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第03讲 电解的原理-2023-2024学年高二化学同步精品讲义（鲁科选择性必修一）
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这是一份第03讲 电解的原理-2023-2024学年高二化学同步精品讲义（鲁科选择性必修一），文件包含第03讲电解的原理教师版-高二化学同步精品讲义鲁科选择性必修一docx、第03讲电解的原理学生版-高二化学同步精品讲义鲁科选择性必修一docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共20页， 欢迎下载使用。
第03讲 电解的原理
目标导航
课程标准
课标解读
1．理解电解原理及电解池的组成。
2．了解电解规律及其应用。
1．能运用化学符号和定量计算等手段说明电解池的组成及工作原理，能分析电解过程中的物质变化和伴随发生的能量变化。
2．能认识和构建电解池装置和工作原理的认知模型，并能说明模型使用的条件和适用范围。
3．能对简单化学问题的解决提出可能的假设，能运用多种方式收集实验证据，基于实验事实得出结论提出自己的看法。
知识精讲
知识点01 电解熔融氯化钠实验
1．实验装置
2．实验现象：通电后，在石墨片周围有气泡产生，在铁片上生成银白色金属。
3．实验分析
（1）熔融氯化钠中存在的微粒Na+、Cl－。
（2）通电后离子的运动方向
①阳离子Na+移向铁电极；
②阴离子Cl－移向石墨电极。
（3）电极上发生的变化
①铁电极：2Na++2e－＝2Na
②石墨电极：2Cl－－2e－＝Cl2↑
（4）实验结论
①熔融氯化钠在电流作用下分解生成了Na和Cl2。
②方程式：2NaCl2Na+Cl2↑
【即学即练1】工业上用电解熔融的氯化钠的方法制取金属钠，试回答下列问题：
（1）金属钠在_________极上产生。
（2）写出产生氯气的电极方程式___________________。
（3）该反应是否是离子反应______（填“是”或“不是”），若是则该反应的离子方程式为________________________（若表示则该空不填）。
【解析】离子反应发生的前提条件是电解质必须电离出自由移动的离子，氯化钠在熔融状态下，能够电离出自由移动的离子Cl－和Na+离子，所以该反应属于离子反应。其阳极反应方程式为：2Cl－－2e－＝Cl2↑，阴极反应方程式为：2Na++2e－＝2Na，总反应式为：2Na++2Cl－2Na+Cl2↑。
【答案】（1）阴 （2）2Cl－－2e－＝Cl2↑（3）是 2Na++2Cl－2Na+Cl2↑
知识点02 电解的基本概念和原理
1．基本概念
（1）电解：让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
（2）电解池
①定义：将电能转化为化学能的装置。
②构成条件：直流电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融的电解质并构成闭合回路。
（3）电极
①阳极：与电源正极相连，发生氧化反应
②阴极：与电源负极相连，发生还原反应
（4）电极反应：在电极上进行的半反应，可以用电极反应式表示。
3．电解池的工作原理
【特别提醒】电解质的导电过程是被电解的过程，属于化学变化；金属导电过程是电子的定向移动，属于物理变化。
【即学即练2】下列关于电解池的叙述中不正确的是（ ）。
A．阳离子移向与电源正极相连的电极
B．与电源负极相连的是电解池的阴极
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
【解析】选A。与电源正极相连的电极为阳极，电解质溶液中的阴离子移向阳极。
能力拓展
考法01 电极产物的判断与电极反应式的书写
【典例1】（2021·运城高二检测）如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是（ ）。
A．x是正极，y是负极
B．a极产生氢气，b极生成I2
C．a极和 Pt电极都有气泡产生
D．U 形管中溶液的碱性增强
【解析】选A。淀粉遇碘变蓝曻b极生成I2，即确定b极发生反应2I－－2e－I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H+放电，发生反应2H++2e－H2↑，产生氢气，U形管中总反应式为2KI+2H2O2KOH+H2↑+I2，溶液的碱性增强，故A错误，B、D正确；石墨为阴极，铂为阳极，电极反应分别是Cu2++2e－Cu，4OH－－4e－＝2H2O+O2↑，C正确。
【知识拓展】电极产物的判断与电极反应式的书写
1．阴阳两极上放电顺序
（1）阴极（与电极材料无关）：氧化性强的先放电，放电顺序：
（2）阳极（与电极材料有关）：
①若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
②若是惰性电极作阳极，放电顺序为：
（3）三注意
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag+＞Cu2+＞H+。
③阳极OH－放电的电极反应式：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
2．电极反应式的书写（以惰性电极电解食盐水为例）
（1）阳极：列出在阳极放电的阴离子及其氧化产物，中间用“”连接，在“”左边用“－”标出阴离子失电子的数目，如：2Cl－－2e－Cl2↑。
（2）阴极：列出在阴极放电的阳离子及其还原产物，中间用“”连接，在“”左边用“+”标出阳离子得到电子的数目，如：2H++2e－H2↑（H+来自水）。
（3）总电解方程式：
①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数目相等。
②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“通电”。
③若是水电离出的H+或OH－得或失电子，在总反应式中应是H2O参与反应，即：2Cl－+2H2OCl2↑+H2↑+2OH－。
考法02 用惰性电极电解溶液
【典例2】（2021·东莞高二上学期期中检测）用惰性电极进行电解，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．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液的pH降低
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
【解析】选D。A项，电解稀H2SO4，实质是电解H2O，由于H2O的量减小，故c（H2SO4）增大，溶液的pH降低；B项，电解NaOH溶液，实质是电解H2O，由于H2O的量减少，故c（NaOH）增大，溶液的pH升高；C项，电解Na2SO4溶液，实质是电解H2O，阳极产生O2，阴极产生H2，n（H2）∶n（O2）＝2∶1；D项，电解CuCl2溶液时，发生反应CuCl2Cu+Cl2↑，阴极析出Cu，阳极产生Cl2，n（Cu）∶n（Cl2）＝1∶1。
【知识拓展】用惰性电极电解电解质水溶液的类型总结
类型
电极反应特点
例子
实际电解对象
电解质浓度
溶液pH
电解质溶液复原
电解电解质型
电解质的离子放电
HCl
HCl
减少
增大
加HCl
CuCl2
CuCl2
减少
－
加CuCl2
电解
水型
阳极OH－放电，阴极H+放电
NaOH
H2O
增大
增大
加H2O
H2SO4
H2O
增大
减小
加H2O
Na2SO4、KNO3
H2O
增大
不变
加H2O
放出
氢气
生成
碱型
阴极H+放电
NaCl
电解质和水
部分离
子浓度
减少
增大
加HCl
KBr
加HBr
放出氧气生成酸型
阳极
OH－放电
AgNO3
电解质和水
部分离子浓度减少
减小
加Ag2O
CuSO4
加CuO
分层提分
题组A 基础过关练
1．（2021·济宁高二检测）下列说法不正确的是（ ）。
A．不能自发进行的氧化还原反应一般可以通过电解实现
