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所属成套资源：高中化学 选择性必修一（人教版2019）学案
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高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池学案设计
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池学案设计，共12页。学案主要包含了 能力打底 概念辨析， 电解饱和食盐水， 电镀和电解精炼铜， 电冶金， 电解的相关计算等内容，欢迎下载使用。
1. 认识电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。
2. 掌握电解原理的有关计算。
一、 能力打底 概念辨析
判断下列说法的正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 氯碱工业是非常重要的化工产业，在电解饱和食盐水时，在阴极上得到的产物为H2和NaOH。( √ )
(2) 电解饱和食盐水制烧碱，用铁作阳极。( × )
(3) 电解法精炼粗铜，用纯铜作阳极。( × )
(4) 在镀件上电镀锌，用锌作阳极。( √ )
(5) 电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度一定不变。( × )
(6) 在镀件上电镀铜，电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量。( × )
二、 电解饱和食盐水
氯碱工业：电解饱和食盐水的工业叫作氯碱工业。
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. 总反应式
化学方程式： 2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up12(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 。
离子方程式： 2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up12(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 。
3. 装置与应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
三、 电镀和电解精炼铜
四、 电冶金
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。
五、 电解的相关计算
1. 计算方法
有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：
2. 等量关系
(1) 当电流通过一个或多个串联的电解池时， 它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。
(2) 常见电化学计算的对应关系： H2～Cl2～eq \f(1,2)O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。
如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。
类型1 电解原理的基本应用
关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是( D )
A. 都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B. 电解液的成分都保持不变
C. 阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋
D. 阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu
[解析] 电镀时镀件作阴极，A错误；电解精炼铜时，电解液成分发生变化，B错误；电解精炼铜时，比铜活泼的金属杂质(如锌)更易被氧化，C错误。
类型2 电解原理的综合应用
(2023·海安模拟)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H＋浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如右图所示。下列说法错误的是( A )
A. 电解时只允许H＋通过离子交换膜
B. 生成O2和H2的质量比为8∶1
C. 电解一段时间后，阴极区OH－的浓度增大
D. 生成CrO3的反应为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2H＋===2CrO3＋H2O
[解析] 根据左侧电极上生成O2，右侧电极上生成H2，可知左侧电极为阳极，发生反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，右侧电极为阴极，发生反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；由题意知，左室中Na2Cr2O7随着H＋浓度增大转化为CrO3：Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2H＋===2CrO3＋H2O，因此阳极生成的H＋不能通过离子交换膜。由以上分析知，电解时通过离子交换膜的是Na＋，A错误；根据各电极上转移电子数相同，由阳极反应和阴极反应可知生成O2和H2的物质的量之比为1∶2，其质量比为8∶1，B正确；根据阴极反应知，电解一段时间后阴极区溶液OH－的浓度增大，C正确；电解过程中阳极区H＋的浓度增大，Na2Cr2O2转化为CrO3∶Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2H＋===2CrO3＋H2O，D正确。
类型3 电解规律的综合应用
(2022·梁丰中学)我国科学家最新研发的固体透氧膜提取金属钛工艺，装置如图所示。将TiO2熔于NaCl－NaF融盐体系，以石墨为阴极，覆盖氧渗透膜的多孔金属陶瓷涂层为阳极，固体透氧膜把阳极和熔融电解质隔开，只有O2－可以通过。下列说法错误的是( D )
A. a极是电源的正极，O2－在熔融盐中从右往左迁移
B. 阳极电极反应式为2O2－－4e－===O2↑
C. NaCl－NaF融盐的作用是降低熔化TiO2需要的温度
D. 阳极每产生4.48 L的O2，理论上能生成0.1 ml钛
