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高中化学苏教版 (2019)选择性必修1专题1 化学反应与能量第二单元 化学能与电能的转化学案及答案
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这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1专题1 化学反应与能量第二单元 化学能与电能的转化学案及答案，共17页。
第5课时 电解原理的应用
[核心素养发展目标]
1.变化观念与平衡思想：通过对氯碱工业、电镀、铜的电解精炼等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。
2.证据推理与模型认知：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、氯碱工业
1．氯碱工业概念
用电解饱和食盐水的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。
2．氯碱工业原理
(1)通电前，氯化钠溶液中含有四种自由移动的离子，它们是Na＋、Cl－、H＋、OH－。
(2)通电时，移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－在阳极放电，移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋在阴极放电，因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。
①电解饱和食盐水的原理示意图
②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，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，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量和质量。
(3)电极反应式和总反应方程式
①阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2H＋＋2e－===H2↑；
②总反应的化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；
总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。
(1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑( )
(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的为阳极区( )
(3)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)( )
(4)电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠( )
(5)利用电解饱和食盐水可制得“84”消毒液( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
按如图所示安装仪器，电极材料为石墨，电解质溶液为饱和食盐水(同时滴入几滴酚酞)。
(1)实验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。
(2)用惰性电极电解饱和食盐水的过程中，收集到的Cl2的体积一般小于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。
(3)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，使溶液变红色。
(4)若用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点？如何改进？
提示 该装置的缺点是电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中，为避免这几种产物混合，需要使反应在特殊的电解槽中进行。工业上在阴极区和阳极区之间设置一个离子交换膜，阻止OH－向阳极区移动，使氯气与氢氧化钠不能发生反应，从而制得烧碱、氯气和氢气。
1．关于电解NaCl溶液，下列叙述正确的是( )
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
答案 B
解析 电解NaCl溶液的化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极得到Cl2，阴极得到H2，A项错误；向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，由于I－比Cl－更容易失电子，故2I－－2e－===I2，溶液呈棕色，B项正确；由于阴极区2H＋＋2e－===H2↑，消耗了H＋，造成阴极区c(OH－)相对增大，滴入酚酞溶液，溶液变红，C项错误；电解后的溶液实质上是NaOH、NaCl和NaClO的混合溶液，呈碱性，D项错误。
2.在新冠肺炎疫情期间，“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和食盐水，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。
完成下列填空：
(1)a为电源的________极，c为电解池的________极(填“正”“负”或“阴”“阳”)。
(2)d电极上发生的电极反应式：____________________，电解产生消毒液的总化学方程式为________________________________________________________________________。
答案 (1)负 阳 (2)2H＋＋2e－===H2↑ NaCl＋H2ONaClO＋H2↑
解析 电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，该学生的目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液，即要让Cl2与NaOH溶液充分混合反应。所以应在下端产生Cl2，上端产生NaOH，则a为负极，b为正极，c为阳极，d为阴极，Cl2和NaOH溶液反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故电解产生消毒液的总化学方程式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑。
3．工业电解饱和食盐水制烧碱时需阻止OH－移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如图)(F处加少量NaOH以增加溶液导电性)。
(1)C、D分别是直流电源的两电极，C是电源________极，D是电源________极。
(2)电解一段时间后，________由A口导出，________由B口导出。阴极附近碱性增强的原因是(用电极反应式表示)___________________________________________________。
(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，发生的反应可用离子方程式表示为________________________________________________________________________。
答案 (1)负 正
(2)Cl2 H2 2H＋＋2e－===H2↑
(3)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
解析 (1)阳离子向阴极方向移动，由Na＋移动方向知右侧电极为阴极，C、D分别是直流电源的两电极，故C是电源负极，D是电源正极。
