还剩18页未读，
继续阅读
所属成套资源：高中化学专题学案苏教版选择性必修1
成套系列资料，整套一键下载
高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第三单元 金属的腐蚀与防护学案
展开
这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第三单元 金属的腐蚀与防护学案，共21页。
第3课时 电解池的工作原理及应用
课程目标
1.了解电解池的结构，理解电解池的工作原理，能正确书写电极反应式和总反应。
2.了解饱和食盐水电解、电镀、电解精炼铜及电冶金等电解原理的应用。
3.掌握电解原理的相关计算。
图说考点
基 础 知 识
自学·思记·尝试
[新知预习]
一、电解原理
1.电解：
定义：使电流通过 而在阴、阳两极引起 的过程。
2.电解池：
（1）定义：将 转变为 的装置。
（2）构成条件：A.两个 ，B.电解质溶液或熔融电解质，C. ，D.构成 。
（3）工作原理（以惰性电极电解氯化铜为例）。
①实验装置：
②电池总反应：________________________________________________________________________。
③电解池中离子的定向移动：阴离子移向 极，阳离子移向 极。
二、电解原理的应用
1.电解饱和食盐水：
2.电镀：
（1）定义：利用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他 或合金的方法。
（2）目的：使金属增强 能力，增加美观度和表面硬度。
（3）实例（在铁件上镀铜）。
①阴极：a.材料： ，
b．电极反应式：________________________________________________________________________；
②阳极：a.材料： ，
b．电极反应式：________________________________________________________________________；
③电解质溶液： 溶液。
3.电解精炼铜：
4.电冶金：
（1）金属冶炼的本质：使矿石中的 获得电子，从它们的化合物中 出来，如Mn＋＋ne－===M。
（2）电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
（3）电解熔融的氯化钠。
阳极反应：________________________________________________________________________；
阴极反应：________________________________________________________________________；
总反应：________________________________________________________________________。
[即时性自测]
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的反应。（ ）
（2）铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu＋2HClCuCl2＋H2↑，因此还原剂铜的还原性强于还原产物氢气的还原性。（ ）
（3）电解水时为了增强其导电性，加入的电解质可以是NaOH。（ ）
（4）用石墨作电极电解氯化钠溶液一段时间后，加入盐酸就能使溶液复原。（ ）
（5）电解饱和食盐水时，在阳极区生成氢氧化钠。（ ）
（6）电解NaCl、KCl混合溶液，在阴极上首先析出金属Na。（ ）
（7）电镀时，电镀液的浓度保持不变。（ ）
2.电解CuCl2溶液的装置如图所示，其中c、d均为石墨电极。则下列有关判断正确的是（ ）
A．a为负极，b为正极
B．a为阳极，b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
3.下列关于用惰性电极电解NaCl溶液的叙述正确的是（ ）
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
4.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＋
5.电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是（ ）
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
6.从H＋、Cu2＋、Na＋、SO42-、Cl－五种离子中选择并恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：
（1）以石墨为电极，使电解质质量减少，水质量不变，进行电解，则可采用的电解质是________________________________________________________________________。
（2）以石墨为电极，使电解质质量不变，水质量减少，进行电解，则可采用的电解质是________________________________________________________________________。
（3）以石墨为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水的质量都减少，进行电解，则电解质是________________________________________________________________________。
（4）以石墨为电极进行电解，若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能是________________________________________________________________________。
（5）以石墨为电极进行电解，两极分别放出气体，且体积比为1∶1，电解质的化学式可能是________________________________________________________________________。
技 能 素 养
合作·探究·分享
提升点一 电解池的工作原理及电解规律
[例1] 如右图所示为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置，则下列说法不正确的是（ ）
A．a极为电源负极
B．碘化钾淀粉溶液会变蓝
C．可以将惰性电极Ⅰ换为铜棒
D．电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
状元随笔 活性电极指除了Au、Pt等之外的金属都是活性电极，活性电极材料优先失电子，惰性电极指石墨、Pt、Au等。
[提升1] 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、无味气体放出。符合这一情况的是附表中的（ ）
a极板
b极板
X电极
Z溶液
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
状元随笔 先根据X电极确定阴、阳极再根据电解原理确定阴、阳两极电极反应。
[关键能力]
1.用惰性电极电解电解质溶液的一般规律
电解
类型
电解质
类别（实例）
电极反
应特点
电解对象及
电解方程式
电解质
浓度
溶液
pH
变化
溶液
复原
电解
水型
两者生
成的盐
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
水
2H2O2H2↑＋O2↑
增大
增大
加水
强碱
（NaOH）
减小
含氧酸
（H2SO4）
不变
电解
电解
质型
无氧酸
（HCl）
电解质的阴、阳离子分别在两极放电
电解质
2HClH2↑＋Cl2↑
CuCl2Cu＋Cl2↑
减小
增大
加HCl
不活泼金属
的无氧酸盐
（CuCl2）
增大
加CuCl2
放H2
生碱
型
活泼金属的无氧酸盐（NaCl）
阴极：H2O（H＋）放电生成H2产生碱；
阳极：电解质的阴离子放电
电解质和水
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
生成新
电解质
增大
加HCl
放O2
生酸
型
不活泼金属的含氧酸盐（CuSO4）
阴极：电解质的阳离子放电；
