資源簡介

第04講 電解原理的應用
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目標導航
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課程標準 課標解讀
1．運用電解原理分析電解食鹽水、銅的電解精煉，以及電鍍的內容。 2．了解電解原理的應用方法，并進一步體會電解對人類社會的重要貢獻。 1．通過運用電解的原理分析食鹽水的電解、銅的精煉，了解這些比較復雜體系中所發生的反應以及電解的使用價值。建立電池與電解相統一的電化學認識模型。 2．通過活動探究，提高實驗能力和分析能力 3．通過學習電鍍的內容，了解具有一定特殊性的、電解原理的另一種應用方法，并進一步體會電解對人類社會的重要貢獻。
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知識精講
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知識點01 電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣
1．裝置
2．現象
（1）陽極上：____________________。
（2）陰極上：____________________。
3．原理分析及電極反應
（1）離子移向：_____、_____移向陽極，_____、_____移向陰極。
（2）陽極反應
①陽極離子放電順序：_____＞_____。
②電極反應：____________________，_____反應。
（3）陰極反應
①陰極離子放電順序：_____＞_____。
②電極反應：____________________，_____反應。
3．電解方程式
（1）化學方程式：___________________________________。
（2）離子方程式：___________________________________。
【即學即練1】某小組設計電解飽和食鹽水的裝置如圖，通電后兩極均有氣泡產生，下列敘述正確的是（ ）。
A．銅電極附近觀察到黃綠色氣體
B．石墨電極附近溶液呈紅色
C．溶液中的Na+向石墨電極移動
D．銅電極上發生還原反應
知識點02 銅的電解精煉
1．裝置
2．粗銅成分
（1）主要成分：_____。
（2）雜質金屬
①比銅活潑的有_______________等。
②比銅不活潑的有_______________等。
3．電極反應
【特別提醒】
（1）粗銅中含Zn、Fe、Ag等雜質，同時間段內兩電極改變的質量不相等，但兩電極通過的電量相等。
（2）電解過程中，陰離子濃度不變，Cu2+濃度減小，Fe2+、Zn2+、Ni2+濃度增大。
【即學即練2】以CuSO4溶液為電解質溶液進行粗銅（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質）的電解精煉，下列說法正確的是（ ）。
A．電能全部轉化為化學能
B．粗銅接電源正極，發生還原反應
C．溶液中Cu2+向陽極移動
D．利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬
知識點03 電鍍
1．定義：應用_____原理，在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金的方法。
2．目的：增強金屬的__________能力、耐磨性或改善金屬制品的外觀。
3．電鍍原理
（1）裝置
①電極材料：陽極：_____；陰極：_____
②電鍍液：_____溶液
（2）電極反應
①陽極：____________________
②陰極：____________________
3．電鍍的特點：“一多、一少、一不變”。
（1）一多：是指陰極上有鍍層金屬沉積；
（2）一少：是指陽極上有鍍層金屬溶解；
（3）一不變：是指電鍍后，電解質溶液中的離子濃度保持不變。
【即學即練3】在鐵制品上鍍上一定厚度的銀層，以下設計方案正確的是（ ）。
A．銀作陽極，鐵制品作陰極，溶液含有銀離子
B．鉑作陰極，鐵制品作陽極，溶液含有銀離子
C．銀作陽極，鐵制品作陰極，溶液含有亞鐵離子
D．銀作陰極，鐵制品作陽極，溶液含有銀離子
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能力拓展
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考法01 電解原理的應用
【典例1】（2022·山東省等級考）設計如圖裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環境pH穩定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2（s）轉化為Co2+，工作時保持厭氧環境，并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為石墨材質，右側裝置為原電池。下列說法正確的是（ ）。
A．裝置工作時，甲室溶液pH逐漸增大
B．裝置工作一段時間后，乙室應補充鹽酸
C．乙室電極反應式為LiCoO2+e－+2H2O＝Li++Co2++4OH－
D．若甲室Co2+減少200mg，乙室Co2+增加300mg，則此時已進行過溶液轉移
【知識拓展】電解原理的應用
1．工業電解飽和食鹽水制取燒堿
工業電解飽和食鹽水制備燒堿時必須阻止OH－移向陽極，以使NaOH在陰極溶液中富集，常用陽離子交換膜將兩溶液分開，使陽離子能通過陽離子交換膜，而陰離子不能通過。
如：氯堿工業中電解飽和食鹽水的原理如圖所示，可知溶液A的溶質是NaOH。