(2)电解一段时间后，左侧电极产生Cl2，右侧电极产生H2和NaOH，因此由电解池图可知Cl2从A口导出，H2从B口导出，由于阴极附近发生的是电解水的反应，产生的H＋不断形成氢气析出，导致溶液中OH－浓度增大，碱性增强，用电极反应式表示为2H＋＋2e－===H2↑。
(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，与Cl2发生反应，离子方程式表示为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。
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，而且阻止阴离子(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NaClO而影响烧碱的质量和产量。
二、铜的电解精炼 电镀
1．铜的电解精炼
(1)装置
(2)粗铜成分
①主要成分：Cu。
②杂质金属：比铜活泼的有Zn等。不比铜活泼的有Ag、Au等。
(3)电极反应
2．电镀
(1)概念：应用电解原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀除了提升美观和增加表面强度之外，更主要的目的是增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化等。
(2)基础实验：铁钉镀锌
根据电解原理，设计在铁钉上镀锌的实验方案
电
镀
原
理
阳极：Zn－2e－===Zn2＋
阴极：Zn2＋＋2e－===Zn
电
镀
方
案
电极
材料
阳极：锌片
阴极：铁钉
电镀液
ZnCl2
溶液
镀件
铁钉
(3)某电镀银实验装置如图所示。
请回答下列问题：
①银为镀层金属，与直流电源的正极相连，作阳极；
待镀金属与直流电源的负极相连，作阴极；
含银离子的溶液为电镀液，含有镀层金属离子。
②阳极反应式为Ag－e－===Ag＋；
阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag。
③可观察到的现象是待镀金属表面镀上一层光亮的银，银不断溶解。
④含银离子的溶液浓度的变化是不变。
(4)电镀的特点是阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
(1)在Fe上镀Ag，应用Fe作阳极，Ag作阴极，用AgNO3溶液作电镀液( )
(2)电解精炼铜和电镀铜，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变( )
(3)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极( )
(4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(5)电解精炼铜和电镀铜过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加都相等( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
1．在铁上镀锌时，溶液中的阳离子有两种，为什么在阴极是锌离子得电子而不是氢离子得电子被还原？
提示 因为锌离子浓度远大于氢离子浓度，所以是锌离子得电子。
2．构成电镀池的条件是什么？
提示 ①镀层金属与直流电源的正极相连，作阳极；
②待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极；
③用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。
④形成闭合回路。
3．电镀的两个主要特点是什么？
提示 ①阳极本身参与电极反应；②电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
4．电解精炼铜的过程中，溶液中Cu2＋的浓度如何变化？
提示 电解精炼过程中，阳极上金属铜和比铜活泼的金属杂质(如锌等)转化为阳离子进入溶液，阴极上只发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，电解精炼过程中电解质溶液中Cu2＋的浓度减小。
1．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子
答案 A
解析 电镀原理是镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
2．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( )
A．电解时以纯铜作阳极
B．电解时阴极发生氧化反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应式是Cu－2e－===Cu2＋
D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
答案 D
解析 电解精炼铜时，粗铜应作阳极，纯铜作阴极，故A错误；阳极与电池的正极相连，发生氧化反应，阴极与电池的负极相连，发生还原反应，故B错误；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，故C错误；金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag>Pt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式在阳极附近沉积下来，故D正确。
3．如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。
(1)甲池若为电解精炼铜的装置，则A极为________极，电极材料是________，电极反应式为________________________________________________________________________，电解质溶液可以是____________。
(2)乙池中铁极的电极反应为__________________。
(3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为________装置，电解一段时间后，电解质溶液的浓度________。
答案 (1)阴 纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu CuSO4溶液(答案合理即可) (2)Ag＋＋e－===Ag (3)电镀 不变
解析 (1)由题图可知，甲池中A极为阴极，B极为阳极，在电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，故A为纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。电解质溶液应为含有Cu2＋的盐溶液，如CuSO4溶液等。(2)由题图可知，乙池中铁极作阴极，石墨作阳极，故铁极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。(3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为电镀池，电镀过程中电解质溶液的浓度不变。
(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
(2)电镀过程中“一不变”：指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。
题组一 氯碱工业
1．工业上以食盐为原料不能制取( )
A．Cl2 B．NaOH C．HCl D．H2SO4
答案 D
解析 电解氯化钠的水溶液可以得到氢氧化钠、氢气和氯气，氢气和氯气反应可以得到HCl，故A、B、C均正确，工业上以食盐为原料不能制取硫酸，故D错误。