阳极：H2O（OH－）放电产生O2生成酸
电解质和水
2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
生成新
电解质
减小
加CuO
状元随笔 利用坐标系掌握电解类型
2.电极反应式与电解方程式的书写（以石墨电极电解CuCl2溶液为例）
（1）电极反应式的书写
①确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的是阴极。
②分别写出两极上出现的离子。阴极：Cu2＋、H＋，阳极：Cl－、OH－。
③判断阴、阳极放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋，阳极：Cl－>OH－。
④写电极反应式。列物质→标得失→选离子、配电荷→配原子个数
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
（2）电解反应方程式的书写
①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。
②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“电解”。电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑
书写模式：⇒⇒⇒
提升点二 电解原理的应用
[例2] 下图是常见的电化学装置图，①、③、④中电极均为惰性电极，下列说法错误的是（ ）
A.装置①中阳极反应为 2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
B．装置②中铜片为阳极，若铜片和铁制品的质量相等，电解一段时间后，电路中有2 mol电子转移，此时铜片和铁制品的质量差为128 g
C．装置③中b极为正极，该极上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．装置④中1 mol Na＋通过离子交换膜时，阴极上产生11.2 L H2
状元随笔 电镀特点：“一多一少、一不变”，“一多”指阴极上有镀层金属沉积，“一少”指阳极上金属溶解，“一不变”指电解质溶液的浓度不变。
（1）因为阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH会发生反应，因此工业上常用特殊的电解槽电解饱和食盐水，一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。
（2）阳极区Cl－放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。
[提升2] 电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式是________________________________________________________________________。
②Y电极上的电极反应式 ________________________________________________________________________。
检验该电极反应产物的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③该反应的总反应方程式是________________________________________________________________________。
（2）如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：
①X电极的材料是 ，电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②Y电极的材料是 ，主要的电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[关键能力]
电解原理应用中的注意要点
1.电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
2.电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
3.电镀时，阳极（镀层金属）失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。
提升点三 电化学中的计算
[例3] 如图为相互串联的甲、乙两电解池，其中甲池为电解精炼铜的装置。
试回答下列问题：
（1）A是 极，材料是 ，电极反应为 ，B是 极，材料是 ，主要电极反应为 ，电解质溶液为 。
（2）乙池中若滴入少量酚酞溶液，电解一段时间后Fe极附近溶液呈 色。
（3）常温下，若甲池中阴极增重12.8 g，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为 。若此时乙池剩余液体为400 mL，且NaCl过量，则电解后得到碱液的物质的量浓度为 ，pH为 。
状元随笔 根据装置的特点，有外接直流电源，故该装置为串联的电解池，可分析出甲乙中的阴阳极。
[提升3] 在如图所示的装置中，通电5 min后，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题：
（1）电源中X极为直流电源的 极。
（2）溶液pH的变化情况：A （填“增大”“减小”或“不变”，下同），B ，C 。
（3）通电5 min后，B装置中共收集224 mL（标准状况下）气体，溶液体积为200 mL，则通电前该装置溶液中CuSO4的物质的量浓度为 （设电解前后溶液体积无变化）。
（4）若A装置中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，则电解后恢复至常温，溶液的pH为 （设电解前后溶液体积无变化）。
状元随笔 电解时间较长时，电极可能会发生后续反应；计算电解后溶液pH的常规方法为依据电解总反应方程式分析计算。
[关键能力]
电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液组成和浓度的计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、根据电量求产物的量与根据产物的量求电量等计算。
不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
状元随笔 判断电极附近溶液pH变化时，依据电极反应式；判断溶液pH变化时，依据电解总反应式。
形成性自评
1.下列关于电解池的叙述正确的是（ ）
A．电解池中的闭合回路仅由电子的定向移动形成
B．电子从电源的负极经导线流向电解池的阳极，从电解池的阴极经导线流向电源的正极
C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动
D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等
2.下列说法正确的是（ ）
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是把化学能转变成电能 ③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可能会实现 ⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生
A．①②③④ B．②③⑤
C．③④ D．①③④⑤
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（ ）
4.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
5.如图为直流电源电解稀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
6.金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，用电解法可制备高纯度的镍（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只有Cu和Pt
7.用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是（ ）
