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人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池第二课时学案及答案
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这是一份人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池第二课时学案及答案，共19页。
第二课时 电解原理的应用
[明确学习目标] 1.了解电解在氯碱工业中的应用。2.了解电解在电镀、电解精炼及电冶金方面的应用。
1．电解饱和食盐水
把电解饱和食盐水的工业生产叫氯碱工业。
(1)原理
①通电前，氯化钠溶液中含有的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。通电时，移向阳极的离子是Cl－、OH－，移向阴极的离子是Na＋、H＋。
②阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；
因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。
③电解的总反应式
化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；
离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(2)电解饱和食盐水原理示意图
2．电镀
(1)定义
电镀是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方法。
(2)电镀池的构成
电镀过程中，电镀液的性质(包括浓度)不发生变化。
(3)电镀原理也应用于金属的电解精炼。如电解精炼铜的原理构造图如下：
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，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－===M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。
如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：
阳极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应式为：Na＋＋e－===Na；
总反应方程式为2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液。( )
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。( )
(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。( )
(4)电解精炼铜时，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．若在铜片上镀银，下列叙述正确的是( )
①将铜片接在电源的正极上 ②将银片接在电源的正极上 ③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag
④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ⑤需用硫酸铜溶液为电镀液 ⑥需用硝酸银溶液为电镀液
A．①③⑥ B．②③⑥
C．①④⑤ D．②③④⑥
答案 B
3．在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是( )
A．都是轻金属 B．都是活泼金属
C．成本低廉 D．化合物熔点较低
答案 B
知识点一 离子交换膜法制烧碱
1．离子交换膜法电解饱和食盐水制烧碱的主要原理是使用的阳离子交换膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na＋通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应生成NaClO而影响烧碱纯度的作用，其装置如图所示。
2．粗盐中的SO能影响NaOH的纯度而Mg2＋、Ca2＋在电解过程中生成的Mg(OH)2、Ca(OH)2会堵塞阳离子交换膜，因此粗盐要进行提纯精制后才用于电解。
[解析] (2)阳离子交换膜只允许阳离子通过而不允许阴离子通过，所以一方面可以阻止Cl2与H2反应，另一方面可以提纯NaOH。
(3)由于左侧得到Cl2，而Na＋移向右侧，所以不断消耗NaCl，所以从a位置不断补充NaCl，右侧生成H2，留下大量的OH－，随着Na＋的不断移入，NaOH浓度不断变大，所以从d位置流出NaOH的浓溶液。
[答案] (1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(2)防止生成的Cl2与H2反应 由于离子交换膜具有选择透过性，所以可以得到纯度较高的NaOH溶液(答案合理即可)
(3)a d
有关电解规律类题的解题步骤
(1)通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H＋和OH－)。
(2)通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合离子放电顺序分析谁优先放电(注意活性电极作阳极时阳极本身被氧化)。
(3)正确书写电极反应式，电极反应式遵循原子守恒和电荷守恒。
(4)结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、溶液pH变化等。
[练1] 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NaCl溶液，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，则下列对电源电极名称和消毒液主要成分判断正确的是( )
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
答案 B
解析 用石墨作电极电解饱和NaCl溶液的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，为使Cl2被完全吸收制成有较强杀菌能力的NaClO和NaCl消毒液，结合题图可知，应在发生器下端产生Cl2，故下端为阳极，a、b分别为电源负极和正极，发生器底部为Cl－放电生成Cl2，Cl2再与阴极产物NaOH反应生成NaCl和NaClO。
[练2] 焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式： 。
(2)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为 。电解后， 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
答案 (1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O
(2)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
解析 (1)亚硫酸氢钠过饱和溶液经结晶脱水生成焦亚硫酸钠，根据原子守恒可知反应的方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。
(2)阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根离子放电，则电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。阳极区氢离子浓度增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。阴极是氢离子放电，氢氧根离子浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室的亚硫酸氢钠浓度增加。
知识点二 镀件上镀铜和电解精炼铜
1．铁钉上镀铜
概念
应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法
目的
增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观
实质
电镀是电解原理的一种重要应用
构成条件(以在铁钉上镀铜为例)
阴极
待镀的金属制品：铁钉