B．电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化
C．电解池和原电池中均发生氧化还原反应
D．电解、电离、原电池均需要通电
【解析】选D。电离不需要通电，而是在溶于水或熔化状态下发生的。
2．用惰性电极电解下列物质的水溶液时，在阳极无气体放出的是（ ）。
A．AgNO3 B．CuCl2 C．NaOH D．Na2S
【解析】选D。用惰性电极电解给出的四种溶液时，在阳极分别是OH－、Cl－、OH－、S2－放电，产生的物质分别是O2、Cl2、O2、S，故选D。
3．（2021·新乡高二检测）用石墨电极电解CuCl2溶液（见下图）。下列分析正确的是（ ）。
A．a端是直流电源的负极
B．通电使CuCl2发生电离
C．阳极上发生的反应：Cu2++2e－Cu
D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
【解析】选A。可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正负极，并写出电极反应式和反应现象。铜离子应移向阴极，则a为负极，A正确；CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生，B错误；反应Cu2++2e－Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl－－2e－Cl2↑，C错误；通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体，D错误。
4．如图为直流电源电解Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液。下列实验现象中正确的是（ ）。
A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
【解析】选D。根据图示可知，a是阴极，发生的电极反应为4H++4e－2H2↑；b是阳极，发生的电极反应为4OH－－4e－O2↑+2H2O，故A、B、C错误，D正确。
5．以石墨为电极，电解KI溶液（其中含有少量酚酞和淀粉），下列说法错误的是（ ）。
A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小
【解析】选D。惰性电极电解碘化钾溶液，阴极氢离子得电子生成氢气，同时生成氢氧化钾，因此溶液变红（碱使酚酞变红），A、B说法正确；阳极产生碘单质，碘使淀粉变蓝，C说法正确；阴极氢离子得电子生成氢气，同时生成氢氧化钾，碱性增强，D说法错误。
6．如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味的气体放出，符合这一情况的是（ ）。
选项
a极板
b极板
X电极
Z
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
【解析】选A。X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出，说明a为阴极、b为阳极，溶液中的阳离子氧化性大于氢离子，阳极上生成氧气说明氢氧根离子放电，X为负极。以石墨电极材料为电极时电解硫酸铜溶液，a电极上生成铜，质量增加，b电极上生成氧气，有无色无味的气体放出，符合条件，故A正确；用石墨电极电解氢氧化钠溶液，相当于电解水，a电极质量不变，故B错误；铁作阳极逐渐溶解，质量减小，故C错误；以石墨为电极电解CuCl2溶液时，a电极上生成铜，b电极上生成氯气为黄绿色，不符合条件，故D错误。
7．根据如图所示装置回答：
（1）当X为Pt，Y为Fe，Z为AgNO3时，阳极反应式为___________________，阴极反应式为________________，电解反应式为________________。
（2）X为Cu，Y为Fe，Z为CuSO4时，阳极反应式为__________________________，阴极反应式为____________________________________________。
【解析】电解池中与电源正极相连的是阳极（X），与电源负极相连的是阴极（Y）。
【答案】（1）4OH－－4e－2H2O+O2↑；4Ag++4e－4Ag；2H2O+4AgNO34Ag+O2↑+4HNO3
（2）Cu－2e－Cu2+；Cu2++2e－Cu
8．取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的石蕊试纸，平铺在一块金属板上，按如图所示的方法连接电路。
（1）若金属板为一铂片，B处为一直流电源，接通电源后。
①若试纸为红色石蕊试纸，用铅笔在试纸上写字，出现蓝色字迹。则a电极为电源的________（填“正极”或“负极”），铅笔芯与试纸接触的电极反应为________________。
②若试纸为蓝色石蕊试纸，将铅笔芯放置在试纸上一段时间后，接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则a电极为电源的________（填“正极”或“负极”），铅笔芯与试纸接触处的电极反应为________________________。
（2）若试纸为红色石蕊试纸，金属板为一锌片，B处为一灵敏电流计，接通电路，将铅笔芯放置在试纸上一段时间，发现电流计指针发生偏转，则接触处将________（填“变白”、“变蓝”或“不变色”），铅笔芯与试纸接触处的电极反应为________________。
【解析】（1）①若试纸为红色石蕊试纸，用铅笔在试纸上写字，出现蓝色字迹，说明有氢氧化钠生成，则石墨电极作阴极，则a是电源负极，电解池阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H++2e－＝H2↑（或2H2O+2e－＝H2↑+2OH－）；②若试纸为蓝色石蕊试纸，将铅笔芯放置在试纸上一段时间后，接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色，说明石墨是电解池阳极，原电池正极连接电解池阳极，所以a电极是电源正极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl－2e－＝Cl2↑；（2）若试纸为红色石蕊试纸，金属板为一锌片，B处为一灵敏电流计，接通电路，则该装置构成原电池，锌作负极，石墨作正极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为：O2+2H2O+4e－＝4OH－，湿润的红色石蕊试纸遇碱变蓝色
【答案】（1）①负极；2H++2e－＝H2↑（或2H2O+2e－＝H2↑+2OH－）
②正极；2Cl－2e－＝Cl2↑（2）变蓝；O2+2H2O+4e－＝4OH－
题组B 能力提升练
1．（2021·芜湖高二检测）如图，电解质溶液是NaCl的水溶液，通电一段时间后发现d极附近有黄绿色气体产生，以下说法正确的是（ ）。
A．a是电源的正极
B．电子流动的方向：d→b
C．c极发生氧化反应
D．如果将c、d两电极互换，则c上也会生成黄绿色气体
【解析】选B。d极附近有黄绿色气体产生，应该是Cl－放电，说明d极是阳极，所以b是正极，A错；电子流向是阴极→电源正极，即d→b→a→c，B对；c极得电子，化合价降低，发生还原反应，C错；如果c是活性电极则不产生黄绿色气体，D错。
2．用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液（与电解前同温度）的说法中正确的有：①该溶液的pH可能增大；②该溶液的pH可能减小；③该溶液的pH可能不变；④该溶液的浓度可能增大；⑤该溶液的浓度可能不变；⑥该溶液的浓度可能减小（ ）。
A．仅①②③ B．仅①②③④
C．仅①②③④⑤ D．全部
【解析】选C。用惰性电极电解时，两极只有H2和O2，则实质上电解的是水，电解质不参与反应。该电解质有3种可能，如电解H2SO4溶液时，水被电解，H2SO4浓度变大，pH减小；电解NaOH溶液时，水被电解，NaOH浓度变大，pH增大；电解Na2SO4溶液时，水被电解，Na2SO4浓度变大，pH不变，但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变，故①、②、③、④、⑤正确，⑥不可能。
