高考化学 考点35 电解原理及其应用学案（含解析）

这是一份高考化学 考点35 电解原理及其应用学案（含解析），共6页。学案主要包含了电解池，电解原理的应用等内容，欢迎下载使用。
一、电解池
电解
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
电解池(或电解槽)
（1）定义
借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转化为化学能的装置。
（2）阳极与阴极
阳极：与电源正极相连的电极叫阳极，发生氧化反应。
阴极：与电源负极相连的电极叫阴极，发生还原反应。
（3）电解池的构成条件
与直流电源相连的两个电极：阳极和阴极；电解质溶液(或熔融电解质)；形成闭合回路。
（4）电解池的工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
电解池和原电池比较
电解池阴、阳极的判断
（1）由电源的正、负极判断：与电源负极相连的是电解池的阴极；与电源正极相连的是电解池的阳极。
（2）由电极现象确定：通常情况下，在电解池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，则该电极发生氧化反应，为阳极；某一电极质量不断增加或电极质量不变，则该电极发生还原反应，为阴极。
（3）由反应类型判断：失去电子发生氧化反应的是阳极；得到电子发生还原反应的是阴极。
电解产物的判断
（1）阳极产物的判断
首先看电极，若是活性电极(一般是除Au、Pt外的金属)，则电极材料本身失电子，电极被溶解形成阳离子进入溶液；若是惰性电极(如石墨、铂、金等)，则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断。
阳极放电顺序：
金属(一般是除Au、Pt外)>S2−>I−>Br−>Cl−>OH−>含氧酸根>F−。
（2）阴极产物的判断
直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断。阳离子放电顺序：
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
（1）处理有关电解池两极产物的问题，一定要先看电极是活性电极还是惰性电极。活性电极在阳极放电，电极溶解生成相应的金属离子，此时阴离子在阳极不放电。对于惰性电极，则只需比较溶液中定向移动到两极的阴阳离子的放电顺序即可。
（2）根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：
①阳离子放电顺序表中前一个c(H+)与其他离子的浓度相近，后一个c(H+)很小，来自水的电离；
②Fe3+得电子能力大于Cu2+，但第一阶段只能被还原到Fe2+；
③Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只有在熔融状态下放电。
二、电解原理的应用
1．电解饱和食盐水——氯碱工业
（1）电极反应
阳极：2Cl−−2e−===Cl2↑(反应类型：氧化反应)。
阴极：2H++2e−===H2↑(反应类型：还原反应)。
检验阳极产物的方法是：用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。
（2）电解方程式
化学方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
离子方程式：2Cl−+2H2O2OH−+H2↑+Cl2↑
2．电解精炼铜
3．电镀
利用电解原理，在金属表面上镀上一层其它金属或合金的过程叫电镀。
①电极的连接：镀层金属或惰性电极做阳极，和外加电源的正极相连；镀件金属做阴极，和外加电源的负极相连。如铁上镀铜，铜(或石墨)做阳极，铁做阴极。
②电镀液的选择：选择含有镀层金属离子的溶液做电镀液，如铁上镀铜，选择硫酸铜溶液做电镀液。
③电极反应：阳极：Cu===Cu2+ +2e−，阴极：Cu2+ +2e−===Cu
④电镀的特点：若镀层金属做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度不变；若用惰性电极做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度减小。
电镀过程中，溶液中离子浓度不变；电解精炼铜时，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上Cu2+被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。
4．电冶金
冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属，必须用电解法。如电解熔融氯化钠得到钠时：
注意：①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高；
②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。
考向一 电解规律的考查
典例1 用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是
A．AgNO3 CuCl2 Cu(NO3)2