2．銅的電解精煉與電鍍銅對比
電解精煉銅 電鍍銅
電極材料 陰極 精銅 鍍件
陽極 粗銅 純銅
電極反 應式 陽極 Cu（粗銅）－2e－＝Cu2+等 Cu－2e－＝Cu2+
陰極 Cu2++2e－＝Cu（精銅） Cu2++2e－＝Cu
電解質溶液 濃度的變化 Cu2+減少，比銅活潑的金屬陽離子進入溶液 電解質溶液成分及濃度均不變
考法02 電解的有關計算
【典例2】（2021·深圳市龍崗區高二期末檢測）科學家設計如下裝置獲取氫能源和電能。其中，a為Pt電極，電解質溶液為1moL L－1KOH溶液（已知：Q＝nF，F為法拉第常量，F＝96500C mol－1）。下列說法錯誤的是（ ）。
A．當K和K1相連接時，b處電極反應為Ni（OH）2－e－+OH－＝NiOOH+H2O
B．當K和K2相連接時，溶液中的OH－向c電極遷移
C．該設計實現了Ni（OH）2電極的循環使用
D．理論上，每生成1molH2可有助于電池最多產生1.93×104C的電量
【知識拓展】
1．根據電子守恒法計算
用于串聯電路中各電極產物的計算，其依據是電路上轉移的電子數相等。
2．根據總反應方程式計算
先寫電極反應式，再寫總反應方程式，最后根據總反應方程式計算。
3．根據關系式計算
根據電子得失相等找到已知量與未知量之間的橋梁，得出計算所需的關系式。
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分層提分
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題組A 基礎過關練
1．（2021·上海浦東區高二期中檢測）某同學設計如圖所示裝置，探究氯堿工業原理，下列說法正確的是（ ）。
A．石墨電極與直流電源負極相連
B．用濕潤淀粉KI試紙在銅電極附近檢驗氣體，試紙變藍色
C．氫氧化鈉在石墨電極附近產生，Na+向石墨電極遷移
D．銅電極的反應式為2H++2e－H2↑
2．關于鍍銅和電解精煉銅，下列說法中正確的是（ ）。
A．都用粗銅作陽極、純銅作陰極
B．電解液的成分都保持不變
C．陽極反應都只有Cu－2e－＝Cu2+
D．陰極反應都只有Cu2++2e－＝Cu
3．（2021 廣西南寧高二期末檢測）某化學小組進行電化學研究，甲同學設計如圖所示裝置，乙同學利用甲同學的裝置和桌面上其他的藥品與材料，不能完成的實驗是（ ）。
A．使甲同學裝置中的正極變為負極
B．設計一個新的原電池
C．在石墨電極上鍍鋅
D．使鋅電極被保護
4．（2021·河北遷安高二檢測）用石墨做電極，電解稀Na2SO4溶液的裝置如圖所示，通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列有關敘述正確的是（ ）。
A．逸出氣體的體積：A電極＜B電極
B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體
C．A電極附近呈紅色，B電極附近呈藍色
D．電解一段時間后，將全部電解液轉移到同一燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性
5．（2021·寧波高二檢測）電解CuCl2溶液時，如果陰極上有1.6g銅析出時，則陽極上產生氣體在標準狀況下的體積是（ ）。
A．0.28L B．0.56L C．0.14L D．11.2L
6．下列關于實驗現象的描述不正確的是（ ）。
A．把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現氣泡
B．用鋅片做陽極，鐵片做做陰極，電解氯化鋅溶液，鐵片表面出現一層鋅
C．把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現一層鐵
D．把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快
7．（2021·邯鄲高二檢測）電解原理在化學工業中有廣泛應用。下圖表示一個電解池，裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過導線與直流電源相連。請回答以下問題：
（1）若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：①電解池中X極上的電極反應式為_______________。在X極附近觀察到的現象是__________________。②Y電極上的電極反應式為_________________，檢驗該電極反應產物的方法是___________________________。
（2）如要用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則：①X電極的材料是________，電極反應式為___________。②Y電極的材料是__________________，電極反應式為__________________。（說明：雜質發生的電極反應不必寫出）
8．如圖所示，A為直流電源，B為滲透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙，C為電鍍槽，接通電路后，發現B上的c點顯紅色，請填空：
（1）電源A的a為________極。
（2）濾紙B上發生的總反應方程式為：______________。
（3）欲在電鍍槽中實現鐵上鍍鋅，接通K點，使c、d兩點短路，則電極e上發生的反應為：_________________，電極f上發生的反應為：_________________，槽中盛放的電鍍液可以是________或________（只要求填兩種電解質溶液）。
題組B 能力提升練