[解析] 连接阳极的电源电极是正极，连接阴极的电源电极是负极，电解质中阴离子向阳极移动，所以a是正极、b是负极，O2－在熔融盐中从右往左迁移，A正确；阳极上氧离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，B正确；NaCl－NaF融盐的温度较高，它能降低熔化TiO2需要的温度，从而减少能量损失，C正确；温度和压强未知，导致气体摩尔体积未知，无法计算O2的物质的量，则无法计算生成的钛的物质的量，D错误。
1. (2022·木渎中学)右下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中错误的是( C )
A. 装置出口①处的物质是氯气
B. 出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C. 装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋eq \(=====,\s\up12(电解))Cl2↑＋H2↑
D. 该装置是将电能转化为化学能
[解析] 出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up12(电解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－，C错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D正确。
2. 利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列说法中正确的是( D )
A. 电解时以精铜作阳极
B. 电解时阴极发生氧化反应
C. 粗铜连接电源负极，其电极反应式为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
3. 用LiOH可制备锂离子电池的正极材料。LiOH可由电解法制备，如图所示，两极区电解质溶液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法中错误的是( C )
A. B极区电解质溶液为LiOH溶液
B. 阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C. 电解过程中主要是H＋通过阳离子交换膜向B极区迁移
D. 电极A连接电源的正极
[解析] B极区生成H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液， A正确；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl－失去电子，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，B正确；在电解池中阳离子向阴极移动，所以电解过程中主要是Li＋向B极区迁移， C错误；电极A为阳极，所以电极A连接电源的正极， D正确。
4. (2023·徐州模拟)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( C )
A. 阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B. 阴极上Al被氧化
C. 在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D. 阳极和阴极的质量变化相等
[解析] 根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。阴极发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
1. 工业上电解食盐水的阴极区产物是( C )
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
2. (2022·前黄中学)用电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是( C )
A. 电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极
B. 粗铜与直流电源负极相连，发生氧化反应
C. 阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D. 电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
[解析] 电解精炼铜时，粗铜作阳极，与直流电源正极相连，A、B错误；阴极上Cu2＋得电子，被还原为Cu，C正确；Fe、Zn等金属活动性强于Cu，在阳极失电子，以离子的形式进入电解液中，而不活泼的Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥，D错误。
3. 金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍。下列说法中正确的是(已知：氧化性Fe2＋A. 阳极发生还原反应，其电极反应式为 Ni2＋＋2e－===Ni
B. 电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
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有铜和铂，没有锌、铁、镍
[解析] 电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有Ni2＋，则阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，阴极电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量。电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。故选D。
4. 下列描述中，不符合生产实际的是( A )
A. 电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B. 电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C. 电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D. 在镀件上电镀锌，用锌作阳极
[解析] 电解池的阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生反应Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋移动到阴极上发生反应Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的Al不纯。
5. 用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H2C2O4混合溶液。下列叙述正确的是( B )
A. 待加工铝质工件为阴极