阳极
镀层金属：铜
电镀液
含有镀层金属离子的盐溶液：CuSO4溶液
装置图
电极反应
阳极：Cu－2e－===Cu2＋阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
特点
“一多、一少、一不变”：一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变
2．电解法由粗铜(含Zn、Fe、Ni、Au、Pt、Ag等杂质)制精铜
目的
冶炼铜矿石所获得的铜是粗铜，含杂质多，这些杂质的存在使铜的导电能力减弱，不能用于工业生产，必须通过电解法除去这些杂质以得到精铜
装置
续表
电极材料
阳极：粗铜；阴极：精铜
电解质溶液
硫酸酸化的CuSO4溶液
电极反应式及电极产物分析
阳极
Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
Ni－2e－===Ni2＋
Cu－2e－===Cu2
粗铜中除铜外还含有少量较活泼的Zn、Fe、Ni以及不如铜活泼的Au、Ag、Pt等。Cu失电子形成Cu2＋时，Zn、Fe、Ni等优先放电，形成Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等进入电解质溶液；比铜活动性差的Au、Ag、Pt等不发生反应，以金属单质的形式沉积在阳极区，从而形成阳极泥
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
电解过程中，Cu2＋比H＋、Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等优先在阴极放电而析出，Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等则留在溶液中
电解质溶液浓度的变化
在阳极上溶解的金属有Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据得失电子守恒原理可知，阳极产生的铜离子数目和阴极得电子变成单质铜的铜离子数目不相等，所以电解质溶液中Cu2＋的浓度减小
[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，精铜作阴极，故A为精铜，电极反应为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。
[答案] (1)阴 精铜 Cu2＋＋2e－===Cu CuSO4溶液(合理即可)
(2)Ag＋＋e－===Ag (3)电镀 不变
电镀和电解精炼铜的规律
(1)电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属阳离子的溶液作电解液。
(2)电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。
(3)电解精炼铜时，粗铜中的银、金等活泼性差的金属会以单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥；而活泼性比Cu强的金属(如Zn、Ni等)会以金属阳离子的形式进入溶液。
(4)电解精炼铜时，电解液的浓度会减小。
[练3] 粗铜中除含有铜以外，还有少量锌、铁、银、镍(已知还原性：Fe>Ni>Cu)，在如图所示的装置中，用纯铜和粗铜作为两电极进行电解，下列有关叙述中，正确的是( )
A．可检测到电解液中有Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋
B．可检测到电解液中有Fe3＋、Zn2＋、Ag＋
C．电解过程中，溶液中的铜离子浓度保持不变
D．通电一段时间后，取出两电极，称得粗铜极减小的质量等于纯铜极增加的质量
答案 A
解析 粗铜上的锌、铁、铜、镍失电子生成Zn2＋、Fe2＋、Cu2＋、Ni2＋，银以单质形式沉积于阳极底部形成阳极泥。溶液中的铜离子浓度略有减小，粗铜极减小的质量不一定等于纯铜极增加的质量。
[练4] 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。
(1)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，阴极电极反应为 。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为 。
(2)为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为 mol。
答案 (1)负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2 (2)3
解析 (1)电镀时，钢制品为镀件，应作阴极，故应与电源负极相连。根据题意，阴极发生得电子的还原反应，应生成金属铝，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，则Al2Cl、AlCl参与电极反应，故阴极的电极反应为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl。电解AlCl3水溶液时，阴极为H＋得电子生成H2。
(2)铝与NaOH溶液的反应中，还原产物为H2，当反应转移6 mol电子时，生成3 mol H2。
知识拓展
有关电解计算的类型及方法
(1)常见计算类型
①两极产物的定量计算(求析出固体的质量、产生的气体在标准状况下的体积等)。
②相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算。
③求某元素的化合价或确定物质的化学式。
④根据电荷量求产物的量或根据产物的量求电荷量等。
(2)解答此类题的常用方法
①根据得失电子守恒法计算：用于串联电路中阴、阳两极产物等类型计算，其依据是转移的电子数相同。
②根据总反应计算：先写出电极反应，再写出总反应，最后根据总反应列比例式求解。
③关系式法计算：根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。
本课归纳总结
1．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中正确的是( )
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。
2．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常用电解精炼法将粗铜提纯，在电解精炼铜时( )
A．粗铜接电源负极
B．纯铜作阴极
C．杂质都将以单质形式沉积到池底
D．纯铜增重2.56 g，电路中通过电子0.04 mol
答案 B
解析 电解精炼铜时，粗铜作阳极，接电源正极，纯铜作阴极，A错误，B正确。由金属活动性顺序Zn>Cu>Ag>Au可知，首先锌失去电子进入溶液，然后铜失去电子，铜溶解后，Au、Ag以单质形式沉积到池底，C错误。纯铜增重2.56 g时，得到电子：×2＝0.08 mol，即电路中通过电子0.08 mol，D错误。
3．如图所示为电解饱和食盐水的简易装置图，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。
4．下列有关电化学的示意图正确的是( )
答案 D
解析 CuSn原电池中，锡比铜活泼，作负极，故A错误；电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，则粗铜应与电源的正极相连，故B错误；电镀时镀层金属作阳极，铁片上镀锌，所以锌为阳极，即锌片与电源的正极相连，故C错误；电解饱和食盐水，根据电流流向判断碳棒为阳极，阳极发生氧化反应生成氯气，检验氯气用KI－淀粉溶液，阴极发生还原反应生成氢气和氢氧化钠，氢氧化钠能使酚酞溶液变红色，收集的气体经点燃可证明为H2，该装置能验证氯化钠溶液的电解产物，故D正确。
5．早在1807年，化学家戴维用电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH4Na＋O2↑＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：3Fe＋4NaOHFe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是( )
A．电解熔融氢氧化钠制钠，阳极发生的电极反应为2OH－－2e－===H2↑＋O2↑
B．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不同
D．目前工业上常用电解熔融氯化钠法制钠(如图)，电解槽中石墨为阴极，铁为阳极