3．（2021·雅安高二检测）如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是（ ）。
A．x是正极，y是负极
B．a极产生氢气，b极生成I2
C．a极和Pt电极都有气泡产生
D．U形管中溶液的碱性增强
【解析】选A。淀粉遇碘变蓝→b极生成I2，即确定b极发生反应2I－－2e－I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H+放电，发生反应2H++2e－H2↑，产生氢气，U形管中总反应式为2KI+2H2O2KOH+H2↑+I2，溶液的碱性增强，故A错误，B、D正确；石墨为阴极，铂为阳极，电极反应分别是Cu2++2e－Cu，4OH－－4e－2H2O+O2↑，C正确。
4．如图所示，a、b、c均为石墨电极，d为碳钢电极，通电进行电解。假设在电解过程中产生的气体全部逸出，下列说法正确的是（ ）。
A．甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变
B．甲烧杯中a的电极反应式为4OH－－4e－O2↑+2H2O
C．当电解一段时间后，将甲、乙两溶液混合，一定会产生蓝色沉淀
D．当b极增重3.2g时，d极产生的气体为2.24L（标准状况）
【解析】选B。通电一段时间后，甲中阳极发生4OH－－4e－2H2O+O2↑，阴极发生Cu2++2e－Cu，反应后为硫酸，溶液pH减小，乙中阴极氢离子放电生成氢氧根离子，溶液的pH增大，故A错误；a与电源正极相连，为阳极，阳极上氢氧根离子失电子，其电极反应为4OH－－4e－2H2O+O2↑，故B正确；当电解一段时间后，甲可能为硫酸，乙为NaOH，则二者混合不会生成沉淀，故C错误；b极增重3.2g时，n（Cu）＝＝0.05mol，由Cu～2e－～H2↑，则d极产生的气体为0.05mol×22.4L·mol－1＝1.12L，故D错误。
5．（2021·宿迁高二检测）现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol·L－1的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是（ ）。
A．电解开始时阴极有H2放出
B．电解开始时阳极上发生：Cu2++2e－Cu
C．当电路中通过电子的量超过0.1mol时，此时阴极放电的离子发生了变化
D．整个电解过程中，SO42－不参与电极反应
【解析】选D。依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl－，故阳极开始产生的是Cl2。故A、B错；由阴极反应Cu2++2e－Cu，n（Cu2+）＝0.1mol，当电路中通过电子的量达到0.2mol时，此时Cu2+消耗完毕，阴极放电离子变为H+，所以C错；阳极先是Cl－放电，当Cl－消耗完毕，此时H2O电离产生的OH－开始在阳极放电，SO42－不参与电极反应。
6．采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是（ ）。
A．阳极反应为2H2O－4e－＝4H++O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H+由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
【解析】选D。a极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b极通入氧气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。依据分析a极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是2H2O－4e－＝4H++O2↑，故A正确，但不符合题意；电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH不变，故B正确，但不符合题意；有B的分析可知，C正确，但不符合题意；电解时，阳极的反应为：2H2O－4e－＝4H++O2↑，阴极的反应为：O2+2e－+2H+＝H2O2，总反应为：O2+2H2O＝2H2O2，要消耗氧气，即是a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，故D错误，符合题意。
7．请从如图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积，并检验氯气。
（1）A极发生的电极反应式是________________，B极发生的电极反应式是________________________。
（2）设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序为：A接________、F接________；B接________、E接________。
（3）证明产物中有Cl2的实验现象是________________________________。
（4）已知电解后测得产生的H2的体积为44.8mL（已经折算成标准状况），电解后溶液的体积为50mL，此时溶液中NaOH的物质的量浓度为________________。
【解析】（1）电解饱和食盐水获得氯气时，A极是活泼金属电极，应为阴极，阴极上是氢离子得电子，反应式为：2H++2e－＝H2↑，B极是阳极，阳极是氯离子失电子的过程，反应式是：2Cl－－2e－＝Cl2↑；（2）测定产生的氢气的体积用排水量气法，导管是短进长出，所以A接G，用装有淀粉碘化钾溶液的洗气瓶检验氯气时，导管要长进短出，所以B接D，氯气要进行尾气处理，即E接C；（3）氯气可以将碘化钾中的碘置换出来，生成的碘单质可使使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，所以证明产物中有Cl2的实验现象是湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝；（4）根据电解饱和食盐水的电解原理方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，标准状况下44.8mL H2的物质的量为0.002mol时，此时生成氢氧化钠的物质的量为0.004mol，所以溶液中NaOH的物质的量浓度c＝＝＝0.08mol/L。
【答案】（1）2H++2e－＝H2↑；2Cl－－2e－＝Cl2↑
（2）G、F、H、D、E、C
（3）湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝（4）0.08mol/L
8．已知金属活动相差越大，形成原电池时越容易放电。请根据如图装置，回答下列问题：
（1）各装置名称是：A池______，B池______。
（2）写出电极上发生的反应：①____________，③____________。
（3）当电路上有1mol电子流过时，⑥极上质量变化______g。
【解析】（1）A是能自发进行的氧化还原反应，且符合原电池的构成条件，所以属于原电池，B有外接电源，属于电解池；（2）A原电池中，锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式为：Zn－2e－＝Zn2+，B是电解池，③作阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl－－2e－＝Cl2↑；（3）⑥中铜电极上银离子得电子析出，电极反应式为：Ag++e－＝Ag，当电路上有1mol电子流过时析出银的质量＝1mol×108g/mol＝108g。
【答案】（1）原电池，电解池
（2）Zn－2e－＝Zn2+，2Cl－－2e－＝Cl2↑（3）108
题组C 培优拔尖练
1．（2021·上海崇明高二检测）右图是某学生制作的家用环保型消毒液发生器，玻璃管内是滴有酚酞的饱和食盐水，通电数分钟后，下列叙述中错误的是（ ）。
