳极：________________________________________________________阴极：________________________________________________________
铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑阳极：________________________________________________________阴极：________________________________________________________
(1) AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，所以不能用电解熔融AlCl3的方法来制备Al单质。
(2) Al2O3的熔点很高，在电解熔融Al2O3制备Al单质时，常加入冰晶石，降低Al2O3的熔融温度。
电解精炼铜
1. 铜的电解精炼示意图
　
2. 粗铜(含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)精炼
(1)电极材料及电极反应式：
阳极材料：________，
电极反应式(至少写4个)：
_________________、_________________、_________________、_________________。
阴极材料：________，
电极反应式：________________________________________________________。
(2) 电解质溶液：______________。
(3) 电解液中的c(Cu2＋)：________(填“增大”或“减小”)。
(4) 由于杂质的存在，一般情况下，阳极金属减轻的质量________(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。
电镀(以电镀银为例)
1. 电镀银原理示意图
(1) 电极材料
① 阳极：镀层金属(银)。
② 阴极：待镀金属制品。
(2) 电镀液：含________的电解质溶液。
2. 电极反应式
阳极：__________；阴极：__________。
3. 电镀液中c(Ag＋)：________(填“增大”“减小”或“不变”)。
4. 阳极金属减轻的质量________(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。
氯碱工业
1. 离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图
2. 电极反应式
阳极：________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________。
总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
________是阳极产物，________是阴极产物。
注意：电解所用的食盐水要精制。
3. 阳离子交换膜的作用
(1) ________________________________________________________；
(2) ________________________________________________________。
4. 阴极室加入NaOH稀溶液的作用是________________，且不引入杂质。
金属的防护
典 题 悟 法
电镀与精炼
例4　下列说法正确的是(　　)
A. 用如图1所示装置在铁制品表面镀铜，不能达到实验目的
B. 图2所示装置可用于粗铜的提纯
C. 电解精炼粗铜时，阴极减少的质量等于阳极增加的质量
D. (2024·江苏卷)实验室利用图3所示装置进行铁钉镀锌实验
电解溶液与电解熔融电解质(电冶)
例5　下列指定反应的离子方程式书写正确的是(　　)
A. 用惰性电极电解MgCl2溶液：Mg2＋＋2Cl－Mg＋Cl2↑
B. 用铜作电极电解NaCl溶液：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
C. 用惰性电极电解NaCl溶液：2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D. 电解熔融氧化铝：4Al3＋＋6O2－4Al＋3O2↑
电解原理在生活、生产中的应用
例6　(2025·南通二模)一种以NaOH为介质电催化还原CO2的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 电解池工作时，OH－由右室通过隔膜向左室移动
B. M为电解池的阳极
C. N电极上发生的反应：CH3(CH2)7NH2＋4e－＋4OH－===CH3(CH2)6CN＋4H2O
D. 电路中通过2 mol e－时，理论上有1 mol CO2被还原
光解装置
例7　(2025·苏州)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 该装置工作时，化学能转化为电能
B. 电解过程中OH－由b极区向a极区迁移