答案 C
解析 由4NaOH4Na＋O2↑＋2H2O可知，阳极氢氧根离子放电生成氧气和水，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故A错误；Na的还原性强于Fe，盖·吕萨克法是利用在1100 ℃时生成Na蒸气，有利于反应正向移动，故B错误；由4NaOH4Na＋O2↑＋2H2O、3Fe＋4NaOH1100 ℃,Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑可知，戴维法生成4 mol Na转移4 mol电子，但盖·吕萨克法生成4 mol Na转移8 mol电子，则转移的电子数不等，故C正确；用电解熔融氯化钠法制钠时，石墨为阳极，铁作阴极，Cl－在阳极放电，阴极上Na＋放电，故D错误。
6．某同学设计一个燃料电池(如下图所示)，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“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。
(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”)。精铜电极上的电极反应式为 。
答案 (1)负极' H2－2e－＋2OH－===2H2O
(2)阳极'铁极'
(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)由于石墨电极与电源的正极连接，所以石墨电极为阳极，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，因此铁极的溶液先变红。
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，因为粗铜中有活动性比Cu强的金属失去电子，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；精铜电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
课时作业
一、选择题(本题共7小题，每小题只有1个选项符合题意)
1．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )
A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Zn2＋
B．铂作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋
C．铁作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2＋
D．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋
答案 A
解析 本题中镀层金属为锌，即金属锌作阳极；铁制品为待镀制品，即铁制品作阴极。需选用含有Zn2＋的溶液为电镀液。
2．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(氧化性：Fe2＋
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中不可能有Fe和Zn
答案 D
解析 电解池阳极发生氧化反应Ni－2e－===Ni2＋(主要)。因为粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质，电解过程中，阳极中Fe、Zn、Ni会溶解，而阴极只析出Ni，故阳极质量的减少与阴极质量的增加不一定相等。电解后，溶液中存在的金属阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还可能含有Ni2＋，电解槽底部的阳极泥中不可能存在Fe、Zn，因为Fe、Zn比Ni活泼。
3．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，设计了四个实验，你认为可行的方案是( )
答案 C
解析 Ag不能和HCl自发进行氧化还原反应，所以要使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，应该设计成电解池，Ag失电子发生氧化反应，所以Ag作阳极，H＋得电子发生还原反应，所以电解质溶液中H＋放电，则符合条件的是C项。
4．电解CuSO4溶液时，若要达到以下三个要求：①阳极质量减少；②阴极质量增加；③电解液中c(Cu2＋)不变，则可选用的电极是( )
A．纯铜作阳极，含Zn、Ag的Cu合金作阴极
B．含Zn、Ag的Cu合金作阳极，纯铜作阴极
C．纯铁作阳极，纯铜作阴极
D．石墨作阳极，惰性电极(Pt)作阴极
答案 A
解析 根据题目中的三个要求，很显然是电镀铜原理，只要选择纯铜作阳极，就可使阳极质量减少，阴极质量增加，电解液中c(Cu2＋)不变。
5．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池如图所示，电解总反应：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
答案 A
解析 由电解总反应可知Cu参加了反应，且Cu作阳极，应与电源正极相连，发生氧化反应，其电极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O；石墨作阴极，其电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；当电路中转移0.1 mol电子时，生成0.05 mol Cu2O。
6．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据两极放电的离子，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )
A．阴极自始至终只析出H2
B．阳极先析出Cl2，后析出O2
C．电解最后阶段为电解水
D．溶液的pH不断增大，最后为7
答案 D
解析 由题意可知n(H＋)∶n(Cl－)＝2∶3，在阴极H＋放电，在阳极先是Cl－放电，然后是OH－放电；反应开始时H＋、Cl－在两极放电，相当于电解HCl；H2SO4电离出的H＋放电完全后，在两极放电的是由水电离出的H＋和剩余的Cl－，相当于电解NaCl的水溶液；Cl－放电完全后，在两极放电的是水电离出的H＋和OH－，相当于电解水。随着电解的进行，溶液的pH不断增大，但最后溶质是NaOH和Na2SO4，所以溶液的pH不会为7。
7. 21世纪是钛的世纪。在800～1000 ℃时电解TiO2可制得钛，装置如图所示。下列叙述正确的是( )
A．a为电源的正极
B．石墨电极上发生还原反应
C．阴极发生的反应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
D．每生成0.1 mol Ti，转移0.2 mol电子
答案 C
解析 由O2－的移动方向可知，石墨电极为阳极，故b为电源正极，A错误；石墨电极上发生氧化反应，B错误；每生成0.1 mol Ti，转移电子0.4 mol，D错误。
二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)
8．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是( )
A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液的pH不变
B．电解稀NaOH溶液，要消耗OH－，故溶液的pH减小
C．电解Na2SO4溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解CuCl2溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
答案 D
解析 电解水后，H＋的浓度增大，溶液的pH减小，A项错误；电解NaOH溶液相当于电解水，OH－的浓度增大，溶液的pH增大，B项错误；电解Na2SO4溶液相当于电解水，阴极上析出的H2和阳极上析出的O2的物质的量之比为2∶1，C项错误；电解CuCl2溶液，阴极上析出的Cu和阳极上析出的Cl2的物质的量之比为1∶1，D项正确。
9．用NaOH溶液吸收SO2，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。其中阴阳膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．阳极区酸性减弱