A．用燃着的木柴点燃肥皂泡中的气体可能有爆鸣声
B．从玻璃管中放出的消毒液的主要成份是NaClO和NaCl
C．与电源a极相连的电极附近溶液的颜色变化无色、红色、无色
D．与电源b极相连的电极上产生的气泡是氢气
【解析】选D。要获得消毒液，下面的石墨电极上产生的应该是氯气，上面的石墨电极上产生的是氢气。用燃着的木柴点燃肥皂泡中的气体（氢气）若气体不纯，可能有爆鸣声，故A正确；从玻璃管中放出的消毒液的主要成份是氯气和氢氧化钠反应生成的NaClO和NaCl，故B正确；与电源a极相连的电极是阴极，该电极电解过程中产生氢气，碱性开始增强，最后生成的氢氧化钠和氯气发生了反应，所以附近溶液的颜色变化无色→红色→无色，故C正确；与电源b极相连的电极上产生的气泡是氯气，故D错误。
2．（2021·全国乙卷）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极（如图所示），通入一定的电流。下列叙述错误的是（ ）。
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg（OH）2等积垢需要定期清理
【解析】选D。依据分析可知，阳极发生反应Cl－－2e－＝Cl2↑，故A正确；依据题意“排水管中生物的附和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率”可知，需要生成次氯酸钠进而杀灭附着生物，故B正确；阴极发生反应2H2O+2e－＝2OH－+H2↑，若不排除，氢气浓度过大易发生危险，应及时通风稀释，故C正确；依据分析可知阴极发生反应2H2O+2e－＝2OH－+H2↑，Mg（OH）2等积垢在阴极表面形成，需要定期清理阴极表面，故D错误。
3．（2021·山东省德州市高二上学期期中）在Rh（铑）表面进行NRR（电催化反应）将N2转化为NH3的一种反应机理如图所示，下列说法不正确的是（ ）。
A．Rh薄膜电极为电解池的阴极
B．通过②③可知两个氮原子上的加氢过程分步进行
C．上述所有过程都需铑电极提供电子才能进行
D．反应⑤每转移2mol电子，生成22.4LN2（标准状况下）
【解析】选C。由图可知，Rh薄膜电极得电子，Rh薄膜电极为电解池的阴极，A说法正确；根据图像可知，通过②③可知两个氮原子上分2步分别得到氢原子，则加氢过程分步进行，B说法正确；根据图像可知，①、⑤步，Rh未提供电子，C说法错误；反应⑤为3N2H2＝2NH3+2N2，每转移4mol电子，生成2molN2（标准状况下），转移2mol电子，22.4L标况下的氮气，D说法正确。
4．（2021·四川省泸州市高二下学期期末）Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。如图用该水激活电池为电源电解NaCl溶液的实验中，X电极上有无色气体逸出。下列有关分析正确的是（ ）。
A．II为正极，其反应式为Ag++e－＝Ag
B．水激活电池内Cl－由正极向负极迁移
C．每转移1mole－，U型管中消耗0．5molH2O
D．开始时U型管中Y极附近pH逐渐增大
【解析】选B。X电极上有无色气体逸出，应为阴极，生成氢气，则Ⅰ为负极，Ⅱ为正极，根据电池总反应可判断出反应中Ag的化合价降低，被还原，Mg应为原电池的负极；在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，以形成闭合电路，以此解答该题。AgCl是难溶物，其正极电极反应式为：2AgCl+2e－＝2Cl－+2Ag，选项A错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则Cl－在正极产生由正极向负极迁移，选项B正确；每转移1mole－，由2Cl－+2H2O2OH－+H2↑+Cl2↑，可知生成0.5mol氢气，消耗1mol水，选项C错误；Y为阳极，生成氯气，氯气与水反应呈酸性，pH减小，选项D错误。
5．（2021·宁波高二检测）A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
阳离子
Na+、K+、Cu2+
阴离子
SO42－、OH－
下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图如上。据此回答下列问题：
（1）M为电源的________极（填写“正”或“负”），b电极上发生的电极反应式为_____________________________________________；
（2）计算电极e上生成的气体在标准状态下的体积：____________；
（3）写出乙烧杯的电解池反应____________________________。
（4）如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？________________________________________________________。
（5）若经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g，要使丙恢复到原来的状态，操作是____________________________。
【解析】（1）乙中c电极质量增加，则c处发生的反应为：Cu2++2e－＝Cu，即c处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。测得乙中c电极质量增加了16g，有金属析出的是Cu2+，其他的都不可能，而Cu2+只有和SO42－结合，可以确定为B为硫酸铜；由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定在A为KOH或NaOH，C为K2SO4或Na2SO4。甲中为KOH或NaOH，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH－放电，即4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。（2）当乙中有16gCu析出时，转移的电子为0.5mol，2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。丙中为K2SO4或Na2SO4，相当于电解水，由方程式2H2O2H2↑+O2↑可知，生成2molH2，转移4mol电子，所以当整个反应中转移0.5mol电子时，生成的H2为0.25mol，标况下的体积为0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。甲和丙烧杯中消耗水0.25mol，若要恢复到原来的状态操作是向烧杯中加4.5g水。
（4）铜全部析出后，电解质变为H2SO4，所以电解反应仍能进行。
【答案】（1）负； 4OH－－4e－＝2H2O+O2↑（2）5.6 L （3）2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4（4）能，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应变为电解水的反应（5）向丙烧杯中加4.5g水
6．（2020·全国Ⅱ卷节选）CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：
（1）阴极上的反应式为___________________。
（2）若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为___________。
【解析】（1）由装置图知为电解装置，电极A为阴极，由球棍模型可知反应物为CO2，产物为CO，固体电解质传递O2－，则电极反应式为CO2+2e－CO+O2－。（2）由球棍模型知，阳极的反应物为甲烷，生成物为乙烷、乙烯和水。生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，即物质的量之比为2∶1，设物质的量分别为2mol、1mol，由原子守恒知消耗的CH4的物质的量为（2mol+1mol）×2＝6mol，转移电子的物质的量为2mol×2×2+1mol×2×1＝10mol，则消耗的CO2的物质的量为10mol÷2＝5mol，则消耗的CH4和CO2的物质的量之比为6∶5，即体积比为6∶5。