2．(2020·柳州高二检测)某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是( )
A．石墨电极与直流电源负极相连
B．用湿润淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色
C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向石墨电极迁移
D．铜电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案 D
3．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是( )
A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气
B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过
C．装置中发生反应的离子方程式为Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D．该装置将电能转化为化学能
答案 C
解析 由图看出①处为电解池阳极产生氯气，②处为电解池阴极产生氢气，A对；该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过，能防止氯气与碱反应，且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液，B对；电解饱和食盐水有烧碱生成且H2O应写化学式，C错；电解装置是将电能转化为化学能的装置，D对。
4．(2020·天津模拟)如图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是( )
A．电解一段时间后，往蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞溶液，呈红色
B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应
C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
答案 D
解析 碳棒与电源正极相连，作阳极，溶液中的Cl－在该电极上发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，滴加酚酞溶液，溶液颜色无变化，A错误；铁丝与电源负极相连，作阴极，H＋在该电极上发生还原反应生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，B错误，铁丝表面生成的气体是氢气，不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，C错误；蛋壳相当于隔膜，阻止氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触，D正确。
题组二 电镀和铜的电解精炼
5.如图是某同学用Cu片在Fe片上镀铜的实验装置，下列说法正确的是( )
A．Cu2＋在A极被还原
B．溶液蓝色逐渐变浅
C．Cu片为A极，Fe片为B极
D．若A极和B极直接相连，则金属铜被氧化
答案 C
解析 A极上金属铜发生失电子的氧化反应，故A错误；在电镀池的阴极上发生电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极上发生电极反应：Cu－2e－===Cu2＋，电镀液中铜离子浓度不变，溶液颜色不变，故B错误；用Cu片在Fe片上镀铜时，Fe片为阴极，则Cu片为阳极，Fe片为B极，Cu片为A极，故C正确；A极和B极直接相连，相当于形成原电池，铜作正极，铁片作负极被氧化，故D错误。
6．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。
7．甲学生想在铁制钥匙上镀铜，乙学生想在铜制汤匙上镀银，甲、乙两学生设计的装置分别如图a、b所示。下列叙述正确的是( )
A．甲学生的装置有错误，铁制钥匙应连接电源的负极
B．两学生均应使用硫酸铜溶液作电镀液
C．图b中铜制汤匙上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
D．若图b中的电镀液为硝酸银溶液，则电镀后电镀液的浓度减小
答案 A
解析 电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，因此甲学生应将铁制钥匙连接在电源的负极上，A项正确；电镀液一般选用含有镀层金属离子的盐溶液，因此乙学生应使用可溶性银盐溶液，B项错误；图b中铜制汤匙上发生的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，C项错误；若图b中的电镀液为硝酸银溶液，则阳极上发生的反应为Ag－e－===Ag＋，阴极上发生的反应为Ag＋＋e－===Ag，故电镀后电镀液的浓度保持不变，D项错误。
题组三 电解应用的有关计算
8．下列关于氯碱工业的说法正确的是( )
A．用离子交换膜法制烧碱可获得较纯净的产品，且不会对环境造成污染
B．电解的总反应离子方程式为2Cl－＋2H2O===Cl2↑＋2OH－＋H2↑
C．当阳极附近有0.8 mol NaOH生成时，导线中就有0.8 mol 电子通过
D．电解饱和食盐水可生产盐酸，也可以生产“84”消毒液
答案 D
解析 A项，离子交换膜法制烧碱的过程中有氯气生成，对环境有一定污染，错误；B项，电解离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑，应标明反应条件，错误；C项，阳极发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，NaOH在阴极生成，错误；D项，电解饱和食盐水生成的氯气和氢气可以生产盐酸，氯气和烧碱溶液反应可以生产“84”消毒液，正确。
9．(2020·山东实验中学月考)用含少量银和锌的粗铜作阳极、纯铜作阴极、硫酸酸化的硫酸铜溶液作电解液，电解一段时间后，阳极质量减少了x g(不考虑进入阳极泥的质量)，则下列说法正确的是( )
A．电解质溶液质量增加x g
B．阴极质量增加x g
C．若阴极质量增加a g，则a>x
D．若阴极质量增加b g，则b
解析 由题意可知，阳极上先发生反应Zn－2e－===Zn2＋，后发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当阳极上Zn失电子生成Zn2＋时，阴极上Cu2＋得电子生成Cu，则阴极上增加的质量小于阳极上减少的质量。
题组四 电解原理的综合应用
10．中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种：一是铝的工业制备，二是氯碱工业，三是金属钠的制备。下列关于这三种工业生产的描述正确的是( )
A．电解法制金属钠时，阳极反应式：Na＋＋e－===Na
B．电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性
C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生
D．氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl，在电解时它们的阴极都是Cl－失电子
答案 B
解析 A项，阴极反应式为Na＋＋e－===Na，错误；B项，氧化铝和氢氧化铝具有两性，在分离提纯时可用NaOH溶液将其溶解，过滤除去难溶物，再将AlO转化成Al(OH)3，Al(OH)3热分解即得Al2O3，正确；C项，阴极产物为H2和NaOH，阳极产物为Cl2，错误；D项，阳极都是Cl－失电子，错误。
11．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是( )
A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．甲溶液可循环利用