B．阴极区电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
C．该过程中的产品主要为H2SO4
D．电解时两个电极都只能用惰性电极
答案 BC
解析 电解池中，阳极不是活性电极时，放电的是阴离子，因HSO、SO的放电能力比OH－强，故阳极的电极反应为HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋，SO＋H2O－2e－===SO＋2H＋，故H＋浓度增大，酸性增强，A项错误；电解池中，阴极区是溶液中的H＋放电，产生H2，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B项正确；该过程中的产品主要为H2SO4，C项正确；阴极区阳离子的放电顺序与电极材料无关，故阴极区电极可以为活性电极，D项错误。
10．某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理。分别以铅片、铝片为电极，以硫酸为电解液，按照如图所示连接电解装置，电解40 min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30 min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是( )
A．电解时电子流向：电源负极→导线→铝极，铅极→导线→电源正极
B．在电解过程中，H＋向阳极移动，SO向阴极移动
C．在电解过程中，阳极周围溶液的pH下降
D．电解的总反应：2Al＋6H＋2Al3＋＋3H2↑
答案 C
解析 根据装置示意图分析可知，铝片为阳极，铅片为阴极，所以电解时电子的流向：电源负极→导线→铅极，铝极→导线→电源正极，A错误；电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，B错误；根据题意，电解的总反应方程式：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，阳极的电极反应：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，阳极周围溶液的pH下降，C正确，D错误。
11．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6 mol/L，用石墨作电极电解此溶液，通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(K＋)为2 mol/L
B．上述电解过程中共转移2 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为4 mol/L
答案 AD
解析 石墨作电极电解此溶液，阳极为OH－放电，阴极先是Cu2＋放电，然后是H＋放电，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，即各收集1 mol气体：
阳极4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，
4 mol 4 mol 1 mol
阴极Cu2＋＋2e－===Cu 2H＋＋2e－===H2↑
1 mol 2 mol 1 mol 2 mol 2 mol 1 mol
c(Cu2＋)＝＝2 mol/L，由电荷守恒可知，原混合溶液中c(K＋)＝6 mol/L－2 mol/L×2＝2 mol/L，故A正确；由上述分析可知，电解过程中转移电子为4 mol，故B错误；电解得到的Cu的物质的量为1 mol，故C错误；电解后溶液中c(H＋)＝＝4 mol/L，故D正确。
三、非选择题(本题共2小题)
12．如图两个装置中用滴有酚酞的NaCl溶液作电解质溶液，进行化学能和电能相互转化的研究。请回答：
(1)写出两个铁电极上的电极反应式。
甲： ；
乙： 。
(2)乙装置中 电极(填“Fe”或“石墨”)附近的溶液先变红。
(3)检验乙中石墨电极反应产物的方法及现象是 。
(4)如果起始时乙中盛有足量的一定浓度的CuSO4溶液，反应一段时间后，要使溶液恢复到起始状态，可向溶液中加入一定量的 (填化学式)。
答案 (1)Fe－2e－===Fe2＋ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(2)Fe
(3)用湿润的淀粉－KI试纸靠近石墨电极所在一侧的支管口，试纸变蓝
(4)CuO(或CuCO3)
解析 (1)甲是原电池。铁作负极失去电子变成Fe2＋；乙中铁是阴极，H＋在阴极放电生成H2。
(2)由于电解时阴极附近先生成OH－，故铁电极附近先变红色。
(3)石墨电极上产生的是氯气，可用湿润的淀粉－KI试纸检验。
(4)电解CuSO4溶液可得到H2SO4、Cu和O2：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，故加入适量的CuO或CuCO3即可。
13．如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：
(1)B极是电源的 极，一段时间后，甲中溶液颜色 ，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明氢氧化铁胶体粒子带 电荷(填“正”或“负”)，在电场作用下向 极移动(填“X”或“Y”)。
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为 。
(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是 (填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是 (填化学式)溶液。常温下，当乙中溶液的pH是13时(此时乙中溶液的体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为 ，甲中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生总反应的离子方程式为 。
答案 (1)负 逐渐变浅 正 Y
(2)1∶2∶2∶2
(3)镀件 AgNO3 5.4 g 变小
(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋
解析 将直流电源接通后，F极附近呈红色，说明F极附近溶液显碱性，可知氢离子在该电极放电，所以F极是阴极，B为电源负极、A为电源正极，可得出D、F、H、Y均为阴极，C、E、G、X均为阳极。
(1)由上述分析可知，B极是电源的负极；C、D电极发生的电极反应分别为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋浓度逐渐减小，故甲中溶液颜色逐渐变浅；Y极是阴极，该电极附近颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶体粒子向该电极移动，异种电荷相互吸引，所以氢氧化铁胶体粒子带正电荷。
(2)C、D、E、F电极发生的电极反应分别为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu、2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当各电极转移电子的物质的量均为1 mol时，生成单质的物质的量分别为0.25 mol、0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol，所以单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。
(3)电镀装置中，镀层金属必须作阳极，镀件作阴极，所以H应该是镀件，电镀液含有镀层金属阳离子，故电镀液为AgNO3溶液；当乙中溶液的pH为13，即c(OH－)＝0.1 mol·L－1时(此时乙中溶液的体积为500 mL)，根据电极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则放电的氢离子的物质的量为0.1 mol·L－1×0.5 L＝0.05 mol，即转移电子的物质的量为0.05 mol，H极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，则可知此时丙中镀件上析出银的质量为108 g·mol－1×0.05 mol＝5.4 g；由甲中C、D两极的电极反应式2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu可知，电解过程中溶液中氢离子浓度增大，则甲中溶液的pH变小。