A．用石墨做阳极，铁做阴极
B．阳极的电极反应式：Cl－－2e－＋2OH－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
8.电渗析法在物质制备过程中有广泛应用。以石墨为电极，利用三室式电渗析法制备高氯酸、亚氯酸的装置如图所示。回答下列问题：
Ⅰ.利用三室式电渗析法制备高氯酸（HClO4）。M为NaClO4溶液。
（1）出口A处得到的产品是 （写化学式）。
（2）电解过程中，阴极区附近溶液的pH （填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）若C1极收集到22.4 L（标准状况）气体，则获得高氯酸 mol。
Ⅱ.利用三室电渗析法制备亚氯酸（HClO2）。M为NaClO2溶液。
（4）Na＋迁移方向是________________________________________________________________________。
（5）C1极的电极反应式为________________________________________________________________________。
（6）该过程制备的亚氯酸中含有少量氯酸（HClO3）杂质，其主要原因是 （用离子方程式表示）。（提示：HClO2是弱酸，HClO3是强酸）。
9.如图所示装置，C、D、E、F都是惰性电极，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）电源电极A名称为 。
（2）写出C和F的电极名称，以及电极反应式。
C：________________________________________________________________________
F：________________________________________________________________________
（3）若装置中通过0.02 mol电子时，通电后甲池溶液体积为200 mL，则通电后所得的H2SO4溶液的物质的量浓度为 mol·L－1。
（4）若装置中通过0.02 mol电子时，丁池中电解足量R（NO3）x溶液时，某一电极析出了a g金属R，则金属R的相对原子质量的计算公式为 （用含a、x的代数式表示）。
（5）现用丙池给铜件镀银，则H应该是 （填“铜件”或“银”）。
练后感悟
1.电解池是将电能转化为化学能的装置，两电极是阴阳极，能结合外部电源或两电极上现象判断阴阳极。
2.放电顺序是解决问题的关键，放电顺序实际就是阴阳离子的失得电子能力的强弱。
3.计算过程中，遵循电荷守恒的思想。
第3课时 电解池的工作原理及应用
基础知识
新知预习
一、
1．电解质溶液 氧化还原反应
2．(1)电能 化学能 (2)电极 直流电源 闭合回路 (3)阴极 还原反应 Cu2＋＋2e－===Cu 有红色物质析出 阳极 氧化反应 2Cl－－2e－===Cl2↑ 有黄绿色气体生成 CuCl2 Cl2↑＋Cu 阳 阴
二、
1．2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH 2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
2．(1)电解 金属 (2)抗腐蚀 (3)待镀金属制品 镀层金属离子 Fe Cu2＋＋2e－===Cu Cu Cu－2e－===Cu2＋ CuSO4
3．纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu 粗铜 Cu－2e－===Cu2＋ CuSO4溶液
4．(1)金属离子 还原 (3)2Cl－－2e－===Cl2↑ Na＋＋e－===Na 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
即时性自测
1．答案：（1）× （2）× （3）√ （4）× （5）× （6）× （7）√
2．解析：
答案：C
3．解析：用惰性电极电解NaCl溶液，阳极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，有Cl2生成；阴极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈红色，A、C项错误。Cl2可与KI反应生成I2，I2溶于水呈棕色，B项正确。电解液中有NaOH生成，溶液呈碱性，D项错误。
答案：B
4．解析：本题中镀层金属为锌，即金属锌作阳极；铁制品为待镀金属制品，即铁制品作阴极。需选用含有Zn2＋的溶液为电镀液。
答案：A
5．解析：电解精炼铜时，粗铜作阳极，与直流电源正极相连，A、B项错误；阴极Cu2＋得电子，被还原为Cu，C项正确；Fe、Zn等金属活动性强于Cu的金属，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项错误。
答案：C
6．答案：（1）HCl、CuCl2 （2）H2SO4、Na2SO4、NaHSO4 （3）CuSO4、NaCl （4）CuSO4 （5）HCl、NaCl
技能素养
例1 解析：用惰性电极电解CuCl2溶液，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故Ⅱ为阳极，则b极、a极分别为电源正极和负极，电极Ⅱ处产生Cl2，碘化钾淀粉溶液会变蓝。Ⅰ为阴极，其电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，电极Ⅰ是阴极，用铜棒不会影响电解。
答案：D
提升1 解析：由题意知，通电后a极板质量增加，说明有金属析出，由此可知，a极为电解池的阴极，则X为电源负极，B、C不符合；又b极放出的是无色、无味的气体，D不符合。
答案：A
例2 解析：装置①为用惰性电极电解CuCl2溶液，A项正确；装置②为电镀铜装置，阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B项正确；装置③为氢氧燃料电池，b极通入O2，发生还原反应，作电池的正极，C项正确；D项中没有明确说明生成的H2所处的温度和压强，错误。
答案：D
提升2 解析：（1）用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的淀粉—KI试纸变为蓝色。（2）电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比Cu弱的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；Y电极的材料是粗铜，主要的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
答案：（1）①2H＋＋2e－===H2↑
②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色
③2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
（2）①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
例3 解析：（1）甲为粗铜精炼装置，A是阴极，材料为纯铜，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B是阳极，材料为粗铜，主要电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，电解质溶液为CuSO4溶液等。（2）乙池为电解NaCl溶液的装置，其中铁作阴极，H＋放电，破坏了水的电离平衡，使水的电离平衡向右移动，阴极区溶液中OH－的浓度增大而呈碱性，使酚酞溶液变红色。（3）若甲池中阴极增重12.8 g，即生成了0.2 mol纯铜，转移0.4 mol电子，根据串联电路中转移电子数相等，并由乙池中阳极上的电极反应2Cl－－2e－===Cl2↑知，产生0.2 mol Cl2，标准状况下的体积为4.48 L；由阴极上的电极反应2H＋＋2e－===H2↑知，放电的H＋为0.4 mol，则溶液中生成0.4 mol OH－，若乙池中剩余液体为400 mL，则电解后得到的OH－的物质的量浓度为1.0 mol/L，c（H＋）＝1.0×10－141.0＝1.0×10－14 mol/L，故溶液的pH为14。