1．（2022·廣東省等級考）以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，實現Al的再生。該過程中（ ）。
A．陰極發生的反應為Mg－2e－Mg2+
B．陰極上Al被氧化
C．在電解槽底部產生含Cu的陽極泥
D．陽極和陰極的質量變化相等
2．某電化學裝置如圖所示，a、b分別接直流電源兩極。下列說法正確的是（ ）。
A．溶液中電子從B極移向A極
B．若B為粗銅，A為精銅，則溶液中c（Cu2+）保持不變
C．若A、B均為石墨電極，則通電一段時間后，溶液pH增大
D．若B為粗銅，A為精銅，則A、B兩極轉移的電子數相等
3．（北京市西城區2020－2021學年度高二第一學期期末）模擬鐵制品鍍銅的裝置如圖，下列說法正確的是（ ）。
A．a電極為鐵制品
B．可用CuSO4溶液作電鍍液
C．b電極上發生氧化反應
D．電鍍過程中，理論上溶液中Cu2+濃度不斷減小
4．電解精煉銅的廢液中含有大量的Cu2+和SO42－，下圖為用雙膜三室電沉積法采用惰性電極回收廢液中銅的裝置示意圖。下列說法錯誤的是（ ）。
A．電極b為陰極
B．a極發生反應的電極反應式為2Cl－－2e－Cl2↑
C．交換膜n為陰離子交換膜
D．若濃縮室得到1L0.5mol·L－1的Na2SO4溶液，則陰極可回收12.8g銅（不考慮副反應）
5．（2021·廣東省茂名市高二下學期期末）研究發現，1100℃時，加入合適的熔鹽電解質可直接電解SiO2，電解原理為SiO2Si+O2↑。利用下圖裝置電解SiO2（加熱裝置略去），得到的Si直接進入鋅鎂合金形成硅鋅鎂合金，再通過真空蒸餾除去鋅鎂得到高純硅。下列說法不正確的是（ ）。
A．X極接正極
B．通入氬氣的目的是防止高溫時氧氣氧化石墨電極
C．陽極反應為2O2－－4e－＝O2↑
D．當電路中通過0.4mol電子時，合金質量增加2.8g
6．（2021·福建省泉州市高二下學期期末）無金屬薄碳電極（TCE）可利用天然木材為原料，經過碳化和活化處理制得。利用TCE電極電還原去除氮氧化物污染的原理如圖所示。
下列說法正確的是（ ）。
A．Pt電極與電源負極相連
B．Pt電極附近溶液pH變大
C．TCE電極的反應式：2NO2+8H++8e－N2+4H2O
D．Pt電極生成標準狀況2.24L氣體，理論上能處理0.2mol NO2
7．如圖是氯堿工業的裝置示意圖，下列說法中正確的是（ ）。
A．該裝置將化學能轉化為電能
B．電極a是裝置的負極，電極反應為2Cl－－2e－＝Cl2↑
C．裝置中離子交換膜是陽離子交換膜
D．每轉移1mol電子，出口②處可以收集到11.2L的氫氣
8．（2021·合肥高二檢測）用鉑電極電解鹽R（NO3）n溶液，在陰極上析出m g R，在陽極上放出560mL氣體（標準狀況），則R的相對原子質量是（ ）。
A． B． C．20mn D．10mn
9．電解銅箔是覆銅板（CCL）及印制電路板（PCB）制造的重要的材料，目前已經成為在電子整機產品中起到支撐、互連元器件作用的PCB的關鍵材料。電解銅箔制造的基本工藝過程如下圖所示：
（1）制備電解液是將預處理好的銅料投入到溶銅罐中，在硫酸溶液中，通入氧氣，經過一系列氧化反應過程，最終形成硫酸銅溶液，寫出制備硫酸銅溶液的化學方程式__________________________________________________。
（2）制備銅箔是采用由專用鐵材制作的鐵質表面輻筒作為陰極轆，以含銀1%優質鉛銀合金（或者采用特殊涂層鐵板）作為陽極，電解硫酸銅溶液。
①在上圖方框中標出電源的正負極。
②寫出電解硫酸銅水溶液陽極的電極反應方程式____________________。
（3）鍍異種金屬是在銅箔粗化層面上再鍍一層其他金屬，使銅表面不與基材直接接觸，避免問題出現。目前所鍍金屬一般有鋅，顏色為灰色，稱為灰化處理。其主要過程為：
①銅箔鍍鋅前，先將銅片用砂紙磨光，再將銅片浸入氫氧化鈉溶液中，最后以蒸餾水沖洗備用。用砂紙磨光的目的是______________________________，浸入氫氧化鈉溶液的目的是____________________。
②請畫出以硫酸鋅溶液為電解質溶液在銅片鍍鋅的裝置圖。
10．（2021 四川廣安高二期末檢測）電化學技術在日常生活、化工生產、環境保護等方面都有重要研究和應用。
（1）有學者想以圖1所示裝置將CO2轉化為重要的化工原料甲醇，電解質為稀硫酸，特殊電極材料不參與反應。A為CO2，B為H2，電池總反應式為CO2+3H2＝CH3OH+H2O。
①正極反應式為_________________________；
②反應時溶液中H+通過質子膜向_____（填“左”或“右”）槽移動；
（2）高鐵酸酸鈉（Na2FeO4）是一種新型凈水劑，用電解法可以直接制取高鐵酸鈉，電解裝置如圖2所示。
①a為電池_____極（填“正”或“負”）；
②陽極的電極反應式為_______________________________；
③當制得99.6g高鐵酸鈉時，陽極區OH－的變化量為__________mol；
④你認為高鐵酸鈉作為一種新型凈水劑的理由可能是_____。
A．高鐵酸鈉具有強氧化性，能消毒殺菌
B．高鐵酸鈉溶于水形成一種膠體，具有較強的吸附性
C．高鐵酸鈉在消毒殺菌時被還原生成Fe3+，水解產生氫氧化鐵膠體能吸附懸浮雜質
題組C 培優拔尖練
1．（2022西藏林芝高二上學期期末）利用電解法將CO2轉化為CH4的原理如圖所示。下列說法正確的是（ ）。
A．電極a應連接電源負極
B．電解過程中，H+由a極區向b極區遷移
C．電極b上反應為CO2+8HCO3－－8e－＝CH4+8CO32－+2H2O
D．電解時Na2SO4溶液濃度保持不變
2．（2022·海南省選擇考）一種采用H2O（g）和N2（g）為原料制備NH3（g）的裝置示意圖如下。