【答案】（1）CO2+2e－CO+O2－（2）6∶5
第03讲 电解的原理
目标导航
课程标准
课标解读
1．理解电解原理及电解池的组成。
2．了解电解规律及其应用。
1．能运用化学符号和定量计算等手段说明电解池的组成及工作原理，能分析电解过程中的物质变化和伴随发生的能量变化。
2．能认识和构建电解池装置和工作原理的认知模型，并能说明模型使用的条件和适用范围。
3．能对简单化学问题的解决提出可能的假设，能运用多种方式收集实验证据，基于实验事实得出结论提出自己的看法。
知识精讲
知识点01 电解熔融氯化钠实验
1．实验装置
2．实验现象：通电后，在石墨片周围有气泡产生，在铁片上生成银白色金属。
3．实验分析
（1）熔融氯化钠中存在的微粒Na+、Cl－。
（2）通电后离子的运动方向
①阳离子Na+移向铁电极；
②阴离子Cl－移向石墨电极。
（3）电极上发生的变化
①铁电极：2Na++2e－＝2Na
②石墨电极：2Cl－－2e－＝Cl2↑
（4）实验结论
①熔融氯化钠在电流作用下分解生成了Na和Cl2。
②方程式：2NaCl2Na+Cl2↑
【即学即练1】工业上用电解熔融的氯化钠的方法制取金属钠，试回答下列问题：
（1）金属钠在_________极上产生。
（2）写出产生氯气的电极方程式___________________。
（3）该反应是否是离子反应______（填“是”或“不是”），若是则该反应的离子方程式为________________________（若表示则该空不填）。
【解析】离子反应发生的前提条件是电解质必须电离出自由移动的离子，氯化钠在熔融状态下，能够电离出自由移动的离子Cl－和Na+离子，所以该反应属于离子反应。其阳极反应方程式为：2Cl－－2e－＝Cl2↑，阴极反应方程式为：2Na++2e－＝2Na，总反应式为：2Na++2Cl－2Na+Cl2↑。
【答案】（1）阴 （2）2Cl－－2e－＝Cl2↑（3）是 2Na++2Cl－2Na+Cl2↑
知识点02 电解的基本概念和原理
1．基本概念
（1）电解：让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
（2）电解池
①定义：将电能转化为化学能的装置。
②构成条件：直流电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融的电解质并构成闭合回路。
（3）电极
①阳极：与电源正极相连，发生氧化反应
②阴极：与电源负极相连，发生还原反应
（4）电极反应：在电极上进行的半反应，可以用电极反应式表示。
3．电解池的工作原理
【特别提醒】电解质的导电过程是被电解的过程，属于化学变化；金属导电过程是电子的定向移动，属于物理变化。
【即学即练2】下列关于电解池的叙述中不正确的是（ ）。
A．阳离子移向与电源正极相连的电极
B．与电源负极相连的是电解池的阴极
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
【解析】选A。与电源正极相连的电极为阳极，电解质溶液中的阴离子移向阳极。
能力拓展
考法01 电极产物的判断与电极反应式的书写
【典例1】（2021·运城高二检测）如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是（ ）。
A．x是正极，y是负极
B．a极产生氢气，b极生成I2
C．a极和 Pt电极都有气泡产生
D．U 形管中溶液的碱性增强
【解析】选A。淀粉遇碘变蓝曻b极生成I2，即确定b极发生反应2I－－2e－I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H+放电，发生反应2H++2e－H2↑，产生氢气，U形管中总反应式为2KI+2H2O2KOH+H2↑+I2，溶液的碱性增强，故A错误，B、D正确；石墨为阴极，铂为阳极，电极反应分别是Cu2++2e－Cu，4OH－－4e－＝2H2O+O2↑，C正确。
【知识拓展】电极产物的判断与电极反应式的书写
1．阴阳两极上放电顺序
（1）阴极（与电极材料无关）：氧化性强的先放电，放电顺序：
（2）阳极（与电极材料有关）：
①若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
②若是惰性电极作阳极，放电顺序为：
（3）三注意
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag+＞Cu2+＞H+。
③阳极OH－放电的电极反应式：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
2．电极反应式的书写（以惰性电极电解食盐水为例）
（1）阳极：列出在阳极放电的阴离子及其氧化产物，中间用“”连接，在“”左边用“－”标出阴离子失电子的数目，如：2Cl－－2e－Cl2↑。
（2）阴极：列出在阴极放电的阳离子及其还原产物，中间用“”连接，在“”左边用“+”标出阳离子得到电子的数目，如：2H++2e－H2↑（H+来自水）。
（3）总电解方程式：
①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数目相等。
②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“通电”。
③若是水电离出的H+或OH－得或失电子，在总反应式中应是H2O参与反应，即：2Cl－+2H2OCl2↑+H2↑+2OH－。
考法02 用惰性电极电解溶液
【典例2】（2021·东莞高二上学期期中检测）用惰性电极进行电解，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．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液的pH降低
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
【解析】选D。A项，电解稀H2SO4，实质是电解H2O，由于H2O的量减小，故c（H2SO4）增大，溶液的pH降低；B项，电解NaOH溶液，实质是电解H2O，由于H2O的量减少，故c（NaOH）增大，溶液的pH升高；C项，电解Na2SO4溶液，实质是电解H2O，阳极产生O2，阴极产生H2，n（H2）∶n（O2）＝2∶1；D项，电解CuCl2溶液时，发生反应CuCl2Cu+Cl2↑，阴极析出Cu，阳极产生Cl2，n（Cu）∶n（Cl2）＝1∶1。
【知识拓展】用惰性电极电解电解质水溶液的类型总结
类型
电极反应特点
例子
实际电解对象
电解质浓度
溶液pH
电解质溶液复原
电解电解质型
电解质的离子放电
HCl
HCl
减少
增大
加HCl
CuCl2
CuCl2
减少
－
加CuCl2
电解
水型
阳极OH－放电，阴极H+放电
NaOH
H2O
增大
增大
加H2O
H2SO4
H2O
增大
减小
加H2O
Na2SO4、KNO3
H2O
增大
不变
加H2O
放出
氢气
生成
碱型
阴极H+放电
NaCl
电解质和水
部分离
子浓度
减少
增大
加HCl
KBr
加HBr
放出氧气生成酸型
阳极
OH－放电
AgNO3
电解质和水
部分离子浓度减少
减小
加Ag2O
CuSO4
加CuO
分层提分
题组A 基础过关练
1．（2021·济宁高二检测）下列说法不正确的是（ ）。
A．不能自发进行的氧化还原反应一般可以通过电解实现
B．电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化
C．电解池和原电池中均发生氧化还原反应
D．电解、电离、原电池均需要通电
【解析】选D。电离不需要通电，而是在溶于水或熔化状态下发生的。
2．用惰性电极电解下列物质的水溶液时，在阳极无气体放出的是（ ）。
A．AgNO3 B．CuCl2 C．NaOH D．Na2S