答案：（1）阴 纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu 阳 粗铜
Cu－2e－===Cu2＋ CuSO4溶液（其他合理答案也可）
（2）红 （3）4.48 L 1.0 mol/L 14
提升3 解析：根据实验现象分析出电源的正负极，进而确定三个电解池中电极的名称是解题的关键。（1）三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，故Y极是电源的正极，X极是电源的负极。（2）A装置中，电解KCl溶液生成KOH，溶液的pH增大；B装置中，电解CuSO4溶液生成H2SO4，电解K2SO4溶液的实质是电解水，溶液的pH减小；C装置中，电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋的浓度基本不变，溶液的pH不变。（3）通电5 min后，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B装置中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，与事实不符。因此，B装置中的电解过程分为两个阶段，先电解CuSO4溶液生成O2，然后实质是电解水，生成O2和H2，即B装置中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，生成H2的物质的量为2y，则4x＋4y＝0.02 mol（电子守恒），x＋3y＝0.01 mol，解得x＝y＝0.002 5 mol，所以n（CuSO4）＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c（CuSO4）＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。（4）通电5 min后，A装置中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c（OH－）＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
答案：（1）负 （2）增大 减小 不变 （3）0.025 mol·L－1 （4）13
形成性自评
1．解析：电解池中的闭合回路是由电子在导线中的定向移动和离子在溶液中的定向移动形成的，A项错误；电子从电源的负极经导线流向电解池的阴极，从电解池的阳极经导线流向电源的正极，B项错误；在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，C项错误。
答案：D
2．解析：从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故①对，②错。电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故③⑤对。某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可以实现，故④对。所以D选项符合题意。
答案：D
3．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，应设计成电解池，Ag失电子发生氧化反应，所以Ag做阳极，H＋得电子发生还原反应，所以电解质溶液中H＋放电，则只有C项符合条件。
答案：C
4．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（2H2O2H2↑＋O2↑），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溶液的化学方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑，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。
答案：D
5．解析：电解Na2SO4溶液时，a为阴极：4H＋＋4e－===2H2↑，b为阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；a极周围由于H＋放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH－放电溶液呈酸性，石蕊显红色。
答案：D
6．解析：本题为课本中“电解精炼铜”的迁移应用。A项，阳极应发生氧化反应；C项，溶液中的阳离子主要为Ni2＋，根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化性顺序，阳极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，Cu、Pt在该条件下不失电子，阴极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，精炼过程中，电解质溶液中一定含有Ni2＋，Fe2＋、Zn2＋在该条件下不得电子，留在电解液中；B项比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不相等，当两极通过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等。
答案：D
7．解析：阳极要产生具有强氧化性的ClO－，则铁只能做阴极，故石墨做阳极，A项正确；由题目信息可知，溶液中的离子为CN－和Cl－，而阳极产生ClO－，故阳极反应物一定是Cl－，即Cl－在阳极被氧化为ClO－，B项正确；阴极为水得电子生成氢气的反应，C项正确；由题目信息可知，该反应体系是碱性环境，故反应中不可能有H＋，除去CN－的正确离子方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===5Cl－＋2CO2↑＋N2↑＋2OH－，D项错误。
答案：D
8．解析：（1）阴离子向阳极区移动，则膜1为阴离子交换膜，ClO4-向阳极区移动，因阳极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则出口A处得到的产品是HClO4。（2）电解时，阴极发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则阴极区附近溶液的pH增大。（3）由阳极的电极反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，可知n（HClO4）＝4n（O2）＝4×＝4 mol。（4）Na＋为阳离子，阳离子向阴极区移动，即通过膜2向阴极区迁移。（5）C1极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。（6）阳极反应生成的O2将HClO2氧化为HClO3：O2＋2HClO2===2ClO3-＋2H＋。
答案：（1） HClO4 （2）增大 （3）4 （4）通过膜2向阴极区迁移 （5）2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ （6）O2＋2HClO2===2ClO3-＋2H＋
9．解析：（1）C、D、E、F都是惰性电极，A、B为外接直流电源的两极，将直流电源接通后，F电极附近呈红色，说明F电极附近OH－浓度增大，溶液呈碱性，则F为阴极，所以C、E、G、I为阳极，D、F、H、J为阴极，A为正极、B为负极，C电极上OH－放电、D电极上Cu2＋放电、E电极上Cl－放电、F电极上H＋放电；（2）C为阳极，F为阴极，根据放电顺序书写电极反应式；（3）根据电解方程式：2CuSO4＋2H2OO2↑＋2Cu＋2H2SO4，结合c＝nV计算即可；（4）由得失电子守恒可知，电解R（NO3）x溶液时，某一极析出了a g金属R，结合Rx＋＋xe－===R进行计算；（5）电镀装置中，镀层金属必须作阳极，镀件作阴极，电镀液含有镀层金属阳离子。
答案：（1）正极 （2）阳极，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极，2H＋＋2e－===H2↑ （3）0.05 （4）50ax （5）铜件
第3课时 电解池的工作原理及应用
课程目标
1.了解电解池的结构，理解电解池的工作原理，能正确书写电极反应式和总反应。
2.了解饱和食盐水电解、电镀、电解精炼铜及电冶金等电解原理的应用。
3.掌握电解原理的相关计算。