(4)若将C电极换为铁，则阳极铁失电子，阴极铜离子得电子，电解池总反应式为Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋。
第二课时 电解原理的应用
[明确学习目标] 1.了解电解在氯碱工业中的应用。2.了解电解在电镀、电解精炼及电冶金方面的应用。
1．电解饱和食盐水
把电解饱和食盐水的工业生产叫氯碱工业。
(1)原理
①通电前，氯化钠溶液中含有的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。通电时，移向阳极的离子是Cl－、OH－，移向阴极的离子是Na＋、H＋。
②阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；
因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。
③电解的总反应式
化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；
离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(2)电解饱和食盐水原理示意图
2．电镀
(1)定义
电镀是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方法。
(2)电镀池的构成
电镀过程中，电镀液的性质(包括浓度)不发生变化。
(3)电镀原理也应用于金属的电解精炼。如电解精炼铜的原理构造图如下：
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，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－===M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。
如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：
阳极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应式为：Na＋＋e－===Na；
总反应方程式为2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液。( )
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。( )
(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。( )
(4)电解精炼铜时，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．若在铜片上镀银，下列叙述正确的是( )
①将铜片接在电源的正极上 ②将银片接在电源的正极上 ③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag
④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ⑤需用硫酸铜溶液为电镀液 ⑥需用硝酸银溶液为电镀液
A．①③⑥ B．②③⑥
C．①④⑤ D．②③④⑥
答案 B
3．在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是( )
A．都是轻金属 B．都是活泼金属
C．成本低廉 D．化合物熔点较低
答案 B
知识点一 离子交换膜法制烧碱
1．离子交换膜法电解饱和食盐水制烧碱的主要原理是使用的阳离子交换膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na＋通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应生成NaClO而影响烧碱纯度的作用，其装置如图所示。
2．粗盐中的SO能影响NaOH的纯度而Mg2＋、Ca2＋在电解过程中生成的Mg(OH)2、Ca(OH)2会堵塞阳离子交换膜，因此粗盐要进行提纯精制后才用于电解。
[解析] (2)阳离子交换膜只允许阳离子通过而不允许阴离子通过，所以一方面可以阻止Cl2与H2反应，另一方面可以提纯NaOH。
(3)由于左侧得到Cl2，而Na＋移向右侧，所以不断消耗NaCl，所以从a位置不断补充NaCl，右侧生成H2，留下大量的OH－，随着Na＋的不断移入，NaOH浓度不断变大，所以从d位置流出NaOH的浓溶液。
[答案] (1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(2)防止生成的Cl2与H2反应 由于离子交换膜具有选择透过性，所以可以得到纯度较高的NaOH溶液(答案合理即可)
(3)a d
有关电解规律类题的解题步骤
(1)通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H＋和OH－)。
(2)通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合离子放电顺序分析谁优先放电(注意活性电极作阳极时阳极本身被氧化)。
(3)正确书写电极反应式，电极反应式遵循原子守恒和电荷守恒。
(4)结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、溶液pH变化等。
[练1] 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NaCl溶液，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，则下列对电源电极名称和消毒液主要成分判断正确的是( )
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
答案 B
解析 用石墨作电极电解饱和NaCl溶液的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，为使Cl2被完全吸收制成有较强杀菌能力的NaClO和NaCl消毒液，结合题图可知，应在发生器下端产生Cl2，故下端为阳极，a、b分别为电源负极和正极，发生器底部为Cl－放电生成Cl2，Cl2再与阴极产物NaOH反应生成NaCl和NaClO。
[练2] 焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式： 。
(2)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为 。电解后， 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
答案 (1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O
(2)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
解析 (1)亚硫酸氢钠过饱和溶液经结晶脱水生成焦亚硫酸钠，根据原子守恒可知反应的方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。
(2)阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根离子放电，则电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。阳极区氢离子浓度增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。阴极是氢离子放电，氢氧根离子浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室的亚硫酸氢钠浓度增加。
知识点二 镀件上镀铜和电解精炼铜
1．铁钉上镀铜
概念
应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法
目的
增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观
实质
电镀是电解原理的一种重要应用
构成条件(以在铁钉上镀铜为例)
阴极
待镀的金属制品：铁钉
阳极
镀层金属：铜
电镀液
含有镀层金属离子的盐溶液：CuSO4溶液
装置图
电极反应
阳极：Cu－2e－===Cu2＋阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