【解析】选D。用惰性电极电解给出的四种溶液时，在阳极分别是OH－、Cl－、OH－、S2－放电，产生的物质分别是O2、Cl2、O2、S，故选D。
3．（2021·新乡高二检测）用石墨电极电解CuCl2溶液（见下图）。下列分析正确的是（ ）。
A．a端是直流电源的负极
B．通电使CuCl2发生电离
C．阳极上发生的反应：Cu2++2e－Cu
D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
【解析】选A。可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正负极，并写出电极反应式和反应现象。铜离子应移向阴极，则a为负极，A正确；CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生，B错误；反应Cu2++2e－Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl－－2e－Cl2↑，C错误；通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体，D错误。
4．如图为直流电源电解Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液。下列实验现象中正确的是（ ）。
A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
【解析】选D。根据图示可知，a是阴极，发生的电极反应为4H++4e－2H2↑；b是阳极，发生的电极反应为4OH－－4e－O2↑+2H2O，故A、B、C错误，D正确。
5．以石墨为电极，电解KI溶液（其中含有少量酚酞和淀粉），下列说法错误的是（ ）。
A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小
【解析】选D。惰性电极电解碘化钾溶液，阴极氢离子得电子生成氢气，同时生成氢氧化钾，因此溶液变红（碱使酚酞变红），A、B说法正确；阳极产生碘单质，碘使淀粉变蓝，C说法正确；阴极氢离子得电子生成氢气，同时生成氢氧化钾，碱性增强，D说法错误。
6．如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味的气体放出，符合这一情况的是（ ）。
选项
a极板
b极板
X电极
Z
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
【解析】选A。X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出，说明a为阴极、b为阳极，溶液中的阳离子氧化性大于氢离子，阳极上生成氧气说明氢氧根离子放电，X为负极。以石墨电极材料为电极时电解硫酸铜溶液，a电极上生成铜，质量增加，b电极上生成氧气，有无色无味的气体放出，符合条件，故A正确；用石墨电极电解氢氧化钠溶液，相当于电解水，a电极质量不变，故B错误；铁作阳极逐渐溶解，质量减小，故C错误；以石墨为电极电解CuCl2溶液时，a电极上生成铜，b电极上生成氯气为黄绿色，不符合条件，故D错误。
7．根据如图所示装置回答：
（1）当X为Pt，Y为Fe，Z为AgNO3时，阳极反应式为___________________，阴极反应式为________________，电解反应式为________________。
（2）X为Cu，Y为Fe，Z为CuSO4时，阳极反应式为__________________________，阴极反应式为____________________________________________。
【解析】电解池中与电源正极相连的是阳极（X），与电源负极相连的是阴极（Y）。
【答案】（1）4OH－－4e－2H2O+O2↑；4Ag++4e－4Ag；2H2O+4AgNO34Ag+O2↑+4HNO3
（2）Cu－2e－Cu2+；Cu2++2e－Cu
8．取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的石蕊试纸，平铺在一块金属板上，按如图所示的方法连接电路。
（1）若金属板为一铂片，B处为一直流电源，接通电源后。
①若试纸为红色石蕊试纸，用铅笔在试纸上写字，出现蓝色字迹。则a电极为电源的________（填“正极”或“负极”），铅笔芯与试纸接触的电极反应为________________。
②若试纸为蓝色石蕊试纸，将铅笔芯放置在试纸上一段时间后，接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则a电极为电源的________（填“正极”或“负极”），铅笔芯与试纸接触处的电极反应为________________________。
（2）若试纸为红色石蕊试纸，金属板为一锌片，B处为一灵敏电流计，接通电路，将铅笔芯放置在试纸上一段时间，发现电流计指针发生偏转，则接触处将________（填“变白”、“变蓝”或“不变色”），铅笔芯与试纸接触处的电极反应为________________。
【解析】（1）①若试纸为红色石蕊试纸，用铅笔在试纸上写字，出现蓝色字迹，说明有氢氧化钠生成，则石墨电极作阴极，则a是电源负极，电解池阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H++2e－＝H2↑（或2H2O+2e－＝H2↑+2OH－）；②若试纸为蓝色石蕊试纸，将铅笔芯放置在试纸上一段时间后，接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色，说明石墨是电解池阳极，原电池正极连接电解池阳极，所以a电极是电源正极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl－2e－＝Cl2↑；（2）若试纸为红色石蕊试纸，金属板为一锌片，B处为一灵敏电流计，接通电路，则该装置构成原电池，锌作负极，石墨作正极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为：O2+2H2O+4e－＝4OH－，湿润的红色石蕊试纸遇碱变蓝色
【答案】（1）①负极；2H++2e－＝H2↑（或2H2O+2e－＝H2↑+2OH－）
②正极；2Cl－2e－＝Cl2↑（2）变蓝；O2+2H2O+4e－＝4OH－
题组B 能力提升练
1．（2021·芜湖高二检测）如图，电解质溶液是NaCl的水溶液，通电一段时间后发现d极附近有黄绿色气体产生，以下说法正确的是（ ）。
A．a是电源的正极
B．电子流动的方向：d→b
C．c极发生氧化反应
D．如果将c、d两电极互换，则c上也会生成黄绿色气体
【解析】选B。d极附近有黄绿色气体产生，应该是Cl－放电，说明d极是阳极，所以b是正极，A错；电子流向是阴极→电源正极，即d→b→a→c，B对；c极得电子，化合价降低，发生还原反应，C错；如果c是活性电极则不产生黄绿色气体，D错。
2．用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成，则电解一段时间后，下列有关该溶液（与电解前同温度）的说法中正确的有：①该溶液的pH可能增大；②该溶液的pH可能减小；③该溶液的pH可能不变；④该溶液的浓度可能增大；⑤该溶液的浓度可能不变；⑥该溶液的浓度可能减小（ ）。
A．仅①②③ B．仅①②③④
C．仅①②③④⑤ D．全部
【解析】选C。用惰性电极电解时，两极只有H2和O2，则实质上电解的是水，电解质不参与反应。该电解质有3种可能，如电解H2SO4溶液时，水被电解，H2SO4浓度变大，pH减小；电解NaOH溶液时，水被电解，NaOH浓度变大，pH增大；电解Na2SO4溶液时，水被电解，Na2SO4浓度变大，pH不变，但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变，故①、②、③、④、⑤正确，⑥不可能。
3．（2021·雅安高二检测）如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是（ ）。
A．x是正极，y是负极
B．a极产生氢气，b极生成I2