图说考点
基 础 知 识
自学·思记·尝试
[新知预习]
一、电解原理
1.电解：
定义：使电流通过 而在阴、阳两极引起 的过程。
2.电解池：
（1）定义：将 转变为 的装置。
（2）构成条件：A.两个 ，B.电解质溶液或熔融电解质，C. ，D.构成 。
（3）工作原理（以惰性电极电解氯化铜为例）。
①实验装置：
②电池总反应：________________________________________________________________________。
③电解池中离子的定向移动：阴离子移向 极，阳离子移向 极。
二、电解原理的应用
1.电解饱和食盐水：
2.电镀：
（1）定义：利用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他 或合金的方法。
（2）目的：使金属增强 能力，增加美观度和表面硬度。
（3）实例（在铁件上镀铜）。
①阴极：a.材料： ，
b．电极反应式：________________________________________________________________________；
②阳极：a.材料： ，
b．电极反应式：________________________________________________________________________；
③电解质溶液： 溶液。
3.电解精炼铜：
4.电冶金：
（1）金属冶炼的本质：使矿石中的 获得电子，从它们的化合物中 出来，如Mn＋＋ne－===M。
（2）电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
（3）电解熔融的氯化钠。
阳极反应：________________________________________________________________________；
阴极反应：________________________________________________________________________；
总反应：________________________________________________________________________。
[即时性自测]
1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的反应。（ ）
（2）铜作阳极电解盐酸的化学方程式为Cu＋2HClCuCl2＋H2↑，因此还原剂铜的还原性强于还原产物氢气的还原性。（ ）
（3）电解水时为了增强其导电性，加入的电解质可以是NaOH。（ ）
（4）用石墨作电极电解氯化钠溶液一段时间后，加入盐酸就能使溶液复原。（ ）
（5）电解饱和食盐水时，在阳极区生成氢氧化钠。（ ）
（6）电解NaCl、KCl混合溶液，在阴极上首先析出金属Na。（ ）
（7）电镀时，电镀液的浓度保持不变。（ ）
2.电解CuCl2溶液的装置如图所示，其中c、d均为石墨电极。则下列有关判断正确的是（ ）
A．a为负极，b为正极
B．a为阳极，b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
3.下列关于用惰性电极电解NaCl溶液的叙述正确的是（ ）
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
4.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＋
5.电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是（ ）
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
6.从H＋、Cu2＋、Na＋、SO42-、Cl－五种离子中选择并恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：
（1）以石墨为电极，使电解质质量减少，水质量不变，进行电解，则可采用的电解质是________________________________________________________________________。
（2）以石墨为电极，使电解质质量不变，水质量减少，进行电解，则可采用的电解质是________________________________________________________________________。
（3）以石墨为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水的质量都减少，进行电解，则电解质是________________________________________________________________________。
（4）以石墨为电极进行电解，若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能是________________________________________________________________________。
（5）以石墨为电极进行电解，两极分别放出气体，且体积比为1∶1，电解质的化学式可能是________________________________________________________________________。
技 能 素 养
合作·探究·分享
提升点一 电解池的工作原理及电解规律
[例1] 如右图所示为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置，则下列说法不正确的是（ ）
A．a极为电源负极
B．碘化钾淀粉溶液会变蓝
C．可以将惰性电极Ⅰ换为铜棒
D．电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
状元随笔 活性电极指除了Au、Pt等之外的金属都是活性电极，活性电极材料优先失电子，惰性电极指石墨、Pt、Au等。
[提升1] 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、无味气体放出。符合这一情况的是附表中的（ ）
a极板
b极板
X电极
Z溶液
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
状元随笔 先根据X电极确定阴、阳极再根据电解原理确定阴、阳两极电极反应。
[关键能力]
1.用惰性电极电解电解质溶液的一般规律
电解
类型
电解质
类别（实例）
电极反
应特点
电解对象及
电解方程式
电解质
浓度
溶液
pH
变化
溶液
复原
电解
水型
两者生
成的盐
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
水
2H2O2H2↑＋O2↑
增大
增大
加水
强碱
（NaOH）
减小
含氧酸
（H2SO4）
不变
电解
电解
质型
无氧酸
（HCl）
电解质的阴、阳离子分别在两极放电
电解质
2HClH2↑＋Cl2↑
CuCl2Cu＋Cl2↑
减小
增大
加HCl
不活泼金属
的无氧酸盐
（CuCl2）
增大
加CuCl2
放H2
生碱
型
活泼金属的无氧酸盐（NaCl）
阴极：H2O（H＋）放电生成H2产生碱；
阳极：电解质的阴离子放电
电解质和水
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
生成新
电解质
增大
加HCl
放O2
生酸
型
不活泼金属的含氧酸盐（CuSO4）
阴极：电解质的阳离子放电；
阳极：H2O（OH－）放电产生O2生成酸
电解质和水
2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
生成新
电解质
减小
加CuO
状元随笔 利用坐标系掌握电解类型
2.电极反应式与电解方程式的书写（以石墨电极电解CuCl2溶液为例）
（1）电极反应式的书写
①确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的是阴极。
②分别写出两极上出现的离子。阴极：Cu2＋、H＋，阳极：Cl－、OH－。
③判断阴、阳极放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋，阳极：Cl－>OH－。
④写电极反应式。列物质→标得失→选离子、配电荷→配原子个数
