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人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池精品第2课时同步达标检测题
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这是一份人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池精品第2课时同步达标检测题，文件包含42电解池第2课时电解原理的应用原卷版-高二化学同步素养目标精品讲义人教版选择性必修1docx、42电解池第2课时电解原理的应用解析版-高二化学同步素养目标精品讲义人教版选择性必修1docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共24页， 欢迎下载使用。
【学习目标】
1．了解电解原理在工业生产中的应用。
2．认识电解在实现物质转化和能量储存中的具体应用。
【素养目标】
1．通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。
2．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。培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(反应类型：还原反应)。
(2)总反应方程式
①化学方程式：2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)应用：氯碱工业——制Cl2、H2和NaOH
①阳离子交换膜的作用
阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
②a、b、c、d加入或取出的物质分别是精制饱和NaCl溶液、含少量NaOH的水、淡盐水、NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。
2．电镀和电解精炼铜
(1)电镀
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。
①阳极：镀层金属，电极本身发生氧化反应。
②阴极：待镀金属制品
③电镀溶液：含有镀层金属离子的溶液
(2)电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银等)
①粗铜作阳极，主要的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；纯铜作阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；电解质溶液为CuSO4溶液。
②活泼性较强的铁、锌等以离子形式进入溶液，活泼性较差的Ag、Au形成阳极泥。
【点拨】电镀Cu时，电镀液CuSO4浓度不变，电解精炼Cu时，电解液浓度变小。
3．电冶金制取金属
K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融化合物的方法得到。
本质为Mn＋＋ne－===M，利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：
阴极：2Na＋＋2e－===2Na，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，总反应式： 2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up15(电解))2Na＋Cl2↑
【点拨】①工业上不能电解熔融MgO、AlCl3制Mg和Al。
②冶炼Al时用冰晶石作Al2O3的溶剂。
典例1．工业上电解饱和食盐水的阴极区产物是( )
A．氯气 B．氢气和氯气
C．氢气和氢氧化钠 D．氯气和氢氧化钠
【答案】C
【解析】用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，破坏水的电离平衡，阴极区域OH－与Na＋结合成NaOH。
典例2．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，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，溶液中含有锌离子
【答案】A
【解析】电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
知识点二：电解的有关计算
1．电解计算的依据
(1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。
(2)串联电路中各电解池转移的电子总数相等。
(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
2．电解计算的方法
(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。
(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。
电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。
典例3．用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供0.2 ml电子时停止通电。若此溶液体积为2 L，则所得电解液的pH是( )
A．1 B．8 C．13 D．14
【答案】C
【解析】电解饱和食盐水时供给0.2 ml电子，则消耗的H＋为0.2 ml，同时产生OH－为0.2 ml，溶液体积为2 L，pH＝13。
典例4．用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为( A )
A．1 ml·L－1 B．2 ml·L－1 C．3 ml·L－1 D．4 ml·L－1
【答案】A
【解析】根据题设条件，两极上电极反应式为阴极：首先Cu2＋＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2↑；阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。既然阴极上收集到H2，说明Cu2＋已完全放电，根据电子守恒，阴极上Cu2＋、H＋得电子总数应等于OH－失电子总数。析出0.1 ml H2获得0.2 ml电子，析出0.1 ml O2失去0.4 ml电子，所以有0.1 ml Cu2＋放电，获得0.2 ml电子，c(Cu2＋)＝0.1 ml/0.1 L＝1 ml·L－1。
知识点三：交换膜的分类及应用
1．单膜电解池
典例5．用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．通电后阴极区溶液pH会增大
C．K＋通过阳离子交换膜从阴极区移向阳极区
D．纯净的KOH溶液从b口导出
【答案】C
【解析】阳极区为粗KOH溶液，OH－失电子发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中c(OH－)增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。
2．多膜电解池
典例6．用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是( )
A．阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2
B．b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋
C．产品室中发生的反应是B(OH)3＋OH－===B(OH)eq \\al(－,4)
D．每增加1 ml H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g
【答案】D