B．KCl Na2SO4 CuSO4
C．CaCl2 KOH NaNO3
D．HCl HNO3 K2SO4
【解析】由电解规律可得
【答案】B
1．某小组设计电解饱和食盐水的装置如图，通电后两极均有气泡产生，下列叙述正确的是
A．铜电极附近观察到黄绿色气体
B．石墨电极附近溶液呈红色
C．溶液中的Na+向石墨电极移动
D．铜电极上发生还原反应
【答案】D
【解析】
试题分析：电解饱和食盐水时溶液中放电的离子是H+和Cl—，故铜电极作阴极，H+在此电极上放电，发生还原反应：2H++2e—=H2↑，此电极附近OH—增多，附近溶液呈红色，溶液中的Na+向石墨电极移动；石墨作阳极，Cl—在此电极上放电，发生氧化反应：2Cl——2e—=Cl2↑，石墨电极附近观察到黄绿色气体；综上所述D正确。
用惰性电极电解电解质溶液的规律
考向二 电解原理的“常规”应用
典例2 高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示。下列说法正确的是
A．铁是阳极，电极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
B．电解一段时间后，镍电极附近溶液的pH减小
C．若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中含有FeOeq \\al(2－,4)
D．每制得1 ml Na2FeO4，理论上可以产生67.2 L气体
【解析】A．用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)，铁失电子生成高铁酸钠，则铁作阳极，镍作阴极，电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeOeq \\al(2－,4)＋4H2O，故A错误；B．镍电极上氢离子放电生成氢气，氢离子浓度减小，所以溶液的pH增大，故B错误；C．若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后由于浓度差左侧溶液中会含有FeOeq \\al(2－,4)，故C正确；D．温度和压强未知，所以无法计算生成气体体积，故D错误。
【答案】C
2．如图是模拟工业电解饱和食盐水的装置图，下列叙述不正确的是
A．a 为电源的负极
B．Fe电极的电极反应是4OH--4e-2H2O+O2↑
C．通电一段时间后，铁电极附近溶液先变红
D．电解饱和食盐水的化学方程式是2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
【答案】B
【详解】A.Fe电极作阴极，对应的a为电源负极，故A项正确；B.工业上电解食盐水以石墨为阳极，Fe电极为阴极，阴极的电极反应式为:，故B项错误；C项，Fe电极产生OH-，遇酚酞变红，故C项正确；D项，NaCl溶液通电生成NaOH、Cl2和H2，故D项正确。本题答案为B。
离子交换膜的作用
阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na+)通过，而阻止阴离子(Cl−、OH−)和分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量，由此可推知，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子(H+)交换膜只允许质子(H+)通过。
考向三 电解原理的“创新”应用
典例3．硼酸为一元弱酸，已知与足量溶液反应的离子方程式为可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是
A．当电路中通过电子时，可得到
B．将电源的正、负极反接，工作原理不变
C．阴极室的电极反应式为
D．穿过阴膜进入阴极室，穿过阳膜进入产品室
【答案】A
【分析】
由装置图可知，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，阳极氢氧根失电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O-4e-═O2↑+4H+，则氢离子穿过阳膜进入产品H3BO3室；阴极氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为4H2O+4e-═2H2↑+4OH-，Na+穿过阳膜进入阴极室，所以阴极室NaOH溶液浓度增大，穿过阴膜进入产品H3BO3室，与氢离子结合生成H3BO3，据此分析解答。
【详解】
A．阳极发生失去电子的氧化反应，电极反应式为，电路中通过电子时有生成，硼酸为一元弱酸，生成硼酸需要，所以电路中通过电子时，可得到，故A正确；
B．根据以上分析可知，如果将电源的正、负极反接，工作原理将发生变化，故B错误；
C．电解时阴极发生得电子的还原反应，电极反应式为，故C错误；
D．阳极电极反应式为，阴极电极反应式为，阳极室中的氢离子穿过阳膜进入产品室，原料室中的穿过阴膜进入产品室，发生反应：，原料室中的穿过阳膜进入阴极室，故D错误；答案选A。
3．工业废气、汽车尾气排放出的SO2、NOx等，是形成雾霾的重要因素。霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子形成的烟雾。烟气中的SO2可以用NaOH溶液吸收，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示。(电极材料为石墨)