C．离子交换膜a是阴离子交换膜
D．当电路中通过2 mol电子时，会有1 mol H2生成
答案 C
解析 A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，氢离子放电生成氢气，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，错误；D项，阴极发生还原反应，氢离子放电生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，当电路中通过2 mol电子时，会有1 mol H2生成，正确。
12．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；阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，溶液的pH变大，B项错误；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变大， Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，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。
13.如图所示是电解饱和氯化钠溶液(含酚酞)的部分装置。两电极均是惰性电极。
(1)电解过程中阴极附近可观察到的现象为________________________________________。
(2)确定N出口的气体最简单的实验方法是________________________________________。
(3)电解的总反应离子方程式为____________________。
(4)若开始时将b电极换成铁作电极，电解液仍为NaCl溶液，写出在电解过程中U形管底部出现的现象：__________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)有气泡产生，溶液变成红色 (2)将湿润的淀粉碘化钾试纸放在N出口，若试纸变蓝则说明是Cl2
(3)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(4)底部有白色沉淀生成，很快变成灰绿色，最终变为红褐色
解析 (1)根据电子流向，连接a的一端是电源负极，连接b的一端是电源正极，所以a是阴极，b是阳极，电解氯化钠溶液时，阴极上氢离子得电子生成氢气，阴极附近溶液呈碱性，故附近溶液呈红色。
(2)b是阳极，阳极上氯离子失电子生成氯气，所以N出口的气体是氯气，氯气能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。
(3)通过以上分析知，反应物是氯化钠和水，产物是氯气、氢气和氢氧化钠，电解的总反应离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。
(4)若将b电极换成铁作电极，铁是活泼电极，在电解氯化钠溶液时，阳极上铁失电子变成二价铁离子进入溶液，阴极上还是氢离子得电子生成氢气，随着电解的进行，溶液中有氢氧根离子生成，二价铁离子和氢氧根离子结合生成白色的氢氧化亚铁沉淀，白色的氢氧化亚铁不稳定，很快变成灰绿色，最终变为红褐色的氢氧化铁。
14．某同学设计了一个燃料电池(如图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。
根据要求回答相关问题：
(1)通入氢气的电极为______(填“正极”或“负极”)，负极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)石墨电极为______(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，________(填“Fe电极”或“石墨电极”)区的溶液变红。
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将______(填“增大”“减小”或“不变”)。纯铜电极上的电极反应式为_________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)负极 H2－2e－＋2OH－===2H2O
(2)阳极 Fe电极 (3)减小 Cu2＋＋2e－===Cu
解析 (1)通入氢气的电极为负极；由于电解质溶液是碱性的，所以该电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(2)由于Fe电极与电源的负极连接，所以铁电极为阴极，石墨电极为阳极；反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，溶液中的H＋在阴极(Fe电极)放电，破坏了附近的水的电离平衡，该区域的溶液显碱性，因此Fe电极区的溶液变红。
(3)因为粗铜中的锌等活动性比Cu强的杂质金属优先失去电子，而得到电子的只有Cu2＋，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度会减小；纯铜电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
15．电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题：
(1)如图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为______________________________。
(2)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。电极B区电解液为____________(填化学式)溶液，阳极电极反应式为________________，电解过程中Li＋向电极________(填“A”或“B”)迁移。
(3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为__________________________。
若改用氯化铝水溶液作电解液，则阴极产物为____________________________________。
答案 (1)a NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O
(或NO＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O、2NO＋O2===2NO2)
(2)LiOH 2Cl－－2e－===Cl2↑ B
(3)负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2
解析 (1)电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中，含有杂质的粗银作阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，则该装置中a极为含有杂质的粗银。该电解池的b极为阴极，阴极上有红棕色气体生成，可知NO被还原为NO2，电极反应式为NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O。
(2)根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，电极B区生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，剩余OH－与Li＋结合生成LiOH，所以电极B区电解液为LiOH溶液，电极B为阴极，则电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解过程中Li＋向电极B迁移。