特点
“一多、一少、一不变”：一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变
2．电解法由粗铜(含Zn、Fe、Ni、Au、Pt、Ag等杂质)制精铜
目的
冶炼铜矿石所获得的铜是粗铜，含杂质多，这些杂质的存在使铜的导电能力减弱，不能用于工业生产，必须通过电解法除去这些杂质以得到精铜
装置
续表
电极材料
阳极：粗铜；阴极：精铜
电解质溶液
硫酸酸化的CuSO4溶液
电极反应式及电极产物分析
阳极
Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
Ni－2e－===Ni2＋
Cu－2e－===Cu2
粗铜中除铜外还含有少量较活泼的Zn、Fe、Ni以及不如铜活泼的Au、Ag、Pt等。Cu失电子形成Cu2＋时，Zn、Fe、Ni等优先放电，形成Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等进入电解质溶液；比铜活动性差的Au、Ag、Pt等不发生反应，以金属单质的形式沉积在阳极区，从而形成阳极泥
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
电解过程中，Cu2＋比H＋、Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等优先在阴极放电而析出，Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋等则留在溶液中
电解质溶液浓度的变化
在阳极上溶解的金属有Fe、Zn、Ni、Cu等，而在阴极上只有Cu析出，根据得失电子守恒原理可知，阳极产生的铜离子数目和阴极得电子变成单质铜的铜离子数目不相等，所以电解质溶液中Cu2＋的浓度减小
[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，精铜作阴极，故A为精铜，电极反应为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。
[答案] (1)阴 精铜 Cu2＋＋2e－===Cu CuSO4溶液(合理即可)
(2)Ag＋＋e－===Ag (3)电镀 不变
电镀和电解精炼铜的规律
(1)电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属阳离子的溶液作电解液。
(2)电镀后，电解质溶液中的离子浓度保持不变。
(3)电解精炼铜时，粗铜中的银、金等活泼性差的金属会以单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥；而活泼性比Cu强的金属(如Zn、Ni等)会以金属阳离子的形式进入溶液。
(4)电解精炼铜时，电解液的浓度会减小。
[练3] 粗铜中除含有铜以外，还有少量锌、铁、银、镍(已知还原性：Fe>Ni>Cu)，在如图所示的装置中，用纯铜和粗铜作为两电极进行电解，下列有关叙述中，正确的是( )
A．可检测到电解液中有Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋
B．可检测到电解液中有Fe3＋、Zn2＋、Ag＋
C．电解过程中，溶液中的铜离子浓度保持不变
D．通电一段时间后，取出两电极，称得粗铜极减小的质量等于纯铜极增加的质量
答案 A
解析 粗铜上的锌、铁、铜、镍失电子生成Zn2＋、Fe2＋、Cu2＋、Ni2＋，银以单质形式沉积于阳极底部形成阳极泥。溶液中的铜离子浓度略有减小，粗铜极减小的质量不一定等于纯铜极增加的质量。
[练4] 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。
(1)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，阴极电极反应为 。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为 。
(2)为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为 mol。
答案 (1)负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2 (2)3
解析 (1)电镀时，钢制品为镀件，应作阴极，故应与电源负极相连。根据题意，阴极发生得电子的还原反应，应生成金属铝，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，则Al2Cl、AlCl参与电极反应，故阴极的电极反应为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl。电解AlCl3水溶液时，阴极为H＋得电子生成H2。
(2)铝与NaOH溶液的反应中，还原产物为H2，当反应转移6 mol电子时，生成3 mol H2。
知识拓展
有关电解计算的类型及方法
(1)常见计算类型
①两极产物的定量计算(求析出固体的质量、产生的气体在标准状况下的体积等)。
②相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算。
③求某元素的化合价或确定物质的化学式。
④根据电荷量求产物的量或根据产物的量求电荷量等。
(2)解答此类题的常用方法
①根据得失电子守恒法计算：用于串联电路中阴、阳两极产物等类型计算，其依据是转移的电子数相同。
②根据总反应计算：先写出电极反应，再写出总反应，最后根据总反应列比例式求解。
③关系式法计算：根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。
本课归纳总结
1．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中正确的是( )
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。
2．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常用电解精炼法将粗铜提纯，在电解精炼铜时( )
A．粗铜接电源负极
B．纯铜作阴极
C．杂质都将以单质形式沉积到池底
D．纯铜增重2.56 g，电路中通过电子0.04 mol
答案 B
解析 电解精炼铜时，粗铜作阳极，接电源正极，纯铜作阴极，A错误，B正确。由金属活动性顺序Zn>Cu>Ag>Au可知，首先锌失去电子进入溶液，然后铜失去电子，铜溶解后，Au、Ag以单质形式沉积到池底，C错误。纯铜增重2.56 g时，得到电子：×2＝0.08 mol，即电路中通过电子0.08 mol，D错误。
3．如图所示为电解饱和食盐水的简易装置图，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。
4．下列有关电化学的示意图正确的是( )
答案 D
解析 CuSn原电池中，锡比铜活泼，作负极，故A错误；电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，则粗铜应与电源的正极相连，故B错误；电镀时镀层金属作阳极，铁片上镀锌，所以锌为阳极，即锌片与电源的正极相连，故C错误；电解饱和食盐水，根据电流流向判断碳棒为阳极，阳极发生氧化反应生成氯气，检验氯气用KI－淀粉溶液，阴极发生还原反应生成氢气和氢氧化钠，氢氧化钠能使酚酞溶液变红色，收集的气体经点燃可证明为H2，该装置能验证氯化钠溶液的电解产物，故D正确。
5．早在1807年，化学家戴维用电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH4Na＋O2↑＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：3Fe＋4NaOHFe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是( )
A．电解熔融氢氧化钠制钠，阳极发生的电极反应为2OH－－2e－===H2↑＋O2↑
B．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不同
D．目前工业上常用电解熔融氯化钠法制钠(如图)，电解槽中石墨为阴极，铁为阳极
答案 C