(1)用NaOH溶液吸收SO2发生的主要反应的离子方程式为___________________。
(2)图中，交换膜I应为________(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
(3)当有1ml Na＋通过阳离子交换膜时，a极生成气体__________L(标准状况)。
(4)SO放电的电极反应式为__________________。
(5)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：_______________。
【答案】SO2＋2OH－=＋H2O 阳离子 11.2 －2e－＋H2O=＋2H＋ H＋放电促进水的电离，使OH－浓度增大
【分析】
电解Na2SO3溶液过程中，若要实现循环再生NaOH，同时得到H2SO4，则发生氧化反应生成，因此b电极发生氧化反应，移向右侧，电极反应为：－2e－＋H2O=＋2H＋，交换膜II为阴离子交换膜，a电极发生还原反应，Na+移向左侧，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，交换膜I为阳离子交换膜，据此解答。
【详解】
（1）NaOH溶液吸收SO2发生的主要反应为2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O，离子方程式为：SO2＋2OH－=＋H2O；
（2）由上述分析可知，交换膜I为阳离子交换膜；
（3）当有1ml Na＋通过阳离子交换膜时，电解池中有1ml电子转移，根据a极电极反应式2H2O+2e-=H2↑+2OH-可知，将生产0.5mlH2，在标准状况下体积为0.5ml×22.4L/ml=11.2L；
（4）发生氧化反应生成，电极反应式为－2e－＋H2O=＋2H＋；
（5）通电后，阴极电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，其本质是水电离出的H+放电，电解过程中促进水的电离，使阴极负极溶液OH－浓度增大，从而使溶液pH增大。
考向四 根据电子守恒计算
典例4 500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq \\al(－,3))＝0.3 ml·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12 L(标准状况下)，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(Na＋)＝0.2 ml·L－1
B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 ml·L－1
C．上述电解过程中共转移0.4 ml电子
D．电解后溶液复原时需加入4 g CuO
【解析】两极均收集1.12 L气体(标准状况下)―→eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑,阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O))―→转移电子为0.2 ml⇒n(Cu2＋)＝0.05 ml，n(H＋)＝0.1 mln(Na＋)＝0.05 ml。复原时需加CuO：0.05×80 g＝4 g和H2O：0.05×18 g＝0.9 g 或加Cu(OH)2 4.9 g。
【答案】B
4．电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。
（1）若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验。
①写出电解时NO2发生反应的电极反应式： 。
②若在标准状况下有2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H+为 ml。
（2）某小组在右室装有10 L 0.2 ml·L−1硝酸溶液，用含NO和NO2(不考虑NO2转化为N2O4)的废气进行模拟电解法吸收实验。
①实验前，配制10 L 0.2 ml·L−1硝酸溶液需量取 mL、密度为1.4 g·mL−1、质量分数为63%的浓硝酸。
②电解过程中，有部分NO转化为HNO2。实验结束时，测得右室溶液中含3 ml HNO3、0.1 ml HNO2，同时左室收集到标准状况下28 L H2。计算原气体中NO和NO2的体积比(假设尾气不含氮氧化物，写出计算过程)。
【答案】（1）①NO2−e−+H2O+2H+ ②0.1
（2）①143
②根据原子守恒：n(NO)+n(NO2)=3 ml−0.2 ml·L−1×10 L+0.1 ml=1.1 ml
根据电子守恒：0.1 ml×1+[n(NO)−0.1 ml]×3+n(NO2)×1= QUOTE ×2
解得 n(NO)=0.8 ml，n(NO2)=0.3 ml
V(NO)∶V(NO2)=n(NO)∶n(NO2)=0.8 ml∶0.3 ml=8∶3。