C．a极和Pt电极都有气泡产生
D．U形管中溶液的碱性增强
【解析】选A。淀粉遇碘变蓝→b极生成I2，即确定b极发生反应2I－－2e－I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H+放电，发生反应2H++2e－H2↑，产生氢气，U形管中总反应式为2KI+2H2O2KOH+H2↑+I2，溶液的碱性增强，故A错误，B、D正确；石墨为阴极，铂为阳极，电极反应分别是Cu2++2e－Cu，4OH－－4e－2H2O+O2↑，C正确。
4．如图所示，a、b、c均为石墨电极，d为碳钢电极，通电进行电解。假设在电解过程中产生的气体全部逸出，下列说法正确的是（ ）。
A．甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变
B．甲烧杯中a的电极反应式为4OH－－4e－O2↑+2H2O
C．当电解一段时间后，将甲、乙两溶液混合，一定会产生蓝色沉淀
D．当b极增重3.2g时，d极产生的气体为2.24L（标准状况）
【解析】选B。通电一段时间后，甲中阳极发生4OH－－4e－2H2O+O2↑，阴极发生Cu2++2e－Cu，反应后为硫酸，溶液pH减小，乙中阴极氢离子放电生成氢氧根离子，溶液的pH增大，故A错误；a与电源正极相连，为阳极，阳极上氢氧根离子失电子，其电极反应为4OH－－4e－2H2O+O2↑，故B正确；当电解一段时间后，甲可能为硫酸，乙为NaOH，则二者混合不会生成沉淀，故C错误；b极增重3.2g时，n（Cu）＝＝0.05mol，由Cu～2e－～H2↑，则d极产生的气体为0.05mol×22.4L·mol－1＝1.12L，故D错误。
5．（2021·宿迁高二检测）现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol·L－1的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是（ ）。
A．电解开始时阴极有H2放出
B．电解开始时阳极上发生：Cu2++2e－Cu
C．当电路中通过电子的量超过0.1mol时，此时阴极放电的离子发生了变化
D．整个电解过程中，SO42－不参与电极反应
【解析】选D。依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl－，故阳极开始产生的是Cl2。故A、B错；由阴极反应Cu2++2e－Cu，n（Cu2+）＝0.1mol，当电路中通过电子的量达到0.2mol时，此时Cu2+消耗完毕，阴极放电离子变为H+，所以C错；阳极先是Cl－放电，当Cl－消耗完毕，此时H2O电离产生的OH－开始在阳极放电，SO42－不参与电极反应。
6．采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是（ ）。
A．阳极反应为2H2O－4e－＝4H++O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H+由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
【解析】选D。a极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b极通入氧气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。依据分析a极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是2H2O－4e－＝4H++O2↑，故A正确，但不符合题意；电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH不变，故B正确，但不符合题意；有B的分析可知，C正确，但不符合题意；电解时，阳极的反应为：2H2O－4e－＝4H++O2↑，阴极的反应为：O2+2e－+2H+＝H2O2，总反应为：O2+2H2O＝2H2O2，要消耗氧气，即是a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，故D错误，符合题意。
7．请从如图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积，并检验氯气。
（1）A极发生的电极反应式是________________，B极发生的电极反应式是________________________。
（2）设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序为：A接________、F接________；B接________、E接________。
（3）证明产物中有Cl2的实验现象是________________________________。
（4）已知电解后测得产生的H2的体积为44.8mL（已经折算成标准状况），电解后溶液的体积为50mL，此时溶液中NaOH的物质的量浓度为________________。
【解析】（1）电解饱和食盐水获得氯气时，A极是活泼金属电极，应为阴极，阴极上是氢离子得电子，反应式为：2H++2e－＝H2↑，B极是阳极，阳极是氯离子失电子的过程，反应式是：2Cl－－2e－＝Cl2↑；（2）测定产生的氢气的体积用排水量气法，导管是短进长出，所以A接G，用装有淀粉碘化钾溶液的洗气瓶检验氯气时，导管要长进短出，所以B接D，氯气要进行尾气处理，即E接C；（3）氯气可以将碘化钾中的碘置换出来，生成的碘单质可使使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，所以证明产物中有Cl2的实验现象是湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝；（4）根据电解饱和食盐水的电解原理方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，标准状况下44.8mL H2的物质的量为0.002mol时，此时生成氢氧化钠的物质的量为0.004mol，所以溶液中NaOH的物质的量浓度c＝＝＝0.08mol/L。
【答案】（1）2H++2e－＝H2↑；2Cl－－2e－＝Cl2↑
（2）G、F、H、D、E、C
（3）湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝（4）0.08mol/L
8．已知金属活动相差越大，形成原电池时越容易放电。请根据如图装置，回答下列问题：
（1）各装置名称是：A池______，B池______。
（2）写出电极上发生的反应：①____________，③____________。
（3）当电路上有1mol电子流过时，⑥极上质量变化______g。
【解析】（1）A是能自发进行的氧化还原反应，且符合原电池的构成条件，所以属于原电池，B有外接电源，属于电解池；（2）A原电池中，锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式为：Zn－2e－＝Zn2+，B是电解池，③作阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl－－2e－＝Cl2↑；（3）⑥中铜电极上银离子得电子析出，电极反应式为：Ag++e－＝Ag，当电路上有1mol电子流过时析出银的质量＝1mol×108g/mol＝108g。
【答案】（1）原电池，电解池
（2）Zn－2e－＝Zn2+，2Cl－－2e－＝Cl2↑（3）108
题组C 培优拔尖练
1．（2021·上海崇明高二检测）右图是某学生制作的家用环保型消毒液发生器，玻璃管内是滴有酚酞的饱和食盐水，通电数分钟后，下列叙述中错误的是（ ）。
A．用燃着的木柴点燃肥皂泡中的气体可能有爆鸣声
B．从玻璃管中放出的消毒液的主要成份是NaClO和NaCl
C．与电源a极相连的电极附近溶液的颜色变化无色、红色、无色
D．与电源b极相连的电极上产生的气泡是氢气