解析 由4NaOH4Na＋O2↑＋2H2O可知，阳极氢氧根离子放电生成氧气和水，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故A错误；Na的还原性强于Fe，盖·吕萨克法是利用在1100 ℃时生成Na蒸气，有利于反应正向移动，故B错误；由4NaOH4Na＋O2↑＋2H2O、3Fe＋4NaOH1100 ℃,Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑可知，戴维法生成4 mol Na转移4 mol电子，但盖·吕萨克法生成4 mol Na转移8 mol电子，则转移的电子数不等，故C正确；用电解熔融氯化钠法制钠时，石墨为阳极，铁作阴极，Cl－在阳极放电，阴极上Na＋放电，故D错误。
6．某同学设计一个燃料电池(如下图所示)，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“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。
(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”)。精铜电极上的电极反应式为 。
答案 (1)负极' H2－2e－＋2OH－===2H2O
(2)阳极'铁极'
(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)由于石墨电极与电源的正极连接，所以石墨电极为阳极，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，因此铁极的溶液先变红。
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，因为粗铜中有活动性比Cu强的金属失去电子，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；精铜电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
课时作业
一、选择题(本题共7小题，每小题只有1个选项符合题意)
1．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )
A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Zn2＋
B．铂作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋
C．铁作阳极，铁制品作阴极，溶液中含Fe2＋
D．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含Zn2＋
答案 A
解析 本题中镀层金属为锌，即金属锌作阳极；铁制品为待镀制品，即铁制品作阴极。需选用含有Zn2＋的溶液为电镀液。
2．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(氧化性：Fe2＋
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中不可能有Fe和Zn
答案 D
解析 电解池阳极发生氧化反应Ni－2e－===Ni2＋(主要)。因为粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质，电解过程中，阳极中Fe、Zn、Ni会溶解，而阴极只析出Ni，故阳极质量的减少与阴极质量的增加不一定相等。电解后，溶液中存在的金属阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还可能含有Ni2＋，电解槽底部的阳极泥中不可能存在Fe、Zn，因为Fe、Zn比Ni活泼。
3．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，设计了四个实验，你认为可行的方案是( )
答案 C
解析 Ag不能和HCl自发进行氧化还原反应，所以要使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，应该设计成电解池，Ag失电子发生氧化反应，所以Ag作阳极，H＋得电子发生还原反应，所以电解质溶液中H＋放电，则符合条件的是C项。
4．电解CuSO4溶液时，若要达到以下三个要求：①阳极质量减少；②阴极质量增加；③电解液中c(Cu2＋)不变，则可选用的电极是( )
A．纯铜作阳极，含Zn、Ag的Cu合金作阴极
B．含Zn、Ag的Cu合金作阳极，纯铜作阴极
C．纯铁作阳极，纯铜作阴极
D．石墨作阳极，惰性电极(Pt)作阴极
答案 A
解析 根据题目中的三个要求，很显然是电镀铜原理，只要选择纯铜作阳极，就可使阳极质量减少，阴极质量增加，电解液中c(Cu2＋)不变。
5．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池如图所示，电解总反应：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
答案 A
解析 由电解总反应可知Cu参加了反应，且Cu作阳极，应与电源正极相连，发生氧化反应，其电极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O；石墨作阴极，其电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；当电路中转移0.1 mol电子时，生成0.05 mol Cu2O。
6．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该混合溶液时，根据两极放电的离子，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )
A．阴极自始至终只析出H2
B．阳极先析出Cl2，后析出O2
C．电解最后阶段为电解水
D．溶液的pH不断增大，最后为7
答案 D
解析 由题意可知n(H＋)∶n(Cl－)＝2∶3，在阴极H＋放电，在阳极先是Cl－放电，然后是OH－放电；反应开始时H＋、Cl－在两极放电，相当于电解HCl；H2SO4电离出的H＋放电完全后，在两极放电的是由水电离出的H＋和剩余的Cl－，相当于电解NaCl的水溶液；Cl－放电完全后，在两极放电的是水电离出的H＋和OH－，相当于电解水。随着电解的进行，溶液的pH不断增大，但最后溶质是NaOH和Na2SO4，所以溶液的pH不会为7。
7. 21世纪是钛的世纪。在800～1000 ℃时电解TiO2可制得钛，装置如图所示。下列叙述正确的是( )
A．a为电源的正极
B．石墨电极上发生还原反应
C．阴极发生的反应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
D．每生成0.1 mol Ti，转移0.2 mol电子
答案 C
解析 由O2－的移动方向可知，石墨电极为阳极，故b为电源正极，A错误；石墨电极上发生氧化反应，B错误；每生成0.1 mol Ti，转移电子0.4 mol，D错误。
二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)
8．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是( )
A．电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液的pH不变
B．电解稀NaOH溶液，要消耗OH－，故溶液的pH减小
C．电解Na2SO4溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解CuCl2溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
答案 D
解析 电解水后，H＋的浓度增大，溶液的pH减小，A项错误；电解NaOH溶液相当于电解水，OH－的浓度增大，溶液的pH增大，B项错误；电解Na2SO4溶液相当于电解水，阴极上析出的H2和阳极上析出的O2的物质的量之比为2∶1，C项错误；电解CuCl2溶液，阴极上析出的Cu和阳极上析出的Cl2的物质的量之比为1∶1，D项正确。
9．用NaOH溶液吸收SO2，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。其中阴阳膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法正确的是( )
A．阳极区酸性减弱
B．阴极区电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
C．该过程中的产品主要为H2SO4
D．电解时两个电极都只能用惰性电极
答案 BC