【解析】（1）①从图中知，NOx气体在电解时会转化成HNO3，则NO2中N由+4价升高至+5价，失去1个e−，用H+平衡电荷可写出电极反应式。②由电极反应式知，0.1 ml NO2生成0.1 ml 和0.2 ml H+，由电荷守恒可知，需要向左室流入0.1 ml H+后才能维持右室中溶液为电中性。
（2）①m(HNO3)=10 L×0.2 ml·L−1×63 g·ml−1=126 g，则V(浓硝酸)= QUOTE ≈143 mL。②由N原子守恒，最终生成的HNO3和HNO2中的总N原子数等于NO和NO2中所含N原子数与右室中原HNO3中N原子数总和，即n(HNO3)+n(HNO2)=n(NO)+n(NO2)+10 L×0.2 ml·L−1(Ⅰ)；电解过程中左、右两室中得失电子是守恒的，左侧为H+得电子生成H2，右侧为NO2失电子生成HNO3，部分NO失电子生成HNO2，部分NO失电子生成HNO3，列式为 ml×2=1×n(NO2)+1×n(HNO2)+[n(NO)−n(HNO2)]×3(Ⅱ)，联立(Ⅰ)、(Ⅱ)可求出NO和NO2的物质的量，相同状态下，NO2和NO的物质的量比即为其体积比。
电化学定量计算的三种方法
（1）根据电子守恒
用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
（2）根据总反应式
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
（3）根据关系式
根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
考向五 电化学组合装置的问题
典例5 如图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，将电源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，则以下说法正确的是
A．电源B极是正极
B．(甲)、(乙)装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量比为1∶2∶2∶2
C．欲用(丙)装置给铜镀银，H应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液
D．装置(丁)中X极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带负电荷
【解析】根据图知，该装置是电解池，将电源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说明F极附近有大量氢氧根离子，由此得出F极上氢离子放电生成氢气，所以F极是阴极，则电源B极是负极，A极是正极，A错误；甲装置中C电极上氢氧根离子放电生成氧气，D电极上铜离子放电生成铜单质，E电极上氯离子放电生成氯气，F电极上氢离子放电生成氢气，所以(甲)、(乙)装置的C、D、E、F电极均有单质生成；生成1 ml氧气需要4 ml电子，生成1 ml铜时需要2 ml电子，生成1 ml氯气时需要2 ml电子，生成1 ml氢气时需要2 ml电子，所以转移相同物质的量的电子时生成单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2，B正确；若用(丙)装置给铜镀银，G应该是Ag，H是铜，电镀液是AgNO3溶液，C错误；丁装置中Y电极是阴极，如果Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷，D错误。
【答案】B
5．某同学组装了如图所示的电化学装置，则下列说法正确的是
A．图中甲池为原电池装置，Cu电极发生还原反应
B．实验过程中，甲池左侧烧杯中的浓度不变
C．若甲池中Ag电极质量增加5.4 g时，乙池某电极析出 1.6 g 金属，则乙池中的某盐溶液可能是足量AgNO3溶液
D．若用铜制U形物代替“盐桥”，工作一段时间后取出U形物称量，质量不变
【答案】D
【解析】图中甲池为原电池装置，Cu电极为负极发生氧化反应，故A错误；实验过程中，盐桥中的向左边移动，所以左侧烧杯中的浓度变大，故B错误；若甲池中Ag电极质量增加5.4 g时，即生成银5.4 g，物质的量为 QUOTE =0.05 ml，所以整个电路转移电子0.05 ml，如果硝酸银足量应生成5.4 g银，故C错误；用铜制U形物代替“盐桥”，右边铜的质量减少，而左边铜的质量增加，由于整个电路转移电子数相等，所以减少的质量与增加的质量相等，U形物的质量不变，故D正确。
串联装置图比较
图甲中无外接电源，两者必有一个装置是原电池(相当于发电装置)，为电解池装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，即左图为原电池装置，右图为电解池装置。图乙中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过的电流相等。
1．某溶液中含有Cu2＋、Fe2＋、Al3＋、Cl－、NOeq \\al(－,3)，且浓度均大于0.1 ml/L，用石墨作电极进行电解时，肯定得不到的产物是
A．Cl2 B．Al C．Cu D．H2
【答案】B
【解析】阴极上Al3＋、Fe2＋的放电能力弱于H＋，而Cu2＋的放电能力比水电离出的H＋的放电能力强，阳极上Cl－放电能力强于OH－。
2．科研人员设计一种电化学反应器，以Na2SO4溶液为电解质，负载纳米MnO2的导电微孔钛膜和不锈钢为电极材料。这种电催化膜反应器可用于正丙醇合成丙酸，装置示意图如图。以下叙述错误的是