下列有關說法正確的是（ ）。
A．在b電極上，N2被還原
B．金屬Ag可作為a電極的材料
C．改變工作電源電壓，反應速率不變
D．電解過程中，固體氧化物電解質中O2－不斷減少
3．（2020·山東等級考）微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現海水淡化。現以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機廢水（以含CH3COO－的溶液為例）。下列說法錯誤的是（ ）。
A．負極反應為CH3COO－+2H2O－8e－2CO2↑+7H+
B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜
C．當電路中轉移1mol電子時，模擬海水理論上除鹽58.5g
D．電池工作一段時間后，正、負極產生氣體的物質的量之比為2∶1
4．（2022·浙江6月選考）通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2O4可獲得難溶性的Li2CO3和MnO2，電解示意圖如下（其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自由通過。電解過程中溶液的體積變化忽略不計）。下列說法不正確的是（ ）。
A．電極A為陰極，發生還原反應
B．電極B的電極發應：2H2O+Mn2+－2e－＝MnO2+4H+
C．電解一段時間后溶液中Mn2+濃度保持不變
D．電解結束，可通過調節pH除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO3
5．（2021 貴陽高二檢測）如圖裝置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性電極，甲、乙中溶液的體積和濃度都相同（假設通電前后溶液體積不變，乙溶液中滴有酚酞），A、B為外接直流電源的兩極。將直流電源接通后，F極附近呈紅色。請回答下列問題：
（1）B極是電源的_______；一段時間后，丁中X極附近的顏色逐漸變淺，Y極附近的顏色逐漸變深，這表明_____________________，在電場作用下向Y極移動。
（2）若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質生成時，對應單質的物質的量之比為________。
（3）若將C電極換為鐵，其他裝置都不變，則甲中發生總反應的離子方程式是____________________________。
（4）現用丙裝置給銅件鍍銀，則H應該是_______（填“鍍層金屬”或“鍍件”）。當乙中溶液的pH是13時（乙溶液體積為500mL，不考慮反應過程溶液體積變化），丙中鍍件上析出銀的質量為_______g。
6．（2021 商洛高二上學期期末檢測）工業尾氣SO2有多種吸收和處理方法。
（1）亞硫酸鈉吸收法
寫出Na2SO3溶液汲收SO2的離子方程式_________________________。
（2）電化學處理法
①如圖所示，Pt（1）電極的反應式為_______________。
②當電路中轉移0.02mole－時（較濃H2SO4尚未排出），交換膜左側溶液中約增加_____mol離子。第04講 電解原理的應用
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目標導航
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課程標準 課標解讀
1．運用電解原理分析電解食鹽水、銅的電解精煉，以及電鍍的內容。 2．了解電解原理的應用方法，并進一步體會電解對人類社會的重要貢獻。 1．通過運用電解的原理分析食鹽水的電解、銅的精煉，了解這些比較復雜體系中所發生的反應以及電解的使用價值。建立電池與電解相統一的電化學認識模型。 2．通過活動探究，提高實驗能力和分析能力 3．通過學習電鍍的內容，了解具有一定特殊性的、電解原理的另一種應用方法，并進一步體會電解對人類社會的重要貢獻。
(
知識精講
)
知識點01 電解食鹽水制備燒堿、氫氣和氯氣
1．裝置
2．現象
（1）陽極上：產生黃綠色氣體。
（2）陰極上：產生無色氣體，溶液變紅色。
3．原理分析及電極反應
（1）離子移向：Cl－、OH－移向陽極，Na+、H+移向陰極。
（2）陽極反應
①陽極離子放電順序：Cl－＞OH－。
②電極反應：2Cl－－2e－＝Cl2↑，氧化反應。
（3）陰極反應
①陰極離子放電順序：H+＞Na+。
②電極反應：2H++2e－＝H2↑，還原反應。
3．電解方程式
（1）化學方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑。
（2）離子方程式：2Cl－+2H2O2OH－+Cl2↑+H2↑。
【即學即練1】某小組設計電解飽和食鹽水的裝置如圖，通電后兩極均有氣泡產生，下列敘述正確的是（ ）。
A．銅電極附近觀察到黃綠色氣體
B．石墨電極附近溶液呈紅色
C．溶液中的Na+向石墨電極移動
D．銅電極上發生還原反應
【解析】選D。根據電解飽和食鹽水的裝置，如果通電后兩極均有氣泡產生，則金屬銅電極一定是陰極，該極上的反應：2H++2e－＝H2↑，陽極上是氯離子失電子，發生的電極反應為：2Cl－－2e－＝Cl2↑。金屬銅電極一定是陰極，該極上的反應為2H++2e－＝H2↑，銅電極附近觀察到無色氣體，故A錯誤；石墨電極是陽極，該電極附近發生的電極反應為：2Cl－－2e－＝Cl2↑，可以觀察到黃綠色氣體產生，故B錯誤；電解池中，陽離子移向陰極，即移向銅電極，故C錯誤；金屬銅電極是陰極，該極上的反應為2H++2e－＝H2↑，屬于還原反應，故D正確。