解析 电解池中，阳极不是活性电极时，放电的是阴离子，因HSO、SO的放电能力比OH－强，故阳极的电极反应为HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋，SO＋H2O－2e－===SO＋2H＋，故H＋浓度增大，酸性增强，A项错误；电解池中，阴极区是溶液中的H＋放电，产生H2，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B项正确；该过程中的产品主要为H2SO4，C项正确；阴极区阳离子的放电顺序与电极材料无关，故阴极区电极可以为活性电极，D项错误。
10．某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理。分别以铅片、铝片为电极，以硫酸为电解液，按照如图所示连接电解装置，电解40 min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30 min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是( )
A．电解时电子流向：电源负极→导线→铝极，铅极→导线→电源正极
B．在电解过程中，H＋向阳极移动，SO向阴极移动
C．在电解过程中，阳极周围溶液的pH下降
D．电解的总反应：2Al＋6H＋2Al3＋＋3H2↑
答案 C
解析 根据装置示意图分析可知，铝片为阳极，铅片为阴极，所以电解时电子的流向：电源负极→导线→铅极，铝极→导线→电源正极，A错误；电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，B错误；根据题意，电解的总反应方程式：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，阳极的电极反应：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，阳极周围溶液的pH下降，C正确，D错误。
11．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6 mol/L，用石墨作电极电解此溶液，通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(K＋)为2 mol/L
B．上述电解过程中共转移2 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为4 mol/L
答案 AD
解析 石墨作电极电解此溶液，阳极为OH－放电，阴极先是Cu2＋放电，然后是H＋放电，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，即各收集1 mol气体：
阳极4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，
4 mol 4 mol 1 mol
阴极Cu2＋＋2e－===Cu 2H＋＋2e－===H2↑
1 mol 2 mol 1 mol 2 mol 2 mol 1 mol
c(Cu2＋)＝＝2 mol/L，由电荷守恒可知，原混合溶液中c(K＋)＝6 mol/L－2 mol/L×2＝2 mol/L，故A正确；由上述分析可知，电解过程中转移电子为4 mol，故B错误；电解得到的Cu的物质的量为1 mol，故C错误；电解后溶液中c(H＋)＝＝4 mol/L，故D正确。
三、非选择题(本题共2小题)
12．如图两个装置中用滴有酚酞的NaCl溶液作电解质溶液，进行化学能和电能相互转化的研究。请回答：
(1)写出两个铁电极上的电极反应式。
甲： ；
乙： 。
(2)乙装置中 电极(填“Fe”或“石墨”)附近的溶液先变红。
(3)检验乙中石墨电极反应产物的方法及现象是 。
(4)如果起始时乙中盛有足量的一定浓度的CuSO4溶液，反应一段时间后，要使溶液恢复到起始状态，可向溶液中加入一定量的 (填化学式)。
答案 (1)Fe－2e－===Fe2＋ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(2)Fe
(3)用湿润的淀粉－KI试纸靠近石墨电极所在一侧的支管口，试纸变蓝
(4)CuO(或CuCO3)
解析 (1)甲是原电池。铁作负极失去电子变成Fe2＋；乙中铁是阴极，H＋在阴极放电生成H2。
(2)由于电解时阴极附近先生成OH－，故铁电极附近先变红色。
(3)石墨电极上产生的是氯气，可用湿润的淀粉－KI试纸检验。
(4)电解CuSO4溶液可得到H2SO4、Cu和O2：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，故加入适量的CuO或CuCO3即可。
13．如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：
(1)B极是电源的 极，一段时间后，甲中溶液颜色 ，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明氢氧化铁胶体粒子带 电荷(填“正”或“负”)，在电场作用下向 极移动(填“X”或“Y”)。
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为 。
(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是 (填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是 (填化学式)溶液。常温下，当乙中溶液的pH是13时(此时乙中溶液的体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为 ，甲中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生总反应的离子方程式为 。
答案 (1)负 逐渐变浅 正 Y
(2)1∶2∶2∶2
(3)镀件 AgNO3 5.4 g 变小
(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋
解析 将直流电源接通后，F极附近呈红色，说明F极附近溶液显碱性，可知氢离子在该电极放电，所以F极是阴极，B为电源负极、A为电源正极，可得出D、F、H、Y均为阴极，C、E、G、X均为阳极。
(1)由上述分析可知，B极是电源的负极；C、D电极发生的电极反应分别为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋浓度逐渐减小，故甲中溶液颜色逐渐变浅；Y极是阴极，该电极附近颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶体粒子向该电极移动，异种电荷相互吸引，所以氢氧化铁胶体粒子带正电荷。
(2)C、D、E、F电极发生的电极反应分别为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu、2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当各电极转移电子的物质的量均为1 mol时，生成单质的物质的量分别为0.25 mol、0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol，所以单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。
(3)电镀装置中，镀层金属必须作阳极，镀件作阴极，所以H应该是镀件，电镀液含有镀层金属阳离子，故电镀液为AgNO3溶液；当乙中溶液的pH为13，即c(OH－)＝0.1 mol·L－1时(此时乙中溶液的体积为500 mL)，根据电极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则放电的氢离子的物质的量为0.1 mol·L－1×0.5 L＝0.05 mol，即转移电子的物质的量为0.05 mol，H极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，则可知此时丙中镀件上析出银的质量为108 g·mol－1×0.05 mol＝5.4 g；由甲中C、D两极的电极反应式2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu可知，电解过程中溶液中氢离子浓度增大，则甲中溶液的pH变小。
(4)若将C电极换为铁，则阳极铁失电子，阴极铜离子得电子，电解池总反应式为Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋。
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