A．微孔钛膜作阴极
B．使用Na2SO4溶液是为了在电解开始时增强溶液导电性
C．丙醇转化为丙酸的电极反应式为：CH3CH2CH2OH＋H2O－4e－===CH3CH2COOH＋4H＋
D．反应器工作时料槽中正丙醇分子向电催化膜移动
【答案】A
【解析】微孔钛膜与电源正极相连，作阳极，A项错误；Na2SO4为强电解质，使用Na2SO4溶液是为了在电解开始时增强溶液导电性，B项正确；丙醇转化为丙酸，发生氧化反应：CH3CH2CH2OH＋H2O－4e－===CH3CH2COOH＋4H＋，C项正确；反应器工作时，正丙醇发生氧化反应，根据阳极上发生氧化反应，知正丙醇分子向电催化膜移动，D项正确。
3．MnO2常用于电池工业，现电解含MnSO4的某工业废液来制备Mn和MnO2，装置如图，下列说法不正确的是
A．电极b发生氧化反应
B．电极a、b均可用石墨作电极，且通电一段时间后，左、右两边溶液的pH均减小
C．通电时，溶液中的S通过离子交换膜向右移动
D．电极b的电极反应式为：Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+
【答案】B
【解析】本题考查电化学知识，意在考查考生对电解池原理的理解能力。阳极发生氧化反应，MnSO4中锰元素的化合价升高，由此推断阳极的主要产物是MnO2，故阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+，故A、D项正确；由上述分析知，阳极有H+生成，溶液pH减小，阴极的电极反应式为：Mn2++2e- Mn，溶液的pH无明显变化，故B项错误；由于两池的pH不同，故离子交换膜为阴离子交换膜，溶液中S由左向右移动，C项正确。
4．世界某著名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁-空气电池，如图所示。下列说法正确的是
A．放电时，a极发生氧化反应
B．充电时，负极室发生反应：Fe+xH2O(g)FeOx+xH2
C．充电时，a极发生反应：4OH--4e-2H2O+O2↑
D．放电时，b极发生反应：H2+O2--2e-H2O
【答案】D
【解析】本题考查原电池原理和电解池原理。放电时，a极上空气中的氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-2O2-，则充电时，a极发生反应：2O2--4e-O2↑，A、C错误；由题图可知，放电时，负极室发生的反应为xH2O(g)++xH2，则充电时发生的反应为FeOx+xH2xH2O(g)+Fe，B错误；放电时，b极上氢气失电子发生氧化反应：H2+O2--2e-H2O，D正确。
5．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中，c()=6.0 ml/L。用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极都收集到22.4 L气体(标准状况)。假设电解后溶液的体积仍为500 mL。下列说法正确的是
A．原混合溶液中K＋的浓度为1 ml/L
B．上述电解过程中共转移4 ml电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5 ml
D．电解后溶液中H＋的浓度为2 ml/L
【答案】B
【解析】用石墨作电极电解混合溶液，阳极发生氧化反应2H2O−4e−O2↑+4H+，由于两个电极都收集到了气体，因此阴极反应式为：Cu2++2e−Cu，2H++2e−H2↑。由于两极均收集到22.4 L气体（标准状况），即1 ml气体，故转移电子的物质的量为4 ml；生成H2需要电子为2 ml，因此Cu2+的物质的量为1 ml，浓度为2 ml·L−1，生成Cu单质为1 ml；根据溶液中电荷守恒可知c(K＋)=6.0 ml·L−1−2 ml·L−×2=2 ml·L−1；由于阳极生成氧气，同时生成4 ml H+，而阴极上只消耗了2 ml，因此电解后溶液中的H+物质的量为2 ml，由于电解后溶液的体积为500 mL，因此电解后溶液中c(H＋)为4 ml·L−1。由上述分析可知，A．原混合溶液中c(K＋)为2 ml·L−1，A错误；B．上述电解过程中共转移4 ml电子，B正确；C．电解得到的Cu的物质的量为1 ml，C错误；D．电解后溶液中的c(H＋)为4 ml·L−1，D错误。答案为B。
6．如图所示，甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是
A．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH＋6e－＋2H2O===COeq \\al(2－,3)＋8H＋
B．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu（OH）2固体，能使CuSO4溶液恢复到原浓度
C．甲池中消耗224 mL（标准状况）O2，此时丙池中理论上产生1.16 g 固体
D．若将乙池电解质溶液换成AgNO3溶液，则可以实现在石墨棒上镀银
【答案】C