【解析】选D。要获得消毒液，下面的石墨电极上产生的应该是氯气，上面的石墨电极上产生的是氢气。用燃着的木柴点燃肥皂泡中的气体（氢气）若气体不纯，可能有爆鸣声，故A正确；从玻璃管中放出的消毒液的主要成份是氯气和氢氧化钠反应生成的NaClO和NaCl，故B正确；与电源a极相连的电极是阴极，该电极电解过程中产生氢气，碱性开始增强，最后生成的氢氧化钠和氯气发生了反应，所以附近溶液的颜色变化无色→红色→无色，故C正确；与电源b极相连的电极上产生的气泡是氯气，故D错误。
2．（2021·全国乙卷）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极（如图所示），通入一定的电流。下列叙述错误的是（ ）。
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg（OH）2等积垢需要定期清理
【解析】选D。依据分析可知，阳极发生反应Cl－－2e－＝Cl2↑，故A正确；依据题意“排水管中生物的附和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率”可知，需要生成次氯酸钠进而杀灭附着生物，故B正确；阴极发生反应2H2O+2e－＝2OH－+H2↑，若不排除，氢气浓度过大易发生危险，应及时通风稀释，故C正确；依据分析可知阴极发生反应2H2O+2e－＝2OH－+H2↑，Mg（OH）2等积垢在阴极表面形成，需要定期清理阴极表面，故D错误。
3．（2021·山东省德州市高二上学期期中）在Rh（铑）表面进行NRR（电催化反应）将N2转化为NH3的一种反应机理如图所示，下列说法不正确的是（ ）。
A．Rh薄膜电极为电解池的阴极
B．通过②③可知两个氮原子上的加氢过程分步进行
C．上述所有过程都需铑电极提供电子才能进行
D．反应⑤每转移2mol电子，生成22.4LN2（标准状况下）
【解析】选C。由图可知，Rh薄膜电极得电子，Rh薄膜电极为电解池的阴极，A说法正确；根据图像可知，通过②③可知两个氮原子上分2步分别得到氢原子，则加氢过程分步进行，B说法正确；根据图像可知，①、⑤步，Rh未提供电子，C说法错误；反应⑤为3N2H2＝2NH3+2N2，每转移4mol电子，生成2molN2（标准状况下），转移2mol电子，22.4L标况下的氮气，D说法正确。
4．（2021·四川省泸州市高二下学期期末）Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。如图用该水激活电池为电源电解NaCl溶液的实验中，X电极上有无色气体逸出。下列有关分析正确的是（ ）。
A．II为正极，其反应式为Ag++e－＝Ag
B．水激活电池内Cl－由正极向负极迁移
C．每转移1mole－，U型管中消耗0．5molH2O
D．开始时U型管中Y极附近pH逐渐增大
【解析】选B。X电极上有无色气体逸出，应为阴极，生成氢气，则Ⅰ为负极，Ⅱ为正极，根据电池总反应可判断出反应中Ag的化合价降低，被还原，Mg应为原电池的负极；在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，以形成闭合电路，以此解答该题。AgCl是难溶物，其正极电极反应式为：2AgCl+2e－＝2Cl－+2Ag，选项A错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则Cl－在正极产生由正极向负极迁移，选项B正确；每转移1mole－，由2Cl－+2H2O2OH－+H2↑+Cl2↑，可知生成0.5mol氢气，消耗1mol水，选项C错误；Y为阳极，生成氯气，氯气与水反应呈酸性，pH减小，选项D错误。
5．（2021·宁波高二检测）A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
阳离子
Na+、K+、Cu2+
阴离子
SO42－、OH－
下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图如上。据此回答下列问题：
（1）M为电源的________极（填写“正”或“负”），b电极上发生的电极反应式为_____________________________________________；
（2）计算电极e上生成的气体在标准状态下的体积：____________；
（3）写出乙烧杯的电解池反应____________________________。
（4）如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？________________________________________________________。
（5）若经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g，要使丙恢复到原来的状态，操作是____________________________。
【解析】（1）乙中c电极质量增加，则c处发生的反应为：Cu2++2e－＝Cu，即c处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。测得乙中c电极质量增加了16g，有金属析出的是Cu2+，其他的都不可能，而Cu2+只有和SO42－结合，可以确定为B为硫酸铜；由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定在A为KOH或NaOH，C为K2SO4或Na2SO4。甲中为KOH或NaOH，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH－放电，即4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。（2）当乙中有16gCu析出时，转移的电子为0.5mol，2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。丙中为K2SO4或Na2SO4，相当于电解水，由方程式2H2O2H2↑+O2↑可知，生成2molH2，转移4mol电子，所以当整个反应中转移0.5mol电子时，生成的H2为0.25mol，标况下的体积为0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。甲和丙烧杯中消耗水0.25mol，若要恢复到原来的状态操作是向烧杯中加4.5g水。
（4）铜全部析出后，电解质变为H2SO4，所以电解反应仍能进行。
【答案】（1）负； 4OH－－4e－＝2H2O+O2↑（2）5.6 L （3）2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4（4）能，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应变为电解水的反应（5）向丙烧杯中加4.5g水
6．（2020·全国Ⅱ卷节选）CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：
（1）阴极上的反应式为___________________。
（2）若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为___________。
【解析】（1）由装置图知为电解装置，电极A为阴极，由球棍模型可知反应物为CO2，产物为CO，固体电解质传递O2－，则电极反应式为CO2+2e－CO+O2－。（2）由球棍模型知，阳极的反应物为甲烷，生成物为乙烷、乙烯和水。生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，即物质的量之比为2∶1，设物质的量分别为2mol、1mol，由原子守恒知消耗的CH4的物质的量为（2mol+1mol）×2＝6mol，转移电子的物质的量为2mol×2×2+1mol×2×1＝10mol，则消耗的CO2的物质的量为10mol÷2＝5mol，则消耗的CH4和CO2的物质的量之比为6∶5，即体积比为6∶5。
【答案】（1）CO2+2e－CO+O2－（2）6∶5
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