C. 电解时b极区溶液中n(KOH)减少
D. 电解过程中1 mol NH3参与反应，得到约3×6.02×1023个电子
1. (2025·江苏各地模拟重组)下列说法正确的是(　　)
A. 用惰性电极电解水的阳极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B. 用食盐水电解制备NaClO3的阳极反应：Cl－＋6e－＋6OH－===ClO＋3H2O
C. 电解BeCl2、NaCl混合熔融盐阴极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
D. 电解饱和食盐水阴极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
2. (2025·镇江期初)装置甲是一种将废水中的氯乙烯(CH2===CHCl)转换成对环境无害的微生物电池，连接甲、乙装置进行粗铜精炼，其原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
甲 乙
A. 电解精炼时，粗铜与Y极相连
B. 若N极消耗11.2 L O2，粗铜电极质量减少64 g
C. 电解过程中N区溶液的pH增大
D. M极的电极反应式为CH2===CHCl－10e－＋4H2O===2CO2＋11H＋＋Cl－
3. 催化电解含较低浓度的HCHO、NaOH混合溶液，可获得H2与HCOONa(如图所示)。
(1) 电解时，电极b上同时产生H2与HCOO－的物质的量之比为1∶2，则电极b上的电极反应式为________________________________________________________。
(2) 电解过程中每产生1 mol H2，通过阴离子交换膜的OH－为________mol。
配套热练
第19讲　电解池及其应用
练习1　电解池原理
1. (2024·南京二模)一种电解乙酰基吡嗪废水中的(NH4)2SO4制备(NH4)2S2O8的电化学装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 石墨电极与直流电源正极相连
B. 电解时，铂网电极附近pH增大
C. 离子交换膜应选择性透过阴离子
D. 阴极上的电极反应式为2SO＋2e－===S2O
2. (2021·江苏卷)通过下列方法可分别获得H2和O2：①通过电解获得NiOOH和H2(如图所示)；②在90 ℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是(　　)
A. 电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B. 电解时，阳极上的电极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
C. 电解的总反应：2H2O2H2↑＋O2↑
D. 电解过程中转移4 mol电子，理论上可获得22.4 L O2　
3. (2025·金陵中学)镍离子(Ni2＋)和钴离子(Co2＋)性质相似，可用如图所示装置实现二者分离。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移，Co2＋与乙酰丙酮不反应。下列说法正确的是(　　)
A. 电流方向：n→N→M→m
B. 石墨M极的电极反应式为Co2＋＋2e－===Co
C. 水解离出的OH－可以抑制Ⅱ室中的转化反应
D. 导线中通过1 mol电子时，Ⅰ室与Ⅲ室溶液质量变化之差约为65 g
4. (2025·南京中华中学)我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除，装置如图所示。其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹ZnO)和石墨烯。下列有关说法不正确的是(　　)
A. ZnO@石墨烯电极连接光伏电池的负极
B. 石墨烯区电极反应：EDTA－Fe2＋－e－===EDTA－Fe3＋
C. 协同转化的总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
D. 金属导线上每转移1 mol电子，CO2和H2S被去除的总体积约11.2 L(标准状况)
5. (2025·徐州2月调研)利用成对电合成即在阴阳两极同时得到有用的产物可提高电流效率和降低成本，如图是利用成对电合成和HOOCC≡CCOOH原理示意图。下列说法正确的是(　　)
A. a为直流电源的正极
B. H＋通过质子交换膜向右侧移动，右侧溶液pH下降
C. 理论上与HOCH2C≡CCH2OH消耗的物质的量之比为4∶1
D. 若使用铅酸蓄电池作电源，则每生产1 mol ，消耗98 g H2SO4
6. (2025·前黄中学)一种电解装置如图所示，电解时H＋从右室移向左室。通过电解获得的电解液可实现：。下列说法正确的是(　　)
A. 左室电解获得的电解液可用于实现“转化Ⅰ”
B. 右室发生的电极反应为Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O
C. “转化Ⅱ”发生的反应为＋6Ti3＋＋6H＋===＋6Ti4＋＋2H2O