【解析】甲池通入CH3OH的电极发生氧化反应：CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O，A项错误；乙池中石墨作阳极，Ag作阴极，电解总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，由于CuSO4溶液过量，溶液中减少的是“2Cu＋O2↑”，因此加入CuO或CuCO3能使原溶液恢复到原浓度，B项错误；丙池中的总反应为MgCl2＋2H2OMg（OH）2↓＋H2↑＋Cl2↑，根据各电极上转移电子数相同，可得关系式：O2～4e－～2Mg（OH）2，丙池中产生Mg（OH）2固体的质量为eq \f(0.224 L,22.4 L·ml－1)×2×58 g·ml－1＝1.16 g，C项正确；石墨棒作阳极，Ag作阴极，只能在银极上镀银，D项错误。
7．某混合物浆液含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（如图所示），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。
用惰性电极电解时，CrO42-能从浆液中分离出来的原因是_________________________，分离后含铬元素的粒子是__________，阴极室生成的物质为__________（写化学式）。
【答案】CrO42-通过阴离子交换膜进入阳极室 CrO42-、Cr2O72- H2、NaOH
【分析】电解时，CrO42-通过阴离子交换膜向阳极移动，阴极发生还原反应生成氢气和NaOH，以此解答该题。
【详解】
电解时，CrO42-通过阴离子交换膜向阳极移动，从而从浆液中分离出来，因存在2CrO42-+2H+⇌Cr2O72-+H2O，则分离后含铬元素的粒子是CrO42-、Cr2O72-，阴极发生还原反应生成氢气和NaOH，故答案为：CrO42-通过阴离子交换膜进入阳极室；CrO42-、Cr2O72-；NaOH和H2。
8．用零价铁去除水体中的硝酸盐已成为环境修复研究的热点之一．
还原水体中的反应原理如图1所示．
①作负极的物质是______．
②正极的电极反应式是______．
将足量铁粉投入水体中，经24小时测定的去除率和pH，结果如下：
时，的去除率低．其原因是______．
实验发现：在初始的水体中投入足量铁粉的同时，补充一定量的可以明显提高的去除率．对的作用提出两种假设：
Ⅰ直接还原；
Ⅱ破坏氧化层．
①做对比实验，结果如图2所示，可得到的结论是______．
②同位素示踪法证实能与反应生成结合该反应的离子方程式，解释加入提高去除率的原因：______．
其他条件与相同，经1小时测定的去除率和pH，结果如表：
与中数据对比，解释中初始pH不同时，去除率和铁的最终物质形态不同的原因：______．
【答案】铁 不导电，阻碍电子转移 本实验条件下，不能直接还原；在Fe和共同作用下能提高的去除率 ，将不导电的转化为可导电的，利于电子转移 初始pH低时，产生的充足；初始pH高时，产生的不足
【分析】
(1) NO3-在正极得电子发生还原反应产生NH4+ ，根据图2信息可知为酸性环境；(2)pH越高 Fe3+越易水解生成FeO(OH) ；
(3)①根据图2中的三个实验结果进行分析；
②结合(2)题中的铁的最终物质形态结果差异进行分析；
【详解】
(1) ①Fe还原水体中，则Fe作还原剂发生氧化反应，失去电子，作负极，
故答案为：铁；
在正极得电子发生还原反应产生，根据图2信息可知为酸性环境，则正极的电极反应式为：，故答案为：；
（2）①加入可以显提高的去除率，pH越高，越易水解生成，而不导电，阻碍电子转移，所以的去除率低，故答案为：不导电，阻碍电子转移；
(3)从图2的实验结果可以看出，单独加入时，的去除率为0，因此得出不能直接还原；而Fe和共同加入时的去除率比单独Fe高，因此可以得出结论：本实验条件下，不能直接还原；在Fe和共同作用下能提高的去除率，故答案为：本实验条件下，不能直接还原；在Fe和共同作用下能提高的去除率；
同位素示踪法证实了能与反应生成，离子方程式为：，将不导电的转化为可导电的，利于电子转移，故答案为：，将不导电的转化为可导电的，利于电子转移；
（4）根据实验结果可知的作用是将不导电的转化为可导电的，而的去除率由铁的最终物质形态确定，因此可知实验初始pH会影响的含量，故答案为：初始pH低时，产生的充足；初始pH高时，产生的不足。
1．[2020新课标Ⅱ]电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是
A．Ag为阳极B．Ag+由银电极向变色层迁移
C．W元素的化合价升高D．总反应为：WO3+xAg=AgxWO3
【答案】C
【分析】
从题干可知，当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈现蓝色，说明通电时，Ag电极有Ag+生成然后经固体电解质进入电致变色层，说明Ag电极为阳极，透明导电层时阴极，故Ag电极上发生氧化反应，电致变色层发生还原反应。
【详解】
A．通电时，Ag电极有Ag+生成，故Ag电极为阳极，故A项正确；
B．通电时电致变色层变蓝色，说明有Ag+从Ag电极经固体电解质进入电致变色层，故B项正确；
C．过程中，W由WO3的+6价降低到AgxWO3中的+(6-x)价，故C项错误；
D．该电解池中阳极即Ag电极上发生的电极反应为：xAg-xe- = xAg+，而另一极阴极上发生的电极反应为：WO3+xAg++xe- = AgxWO3，故发生的总反应式为：xAg + WO3 =AgxWO3，故D项正确；