知識點02 銅的電解精煉
1．裝置
2．粗銅成分
（1）主要成分：Cu。
（2）雜質金屬
①比銅活潑的有Zn、Fe、Ni等。
②比銅不活潑的有Ag、Pt、Au等。
3．電極反應
【特別提醒】
（1）粗銅中含Zn、Fe、Ag等雜質，同時間段內兩電極改變的質量不相等，但兩電極通過的電量相等。
（2）電解過程中，陰離子濃度不變，Cu2+濃度減小，Fe2+、Zn2+、Ni2+濃度增大。
【即學即練2】以CuSO4溶液為電解質溶液進行粗銅（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質）的電解精煉，下列說法正確的是（ ）。
A．電能全部轉化為化學能
B．粗銅接電源正極，發生還原反應
C．溶液中Cu2+向陽極移動
D．利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬
【解析】選D。粗銅的電解精煉時，電能不可能全部轉化為化學能，A錯誤；粗銅作陽極與電源正極相連，發生氧化反應，B錯誤；溶液中的Cu2+向陰極移動，C錯誤；不活潑金屬Ag、Pt、Au等金屬在陽極沉積，可以回收，D正確。
知識點03 電鍍
1．定義：應用電解原理，在金屬表面鍍上一薄層金屬或合金的方法。
2．目的：增強金屬的抗腐蝕能力、耐磨性或改善金屬制品的外觀。
3．電鍍原理
（1）裝置
①電極材料：陽極：銅片；陰極：鐵釘
②電鍍液：CuSO4溶液
（2）電極反應
①陽極：Cu－2e－＝Cu2+
②陰極：Cu2++2e－＝Cu
3．電鍍的特點：“一多、一少、一不變”。
（1）一多：是指陰極上有鍍層金屬沉積；
（2）一少：是指陽極上有鍍層金屬溶解；
（3）一不變：是指電鍍后，電解質溶液中的離子濃度保持不變。
【即學即練3】在鐵制品上鍍上一定厚度的銀層，以下設計方案正確的是（ ）。
A．銀作陽極，鐵制品作陰極，溶液含有銀離子
B．鉑作陰極，鐵制品作陽極，溶液含有銀離子
C．銀作陽極，鐵制品作陰極，溶液含有亞鐵離子
D．銀作陰極，鐵制品作陽極，溶液含有銀離子
【解析】選A。應選鍍層金屬銀作陽極，待鍍金屬作陰極，含鍍層金屬Ag+的溶液作電鍍液，即A項正確。
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能力拓展
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考法01 電解原理的應用
【典例1】（2022·山東省等級考）設計如圖裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環境pH穩定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2（s）轉化為Co2+，工作時保持厭氧環境，并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為石墨材質，右側裝置為原電池。下列說法正確的是（ ）。
A．裝置工作時，甲室溶液pH逐漸增大
B．裝置工作一段時間后，乙室應補充鹽酸
C．乙室電極反應式為LiCoO2+e－+2H2O＝Li++Co2++4OH－
D．若甲室Co2+減少200mg，乙室Co2+增加300mg，則此時已進行過溶液轉移
【解析】選BD。電池工作時，甲室中細菌上乙酸鹽的陰離子失去電子被氧化為CO2氣體，Co2+在另一個電極上得到電子，被還原產生Co單質，CH3COO－失去電子后，Na+通過陽膜進入陰極室，溶液變為NaCl溶液，溶液由堿性變為中性，溶液pH減小，A錯誤；對于乙室，正極上LiCoO2得到電子，被還原為Co2+，同時得到Li+，其中的O與溶液中的H+結合H2O，因此電池工作一段時間后應該補充鹽酸，B正確；電解質溶液為酸性，不可能大量存在OH－，乙室電極反應式為：LiCoO2+e－+4H+＝Li++Co2++2H2O，C錯誤；若甲室Co2+減少200mg，電子轉移物質的量為n（e－）＝×2＝0.0068mol，乙室Co2+增加300mg，轉移電子的物質的量為n（e－）＝×1＝0.0051mol，說明此時已進行過溶液轉移，D正確。
【知識拓展】電解原理的應用
1．工業電解飽和食鹽水制取燒堿
工業電解飽和食鹽水制備燒堿時必須阻止OH－移向陽極，以使NaOH在陰極溶液中富集，常用陽離子交換膜將兩溶液分開，使陽離子能通過陽離子交換膜，而陰離子不能通過。
如：氯堿工業中電解飽和食鹽水的原理如圖所示，可知溶液A的溶質是NaOH。
2．銅的電解精煉與電鍍銅對比
電解精煉銅 電鍍銅
電極材料 陰極 精銅 鍍件
陽極 粗銅 純銅
電極反 應式 陽極 Cu（粗銅）－2e－＝Cu2+等 Cu－2e－＝Cu2+
陰極 Cu2++2e－＝Cu（精銅） Cu2++2e－＝Cu
電解質溶液 濃度的變化 Cu2+減少，比銅活潑的金屬陽離子進入溶液 電解質溶液成分及濃度均不變
考法02 電解的有關計算
【典例2】（2021·深圳市龍崗區高二期末檢測）科學家設計如下裝置獲取氫能源和電能。其中，a為Pt電極，電解質溶液為1moL L－1KOH溶液（已知：Q＝nF，F為法拉第常量，F＝96500C mol－1）。下列說法錯誤的是（ ）。
A．當K和K1相連接時，b處電極反應為Ni（OH）2－e－+OH－＝NiOOH+H2O
B．當K和K2相連接時，溶液中的OH－向c電極遷移
C．該設計實現了Ni（OH）2電極的循環使用
D．理論上，每生成1molH2可有助于電池最多產生1.93×104C的電量