D. “转化Ⅰ”生成1 mol ，理论上电路中通过3 mol e－
7. (2025·扬州期中)以乙烷燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 燃料电池工作时，正极反应为O2＋4H＋－4e－===2H2O
B. a极是铁，b极是铜时，能达到铁上镀铜的目的
C. a极是纯铜，b极是粗铜时，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，两极质量变化相同
D. a、b两极若是石墨，在同温同压下b极产生的气体与电池中消耗乙烷的体积之比为2∶7
8. (2025·苏州)二甲醚(CH3OCH3)－氧气燃料电池具有启动快、效率高等优点，用二甲醚－氧气燃料电池电解甲基肼(CH3—NH—NH2)制氢的装置如图所示，其中X、Y、M、N均为惰性电极。下列说法正确的是(　　)
A. M极的电极反应式为CH3—NH—NH2＋12OH－－10e－===CO＋N2↑＋9H2O
B. 甲中b端通入的是O2
C. 乙中的交换膜是阴离子交换膜，OH－透过交换膜向N极移动
D. 理论上，当生成6.72 L H2时，消耗CH3OCH3的质量为2.3 g
9. 以甲苯为原料通过间接氧化法可以制取苯甲醛、苯甲酸等物质，反应原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 电解时的阳极发生的电极反应式为2Cr3＋＋6e－＋7H2O===Cr2O＋14H＋
B. 电解结束后，阴极区溶液pH升高
C. 1 mol甲苯氧化为0.5 mol苯甲醛和0.5 mol苯甲酸时，共消耗 mol Cr2O
D. 甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物可以通过分液的方法分离
10. (1) (2025·如皋适应性模拟)以Fe2P为阳极、石墨为阴极电解H3PO4溶液也可以制取FePO4。写出电解时总反应的化学方程式：______________________________________________________。
(2) 以硫酸为电解质，通过催化电解可将N2转化为N2H4；写出电解法制备N2H4的阴极发生的电极反应式：________________________________________________________________________。
(3) 用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用，其装置如图所示。
写出阴极生成HCHO的电极反应式：____________________________________。
练习2　可逆电池　金属的腐蚀与防护
1. (2025·苏北七市二模考前模拟)中国科学家设计了负载有Ru纳米颗粒的三维多孔结构石墨烯基电极“Na－SO2”电池，以乙二胺的乙醚溶液为电解质溶液，其简单示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A. 乙二胺的乙醚溶液可改为乙二胺的水溶液
B. 三维多孔结构石墨烯基电极有利于气体、电极和电解质溶液充分接触
C. 充电时，每转移0.1 mol电子，在阳极可生成标准状况下的气体4.48 L
D. 放电时，Na电极发生反应为2Na＋＋2SO2＋2e－===Na2S2O4
2. (2025·无锡期末)第二代钠离子电池是以嵌钠硬碳(NaxCy)和锰基高锰普鲁士白{Na2Mn[Mn(CN)6]}为电极的新型二次电池，充电时Na＋嵌入硬碳，放电时发生脱嵌，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 充电时，a接电源的负极
B. 充电时，B极反应为Cy＋xNa＋＋xe－===NaxCy
C. 放电时，Na＋穿过离子交换膜向B极移动
D. 放电时，每转移1 mol电子，A极质量减少23 g
3. (2025·扬州中学)科学家基于水/有机双相电解质开发了一种新型的铜锌二次电池，双相电解质建立了离子选择性界面，仅允许氯离子迁移，其放电时的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A. 充电时，石墨电极与电源正极相连
B. 充电时，石墨电极上可发生电极反应：[CuClx]1－x－e－===[CuClx]2－x
C. 放电时，氯离子向锌电极迁移
D. 放电时，理论上电路中每转移2 mol电子，锌电极质量增加136 g
4. (2025·镇江期中)科学家使用δ－MnO2研制了一种Zn－MnO2可充电电池如图所示。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(　　)
A. 电解质碱性过强不利于电池工作
B. 充电时，会发生反应：Zn＋2MnO2===ZnMn2O4
C. 放电时，MnO2电极附近溶液pH减小
D. 放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极上生成0.020 mol MnOOH
5. 一种以钒基氧化物(V6O13)为正极材料的水系锌离子电池的工作原理如图所示。通过使用孔径大小合适且分布均匀的新型离子交换膜，可提高离子传输通量的均匀性，从而保持电池的稳定性。下列说法正确的是(　　)