【解析】由图可知，b极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H＋，a极为阴极，电解时阴极上水得电子发生还原反应生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)eq \\al(－,4)通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，在产品室中B(OH)eq \\al(－,4)、H＋发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理论上每生成1 ml产品，b极生成1 ml H＋，a极生成0.5 ml H2，减少质量为1 g，NaOH溶液增加的Na＋为1 ml即23 g，故NaOH溶液增重22 g。
3．双极膜电解池
典例7．双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是( )
A．出口2的产物为HBr溶液
B．出口5的产物为硫酸溶液
C．Br－可从盐室最终进入阳极液中
D．阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【答案】D
【解析】阴极，水中H＋放电，双极膜中水解离生成的H＋移向阴极区，OH－移向交换室1，与NaBr溶液中通过阳离子交换膜进入交换室1的Na＋组成NaOH溶液，出口1为Na2SO4溶液，出口2为NaOH溶液，同理，阳极，水中OH－放电，双极膜中的OH－移向阳极，H＋移向交换室2，与通过阴离子交换膜进入交换室2的Br－组成HBr，出口4产物为HBr溶液，出口5为Na2SO4溶液。
【点拨】离子交换膜的作用及意义
(1)隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。
(2)限制某些离子的移动，常用于物质制备及纯化。
(3)双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源。
【点拨】在多交换膜的池中，离子迁移遵循电荷守恒，离子的迁移数目可能不相等。
知识点四：多池串联的两大模型及原理分析
常见串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
显然两图中，A均为原电池，B均为电解池。
典例8．中科院长春应化所张新波团队提出了一种独特的锂—氮电池(Li—N2)，该电池在放电过程中消耗氮气，充电过程中释放氮气，实现氮气的循环，并对外提供电能。该电池在充电时发生反应：2Li3N===N2↑＋6Li。现以该电池为电源进行如图所示实验，下列说法正确的是( )
A．乙电极上的反应为2Li3N－6e－===N2↑＋6Li＋
B．充电过程Li＋由甲电极迁移向乙电极，并在多孔碳布表面生成Li3N
C．石墨a电极和m、n处均可能有铜析出
D．锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能
【答案】D
【解析】放电时，该原电池中锂失电子作负极，氮气得电子作正极，故乙电极是正极，发生反应：N2＋6Li＋＋6e－===2Li3N，A项错误；充电过程是电解池原理，Li＋由乙电极移向甲电极，多孔碳布表面Li3N分解生成N2和Li＋，B项错误；石墨a是阳极，阳极电极反应式：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，产生氧气，C项错误；反应N2＋6Li===2Li3N属于氮的固定，锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能，D项正确。
典例9．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为____________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为_____________________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。
(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；丙池中溶液的pH将________。
【答案】 (1)原电池 CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O
(2)阳极 4AgNO3＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3
(3)280 D 1.60 (4)减小 增大
【解析】 (1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O。(2)乙池中电解AgNO3溶液，其中C作阳极，Ag作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子数相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝eq \f(1,4)×eq \f(5.40,108)×22.4 L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝eq \f(1,2)×eq \f(5.40,108)×64 g＝1.60 g。(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙池中总反应2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲池中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。
【点拨】多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池；与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。
核心价值与学科素养
电解是利用外电路电源提供电能的一种强有力的氧化还原手段，可以使不能发生的氧化还原反应强制发生。因此电解原理有着广泛的应用，可以应用电解手段制备、净化、提纯某些物质。
(1)CO2气体是引起温室效应和气候变暖的主要物质。《Jurnal f Energy Chemistry》报道我国科学家设计CO2熔盐捕获转化装置如图。
判断a、d电极的名称，并写出电极反应式。
(2)三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池元件。电解法制备过程如下：用NaOH溶液将NiCl2溶液的pH调至7.5，加入适量硫酸钠固体后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍(可简单写成Ni2＋)氧化为Ni3＋，再将Ni3＋经一系列反应后转化为Ni2O3。电解装置如图所示。
分析加入适量硫酸钠固体的作用。
【解析】(1)根据图示可以得出d电极上发生COeq \\al(2－,3)转化为C的反应，根据化合价可以判断发生的是得电子的还原反应，因此电极d为阴极，电极反应式为COeq \\al(2－,3)＋4e－===C＋3O2－；则电极a为阳极，根据图示可以判断电极反应式为2C2Oeq \\al(2－,5)－4e－===4CO2↑＋O2↑。
(2)硫酸钠是一种强电解质，向其中加入硫酸钠，能使溶液中的离子浓度增大，从而增强溶液的导电能力。
【跟踪练习】 基础过关
1． 以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是( )
A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程
B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率
D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用
2． 下列图示中关于铜电极的连接错误的是( )
3． 用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法中错误的是( )
A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．电解过程中废水的pH不发生变化