【解析】選D。當K和K1相連接時，該裝置是電解池，b處為陽極，Ni（OH）2失電子生成NiOOH，根據得失電子守恒和電荷守恒配平電極方程式為：Ni（OH）2－e－+OH－＝NiOOH+H2O，故A正確；當K和K2相連接時，該裝置是原電池，c處Zn失電子生成ZnO22－，c為負極，溶液中的陰離子OH－向負極移動，故B正確；由圖可知，該設計實現了Ni（OH）2電極的循環使用，故C正確；每生成1molH2，轉移2mol電子，故Q＝nF＝2mol×96500C mol－1＝1.93×105C，故D錯誤。
【知識拓展】
1．根據電子守恒法計算
用于串聯電路中各電極產物的計算，其依據是電路上轉移的電子數相等。
2．根據總反應方程式計算
先寫電極反應式，再寫總反應方程式，最后根據總反應方程式計算。
3．根據關系式計算
根據電子得失相等找到已知量與未知量之間的橋梁，得出計算所需的關系式。
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分層提分
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題組A 基礎過關練
1．（2021·上海浦東區高二期中檢測）某同學設計如圖所示裝置，探究氯堿工業原理，下列說法正確的是（ ）。
A．石墨電極與直流電源負極相連
B．用濕潤淀粉KI試紙在銅電極附近檢驗氣體，試紙變藍色
C．氫氧化鈉在石墨電極附近產生，Na+向石墨電極遷移
D．銅電極的反應式為2H++2e－H2↑
【解析】選D。若Cu電極所連的是直流電源的正極，則Cu是陽極，電極反應式為Cu－2e－Cu2+，不符合氯堿工業原理，故石墨電極與直流電源正極相連，A項錯誤；陰極（Cu極）反應為2H++2e－H2↑，陽極（C極）反應為2Cl－－2e－Cl2↑，故用濕潤淀粉KI試紙在石墨電極附近檢驗氣體，試紙變藍，發生反應Cl2+2KI2KCl+I2，故B項錯誤、D項正確；Cu電極附近H+減少生成OH－，Na+向Cu電極遷移，故C項錯誤。
2．關于鍍銅和電解精煉銅，下列說法中正確的是（ ）。
A．都用粗銅作陽極、純銅作陰極
B．電解液的成分都保持不變
C．陽極反應都只有Cu－2e－＝Cu2+
D．陰極反應都只有Cu2++2e－＝Cu
【解析】選D。A項電鍍時鍍件作陰極；B項電解精煉銅時電解液成分改變；C項電解精煉銅時，若有比銅活潑的金屬雜質（如鋅），則陽極還會發生Zn－2e－＝Zn2+的反應。
3．（2021 廣西南寧高二期末檢測）某化學小組進行電化學研究，甲同學設計如圖所示裝置，乙同學利用甲同學的裝置和桌面上其他的藥品與材料，不能完成的實驗是（ ）。
A．使甲同學裝置中的正極變為負極
B．設計一個新的原電池
C．在石墨電極上鍍鋅
D．使鋅電極被保護
【解析】選C。裝置甲是原電池，鋅做負極，銅作正極，若將鋅換成石墨，電解質換成硝酸銀溶液時，即銅變成負極，故A不選；將鋁、石墨和硝酸銀組成一個新的原電池，故B不選；因為只有硫酸銅和硝酸銀2種電解質溶液，并且銅離子和銀離子的氧化性都比鋅離子強，所以不可能析出鋅，故C選；將鋅與鋁組合形成原電池，鋅作正極被保護，故D不選。
4．（2021·河北遷安高二檢測）用石墨做電極，電解稀Na2SO4溶液的裝置如圖所示，通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列有關敘述正確的是（ ）。
A．逸出氣體的體積：A電極＜B電極
B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體
C．A電極附近呈紅色，B電極附近呈藍色
D．電解一段時間后，將全部電解液轉移到同一燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性
【解析】選D。SO42－、OH－移向B電極，在B電極OH－放電，產生O2，B電極附近c（H+）＞c（OH－），石蕊溶液變紅，Na+、H+移向A電極，在A電極H+放電產生H2，A電極附近c（OH－）＞c（H+），石蕊溶液變藍，C項錯誤、D項正確；A電極產生的氣體體積大于B電極，A項錯誤；兩種氣體均為無色無味的氣體，B項錯誤。
5．（2021·寧波高二檢測）電解CuCl2溶液時，如果陰極上有1.6g銅析出時，則陽極上產生氣體在標準狀況下的體積是（ ）。
A．0.28L B．0.56L C．0.14L D．11.2L
【解析】選B。電解CuCl2溶液時，陽極氯離子放電生成氯氣，陰極銅離子放電析出銅。n（Cu）＝＝0.025mol，根據Cu2++2e－＝Cu和2Cl－－2e－Cl2↑知。根據得失電子守恒可知Cu~2e－~Cl2，生成Cl2的物質的量是0.025mol，其體積為V（Cl2）＝0.025mol×22.4L·mol－1＝0.56L。
6．下列關于實驗現象的描述不正確的是（ ）。
A．把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現氣泡
B．用鋅片做陽極，鐵片做做陰極，電解氯化鋅溶液，鐵片表面出現一層鋅
C．把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現一層鐵
D．把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快
【解析】選C。本題考查電化學知識，涉及到原電池、電解、電鍍等多方面知識。涵蓋內容比較廣，能夠考查考生知識的全面性和綜合性。選項A：把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，即可構成Cu－Fe原電池。由于鐵比銅金屬性強，所以鐵失去電子做負極，銅片做正極，氫離子在銅片上得電子，發生還原反應，放出氫氣，所以銅片表面出現氣泡。選項B：是一個電解池，陽極發生氧化反應：Zn－2e－＝Zn2+，陰極發生還原反應。Zn2++2e－＝Zn，因此實際上就是電鍍，做陰極的鐵片為鍍件，其表面鍍上一層鋅。選項C：由于Fe3+的氧化性較強，可將 Cu氧化，而自身被還原為Fe2+，2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+。但不能生成單質鐵。選項D．純鋅與鹽酸的反應速率較慢，當滴入幾滴CuCl2溶液后，可發生：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu的反應，這時在鋅的表面會附著上銅，這樣就可以構成Cu－Zn原電池而發生電化學反應，鋅做原電池的負極：Zn－2e－＝Zn2+，銅做原電池的正極：2H++2e－＝H2↑。由于可構成無數個微電池，大大加快了反應速率。