答案选C。
2．[2018新课标Ⅰ]最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+
该装置工作时，下列叙述错误的是
A．阴极的电极反应：CO2+2H++2e-＝CO+H2O
B．协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性
【答案】C
【解析】该装置属于电解池，CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应，据此解答。
A、CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2+H＋+2e－＝CO+H2O，A正确；
B、根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①+②即得到H2S－2e－＝2H＋+S，因此总反应式为CO2+H2S＝CO+H2O+S，B正确；
C、石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；
D、由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性，D正确。答案选C。
点睛：准确判断出阴阳极是解答的关键，注意从元素化合价变化的角度去分析氧化反应和还原反应，进而得出阴阳极。电势高低的判断是解答的难点，注意从物理学的角度借助于阳极与电源的正极相连去分析。
3．[2017新课标Ⅱ]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，电解质溶液一般为混合溶液。下列叙述错误的是
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为：
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
【答案】C
【解析】A、根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，故A说法正确；B、不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故B说法正确；C、阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是H＋放电，即2H＋＋2e−H2↑，故C说法错误；D、根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，故D说法正确。
【名师点睛】本题考查电解原理的应用，如本题得到致密的氧化铝，说明铝作阳极，因此电极方程式应是2Al−6e−＋3H2OAl2O3＋6H＋，这就要求学生不能照搬课本知识，注意题干信息的挖掘，本题难度不大。
4．[2017海南]一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是
A．Pd电极b为阴极
B．阴极的反应式为：N2+6H++6e−2NH3
C．H+由阳极向阴极迁移
D．陶瓷可以隔离N2和H2
【答案】A
【解析】A、此装置为电解池，总反应是N2＋3H22NH3，Pd电极b上是氢气发生反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；B、根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e−2NH3，故B说法正确；C、根据电解池的原理，阳离子在阴极上放电，即有阳极移向阴极，故C说法正确；D、根据装置图，陶瓷隔离N2和H2，故D说法正确。
【名师点睛】本题考查电解原理，首先判断阴阳两极，阴极连接电源的负极，阴极上得到电子化合价降低，发生还原反应，阳极连接电源的正极，阳极上失去电子化合价升高，发生氧化反应，然后判断电极材料，惰性电极还是活动性金属作电极，活动性金属作阳极，活动性金属先失电子，如果是惰性材料作阳极，则是还原性强的阴离子先失电子，氧化性强的离子在阴极上得电子；电极反应式的书写是高考的热点，一般需要根据装置图完成，需要看清反应环境。
5．[2016·北京]用石墨电极完成下列电解实验。下列对实验现象的解释或推测不合理的是
A．a、d处：2H2O+2e−H2↑+2OH−
B．b处：2Cl−−2e−Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe−2e−Fe2+
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
【答案】B
【解析】本题结合实验考查电化学知识，意在考查考生对电解池的熟练程度和分析能力。由于有外接电源，所以实验一和实验二均为电解池装置。实验一中，铁丝中的电流方向为从d到c，电子移动方向为从c到d，所以实验一的装置是比较复杂的电解池，其中a为阴极，c为阳极，d为阴极，b为阳极。a、d处发生反应2H2O+2e−H2↑+2OH−，A项正确；若b处发生反应2Cl−−2e−Cl2↑，不足以解释b处“变红”和“褪色”现象，故B项错误；c处铁作阳极，发生反应Fe−2e−Fe2+，由于生成的Fe2+浓度较小，且pH试纸本身有颜色，故颜色上无明显变化，C项正确；实验二是一个更加复杂的电解池装置，两个铜珠的左端均为阳极，右端均为阴极，初始时两个铜珠的左端(阳极)均发生反应Cu−2e−Cu2+，右端(阴极)均发生反应2H++2e− H2↑，一段时间后，Cu2+移动到m和n处，m、n处附近Cu2+浓度增大，发生反应Cu2++2e− Cu，m、n处能生成铜，D正确。