B. 可选用不锈钢网作为阴极
C. 阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D. 电解过程中，硫酸根离子向阴极移动
[解析] 利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件作阳极，A错误；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C错误；电解过程中，电解池中的阴离子(SOeq \\al(2－,4))向阳极移动，D错误。
6. 利用如右图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列说法中正确的是( C )
A. 通电后，Ag＋向阳极移动
B. 银片与电源负极相连
C. 电解池的阴极反应式：Ag＋＋e－===Ag
D. 当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
[解析] 铜牌上镀银，银片作阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应式为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.(2023·如皋期末)辉铜矿(主要成分Cu2S)可以用FeCl3溶液浸泡制备Cu2＋，同时得到单质硫。Cu2S可由黄铜矿(主要成分CuFeS2)通过电化学反应转变而成，其工作原理如右图。下列有关电解CuFeS2制备Cu2S的说法错误的是( C )
A. 电极a应连接直流电源的正极
B. 电解时，H＋由a极区移向b极区
C. 当外电路中通过2 mle－时，可得到1 mlCu2S
D. 电解时，b电极上发生的反应为2CuFeS2＋2e－＋6H＋===Cu2S＋2Fe2＋＋3H2S↑
[解析] 由分析可知，电极a应连接直流电源的正极，A正确；电解时阳离子向阴极移动，H＋由a极区移向b极区，B正确；铜在a极发生氧化反应得到Cu2S,2Cu～2e－～Cu2S，则当外电路中通过2 ml e－时，a极可得到1 mlCu2S，同时b极发生反应2CuFeS2＋2e－＋6H＋===Cu2S＋2Fe2＋＋3H2S↑，会得到1 mlCu2S，共2 mlCu2S，C错误；电解时b电极上CuFeS2得到电子，发生还原反应生成Cu2S，同时生成H2S、Fe2＋，反应为2CuFeS2＋2e－＋6H＋===Cu2S＋2Fe2＋＋3H2S↑，D正确。
8. 在100 mL 硫酸和硫酸铜的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为( A )
A. 1 ml/L B. 2 ml/L
C. 3 ml/L D. 4 ml/L
[解析] 分析电解硫酸、硫酸铜混合液的阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为氢气、氧气各0.1 ml，氧气是由OH－失去0.4 ml电子而得到，氢气是由H＋得到0.2 ml电子而生成。由电子得失守恒知，还有0.2 ml电子是Cu2＋得到的，则Cu2＋的物质的量是0.1ml，其物质的量浓度为eq \f(0.1 ml,100×10－3 L)＝1 ml/L。
9. (2022·启东中学)电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染。将NOeq \\al(－,3)降解成N2的电解装置如右图所示，下列说法正确的是( D )
A. 电源的正极为b极
B. 电解时H＋从膜右侧迁移到膜左侧
C. Ag －Pt电极的反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
D. 若转移的电子数为1.204×1024，则生成N2 5.6 g
[解析] 根据题意分析可知，Ag－Pt电极作阴极，b极为电源负极，A错误；阳离子向阴极移动，故H＋应是由膜左侧向右侧迁移，B错误；阴极发生得电子的还原反应，C错误；根据N原子守恒可知2NOeq \\al(－,3)～N2～10e－，若转移电子数为1.204×1024即转移2 ml电子时，生成0.2 ml N2，N2的质量为5.6 g，D正确。
10. 电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2Oeq \\al(2－,7))时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2Oeq \\al(2－,7)＋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( B )
A. 阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B. 电解过程中溶液的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 ml电子，最多有1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)被还原
[解析] 电解时用铁作阳极，失去电子生成Fe2＋，Fe2＋将废水中的Cr2Oeq \\al(2－,7)还原为Cr3＋，A正确；由题干中总反应式可知，处理过程中消耗H＋，溶液的pH变大，B错误；电解过程中H＋在阴极放电，Fe2＋还原Cr2Oeq \\al(2－,7)时也消耗H＋，使溶液的pH变大，Fe3＋转化为 Fe(OH)3 沉淀，C正确；根据电极反应式Fe－2e－===Fe2＋，可知每转移12 ml e－生成6 ml Fe2＋，6 ml Fe2＋可还原1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)，D正确。
11. 观察下列装置示意图，有关叙述正确的是( B )
A. 装置①工业上可用于生产金属钠，电解过程中石墨电极产生金属
B. 装置②中随着电解的进行，左边电极会产生红色的铜，并且电流表示数不断变小
C. 装置③中的离子交换膜允许阳离子、阴离子和小分子水通过
D. 装置④的待镀铁制品应与电源正极相连
[解析] 装置①电解过程中铁电极产生金属，A错误；装置③中的离子交换膜只允许阳离子通过，C错误；装置④的待镀铁制品应与电源负极相连，D错误。
12．(2023·连云港模拟)利用电解法将CO2转化为CH4的原理如右图所示。下列说法正确的是( C )
A. 电解过程中，H＋由b极区向a极区迁移
B. 电极b上的反应为CO2＋8HCOeq \\al(－,3)－8e－===CH4＋8COeq \\al(2－,3)＋2H2O
C. 电解过程中电能转化为化学能
D. 电解时Na2SO4溶液的浓度保持不变