(3)在钢制品上电镀铝，故钢制品作阴极，与电源负极相连。由于电镀过程中“不产生其他阳离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则电镀过程中阴极反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl。若电解液改为氯化铝水溶液，水溶液中得电子能力：Al3＋
第5课时 电解原理的应用
[核心素养发展目标]
1.变化观念与平衡思想：通过对氯碱工业、电镀、铜的电解精炼等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。
2.证据推理与模型认知：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、氯碱工业
1．氯碱工业概念
用电解饱和食盐水的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。
2．氯碱工业原理
(1)通电前，氯化钠溶液中含有四种自由移动的离子，它们是Na＋、Cl－、H＋、OH－。
(2)通电时，移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－在阳极放电，移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋在阴极放电，因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。
①电解饱和食盐水的原理示意图
②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，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，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量和质量。
(3)电极反应式和总反应方程式
①阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2H＋＋2e－===H2↑；
②总反应的化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；
总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。
(1)电解饱和食盐水时，阴极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑( )
(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的为阳极区( )
(3)电解饱和食盐水时，阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)( )
(4)电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠( )
(5)利用电解饱和食盐水可制得“84”消毒液( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
按如图所示安装仪器，电极材料为石墨，电解质溶液为饱和食盐水(同时滴入几滴酚酞)。
(1)实验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。
(2)用惰性电极电解饱和食盐水的过程中，收集到的Cl2的体积一般小于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。
(3)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，使溶液变红色。
(4)若用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点？如何改进？
提示 该装置的缺点是电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中，为避免这几种产物混合，需要使反应在特殊的电解槽中进行。工业上在阴极区和阳极区之间设置一个离子交换膜，阻止OH－向阳极区移动，使氯气与氢氧化钠不能发生反应，从而制得烧碱、氯气和氢气。
1．关于电解NaCl溶液，下列叙述正确的是( )
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
答案 B
解析 电解NaCl溶液的化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极得到Cl2，阴极得到H2，A项错误；向阳极附近的溶液中滴入KI溶液，由于I－比Cl－更容易失电子，故2I－－2e－===I2，溶液呈棕色，B项正确；由于阴极区2H＋＋2e－===H2↑，消耗了H＋，造成阴极区c(OH－)相对增大，滴入酚酞溶液，溶液变红，C项错误；电解后的溶液实质上是NaOH、NaCl和NaClO的混合溶液，呈碱性，D项错误。
2.在新冠肺炎疫情期间，“84”消毒液是环境消毒液之一。某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和食盐水，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。
完成下列填空：
(1)a为电源的________极，c为电解池的________极(填“正”“负”或“阴”“阳”)。
(2)d电极上发生的电极反应式：____________________，电解产生消毒液的总化学方程式为________________________________________________________________________。
答案 (1)负 阳 (2)2H＋＋2e－===H2↑ NaCl＋H2ONaClO＋H2↑
解析 电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，该学生的目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液，即要让Cl2与NaOH溶液充分混合反应。所以应在下端产生Cl2，上端产生NaOH，则a为负极，b为正极，c为阳极，d为阴极，Cl2和NaOH溶液反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故电解产生消毒液的总化学方程式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑。
3．工业电解饱和食盐水制烧碱时需阻止OH－移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如图)(F处加少量NaOH以增加溶液导电性)。
(1)C、D分别是直流电源的两电极，C是电源________极，D是电源________极。
(2)电解一段时间后，________由A口导出，________由B口导出。阴极附近碱性增强的原因是(用电极反应式表示)___________________________________________________。
(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，发生的反应可用离子方程式表示为________________________________________________________________________。
答案 (1)负 正
(2)Cl2 H2 2H＋＋2e－===H2↑
(3)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
解析 (1)阳离子向阴极方向移动，由Na＋移动方向知右侧电极为阴极，C、D分别是直流电源的两电极，故C是电源负极，D是电源正极。
(2)电解一段时间后，左侧电极产生Cl2，右侧电极产生H2和NaOH，因此由电解池图可知Cl2从A口导出，H2从B口导出，由于阴极附近发生的是电解水的反应，产生的H＋不断形成氢气析出，导致溶液中OH－浓度增大，碱性增强，用电极反应式表示为2H＋＋2e－===H2↑。