A. 放电过程中，Zn2＋向Zn极一侧移动
B. 放电过程中，电子由Zn极经电解质溶液向V6O13极移动
C. 充电时，V6O13极与外接直流电源正极相连
D. 充电时，阳极发生的电极反应可能为V6O13＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV6O13
6. FeCl3溶液吸收H2S气体后的再生过程可降解酸性污水中的硝酸盐，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. a为电解池的阴极
B. 溶液M中含有大量的Fe2＋、Cl－、H＋
C. 电极b上的反应为2NO＋10e－＋6H2O===N2↑＋12OH－
D. 随着电解进行，H＋移向阴极区，故阴极区pH减小
7. 我国科学家研发了一种室温下可充电的Na－CO2电池，如图所示。放电时，Na2CO3与C均沉积在碳纳米管上。下列说法不正确的是(　　)
A. 放电时，转移0.2 mol电子，碳纳米管电极增重10.6 g
B. 放电时，电池的总反应为3CO2＋4Na===2Na2CO3＋C
C. 充电时，阴极电极反应式为Na＋＋e－===Na
D. 充电时，电源b极为正极，Na＋向钠箔电极移动
8. 全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图所示方法保护埋在弱碱性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。下列关于该方法的说法不正确的是(　　)
A. 钢质管道易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池
B. 这种方法称为牺牲阳极法
C. 钢管上的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D. 也可用外接直流电源保护钢管，直流电源负极连接金属棒X
9. 两种金属接触时，接触部位会发生“电偶腐蚀”。金属铁和铜在水和海水中，相同时间发生的腐蚀情况如图。下列有关说法正确的是(　　)
　　　　
甲　　　　　　　　　　乙
A. 甲图中的介质为海水
B. 腐蚀过程中电能转化为化学能
C. 铁电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
D. 若在金属表面涂油漆，可以减缓铁的腐蚀
10. 利用如图所示装置探究铁的腐蚀与防护。下列说法不正确的是(　　)
　　　　
装置Ⅰ　　　　　　　装置Ⅱ
A. 装置Ⅰ中发生吸氧腐蚀
B. 一段时间后装置 Ⅰ 中石墨电极附近溶液pH增大
C. 装置Ⅱ中铁电极上发生氧化反应
D. 装置Ⅱ模拟了牺牲阳极法
11. 下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是(　　)
　　
甲　　　　　　　　　　　乙　　　　　　　　　　　　　丙
A. 图甲、乙中钢闸门均为电子输入的一端
B. 图甲、乙中钢闸门上均主要发生反应：2H＋＋2e－===H2↑
C. 图甲是外加电流法，图乙是牺牲阳极法
D. 图丙中铜板打上铁铆钉后，铜板易被腐蚀第19讲　电解池及其应用
[高考导向]
1. (1) ×　(2) ×　(3) ×　(4) ×　(5) √　(6) √　(7) √　(8) ×　(9) ×
2. CuCl＋2Cl－－e－===CuCl
考点1
[知识梳理]
知识1　1. 电能　化学能
2. (1) Cu2＋＋2e－===Cu　2Cl－－2e－===Cl2↑
(2) CuCl2Cl2↑＋Cu　(3) 阳极→正极，负极→阴极
知识2　1. (1) 阳　阴　(2) 阳　阴　(3) 阴　阳
知识3
H2O　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　增大
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
2H＋＋2e－===H2↑　减小
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　不变
知识4
2Cl－－2e－===Cl2↑　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH　增大
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　Cu2＋＋2e－===Cu
2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4　减小
解疑释惑24
2. (1) 2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O
【解析】 由图可知，装置为电解池，尿素在左侧电极生成，NO转化为尿素，N元素从＋5价降低为－3价，得电子，左侧为阴极，结合装置中的质子交换膜，电极反应式为2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O。