[解析] 由a电极产生O2可以判断出a极为阳极，b为阴极，阳离子向阴极流动，则阳离子H＋由a极区向b极区迁移，A错误；b电极上CO2发生得电子的还原反应，电极b上反应为CO2＋8HCOeq \\al(－,3)＋8e－===CH4＋8COeq \\al(2－,3)＋2H2O，B错误；通过电解法可知此电池为电解池，所以电解过程中能量变化是电能转化为化学能，C正确；根据电极a的反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，发生反应的是OH－，而不是SOeq \\al(2－,4)，所以电解Na2SO4溶液实质是电解水，溶液中的水被消耗，所以Na2SO4溶液的浓度增大，D错误。
13．(2023·扬州期中)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NOeq \\al(－,3)等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液中通入CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如右图所示。下列说法错误的是( D )
A. 电极b是阳极，电极表面发生氧化反应
B. 电解过程中生成尿素的反应为2NOeq \\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O
C. 电解时阳极区的pH减小，阴极区的pH增大
D. 当电极a生成0.25 mlCO(NH2)2时，电极b生成22.4 LO2
[解析] 由分析可知，电极b为电解池的阳极，水分子在阳极失去电子，发生氧化反应，生成氧气和氢离子，A正确；由分析可知，a电极是电解池阴极，酸性条件下硝酸根离子和二氧化碳在阴极得到电子生成尿素和水，发生的反应为2NOeq \\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O，B正确；由A、B项分析可知，电解时阳极区的pH减小，阴极区的pH增大，C正确；未明确标准状况下，无法计算当电极a生成0.25 ml尿素时电极b生成氧气的体积，D错误。阳极
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极
碳钢网
阳离
子交
换膜
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
③既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量
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＋ (填离子符号)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
总反应式
电极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up12(电解))2Na＋Cl2↑
阳极： 2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极： 2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up12(电解))Mg＋Cl2↑
阳极： 2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极： Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up12(电解))4Al＋3O2↑
阳极： 6O2－－12e－===3O2↑
阴极： 4Al3＋＋12e－===4Al
电子守恒法计算
用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等
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
关系式计算
根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式
1. 认识电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。
2. 掌握电解原理的有关计算。
一、 能力打底 概念辨析
判断下列说法的正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 氯碱工业是非常重要的化工产业，在电解饱和食盐水时，在阴极上得到的产物为H2和NaOH。( √ )
(2) 电解饱和食盐水制烧碱，用铁作阳极。( × )
(3) 电解法精炼粗铜，用纯铜作阳极。( × )
(4) 在镀件上电镀锌，用锌作阳极。( √ )
(5) 电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度一定不变。( × )
(6) 在镀件上电镀铜，电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量。( × )
二、 电解饱和食盐水
氯碱工业：电解饱和食盐水的工业叫作氯碱工业。
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. 总反应式
化学方程式： 2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up12(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 。
离子方程式： 2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up12(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 。
3. 装置与应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
三、 电镀和电解精炼铜
四、 电冶金
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。
五、 电解的相关计算
1. 计算方法
有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：
2. 等量关系
(1) 当电流通过一个或多个串联的电解池时， 它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。
(2) 常见电化学计算的对应关系： H2～Cl2～eq \f(1,2)O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。
如电解中析出气体时，在同温同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。
类型1 电解原理的基本应用
关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是( D )
A. 都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B. 电解液的成分都保持不变