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
（2）电解反应方程式的书写
①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。
②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“电解”。电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑
书写模式：⇒⇒⇒
提升点二 电解原理的应用
[例2] 下图是常见的电化学装置图，①、③、④中电极均为惰性电极，下列说法错误的是（ ）
A.装置①中阳极反应为 2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
B．装置②中铜片为阳极，若铜片和铁制品的质量相等，电解一段时间后，电路中有2 mol电子转移，此时铜片和铁制品的质量差为128 g
C．装置③中b极为正极，该极上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．装置④中1 mol Na＋通过离子交换膜时，阴极上产生11.2 L H2
状元随笔 电镀特点：“一多一少、一不变”，“一多”指阴极上有镀层金属沉积，“一少”指阳极上金属溶解，“一不变”指电解质溶液的浓度不变。
（1）因为阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH会发生反应，因此工业上常用特殊的电解槽电解饱和食盐水，一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。
（2）阳极区Cl－放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。
[提升2] 电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式是________________________________________________________________________。
②Y电极上的电极反应式 ________________________________________________________________________。
检验该电极反应产物的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③该反应的总反应方程式是________________________________________________________________________。
（2）如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：
①X电极的材料是 ，电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②Y电极的材料是 ，主要的电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[关键能力]
电解原理应用中的注意要点
1.电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
2.电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
3.电镀时，阳极（镀层金属）失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。
提升点三 电化学中的计算
[例3] 如图为相互串联的甲、乙两电解池，其中甲池为电解精炼铜的装置。
试回答下列问题：
（1）A是 极，材料是 ，电极反应为 ，B是 极，材料是 ，主要电极反应为 ，电解质溶液为 。
（2）乙池中若滴入少量酚酞溶液，电解一段时间后Fe极附近溶液呈 色。
（3）常温下，若甲池中阴极增重12.8 g，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为 。若此时乙池剩余液体为400 mL，且NaCl过量，则电解后得到碱液的物质的量浓度为 ，pH为 。
状元随笔 根据装置的特点，有外接直流电源，故该装置为串联的电解池，可分析出甲乙中的阴阳极。
[提升3] 在如图所示的装置中，通电5 min后，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题：
（1）电源中X极为直流电源的 极。
（2）溶液pH的变化情况：A （填“增大”“减小”或“不变”，下同），B ，C 。
（3）通电5 min后，B装置中共收集224 mL（标准状况下）气体，溶液体积为200 mL，则通电前该装置溶液中CuSO4的物质的量浓度为 （设电解前后溶液体积无变化）。
（4）若A装置中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，则电解后恢复至常温，溶液的pH为 （设电解前后溶液体积无变化）。
状元随笔 电解时间较长时，电极可能会发生后续反应；计算电解后溶液pH的常规方法为依据电解总反应方程式分析计算。
[关键能力]
电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液组成和浓度的计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、根据电量求产物的量与根据产物的量求电量等计算。
不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
状元随笔 判断电极附近溶液pH变化时，依据电极反应式；判断溶液pH变化时，依据电解总反应式。
形成性自评
1.下列关于电解池的叙述正确的是（ ）
A．电解池中的闭合回路仅由电子的定向移动形成
B．电子从电源的负极经导线流向电解池的阳极，从电解池的阴极经导线流向电源的正极
C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动
D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等
2.下列说法正确的是（ ）
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是把化学能转变成电能 ③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可能会实现 ⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生
A．①②③④ B．②③⑤
C．③④ D．①③④⑤
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（ ）
4.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
5.如图为直流电源电解稀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
6.金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，用电解法可制备高纯度的镍（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只有Cu和Pt
7.用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是（ ）
A．用石墨做阳极，铁做阴极
B．阳极的电极反应式：Cl－－2e－＋2OH－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
8.电渗析法在物质制备过程中有广泛应用。以石墨为电极，利用三室式电渗析法制备高氯酸、亚氯酸的装置如图所示。回答下列问题：
Ⅰ.利用三室式电渗析法制备高氯酸（HClO4）。M为NaClO4溶液。
（1）出口A处得到的产品是 （写化学式）。
（2）电解过程中，阴极区附近溶液的pH （填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）若C1极收集到22.4 L（标准状况）气体，则获得高氯酸 mol。