(2) N2＋6e－＋6HCO＋CO2===CO(NH2)2＋6CO＋H2O
(3) 11HCO＋8e－===CH3COO－＋9CO＋4H2O
(4) 2CO2＋12e－＋12HCO===C2H4＋12CO＋4H2O
(5) H＋＋CO2＋2e－===HCOO－或HCO＋CO2＋2e－===HCOO－＋CO
[典题悟法]
例1　D　【解析】 D项装置中没有外接电源，没有标“＋、－”极或注阴、阳极等，不属于电解池装置，D符合题意。
例2　D　【解析】 电解时电能转化成化学能，A错误；铂电极为阴极，将铂电极与直流电源负极相连，B错误；阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，转移2 mol电子时，生成1 mol氢气，标准状况下氢气的体积约为22.4 L，C错误。
例3　(1) Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O
(2) 3CO2＋18H＋＋18e－===C3H6＋6H2O
【解析】 (2) 装置中使用了质子交换膜，左侧惰性电极发生氧化反应：H2O－e－―→O2↑＋H＋(未配平)，该电极为阳极，右侧石墨烯电极上CO2得电子转化为C3H6或C2H4等碳氢化合物，为还原反应。
考点2
[知识梳理]
知识1　2. 2Cl－－2e－===Cl2↑　Na＋＋e－===Na
2Cl－－2e－===Cl2↑　Mg2＋＋2e－===Mg
2O2－－4e－===O2↑　Al3＋＋3e－===Al
知识2
2. (1) 粗铜　Cu－2e－===Cu2＋　Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋　Ni－2e－===Ni2＋
精铜　Cu2＋＋2e－===Cu
(2) CuSO4溶液　(3) 减小　(4) 不等于
知识3
1. (2) Ag＋　2. Ag－e－===Ag＋　Ag＋＋e－===Ag
3. 不变　4. 等于
知识4　2. 2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　Cl2　H2、NaOH
3. (1) 避免H2和Cl2混合引起爆炸
(2) 避免Cl2和NaOH反应，提高碱的纯度
4. 增强导电性
[典题悟法]
例4　D　【解析】 铜为镀层金属，与电源正极相连，能达到实验目的，A错误；粗铜提纯时，粗铜作阳极，精铜作阴极，B错误；一般情况下，电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，C错误；该装置为电解池，铁钉与电源负极相连作阴极，锌片与电源的正极相连作阳极，电解质溶液为ZnCl2溶液，可以实现铁钉上镀锌，D正确。
例5　D　【解析】 用惰性电极电解MgCl2溶液的离子方程式为Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑，A错误；铜作阳极时，铜失电子变成Cu2＋，Cl－不参与反应，B错误；用惰性电极电解NaCl溶液的离子方程式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－，C错误；氧化铝在熔融状态下能电离成自由移动的离子，D正确。
例6　D　【解析】 由图示可知，在M电极上CO2得电子转变为HCOO－，电极反应式为CO2＋2e－＋H2O===HCOO－＋OH－，故M为阴极，电池工作时，阴离子OH－由左室通过隔膜向右室移动，A、B错误；N电极为阳极，在电极上CH3(CH2)7NH2应发生失去电子的氧化反应生成CH3(CH2)6CN，C错误；结合M电极反应式可知，电路中通过2 mol e－时，理论上有1 mol CO2被还原，D正确。
例7　B　【解析】 该装置工作时，涉及太阳能转化为电能、光能和热能，电能转化为化学能和热能，A错误；电解时，a电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，b电极为阴极，a电极为阳极，故电解过中OH－由b极区向a极区迁移，B正确；由于K＋不能进行迁移，故b极区n(KOH)不变，C错误；NH3参与反应时失电子，D错误。
[质量测评]
1. D　【解析】 用惰性电极电解水的阳极失电子，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A错误；用食盐水电解制备氯酸钠时，碱性条件下氯离子在阳极失去电子发生氧化反应，生成氯酸根离子和水，电极反应式为Cl－－6e－＋6OH－===ClO＋3H2O，B错误；氧化性：Be2＋>Na＋，电解BeCl2、NaCl混合熔融盐，Be2＋在阴极得到电子生成Be，电极反应式为Be2＋＋2e－===Be，C错误；电解饱和食盐水时，H2O在阴极得到电子生成H2，D正确。
2. B　【解析】 甲装置是将化学能转化为电能的原电池，N极氧气得电子生成水，是正极，M是负极，电解质溶液为酸性溶液；乙装置是利用电解原理，将粗铜精炼为精铜，粗铜作阳极，失去电子，精铜作阴极，得到电子，将铜离子还原为铜。Y极为正极，电解精炼时，粗铜作阳极，应该与正极Y极相连，A正确；未指明是否处于标准状况，无法计算氧气的物质的量，B错误；N极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，生成了水，导致溶液pH增大，C正确；M是负极，氯乙烯失去电子，D正确。