7．（2021·邯鄲高二檢測）電解原理在化學工業中有廣泛應用。下圖表示一個電解池，裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過導線與直流電源相連。請回答以下問題：
（1）若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：①電解池中X極上的電極反應式為_______________。在X極附近觀察到的現象是__________________。②Y電極上的電極反應式為_________________，檢驗該電極反應產物的方法是___________________________。
（2）如要用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則：①X電極的材料是________，電極反應式為___________。②Y電極的材料是__________________，電極反應式為__________________。（說明：雜質發生的電極反應不必寫出）
【解析】與電源正極相連的電極為陽極，發生氧化反應。與電源負極相連的電極為陰極，發生還原反應；分析題意，X作陰極，溶液中的H+在X極放電，產生H2，電極反應為2H++2e－＝H2↑，由于H+減少，破壞水的電離平衡，使X極附近存在大量OH－使滴有酚酞的溶液變紅色。Y作陽極，發生的反應為2Cl－－2e－＝Cl2↑，利用濕潤的KI－淀粉試紙變藍色，可以檢驗Cl2的存在。（2）若用電解方法，精煉粗銅，即得到純度更高的銅單質；電解質溶液中必須含有Cu2+，發生Cu2++2e－＝Cu，還原反應；要求電極材料，X極為純銅，Y極材料為粗銅，電極反應式：Cu－2e－＝Cu2+，氧化反應。
【答案】（1）①2H++2e－＝H2↑ 放出氣體，溶液變紅②2Cl－－2e－＝Cl2↑ 把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極附近觀察試紙是否變藍色
（2）①純銅Cu2++2e－＝Cu②粗銅Cu－2e－＝Cu2+
8．如圖所示，A為直流電源，B為滲透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙，C為電鍍槽，接通電路后，發現B上的c點顯紅色，請填空：
（1）電源A的a為________極。
（2）濾紙B上發生的總反應方程式為：______________。
（3）欲在電鍍槽中實現鐵上鍍鋅，接通K點，使c、d兩點短路，則電極e上發生的反應為：_________________，電極f上發生的反應為：_________________，槽中盛放的電鍍液可以是________或________（只要求填兩種電解質溶液）。
【解析】B為浸透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙，因此通電時發生反應2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，在陰極區生成H2和NaOH，將使此區域溶液變紅色、在陽極區生成Cl2。因為c點顯紅色，故c極為陰極、d為陽極。電解池的陽極跟電源的正極相連，因此a為電源的正極、b為電源的負極。欲在電鍍槽中鐵上鍍鋅，要求金屬鋅做電鍍槽的陽極、鍍件鐵做陰極、含有Zn2+電解質溶液做電鍍液，因此e為金屬鋅發生ZnZn2++2e－。
【答案】（1）正 （2）2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
（3）Zn－2e－Zn2+；Zn2++2e－Zn；ZnSO4溶液或ZnCl2溶液
題組B 能力提升練
1．（2022·廣東省等級考）以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，實現Al的再生。該過程中（ ）。
A．陰極發生的反應為Mg－2e－Mg2+
B．陰極上Al被氧化
C．在電解槽底部產生含Cu的陽極泥
D．陽極和陰極的質量變化相等
【解析】選C。陰極應該發生得電子的還原反應，實際上Mg在陽極失電子生成Mg2+，A錯誤；Al在陽極上被氧化生成Al3+，B錯誤；陽極材料中Cu和Si不參與氧化反應，在電解槽底部可形成陽極泥，C正確；因為陽極除了鋁參與電子轉移，鎂也參與了電子轉移，且還會形成陽極泥，而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質，根據電子轉移數守恒及元素守恒可知，陽極與陰極的質量變化不相等，D錯誤。
2．某電化學裝置如圖所示，a、b分別接直流電源兩極。下列說法正確的是（ ）。
A．溶液中電子從B極移向A極
B．若B為粗銅，A為精銅，則溶液中c（Cu2+）保持不變
C．若A、B均為石墨電極，則通電一段時間后，溶液pH增大
D．若B為粗銅，A為精銅，則A、B兩極轉移的電子數相等