Ⅱ.利用三室电渗析法制备亚氯酸（HClO2）。M为NaClO2溶液。
（4）Na＋迁移方向是________________________________________________________________________。
（5）C1极的电极反应式为________________________________________________________________________。
（6）该过程制备的亚氯酸中含有少量氯酸（HClO3）杂质，其主要原因是 （用离子方程式表示）。（提示：HClO2是弱酸，HClO3是强酸）。
9.如图所示装置，C、D、E、F都是惰性电极，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）电源电极A名称为 。
（2）写出C和F的电极名称，以及电极反应式。
C：________________________________________________________________________
F：________________________________________________________________________
（3）若装置中通过0.02 mol电子时，通电后甲池溶液体积为200 mL，则通电后所得的H2SO4溶液的物质的量浓度为 mol·L－1。
（4）若装置中通过0.02 mol电子时，丁池中电解足量R（NO3）x溶液时，某一电极析出了a g金属R，则金属R的相对原子质量的计算公式为 （用含a、x的代数式表示）。
（5）现用丙池给铜件镀银，则H应该是 （填“铜件”或“银”）。
练后感悟
1.电解池是将电能转化为化学能的装置，两电极是阴阳极，能结合外部电源或两电极上现象判断阴阳极。
2.放电顺序是解决问题的关键，放电顺序实际就是阴阳离子的失得电子能力的强弱。
3.计算过程中，遵循电荷守恒的思想。
第3课时 电解池的工作原理及应用
基础知识
新知预习
一、
1．电解质溶液 氧化还原反应
2．(1)电能 化学能 (2)电极 直流电源 闭合回路 (3)阴极 还原反应 Cu2＋＋2e－===Cu 有红色物质析出 阳极 氧化反应 2Cl－－2e－===Cl2↑ 有黄绿色气体生成 CuCl2 Cl2↑＋Cu 阳 阴
二、
1．2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH 2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
2．(1)电解 金属 (2)抗腐蚀 (3)待镀金属制品 镀层金属离子 Fe Cu2＋＋2e－===Cu Cu Cu－2e－===Cu2＋ CuSO4
3．纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu 粗铜 Cu－2e－===Cu2＋ CuSO4溶液
4．(1)金属离子 还原 (3)2Cl－－2e－===Cl2↑ Na＋＋e－===Na 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
即时性自测
1．答案：（1）× （2）× （3）√ （4）× （5）× （6）× （7）√
2．解析：
答案：C
3．解析：用惰性电极电解NaCl溶液，阳极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，有Cl2生成；阴极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故向阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈红色，A、C项错误。Cl2可与KI反应生成I2，I2溶于水呈棕色，B项正确。电解液中有NaOH生成，溶液呈碱性，D项错误。
答案：B
4．解析：本题中镀层金属为锌，即金属锌作阳极；铁制品为待镀金属制品，即铁制品作阴极。需选用含有Zn2＋的溶液为电镀液。
答案：A
5．解析：电解精炼铜时，粗铜作阳极，与直流电源正极相连，A、B项错误；阴极Cu2＋得电子，被还原为Cu，C项正确；Fe、Zn等金属活动性强于Cu的金属，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项错误。
答案：C
6．答案：（1）HCl、CuCl2 （2）H2SO4、Na2SO4、NaHSO4 （3）CuSO4、NaCl （4）CuSO4 （5）HCl、NaCl
技能素养
例1 解析：用惰性电极电解CuCl2溶液，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故Ⅱ为阳极，则b极、a极分别为电源正极和负极，电极Ⅱ处产生Cl2，碘化钾淀粉溶液会变蓝。Ⅰ为阴极，其电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，电极Ⅰ是阴极，用铜棒不会影响电解。
答案：D
提升1 解析：由题意知，通电后a极板质量增加，说明有金属析出，由此可知，a极为电解池的阴极，则X为电源负极，B、C不符合；又b极放出的是无色、无味的气体，D不符合。
答案：A
例2 解析：装置①为用惰性电极电解CuCl2溶液，A项正确；装置②为电镀铜装置，阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B项正确；装置③为氢氧燃料电池，b极通入O2，发生还原反应，作电池的正极，C项正确；D项中没有明确说明生成的H2所处的温度和压强，错误。
答案：D
提升2 解析：（1）用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的淀粉—KI试纸变为蓝色。（2）电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比Cu弱的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；Y电极的材料是粗铜，主要的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
答案：（1）①2H＋＋2e－===H2↑
②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色
③2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
（2）①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
例3 解析：（1）甲为粗铜精炼装置，A是阴极，材料为纯铜，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B是阳极，材料为粗铜，主要电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，电解质溶液为CuSO4溶液等。（2）乙池为电解NaCl溶液的装置，其中铁作阴极，H＋放电，破坏了水的电离平衡，使水的电离平衡向右移动，阴极区溶液中OH－的浓度增大而呈碱性，使酚酞溶液变红色。（3）若甲池中阴极增重12.8 g，即生成了0.2 mol纯铜，转移0.4 mol电子，根据串联电路中转移电子数相等，并由乙池中阳极上的电极反应2Cl－－2e－===Cl2↑知，产生0.2 mol Cl2，标准状况下的体积为4.48 L；由阴极上的电极反应2H＋＋2e－===H2↑知，放电的H＋为0.4 mol，则溶液中生成0.4 mol OH－，若乙池中剩余液体为400 mL，则电解后得到的OH－的物质的量浓度为1.0 mol/L，c（H＋）＝1.0×10－141.0＝1.0×10－14 mol/L，故溶液的pH为14。
答案：（1）阴 纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu 阳 粗铜
Cu－2e－===Cu2＋ CuSO4溶液（其他合理答案也可）
（2）红 （3）4.48 L 1.0 mol/L 14