C. 阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋
D. 阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu
[解析] 电镀时镀件作阴极，A错误；电解精炼铜时，电解液成分发生变化，B错误；电解精炼铜时，比铜活泼的金属杂质(如锌)更易被氧化，C错误。
类型2 电解原理的综合应用
(2023·海安模拟)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H＋浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如右图所示。下列说法错误的是( A )
A. 电解时只允许H＋通过离子交换膜
B. 生成O2和H2的质量比为8∶1
C. 电解一段时间后，阴极区OH－的浓度增大
D. 生成CrO3的反应为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2H＋===2CrO3＋H2O
[解析] 根据左侧电极上生成O2，右侧电极上生成H2，可知左侧电极为阳极，发生反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，右侧电极为阴极，发生反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；由题意知，左室中Na2Cr2O7随着H＋浓度增大转化为CrO3：Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2H＋===2CrO3＋H2O，因此阳极生成的H＋不能通过离子交换膜。由以上分析知，电解时通过离子交换膜的是Na＋，A错误；根据各电极上转移电子数相同，由阳极反应和阴极反应可知生成O2和H2的物质的量之比为1∶2，其质量比为8∶1，B正确；根据阴极反应知，电解一段时间后阴极区溶液OH－的浓度增大，C正确；电解过程中阳极区H＋的浓度增大，Na2Cr2O2转化为CrO3∶Cr2Oeq \\al(2－,7)＋2H＋===2CrO3＋H2O，D正确。
类型3 电解规律的综合应用
(2022·梁丰中学)我国科学家最新研发的固体透氧膜提取金属钛工艺，装置如图所示。将TiO2熔于NaCl－NaF融盐体系，以石墨为阴极，覆盖氧渗透膜的多孔金属陶瓷涂层为阳极，固体透氧膜把阳极和熔融电解质隔开，只有O2－可以通过。下列说法错误的是( D )
A. a极是电源的正极，O2－在熔融盐中从右往左迁移
B. 阳极电极反应式为2O2－－4e－===O2↑
C. NaCl－NaF融盐的作用是降低熔化TiO2需要的温度
D. 阳极每产生4.48 L的O2，理论上能生成0.1 ml钛
[解析] 连接阳极的电源电极是正极，连接阴极的电源电极是负极，电解质中阴离子向阳极移动，所以a是正极、b是负极，O2－在熔融盐中从右往左迁移，A正确；阳极上氧离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，B正确；NaCl－NaF融盐的温度较高，它能降低熔化TiO2需要的温度，从而减少能量损失，C正确；温度和压强未知，导致气体摩尔体积未知，无法计算O2的物质的量，则无法计算生成的钛的物质的量，D错误。
1. (2022·木渎中学)右下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法中错误的是( C )
A. 装置出口①处的物质是氯气
B. 出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C. 装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋eq \(=====,\s\up12(电解))Cl2↑＋H2↑
D. 该装置是将电能转化为化学能
[解析] 出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up12(电解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－，C错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D正确。
2. 利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列说法中正确的是( D )
A. 电解时以精铜作阳极
B. 电解时阴极发生氧化反应
C. 粗铜连接电源负极，其电极反应式为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
3. 用LiOH可制备锂离子电池的正极材料。LiOH可由电解法制备，如图所示，两极区电解质溶液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法中错误的是( C )
A. B极区电解质溶液为LiOH溶液
B. 阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C. 电解过程中主要是H＋通过阳离子交换膜向B极区迁移
D. 电极A连接电源的正极
[解析] B极区生成H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液， A正确；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl－失去电子，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，B正确；在电解池中阳离子向阴极移动，所以电解过程中主要是Li＋向B极区迁移， C错误；电极A为阳极，所以电极A连接电源的正极， D正确。
4. (2023·徐州模拟)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( C )
A. 阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B. 阴极上Al被氧化
C. 在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D. 阳极和阴极的质量变化相等
[解析] 根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。阴极发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
1. 工业上电解食盐水的阴极区产物是( C )
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
2. (2022·前黄中学)用电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是( C )