6．[2016·新课标Ⅰ]三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和 SKIPIF 1 < 0 可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是
A．通电后中间隔室的 SKIPIF 1 < 0 离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O−4e− SKIPIF 1 < 0 O2+4H+，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 ml电子的电量时，会有0.5 ml的O2生成
【答案】B
【解析】本题考查电解池原理，意在考查考生运用所学知识分析、解决问题的能力。该装置为电解池。H2O在正(阳)极区放电，生成O2和H+，中间隔室中的阴离子 SKIPIF 1 < 0 通过cd膜移向正(阳)极，故正(阳)极区得到H2SO4，当电路中通过1 ml电子时生成0.25 ml O2，正(阳)极区溶液pH减小，H2O在负(阴)极区放电，生成OH−和H2，负(阴)极区溶液pH增大，A、C、D项错误。H2O在负(阴)极区放电生成H2和OH−，中间隔室中的阳离子Na+通过ab膜移向负(阴)极，故负(阴)极区可得到NaOH，而正(阳)极区可得到H2SO4，故B项正确。 电解池
原电池
定义
将电能转变为化学能的装置
将化学能转变为电能的装置
装置举例
形成条件
①两个电极与直流电源相连
②电解质溶液
③形成闭合回路
①活泼性不同的两电极(连接)
②电解质溶液
③形成闭合回路
④能自发进行氧化还原反应
电极名称
阳极：与电源正极相连的极
阴极：与电源负极相连的极
负极：较活泼金属(电子流出的极)
正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)(电子流入的极)
电极反应
阳极：溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子，发生氧化反应
阴极：溶液中的阳离子得电子，发生还原反应
负极：较活泼电极金属或阴离子失电子，发生氧化反应
正极：溶液中的阳离子或氧气得电子，发生还原反应
溶液中的离子移向
阴离子移向阳极，阳离子移向阴极
阴离子移向负极，阳离子移向正极
电子流向
电源负极阴极阳极电源正极
负极正极
实质
均发生氧化还原反应，两电极得失电子数相等
联系
原电池可以作为电解池的电源，二者共同形成闭合回路
电镀(Fe表面镀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
待镀金属铁
纯铜
电极反应
Cu2++2e−===Cu
电解质溶液
含Cu2+的盐溶液
注：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
类型
化学物质
pH变化
放O2生酸型
CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2
降低
放H2生碱型
KCl、CaCl2
升高
电解电解质型
CuCl2
升高
HCl
升高
电解H2O型
NaNO3、Na2SO4、K2SO4
不变
KOH
升高
HNO3
降低
类型
电解质特点
实例
电极反应
电解方程式
电解
对象
电解质溶液的变化
电解质溶液复原的方法
阴极
阳极
电解
水型
含氧酸
H2SO4
4H++4e− SKIPIF 1 < 0 2H2↑
4OH−−4e− SKIPIF 1 < 0 2H2O+O2↑
2H2O
2H2↑+O2↑
水
浓度增大
加水
可溶性强碱
NaOH
活泼金属含氧酸盐
KNO3
电解电
解质型
无氧酸
HCl
2H++2e− SKIPIF 1 < 0 H2↑
2Cl−−2e− SKIPIF 1 < 0 Cl2↑
2HCl
H2↑+Cl2↑
电解质
浓度减小
加HCl
不活泼金属无氧酸盐
CuCl2
Cu2++2e− SKIPIF 1 < 0 Cu
2Cl−−2e− SKIPIF 1 < 0
Cl2↑
CuCl2
Cu+Cl2↑
加CuCl2
放H2
生碱型
活泼金属无氧酸盐
NaCl
2H++2e− SKIPIF 1 < 0 H2↑
2Cl−−2e− SKIPIF 1 < 0 Cl2↑
2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
电解质
和水
生成新
电解质
加HCl
放O2
生酸型
不活泼金属含氧酸盐
CuSO4
Cu2++2e− SKIPIF 1 < 0 Cu
4OH−−4e− SKIPIF 1 < 0
2H2O+O2↑
2CuSO4+2H2O2Cu+
2H2SO4+O2↑
电解质
和水
生成新
电解质
加CuO
初始pH
的去除率
接近
24小时pH
接近中性
接近中性
铁的最终物质形态
初始pH
的去除率
约
约
1小时pH
接近中性
接近中性
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；……