3. (1) 2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O　(2) 1
【解析】 (1) 电解时，电极b与电源正极相连，是电解池的阳极，HCHO失去电子同时产生H2与HCOO－，电极a是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。(2)电解过程中每产生1 mol H2，每个电极上各产生0.5 mol H2，故通过阴离子交换膜的OH－为1 mol。
配套热练
第19讲　电解池及其应用
练习1　电解池原理
1. B　【解析】 由图可知，铂网电极上(NH4)2SO4失去电子发生氧化反应生成(NH4)2S2O8，铂网为阳极，则石墨为阴极，与直流电源负极相连，A错误； 阳极上的电极反应式为2SO－2e－===S2O，阴极上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，则右侧氢离子通过离子交换膜进入左侧，使得铂网电极附近pH增大，B正确，C、D错误。
2. B　【解析】 阴极上，H2O得电子被还原为H2，阳极上，Ni(OH)2失电子被氧化为NiOOH，电解过程总反应为2Ni(OH)22NiOOH＋H2↑，电解后KOH溶液的物质的量浓度不变，A、C错误；未指明是否为标准状况下，故无法计算生成O2的体积，D错误。
3. D　【解析】 该装置为电解池，氢离子向石墨N极移动，则石墨N为阴极，直流电源n为负极，石墨M为阳极，直流电源m为正极，电流方向：m→M→N→n，A错误；石墨M极发生反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B错误；Ⅱ室中发生转化：Ni2＋＋2CH3COCH2COCH3??Ni(CH3COCHCOCH3)2＋2H＋，水解离出的OH－进入Ⅱ室，与H＋结合，促进Ni2＋的转化，C错误；由原理可知，导线中流过1 mol电子，Ⅰ室移入Ⅱ室Ni2＋和Co2＋总物质的量为0.5 mol，同时有0.5 mol氯气生成，镍、钴的相对原子质量都近似为59，Ⅰ室质量约减少(29.5＋35.5) g＝65 g，Ⅲ室中阴极反应为2H＋2e－===H2↑，消耗的H＋由水解离出的H＋进入Ⅲ室等量补充，溶液质量不变，故两室溶液质量变化之差约为65 g，D正确。
4. D　【解析】 该装置为电解池，ZnO@石墨烯电极为阴极，接光伏电池的负极，石墨烯电极为阳极，接光伏电池的正极，A正确；石墨烯区电极反应：EDTA－Fe2＋－e－===EDTA－Fe3＋，B正确；根据图中物质知，协同转化过程中反应物是H2S、CO2，生成物是S、CO、H2O，协同转化总反应为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，C正确；根据总反应，金属导线上每转移1 mol电子，CO2和H2S被去除的总物质的量为1 mol，总体积约22.4 L(标准状况)，D错误。
5. C　【解析】 由图可知，Pb电极发生加氢还原反应，为阴极，PbO2/Ti电极发生氧化反应，为阳极，a为直流电源的负极，b为直流电源的正极，A错误；H＋应向阴极移动，即向左侧移动，B错误；阴极反应为＋2H＋＋2e－―→，阳极反应为HOCH2C≡CCH2OH＋2H2O－8e－―→HOOCC≡CCOOH＋8H＋，根据得失电子守恒可知，与HOCH2C≡CCH2OH消耗的物质的量之比为4∶1，C正确；每生产1 mol 则转移2 mol电子，由Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O可知，消耗2 mol H2SO4，质量为196 g，D错误。
6. C　【解析】 根据氢离子在电解池中移动方向可知，a极(左室)为阴极，b极(右室)为阳极，右室发生失电子的氧化反应，电极反应式为2Cr3＋－6e－＋7H2O===Cr2O＋14H＋，左室发生得电子的还原反应，电极反应式为Ti4＋＋e－===Ti3＋。右室的Cr2O具有强氧化性，左室生成的Ti3＋具有还原性。“转化Ⅰ”为氧化反应，应加入氧化剂，故实现“转化Ⅰ”需右室电解获得电解液，A错误；右室发生的电极反应：2Cr3＋－6e－＋7H2O===Cr2O＋14H＋，B错误；“转化Ⅱ”为还原反应，可加入左室，发生还原反应，C正确；“转化Ⅰ”为－6e－＋2H2O=== ＋6H＋，根据得失电子守恒，生成1 mol ，理论上电路中通过6 mol e－，D错误。
7. B　【解析】 燃料电池工作时，通入O2的一极为正极，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，A错误；正极接阳极，则b极为阳极，a极为阴极，铁上镀铜，铜应作阳极，铁应作阴极，B正确；a极是纯铜，b极是粗铜时，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，但由于粗铜中混有铁、锌、金、银等杂质，在电解过程中，Fe、Zn等失电子，而溶液中只有Cu2＋在阴极得电子，且粗铜中的金、银会形成阳极泥，所以两极质量变化不相同，C错误；a、b两极若是石墨，b极发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，消耗乙烷反应为C2H6－14e－＋4H2O===2CO2＋14H＋，依据得失电子守恒有下列关系：7O2～28e－～2C2H6，二者的体积之比等于物质的量之比，则为7∶2，D错误。