A. 电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极
B. 粗铜与直流电源负极相连，发生氧化反应
C. 阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D. 电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
[解析] 电解精炼铜时，粗铜作阳极，与直流电源正极相连，A、B错误；阴极上Cu2＋得电子，被还原为Cu，C正确；Fe、Zn等金属活动性强于Cu，在阳极失电子，以离子的形式进入电解液中，而不活泼的Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥，D错误。
3. 金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍。下列说法中正确的是(已知：氧化性Fe2＋
B. 电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
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有铜和铂，没有锌、铁、镍
[解析] 电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有Ni2＋，则阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，阴极电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量。电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。故选D。
4. 下列描述中，不符合生产实际的是( A )
A. 电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B. 电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C. 电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D. 在镀件上电镀锌，用锌作阳极
[解析] 电解池的阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生反应Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋移动到阴极上发生反应Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的Al不纯。
5. 用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H2C2O4混合溶液。下列叙述正确的是( B )
A. 待加工铝质工件为阴极
B. 可选用不锈钢网作为阴极
C. 阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D. 电解过程中，硫酸根离子向阴极移动
[解析] 利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件作阳极，A错误；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C错误；电解过程中，电解池中的阴离子(SOeq \\al(2－,4))向阳极移动，D错误。
6. 利用如右图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列说法中正确的是( C )
A. 通电后，Ag＋向阳极移动
B. 银片与电源负极相连
C. 电解池的阴极反应式：Ag＋＋e－===Ag
D. 当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
[解析] 铜牌上镀银，银片作阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应式为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.(2023·如皋期末)辉铜矿(主要成分Cu2S)可以用FeCl3溶液浸泡制备Cu2＋，同时得到单质硫。Cu2S可由黄铜矿(主要成分CuFeS2)通过电化学反应转变而成，其工作原理如右图。下列有关电解CuFeS2制备Cu2S的说法错误的是( C )
A. 电极a应连接直流电源的正极
B. 电解时，H＋由a极区移向b极区
C. 当外电路中通过2 mle－时，可得到1 mlCu2S
D. 电解时，b电极上发生的反应为2CuFeS2＋2e－＋6H＋===Cu2S＋2Fe2＋＋3H2S↑
[解析] 由分析可知，电极a应连接直流电源的正极，A正确；电解时阳离子向阴极移动，H＋由a极区移向b极区，B正确；铜在a极发生氧化反应得到Cu2S,2Cu～2e－～Cu2S，则当外电路中通过2 ml e－时，a极可得到1 mlCu2S，同时b极发生反应2CuFeS2＋2e－＋6H＋===Cu2S＋2Fe2＋＋3H2S↑，会得到1 mlCu2S，共2 mlCu2S，C错误；电解时b电极上CuFeS2得到电子，发生还原反应生成Cu2S，同时生成H2S、Fe2＋，反应为2CuFeS2＋2e－＋6H＋===Cu2S＋2Fe2＋＋3H2S↑，D正确。
8. 在100 mL 硫酸和硫酸铜的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为( A )
A. 1 ml/L B. 2 ml/L
C. 3 ml/L D. 4 ml/L
[解析] 分析电解硫酸、硫酸铜混合液的阴、阳两极的电极反应可知，两极产生的气体分别为氢气、氧气各0.1 ml，氧气是由OH－失去0.4 ml电子而得到，氢气是由H＋得到0.2 ml电子而生成。由电子得失守恒知，还有0.2 ml电子是Cu2＋得到的，则Cu2＋的物质的量是0.1ml，其物质的量浓度为eq \f(0.1 ml,100×10－3 L)＝1 ml/L。
9. (2022·启东中学)电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染。将NOeq \\al(－,3)降解成N2的电解装置如右图所示，下列说法正确的是( D )
A. 电源的正极为b极
B. 电解时H＋从膜右侧迁移到膜左侧
C. Ag －Pt电极的反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
D. 若转移的电子数为1.204×1024，则生成N2 5.6 g