C．电解过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D．电路中每转移12 ml电子，最多有1 ml Cr2O72-被还原
4． 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
5． 中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室科研团队以“铆合”了纳米金属Ni催化剂的SrTiO3基陶瓷为电极，以固体氧化物为电解质，通过电解CO2制备CO，其原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．a接电源的负极
B．陶瓷电极A的电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－
C．该电解池工作时，固体电解质中O2－向电极B移动
D．可以用Fe作电极B，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑
能力达成
6． 实验室以某燃料电池为电源模拟工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染的装置如图所示，电解过程中Fe电极附近有N2产生。下列说法不正确的是( )
A．电解过程中，装置甲中Fe电极附近溶液颜色变化为无色→浅绿色→黄色
B．b电极的电极反应式：2NOeq \\al(－,3)＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
C．装置乙的中间室中的Na＋移向右室，Cl－移向左室
D．1 ml甲醇参加反应时，整个装置能产生0.6 ml N2
7． 电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生金属离子，在经一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以及氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。下列说法不正确的是( )
A．每产生1 ml O2，整个电解池中理论上转移电子数为4NA
B．阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．若铁为阳极，则阳极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．若铁为阳极，则在处理废水的过程中阳极附近会发生：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
8． Ⅰ．如图1所示，其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O，回答下列问题：
(1)甲池燃料电池的负极反应式为 。
(2)写出乙池中电解总反应的化学方程式： 。
(3)甲池中消耗224 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生 g沉淀，此时乙池中溶液的体积为400 mL，该溶液的pH= 。
Ⅱ．某同学利用甲醇燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置如图2。若用于制漂白液，a为电池的 极，电解质溶液最好用 。若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用 作电极。
电镀(铁制品上镀Cu)
电解精炼铜
阳极
电极材料
镀层金属铜
粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极反应
Cu－2e－===Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、
Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋
阴极
电极材料
待镀铁制品
精铜
电极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液
含Cu2＋的盐溶液
电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解)) Mg＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5(冰晶石)) 4Al＋3O2↑
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
【学习目标】
1．了解电解原理在工业生产中的应用。
2．认识电解在实现物质转化和能量储存中的具体应用。
【素养目标】
1．通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。
2．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。培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(反应类型：还原反应)。
(2)总反应方程式
①化学方程式：2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)应用：氯碱工业——制Cl2、H2和NaOH
①阳离子交换膜的作用
阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
②a、b、c、d加入或取出的物质分别是精制饱和NaCl溶液、含少量NaOH的水、淡盐水、NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。
2．电镀和电解精炼铜
(1)电镀
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。
①阳极：镀层金属，电极本身发生氧化反应。
②阴极：待镀金属制品
③电镀溶液：含有镀层金属离子的溶液
(2)电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银等)
①粗铜作阳极，主要的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；纯铜作阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；电解质溶液为CuSO4溶液。
②活泼性较强的铁、锌等以离子形式进入溶液，活泼性较差的Ag、Au形成阳极泥。
【点拨】电镀Cu时，电镀液CuSO4浓度不变，电解精炼Cu时，电解液浓度变小。
3．电冶金制取金属
K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融化合物的方法得到。
本质为Mn＋＋ne－===M，利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：
阴极：2Na＋＋2e－===2Na，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，总反应式： 2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up15(电解))2Na＋Cl2↑
【点拨】①工业上不能电解熔融MgO、AlCl3制Mg和Al。
②冶炼Al时用冰晶石作Al2O3的溶剂。
典例1．工业上电解饱和食盐水的阴极区产物是( )
A．氯气 B．氢气和氯气
C．氢气和氢氧化钠 D．氯气和氢氧化钠
【答案】C
【解析】用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，破坏水的电离平衡，阴极区域OH－与Na＋结合成NaOH。
典例2．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，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，溶液中含有锌离子
【答案】A
【解析】电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
知识点二：电解的有关计算
1．电解计算的依据