提升3 解析：根据实验现象分析出电源的正负极，进而确定三个电解池中电极的名称是解题的关键。（1）三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，故Y极是电源的正极，X极是电源的负极。（2）A装置中，电解KCl溶液生成KOH，溶液的pH增大；B装置中，电解CuSO4溶液生成H2SO4，电解K2SO4溶液的实质是电解水，溶液的pH减小；C装置中，电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋的浓度基本不变，溶液的pH不变。（3）通电5 min后，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B装置中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，与事实不符。因此，B装置中的电解过程分为两个阶段，先电解CuSO4溶液生成O2，然后实质是电解水，生成O2和H2，即B装置中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，生成H2的物质的量为2y，则4x＋4y＝0.02 mol（电子守恒），x＋3y＝0.01 mol，解得x＝y＝0.002 5 mol，所以n（CuSO4）＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c（CuSO4）＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。（4）通电5 min后，A装置中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c（OH－）＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
答案：（1）负 （2）增大 减小 不变 （3）0.025 mol·L－1 （4）13
形成性自评
1．解析：电解池中的闭合回路是由电子在导线中的定向移动和离子在溶液中的定向移动形成的，A项错误；电子从电源的负极经导线流向电解池的阴极，从电解池的阳极经导线流向电源的正极，B项错误；在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，C项错误。
答案：D
2．解析：从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故①对，②错。电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故③⑤对。某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可以实现，故④对。所以D选项符合题意。
答案：D
3．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，应设计成电解池，Ag失电子发生氧化反应，所以Ag做阳极，H＋得电子发生还原反应，所以电解质溶液中H＋放电，则只有C项符合条件。
答案：C
4．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（2H2O2H2↑＋O2↑），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溶液的化学方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑，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。
答案：D
5．解析：电解Na2SO4溶液时，a为阴极：4H＋＋4e－===2H2↑，b为阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；a极周围由于H＋放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH－放电溶液呈酸性，石蕊显红色。
答案：D
6．解析：本题为课本中“电解精炼铜”的迁移应用。A项，阳极应发生氧化反应；C项，溶液中的阳离子主要为Ni2＋，根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化性顺序，阳极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，Cu、Pt在该条件下不失电子，阴极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，精炼过程中，电解质溶液中一定含有Ni2＋，Fe2＋、Zn2＋在该条件下不得电子，留在电解液中；B项比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不相等，当两极通过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等。
答案：D
7．解析：阳极要产生具有强氧化性的ClO－，则铁只能做阴极，故石墨做阳极，A项正确；由题目信息可知，溶液中的离子为CN－和Cl－，而阳极产生ClO－，故阳极反应物一定是Cl－，即Cl－在阳极被氧化为ClO－，B项正确；阴极为水得电子生成氢气的反应，C项正确；由题目信息可知，该反应体系是碱性环境，故反应中不可能有H＋，除去CN－的正确离子方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===5Cl－＋2CO2↑＋N2↑＋2OH－，D项错误。
答案：D
8．解析：（1）阴离子向阳极区移动，则膜1为阴离子交换膜，ClO4-向阳极区移动，因阳极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则出口A处得到的产品是HClO4。（2）电解时，阴极发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则阴极区附近溶液的pH增大。（3）由阳极的电极反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，可知n（HClO4）＝4n（O2）＝4×＝4 mol。（4）Na＋为阳离子，阳离子向阴极区移动，即通过膜2向阴极区迁移。（5）C1极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。（6）阳极反应生成的O2将HClO2氧化为HClO3：O2＋2HClO2===2ClO3-＋2H＋。
答案：（1） HClO4 （2）增大 （3）4 （4）通过膜2向阴极区迁移 （5）2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ （6）O2＋2HClO2===2ClO3-＋2H＋
9．解析：（1）C、D、E、F都是惰性电极，A、B为外接直流电源的两极，将直流电源接通后，F电极附近呈红色，说明F电极附近OH－浓度增大，溶液呈碱性，则F为阴极，所以C、E、G、I为阳极，D、F、H、J为阴极，A为正极、B为负极，C电极上OH－放电、D电极上Cu2＋放电、E电极上Cl－放电、F电极上H＋放电；（2）C为阳极，F为阴极，根据放电顺序书写电极反应式；（3）根据电解方程式：2CuSO4＋2H2OO2↑＋2Cu＋2H2SO4，结合c＝nV计算即可；（4）由得失电子守恒可知，电解R（NO3）x溶液时，某一极析出了a g金属R，结合Rx＋＋xe－===R进行计算；（5）电镀装置中，镀层金属必须作阳极，镀件作阴极，电镀液含有镀层金属阳离子。
答案：（1）正极 （2）阳极，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极，2H＋＋2e－===H2↑ （3）0.05 （4）50ax （5）铜件
相关学案
苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化第3课时学案设计： 这是一份苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化第3课时学案设计，共15页。学案主要包含了新知预习，即学即练等内容，欢迎下载使用。
苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化学案设计： 这是一份苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化学案设计，共13页。
2020-2021学年第二单元 化学能与电能的转化学案： 这是一份2020-2021学年第二单元 化学能与电能的转化学案，共2页。学案主要包含了学习目标，基础知识梳理等内容，欢迎下载使用。