[解析] 根据题意分析可知，Ag－Pt电极作阴极，b极为电源负极，A错误；阳离子向阴极移动，故H＋应是由膜左侧向右侧迁移，B错误；阴极发生得电子的还原反应，C错误；根据N原子守恒可知2NOeq \\al(－,3)～N2～10e－，若转移电子数为1.204×1024即转移2 ml电子时，生成0.2 ml N2，N2的质量为5.6 g，D正确。
10. 电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2Oeq \\al(2－,7))时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2Oeq \\al(2－,7)＋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( B )
A. 阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B. 电解过程中溶液的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 ml电子，最多有1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)被还原
[解析] 电解时用铁作阳极，失去电子生成Fe2＋，Fe2＋将废水中的Cr2Oeq \\al(2－,7)还原为Cr3＋，A正确；由题干中总反应式可知，处理过程中消耗H＋，溶液的pH变大，B错误；电解过程中H＋在阴极放电，Fe2＋还原Cr2Oeq \\al(2－,7)时也消耗H＋，使溶液的pH变大，Fe3＋转化为 Fe(OH)3 沉淀，C正确；根据电极反应式Fe－2e－===Fe2＋，可知每转移12 ml e－生成6 ml Fe2＋，6 ml Fe2＋可还原1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)，D正确。
11. 观察下列装置示意图，有关叙述正确的是( B )
A. 装置①工业上可用于生产金属钠，电解过程中石墨电极产生金属
B. 装置②中随着电解的进行，左边电极会产生红色的铜，并且电流表示数不断变小
C. 装置③中的离子交换膜允许阳离子、阴离子和小分子水通过
D. 装置④的待镀铁制品应与电源正极相连
[解析] 装置①电解过程中铁电极产生金属，A错误；装置③中的离子交换膜只允许阳离子通过，C错误；装置④的待镀铁制品应与电源负极相连，D错误。
12．(2023·连云港模拟)利用电解法将CO2转化为CH4的原理如右图所示。下列说法正确的是( C )
A. 电解过程中，H＋由b极区向a极区迁移
B. 电极b上的反应为CO2＋8HCOeq \\al(－,3)－8e－===CH4＋8COeq \\al(2－,3)＋2H2O
C. 电解过程中电能转化为化学能
D. 电解时Na2SO4溶液的浓度保持不变
[解析] 由a电极产生O2可以判断出a极为阳极，b为阴极，阳离子向阴极流动，则阳离子H＋由a极区向b极区迁移，A错误；b电极上CO2发生得电子的还原反应，电极b上反应为CO2＋8HCOeq \\al(－,3)＋8e－===CH4＋8COeq \\al(2－,3)＋2H2O，B错误；通过电解法可知此电池为电解池，所以电解过程中能量变化是电能转化为化学能，C正确；根据电极a的反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，发生反应的是OH－，而不是SOeq \\al(2－,4)，所以电解Na2SO4溶液实质是电解水，溶液中的水被消耗，所以Na2SO4溶液的浓度增大，D错误。
13．(2023·扬州期中)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NOeq \\al(－,3)等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液中通入CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如右图所示。下列说法错误的是( D )
A. 电极b是阳极，电极表面发生氧化反应
B. 电解过程中生成尿素的反应为2NOeq \\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O
C. 电解时阳极区的pH减小，阴极区的pH增大
D. 当电极a生成0.25 mlCO(NH2)2时，电极b生成22.4 LO2
[解析] 由分析可知，电极b为电解池的阳极，水分子在阳极失去电子，发生氧化反应，生成氧气和氢离子，A正确；由分析可知，a电极是电解池阴极，酸性条件下硝酸根离子和二氧化碳在阴极得到电子生成尿素和水，发生的反应为2NOeq \\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O，B正确；由A、B项分析可知，电解时阳极区的pH减小，阴极区的pH增大，C正确；未明确标准状况下，无法计算当电极a生成0.25 ml尿素时电极b生成氧气的体积，D错误。阳极
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极
碳钢网
阳离
子交
换膜
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
③既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量
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＋ (填离子符号)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
总反应式
电极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up12(电解))2Na＋Cl2↑
阳极： 2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极： 2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up12(电解))Mg＋Cl2↑
阳极： 2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极： Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up12(电解))4Al＋3O2↑
阳极： 6O2－－12e－===3O2↑
阴极： 4Al3＋＋12e－===4Al
电子守恒法计算
用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等
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
关系式计算
根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式
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