(1)阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。
(2)串联电路中各电解池转移的电子总数相等。
(3)电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
2．电解计算的方法
(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。
(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。
电解计算时常用的定量关系为4e－～4H＋～4OH－～2H2～O2～2Cu～4Ag。
典例3．用惰性电极电解饱和食盐水，当电源提供0.2 ml电子时停止通电。若此溶液体积为2 L，则所得电解液的pH是( )
A．1 B．8 C．13 D．14
【答案】C
【解析】电解饱和食盐水时供给0.2 ml电子，则消耗的H＋为0.2 ml，同时产生OH－为0.2 ml，溶液体积为2 L，pH＝13。
典例4．用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为( A )
A．1 ml·L－1 B．2 ml·L－1 C．3 ml·L－1 D．4 ml·L－1
【答案】A
【解析】根据题设条件，两极上电极反应式为阴极：首先Cu2＋＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2↑；阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。既然阴极上收集到H2，说明Cu2＋已完全放电，根据电子守恒，阴极上Cu2＋、H＋得电子总数应等于OH－失电子总数。析出0.1 ml H2获得0.2 ml电子，析出0.1 ml O2失去0.4 ml电子，所以有0.1 ml Cu2＋放电，获得0.2 ml电子，c(Cu2＋)＝0.1 ml/0.1 L＝1 ml·L－1。
知识点三：交换膜的分类及应用
1．单膜电解池
典例5．用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．通电后阴极区溶液pH会增大
C．K＋通过阳离子交换膜从阴极区移向阳极区
D．纯净的KOH溶液从b口导出
【答案】C
【解析】阳极区为粗KOH溶液，OH－失电子发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中c(OH－)增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。
2．多膜电解池
典例6．用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是( )
A．阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2
B．b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋
C．产品室中发生的反应是B(OH)3＋OH－===B(OH)eq \\al(－,4)
D．每增加1 ml H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g
【答案】D
【解析】由图可知，b极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H＋，a极为阴极，电解时阴极上水得电子发生还原反应生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)eq \\al(－,4)通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，在产品室中B(OH)eq \\al(－,4)、H＋发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理论上每生成1 ml产品，b极生成1 ml H＋，a极生成0.5 ml H2，减少质量为1 g，NaOH溶液增加的Na＋为1 ml即23 g，故NaOH溶液增重22 g。
3．双极膜电解池
典例7．双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是( )
A．出口2的产物为HBr溶液
B．出口5的产物为硫酸溶液
C．Br－可从盐室最终进入阳极液中
D．阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【答案】D
【解析】阴极，水中H＋放电，双极膜中水解离生成的H＋移向阴极区，OH－移向交换室1，与NaBr溶液中通过阳离子交换膜进入交换室1的Na＋组成NaOH溶液，出口1为Na2SO4溶液，出口2为NaOH溶液，同理，阳极，水中OH－放电，双极膜中的OH－移向阳极，H＋移向交换室2，与通过阴离子交换膜进入交换室2的Br－组成HBr，出口4产物为HBr溶液，出口5为Na2SO4溶液。
【点拨】离子交换膜的作用及意义
(1)隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。
(2)限制某些离子的移动，常用于物质制备及纯化。
(3)双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源。
【点拨】在多交换膜的池中，离子迁移遵循电荷守恒，离子的迁移数目可能不相等。
知识点四：多池串联的两大模型及原理分析
常见串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
显然两图中，A均为原电池，B均为电解池。
典例8．中科院长春应化所张新波团队提出了一种独特的锂—氮电池(Li—N2)，该电池在放电过程中消耗氮气，充电过程中释放氮气，实现氮气的循环，并对外提供电能。该电池在充电时发生反应：2Li3N===N2↑＋6Li。现以该电池为电源进行如图所示实验，下列说法正确的是( )
A．乙电极上的反应为2Li3N－6e－===N2↑＋6Li＋
B．充电过程Li＋由甲电极迁移向乙电极，并在多孔碳布表面生成Li3N
C．石墨a电极和m、n处均可能有铜析出
D．锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能
【答案】D
【解析】放电时，该原电池中锂失电子作负极，氮气得电子作正极，故乙电极是正极，发生反应：N2＋6Li＋＋6e－===2Li3N，A项错误；充电过程是电解池原理，Li＋由乙电极移向甲电极，多孔碳布表面Li3N分解生成N2和Li＋，B项错误；石墨a是阳极，阳极电极反应式：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，产生氧气，C项错误；反应N2＋6Li===2Li3N属于氮的固定，锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能，D项正确。
典例9．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为____________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为_____________________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。
(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；丙池中溶液的pH将________。
【答案】 (1)原电池 CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O
(2)阳极 4AgNO3＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3
(3)280 D 1.60 (4)减小 增大