8. A　【解析】 该装置中，图甲为原电池，图乙为电解池，根据氢离子移向，图甲中X为负极，Y为正极，则图乙中M极为阳极，N极为阴极，M极发生电极反应为CH3NHNH2＋12OH－－10e－===CO＋N2↑＋9H2O，N极发生电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正确；图甲中负极X极发生的电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，故图甲中b端通入的是CH3OCH3，B错误；图乙中阴极N极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极M极消耗OH－，OH－透过交换膜向M极移动，参与电极反应，则交换膜是阴离子交换膜，C错误；未指明H2所处的状态，故无法计算，D错误。
9. C　【解析】 由图可知，左侧Cr3＋转化为Cr2O，Cr元素化合价升高，左侧电极为阳极，电极反应式为2Cr3＋－6e－＋7H2O===Cr2O＋14H＋，A错误；阳极区产生的氢离子透过质子交换膜进入阴极区，阴极上氢离子放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，电极上每消耗2 mol H＋，就有2 mol H＋进入阴极区，故电极电解结束后，阴极区溶液pH不变，B错误；阳极的槽外，Cr2O在酸性条件可将甲苯氧化成苯甲醛、苯甲酸等，反应的离子方程式为3C6H5—CH3＋2Cr2O＋16H＋―→3C6H5—CHO＋4Cr3＋＋11H2O，C6H5—CH3＋Cr2O＋8H＋―→C6H5—COOH＋2Cr3＋＋5H2O,0.5 mol甲苯氧化为0.5 mol苯甲醛时消耗 mol Cr2O，0.5 mol甲苯氧化为0.5 mol苯甲酸时消耗0.5 mol Cr2O，则1 mol甲苯氧化为0.5 mol苯甲醛和0.5 mol苯甲酸时，共消耗 mol Cr2O，C正确；甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物是互溶的液体，不可以通过分液的方法分离，D错误。
10. (1) 2Fe2P＋2H3PO4＋8H2O4FePO4↓＋11H2↑
(2) N2＋4H＋＋4e－===N2H4
(3) CO2＋4e－＋4H＋===HCHO＋H2O
练习2　可逆电池　金属的腐蚀与防护
1. B　【解析】 由图中电子流向可知，放电时，Na为负极，电极反应式为Na－e－===Na＋， SO2生成Na2S2O4，硫元素价态降低，故SO2为正极，电极反应式为2Na＋＋2SO2＋2e－===Na2S2O4，充电时，阳极的电极反应式为Na2S2O4－2e－===2Na＋＋2SO2，钠离子在阴极放电，电极反应式为Na＋＋e－===Na。Na性质活泼，能与水反应，故不能将乙二胺的有机溶剂改为乙二胺的水溶液，A错误；多孔石墨烯电极具有三维多孔结构，表面积大，有利于气体、电极和电解质溶液充分接触，B正确；根据充电时的阳极反应，每转移0.2 mol电子，在阳极可生成标准状况下的SO2气体4.48 L，C错误；放电时，Na为负极，电极反应式为Na－e－===Na＋，D错误。
2. B　【解析】 放电时，B极是原电池负极，镶嵌在硬碳中的钠失去电子发生氧化反应生成钠离子，A极是正极，在钠离子作用下，Mn[Mn(CN)6]在正极得到电子发生还原反应生成Na2Mn[Mn(CN)6]；充电时，A极与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，B极为阴极。充电时，a接电源的正极，A错误；充电时，B极为阴极，钠离子得到电子发生还原反应嵌入硬碳：Cy＋xNa＋＋xe－===NaxCy，B正确；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋穿过离子交换膜向A极移动，C错误；A极是正极，在钠离子作用下，Mn[Mn(CN)6]在正极得到电子发生还原反应生成Na2Mn[Mn(CN)6]，电极反应式为Mn[Mn(CN)6]＋2Na＋＋2e－===Na2Mn[Mn(CN)6]；结合电子守恒，放电时，每转移1 mol电子，A极增加1 mol钠离子，质量增加23 g，D错误。
3. D　【解析】 由图可知，放电时，Zn电极失去电子，Zn为负极，故Zn/ZnCl2电极发生的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，石墨电极发生的电极反应式为[CuClx]2－x＋e－===[CuClx]1－x，[CuClx]1－x＋e－===Cu＋xCl－，石墨为正极，故充电时，石墨电极与电源正极相连，A正确；充电时，石墨电极上可发生电极反应：[CuClx]1－x－e－===[CuClx]2－x，B正确；放电时，氯离子向锌电极迁移，C正确；放电时，理论上电路中每转移2 mol电子，则有2 mol Cl－转移到锌电极上，故锌电极质量增加2 mol×35.5 g/mol＝71 g，D错误。