(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，与Cl2发生反应，离子方程式表示为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。
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，而且阻止阴离子(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NaClO而影响烧碱的质量和产量。
二、铜的电解精炼 电镀
1．铜的电解精炼
(1)装置
(2)粗铜成分
①主要成分：Cu。
②杂质金属：比铜活泼的有Zn等。不比铜活泼的有Ag、Au等。
(3)电极反应
2．电镀
(1)概念：应用电解原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀除了提升美观和增加表面强度之外，更主要的目的是增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化等。
(2)基础实验：铁钉镀锌
根据电解原理，设计在铁钉上镀锌的实验方案
电
镀
原
理
阳极：Zn－2e－===Zn2＋
阴极：Zn2＋＋2e－===Zn
电
镀
方
案
电极
材料
阳极：锌片
阴极：铁钉
电镀液
ZnCl2
溶液
镀件
铁钉
(3)某电镀银实验装置如图所示。
请回答下列问题：
①银为镀层金属，与直流电源的正极相连，作阳极；
待镀金属与直流电源的负极相连，作阴极；
含银离子的溶液为电镀液，含有镀层金属离子。
②阳极反应式为Ag－e－===Ag＋；
阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag。
③可观察到的现象是待镀金属表面镀上一层光亮的银，银不断溶解。
④含银离子的溶液浓度的变化是不变。
(4)电镀的特点是阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
(1)在Fe上镀Ag，应用Fe作阳极，Ag作阴极，用AgNO3溶液作电镀液( )
(2)电解精炼铜和电镀铜，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变( )
(3)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极( )
(4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(5)电解精炼铜和电镀铜过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加都相等( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
1．在铁上镀锌时，溶液中的阳离子有两种，为什么在阴极是锌离子得电子而不是氢离子得电子被还原？
提示 因为锌离子浓度远大于氢离子浓度，所以是锌离子得电子。
2．构成电镀池的条件是什么？
提示 ①镀层金属与直流电源的正极相连，作阳极；
②待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极；
③用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。
④形成闭合回路。
3．电镀的两个主要特点是什么？
提示 ①阳极本身参与电极反应；②电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
4．电解精炼铜的过程中，溶液中Cu2＋的浓度如何变化？
提示 电解精炼过程中，阳极上金属铜和比铜活泼的金属杂质(如锌等)转化为阳离子进入溶液，阴极上只发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，电解精炼过程中电解质溶液中Cu2＋的浓度减小。
1．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子
答案 A
解析 电镀原理是镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
2．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是( )
A．电解时以纯铜作阳极
B．电解时阴极发生氧化反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应式是Cu－2e－===Cu2＋
D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
答案 D
解析 电解精炼铜时，粗铜应作阳极，纯铜作阴极，故A错误；阳极与电池的正极相连，发生氧化反应，阴极与电池的负极相连，发生还原反应，故B错误；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，故C错误；金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag>Pt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式在阳极附近沉积下来，故D正确。
3．如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。
(1)甲池若为电解精炼铜的装置，则A极为________极，电极材料是________，电极反应式为________________________________________________________________________，电解质溶液可以是____________。
(2)乙池中铁极的电极反应为__________________。
(3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为________装置，电解一段时间后，电解质溶液的浓度________。
答案 (1)阴 纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu CuSO4溶液(答案合理即可) (2)Ag＋＋e－===Ag (3)电镀 不变
解析 (1)由题图可知，甲池中A极为阴极，B极为阳极，在电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，故A为纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。电解质溶液应为含有Cu2＋的盐溶液，如CuSO4溶液等。(2)由题图可知，乙池中铁极作阴极，石墨作阳极，故铁极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。(3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为电镀池，电镀过程中电解质溶液的浓度不变。
(1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
(2)电镀过程中“一不变”：指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。
题组一 氯碱工业
1．工业上以食盐为原料不能制取( )
A．Cl2 B．NaOH C．HCl D．H2SO4
答案 D
解析 电解氯化钠的水溶液可以得到氢氧化钠、氢气和氯气，氢气和氯气反应可以得到HCl，故A、B、C均正确，工业上以食盐为原料不能制取硫酸，故D错误。
2．(2020·柳州高二检测)某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是( )
A．石墨电极与直流电源负极相连
B．用湿润淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色
C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向石墨电极迁移