【解析】 (1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O。(2)乙池中电解AgNO3溶液，其中C作阳极，Ag作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子数相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝eq \f(1,4)×eq \f(5.40,108)×22.4 L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝eq \f(1,2)×eq \f(5.40,108)×64 g＝1.60 g。(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙池中总反应2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲池中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。
【点拨】多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池；与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。
核心价值与学科素养
电解是利用外电路电源提供电能的一种强有力的氧化还原手段，可以使不能发生的氧化还原反应强制发生。因此电解原理有着广泛的应用，可以应用电解手段制备、净化、提纯某些物质。
(1)CO2气体是引起温室效应和气候变暖的主要物质。《Jurnal f Energy Chemistry》报道我国科学家设计CO2熔盐捕获转化装置如图。
判断a、d电极的名称，并写出电极反应式。
(2)三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池元件。电解法制备过程如下：用NaOH溶液将NiCl2溶液的pH调至7.5，加入适量硫酸钠固体后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍(可简单写成Ni2＋)氧化为Ni3＋，再将Ni3＋经一系列反应后转化为Ni2O3。电解装置如图所示。
分析加入适量硫酸钠固体的作用。
【解析】(1)根据图示可以得出d电极上发生COeq \\al(2－,3)转化为C的反应，根据化合价可以判断发生的是得电子的还原反应，因此电极d为阴极，电极反应式为COeq \\al(2－,3)＋4e－===C＋3O2－；则电极a为阳极，根据图示可以判断电极反应式为2C2Oeq \\al(2－,5)－4e－===4CO2↑＋O2↑。
(2)硫酸钠是一种强电解质，向其中加入硫酸钠，能使溶液中的离子浓度增大，从而增强溶液的导电能力。
【跟踪练习】 基础过关
1． 以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是( )
A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程
B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率
D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用
2． 下列图示中关于铜电极的连接错误的是( )
3． 用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法中错误的是( )
A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．电解过程中废水的pH不发生变化
C．电解过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D．电路中每转移12 ml电子，最多有1 ml Cr2O72-被还原
4． 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
5． 中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室科研团队以“铆合”了纳米金属Ni催化剂的SrTiO3基陶瓷为电极，以固体氧化物为电解质，通过电解CO2制备CO，其原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．a接电源的负极
B．陶瓷电极A的电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－
C．该电解池工作时，固体电解质中O2－向电极B移动
D．可以用Fe作电极B，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑
能力达成
6． 实验室以某燃料电池为电源模拟工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染的装置如图所示，电解过程中Fe电极附近有N2产生。下列说法不正确的是( )
A．电解过程中，装置甲中Fe电极附近溶液颜色变化为无色→浅绿色→黄色
B．b电极的电极反应式：2NOeq \\al(－,3)＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
C．装置乙的中间室中的Na＋移向右室，Cl－移向左室
D．1 ml甲醇参加反应时，整个装置能产生0.6 ml N2
7． 电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生金属离子，在经一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以及氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。下列说法不正确的是( )
A．每产生1 ml O2，整个电解池中理论上转移电子数为4NA
B．阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．若铁为阳极，则阳极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．若铁为阳极，则在处理废水的过程中阳极附近会发生：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
8． Ⅰ．如图1所示，其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O，回答下列问题：
(1)甲池燃料电池的负极反应式为 。
(2)写出乙池中电解总反应的化学方程式： 。
(3)甲池中消耗224 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生 g沉淀，此时乙池中溶液的体积为400 mL，该溶液的pH= 。
Ⅱ．某同学利用甲醇燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置如图2。若用于制漂白液，a为电池的 极，电解质溶液最好用 。若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用 作电极。
电镀(铁制品上镀Cu)
电解精炼铜
阳极
电极材料
镀层金属铜
粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极反应
Cu－2e－===Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、
Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋
阴极
电极材料
待镀铁制品
精铜
电极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液
含Cu2＋的盐溶液
电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解)) Mg＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5(冰晶石)) 4Al＋3O2↑
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
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