4. A　【解析】 Zn具有比较强的还原性，MnO2具有比较强的氧化性，放电时，Zn电极为负极，MnO2电极为正极。放电时，MnO2得到电子生成MnOOH、ZnMn2O4，电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－、2MnO2＋Zn2＋＋2e－===ZnMn2O4，氢氧根离子浓度增大，电解质碱性过强，不利于正极反应进行，A正确；充电时，Zn2＋向阴极方向迁移，被还原为Zn，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，ZnMn2O4在阳极失去电子生成MnO2，电极反应式为ZnMn2O4－2e－===2MnO2＋Zn2＋，则有总反应：ZnMn2O4===Zn＋2MnO2，B错误；放电时，MnO2得到电子生成MnOOH、ZnMn2O4，由电极反应式可知溶液pH增大，C错误；放电时，Zn电极质量减少0.65 g，n(Zn)＝0.01 mol，转移0.02 mol电子，MnO2得到电子生成MnOOH、ZnMn2O4，故MnO2电极上生成MnOOH的物质的量小于0.02 mol，D错误。
5. C　【解析】 放电过程中，Zn极为负极，Zn失电子生成Zn2＋进入溶液，Zn2＋向正极(V6O13极)一侧移动，A错误；放电过程中，电子由Zn极沿导线向V6O13极移动，电子不能经过电解质溶液，B错误；充电时，V6O13极作阳极，将ZnxV6O13转化为V6O13，与外接直流电源正极相连，C正确；充电时，阳极ZnxV6O13失电子生成V6O13和Zn2＋，发生的电极反应可能为ZnxV6O13－2xe－===V6O13＋Zn2＋，D错误。
6. B　【解析】 由图可知，电解池中NO发生得电子的还原反应，故b极为阴极，a极为阳极，a极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，A错误；FeCl3和H2S反应生成FeCl2、S、HCl，溶液M中含有大量的Fe2＋、Cl－、H＋，B正确；电极b上NO得电子的电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，C错误；随着电解进行，阴极不断消耗H＋，阴极区pH增大，D错误。
7. A　【解析】 放电时，钠为负极，电极反应式为Na－e－===Na＋，碳纳米管为正极，电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C；充电时，钠为阴极，电极反应式为Na＋＋e－===Na，碳纳米管为阳极，电极反应式为2CO＋C－4e－===3CO2。充电时，Na＋向钠箔电极(阴极)移动；放电时，由于碳酸钠和C均沉积在碳纳米管，当转移0.2 mol电子时，沉积0.05 mol C和0.1 mol碳酸钠，总质量为0.05 mol×12 g/mol＋0.1 mol×106 g/mol＝11.2 g，故选A。
8. D　【解析】 钢铁在潮湿的空气中能形成原电池，因而易发生电化学腐蚀，金属铁作负极，易被腐蚀，A正确；原电池的负极被腐蚀、正极被保护的方法称为牺牲阳极法，B正确；由于发生吸氧腐蚀，故正极上氧气放电，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；用外加电流法保护时，被保护的金属作阴极，故钢管应接直流电源的负极，D错误。
9. D　【解析】 铁和铜接触时，遇到电解质溶液会形成原电池，且形成的原电池中，铁作负极，铜作正极，电解质为海水时的腐蚀速率大于水作电解质时的腐蚀速率，因此甲图中的介质为水，乙图中的介质为海水，且腐蚀过程中化学能转化为电能，A、B错误；形成的原电池中，铁作负极，失去电子，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，C错误；在金属表面涂油漆后，能将金属与电解质溶液隔离，不易发生电化学腐蚀，D正确。
10. C　【解析】 食盐水呈中性，铁发生了吸氧腐蚀，A正确；装置Ⅰ中发生吸氧腐蚀，石墨电极的电极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－，溶液pH增大，B正确；装置Ⅱ中铁电极为正极，正极发生还原反应，C错误；装置Ⅱ中铁电极为正极，锌作负极，锌发生氧化反应，铁得到保护，装置Ⅱ模拟了牺牲阳极法，D正确。
11. A　【解析】 钢闸门被保护，为电子输入的一端，A正确；电解质溶液是海水，海水呈弱碱性，图甲是原电池，发生吸氧腐蚀，O2在钢闸门上得电子：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，图乙是电解池，H2O在钢闸门上得电子：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B错误；图甲有活泼金属，是牺牲阳极法，图乙有外接电源，是外加电流法，C错误；铁比铜活泼，铁作原电池的负极，故铜板打上铁铆钉后，铜板不易被腐蚀，D错误。

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