D．铜电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案 D
3．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是( )
A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气
B．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过
C．装置中发生反应的离子方程式为Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D．该装置将电能转化为化学能
答案 C
解析 由图看出①处为电解池阳极产生氯气，②处为电解池阴极产生氢气，A对；该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过，能防止氯气与碱反应，且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液，B对；电解饱和食盐水有烧碱生成且H2O应写化学式，C错；电解装置是将电能转化为化学能的装置，D对。
4．(2020·天津模拟)如图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是( )
A．电解一段时间后，往蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞溶液，呈红色
B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应
C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
答案 D
解析 碳棒与电源正极相连，作阳极，溶液中的Cl－在该电极上发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，滴加酚酞溶液，溶液颜色无变化，A错误；铁丝与电源负极相连，作阴极，H＋在该电极上发生还原反应生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，B错误，铁丝表面生成的气体是氢气，不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，C错误；蛋壳相当于隔膜，阻止氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触，D正确。
题组二 电镀和铜的电解精炼
5.如图是某同学用Cu片在Fe片上镀铜的实验装置，下列说法正确的是( )
A．Cu2＋在A极被还原
B．溶液蓝色逐渐变浅
C．Cu片为A极，Fe片为B极
D．若A极和B极直接相连，则金属铜被氧化
答案 C
解析 A极上金属铜发生失电子的氧化反应，故A错误；在电镀池的阴极上发生电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极上发生电极反应：Cu－2e－===Cu2＋，电镀液中铜离子浓度不变，溶液颜色不变，故B错误；用Cu片在Fe片上镀铜时，Fe片为阴极，则Cu片为阳极，Fe片为B极，Cu片为A极，故C正确；A极和B极直接相连，相当于形成原电池，铜作正极，铁片作负极被氧化，故D错误。
6．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。
7．甲学生想在铁制钥匙上镀铜，乙学生想在铜制汤匙上镀银，甲、乙两学生设计的装置分别如图a、b所示。下列叙述正确的是( )
A．甲学生的装置有错误，铁制钥匙应连接电源的负极
B．两学生均应使用硫酸铜溶液作电镀液
C．图b中铜制汤匙上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
D．若图b中的电镀液为硝酸银溶液，则电镀后电镀液的浓度减小
答案 A
解析 电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，因此甲学生应将铁制钥匙连接在电源的负极上，A项正确；电镀液一般选用含有镀层金属离子的盐溶液，因此乙学生应使用可溶性银盐溶液，B项错误；图b中铜制汤匙上发生的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，C项错误；若图b中的电镀液为硝酸银溶液，则阳极上发生的反应为Ag－e－===Ag＋，阴极上发生的反应为Ag＋＋e－===Ag，故电镀后电镀液的浓度保持不变，D项错误。
题组三 电解应用的有关计算
8．下列关于氯碱工业的说法正确的是( )
A．用离子交换膜法制烧碱可获得较纯净的产品，且不会对环境造成污染
B．电解的总反应离子方程式为2Cl－＋2H2O===Cl2↑＋2OH－＋H2↑
C．当阳极附近有0.8 mol NaOH生成时，导线中就有0.8 mol 电子通过
D．电解饱和食盐水可生产盐酸，也可以生产“84”消毒液
答案 D
解析 A项，离子交换膜法制烧碱的过程中有氯气生成，对环境有一定污染，错误；B项，电解离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑，应标明反应条件，错误；C项，阳极发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，NaOH在阴极生成，错误；D项，电解饱和食盐水生成的氯气和氢气可以生产盐酸，氯气和烧碱溶液反应可以生产“84”消毒液，正确。
9．(2020·山东实验中学月考)用含少量银和锌的粗铜作阳极、纯铜作阴极、硫酸酸化的硫酸铜溶液作电解液，电解一段时间后，阳极质量减少了x g(不考虑进入阳极泥的质量)，则下列说法正确的是( )
A．电解质溶液质量增加x g
B．阴极质量增加x g
C．若阴极质量增加a g，则a>x
D．若阴极质量增加b g，则b
解析 由题意可知，阳极上先发生反应Zn－2e－===Zn2＋，后发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当阳极上Zn失电子生成Zn2＋时，阴极上Cu2＋得电子生成Cu，则阴极上增加的质量小于阳极上减少的质量。
题组四 电解原理的综合应用
10．中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种：一是铝的工业制备，二是氯碱工业，三是金属钠的制备。下列关于这三种工业生产的描述正确的是( )
A．电解法制金属钠时，阳极反应式：Na＋＋e－===Na
B．电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性
C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生
D．氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl，在电解时它们的阴极都是Cl－失电子
答案 B
解析 A项，阴极反应式为Na＋＋e－===Na，错误；B项，氧化铝和氢氧化铝具有两性，在分离提纯时可用NaOH溶液将其溶解，过滤除去难溶物，再将AlO转化成Al(OH)3，Al(OH)3热分解即得Al2O3，正确；C项，阴极产物为H2和NaOH，阳极产物为Cl2，错误；D项，阳极都是Cl－失电子，错误。
11．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是( )
A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．甲溶液可循环利用
C．离子交换膜a是阴离子交换膜
D．当电路中通过2 mol电子时，会有1 mol H2生成
答案 C
解析 A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，氢离子放电生成氢气，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，错误；D项，阴极发生还原反应，氢离子放电生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，当电路中通过2 mol电子时，会有1 mol H2生成，正确。
12．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；阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，溶液的pH变大，B项错误；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变大， Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，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。
13.如图所示是电解饱和氯化钠溶液(含酚酞)的部分装置。两电极均是惰性电极。
(1)电解过程中阴极附近可观察到的现象为________________________________________。
(2)确定N出口的气体最简单的实验方法是________________________________________。
(3)电解的总反应离子方程式为____________________。
(4)若开始时将b电极换成铁作电极，电解液仍为NaCl溶液，写出在电解过程中U形管底部出现的现象：__________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)有气泡产生，溶液变成红色 (2)将湿润的淀粉碘化钾试纸放在N出口，若试纸变蓝则说明是Cl2
(3)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(4)底部有白色沉淀生成，很快变成灰绿色，最终变为红褐色
解析 (1)根据电子流向，连接a的一端是电源负极，连接b的一端是电源正极，所以a是阴极，b是阳极，电解氯化钠溶液时，阴极上氢离子得电子生成氢气，阴极附近溶液呈碱性，故附近溶液呈红色。
(2)b是阳极，阳极上氯离子失电子生成氯气，所以N出口的气体是氯气，氯气能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。
(3)通过以上分析知，反应物是氯化钠和水，产物是氯气、氢气和氢氧化钠，电解的总反应离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。
(4)若将b电极换成铁作电极，铁是活泼电极，在电解氯化钠溶液时，阳极上铁失电子变成二价铁离子进入溶液，阴极上还是氢离子得电子生成氢气，随着电解的进行，溶液中有氢氧根离子生成，二价铁离子和氢氧根离子结合生成白色的氢氧化亚铁沉淀，白色的氢氧化亚铁不稳定，很快变成灰绿色，最终变为红褐色的氢氧化铁。
14．某同学设计了一个燃料电池(如图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。
根据要求回答相关问题：
(1)通入氢气的电极为______(填“正极”或“负极”)，负极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)石墨电极为______(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，________(填“Fe电极”或“石墨电极”)区的溶液变红。
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将______(填“增大”“减小”或“不变”)。纯铜电极上的电极反应式为_________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)负极 H2－2e－＋2OH－===2H2O
(2)阳极 Fe电极 (3)减小 Cu2＋＋2e－===Cu
解析 (1)通入氢气的电极为负极；由于电解质溶液是碱性的，所以该电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(2)由于Fe电极与电源的负极连接，所以铁电极为阴极，石墨电极为阳极；反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，溶液中的H＋在阴极(Fe电极)放电，破坏了附近的水的电离平衡，该区域的溶液显碱性，因此Fe电极区的溶液变红。
(3)因为粗铜中的锌等活动性比Cu强的杂质金属优先失去电子，而得到电子的只有Cu2＋，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度会减小；纯铜电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
15．电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题：
(1)如图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为______________________________。
(2)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。电极B区电解液为____________(填化学式)溶液，阳极电极反应式为________________，电解过程中Li＋向电极________(填“A”或“B”)迁移。
(3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为__________________________。
若改用氯化铝水溶液作电解液，则阴极产物为____________________________________。
答案 (1)a NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O
(或NO＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O、2NO＋O2===2NO2)
(2)LiOH 2Cl－－2e－===Cl2↑ B
(3)负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2
解析 (1)电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中，含有杂质的粗银作阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，则该装置中a极为含有杂质的粗银。该电解池的b极为阴极，阴极上有红棕色气体生成，可知NO被还原为NO2，电极反应式为NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O。
(2)根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，电极B区生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，剩余OH－与Li＋结合生成LiOH，所以电极B区电解液为LiOH溶液，电极B为阴极，则电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解过程中Li＋向电极B迁移。
(3)在钢制品上电镀铝，故钢制品作阴极，与电源负极相连。由于电镀过程中“不产生其他阳离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则电镀过程中阴极反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl。若电解液改为氯化铝水溶液，水溶液中得电子能力：Al3＋
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