【解析】選D。電解質溶液通過離子移動導電，電解質溶液中沒有電子移動，故A錯誤；若B為粗銅，A為精銅，電解質溶液是硫酸銅，該裝置為電解法精煉銅，溶液中c（Cu2+）略減小，故B錯誤；若A、B均為石墨電極，電解方程式是2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，則通電一段時間后，溶液pH減小，故C錯誤；根據電子守恒，陰極、陽極轉移電子數一定相等，若B為粗銅，A為精銅，則A、B兩極轉移的電子數相等，故D正確。
3．（北京市西城區2020－2021學年度高二第一學期期末）模擬鐵制品鍍銅的裝置如圖，下列說法正確的是（ ）。
A．a電極為鐵制品
B．可用CuSO4溶液作電鍍液
C．b電極上發生氧化反應
D．電鍍過程中，理論上溶液中Cu2+濃度不斷減小
【解析】選B。由圖示分析可知：該裝置為電解池。a為陽極發生氧化反應，b為陰極發生還原反應，所以a電極為銅，b電極為鐵制品，故A錯；為減少副反應發生的同時增加電鍍液的導電性，所以應選CuSO4溶液作電鍍液。選B；由A分析可知b電極為陰極，Cu2+在b電極上得到電子發生還原反應，故C錯；Cu2+在陰極（b電極）得到電子被還原為Cu，Cu在陽極（a電極）被氧化為Cu2+，根據得失電子守恒可知，理論上溶液中Cu2+濃不變，故D錯。
4．電解精煉銅的廢液中含有大量的Cu2+和SO42－，下圖為用雙膜三室電沉積法采用惰性電極回收廢液中銅的裝置示意圖。下列說法錯誤的是（ ）。
A．電極b為陰極
B．a極發生反應的電極反應式為2Cl－－2e－Cl2↑
C．交換膜n為陰離子交換膜
D．若濃縮室得到1L0.5mol·L－1的Na2SO4溶液，則陰極可回收12.8g銅（不考慮副反應）
【解析】選D。由題圖可知，Na+和SO42－透過交換膜進入濃縮室，由離子移動方向可知電極b為陰極，電極a為陽極，A說法正確；a極為陽極，電極上Cl－發生氧化反應生成Cl2，發生反應的電極反應式為2Cl－－2e－Cl2↑，B說法正確；陰極區SO42－通過交換膜n進入濃縮室，故交換膜n為陰離子交換膜，C說法正確；若濃縮室得到1L0.5mol·L－1的Na2SO4溶液，則有0.4mol SO42－進入濃縮室，電路上有0.8mol電子通過，可析出0.4molCu，其質量為25.6g，D說法錯誤。
5．（2021·廣東省茂名市高二下學期期末）研究發現，1100℃時，加入合適的熔鹽電解質可直接電解SiO2，電解原理為SiO2Si+O2↑。利用下圖裝置電解SiO2（加熱裝置略去），得到的Si直接進入鋅鎂合金形成硅鋅鎂合金，再通過真空蒸餾除去鋅鎂得到高純硅。下列說法不正確的是（ ）。
A．X極接正極
B．通入氬氣的目的是防止高溫時氧氣氧化石墨電極
C．陽極反應為2O2－－4e－＝O2↑
D．當電路中通過0.4mol電子時，合金質量增加2.8g
【解析】選A。電解SiO2得到的Si直接進入鋅鎂合金形成硅鋅鎂合金，同時為防止與石墨坩堝作陽極使與之接觸的合金放電，X極應接電源的負極，Y極應接電源的正極，故A錯誤；在陽極2O2－－4e－＝O2↑，產生氧氣，防止高溫時氧氣氧化石墨電極，在陽極通入氬氣，故B正確；陽極發生失電子的氧化反應，陽極電極反應為2O2－－4e－＝O2↑，故C正確；由陰極的電極反應Si4++4e－＝Si可知，當電路中通過0.4mol電子時，產生0.1molSi，即合金質量增加2.8g，故D正確。
6．（2021·福建省泉州市高二下學期期末）無金屬薄碳電極（TCE）可利用天然木材為原料，經過碳化和活化處理制得。利用TCE電極電還原去除氮氧化物污染的原理如圖所示。
下列說法正確的是（ ）。
A．Pt電極與電源負極相連
B．Pt電極附近溶液pH變大
C．TCE電極的反應式：2NO2+8H++8e－N2+4H2O
D．Pt電極生成標準狀況2.24L氣體，理論上能處理0.2mol NO2
【解析】選C。由題意得到，除去氮的氧化，則右側二氧化氮生成氮氣，故TCE電極與電源負極相連，Pt電極與電源正極相連，A錯誤；Pt電極的反應為2H2O－4e－O2↑+4H+，氫離子濃度增大，pH變小，B錯誤；TCE電極發生還原反應，電離方程式為：2NO2+8H++8e－N2+4H2O，C正確；Pt電極生成2.24L氣體，其物質的量n（O2）＝＝0.1mol，根據2H2O－4e－O2↑+4H+可知轉移電子的物質的量n（e－）＝0.4mol，再根據2NO2+8H++8e－N2+4H2O，可知消耗二氧化氮的物質的量n（NO2）＝0.1mol，D錯誤。
7．如圖是氯堿工業的裝置示意圖，下列說法中正確的是（ ）。
A．該裝置將化學能轉化為電能
B．電極a是裝置的負極，電極反應為2Cl－－2e－＝Cl2↑
C．裝置中離子交換膜是陽離子交換膜
D．每轉移1mol電子，出口②處可以收集到11.2L的氫氣
【解析】選C。氯堿工業是電解飽和食鹽水，是將電能轉化為化學能的裝置，屬于電解池，故A錯誤；根據圖示中離子的移動方向，電極a上氯離子放電，應該是電解池的陽極，故B錯誤；離子交換膜有選擇性，根據圖示，陽極區要排出淡鹽水，因此，離子交換膜只能是陽離子交換膜，不能允許陰離子通過，故C正確；沒有指明是否為標準狀況，無法計算放出氣體的體積，故D錯誤。
8．（2021·合肥高二檢測）用鉑電極電解鹽R（NO3）n溶液，在陰極上析出m g R，在陽極上放出560mL氣體（標準狀況），則R的相對原子質量是（ ）。
A． B． C．20mn D．10mn
【解析】選D。n（O2）＝＝0.025mol，n（R）＝mol。由電極反應：4OH－4e－＝2H2O+O2↑，Rn++ne－＝R。根據電子守恒可得如下關系式：4R~nO2~4ne－，所以n（R）∶n（O2）＝4∶n＝mol∶0.025mol，解得M＝10mn。
9．電解銅箔是覆銅板（CCL）及印制電路板（PCB）制造的重要的材料，目前已經成為在電子整機產品中起到支撐、互連元器件作用的PCB的關鍵材料。電解銅箔制造的基本工藝過程如下圖所示：
（1）制備電解液是將預處理好的銅料投入到溶銅罐中，在硫酸溶液中，通入氧氣，經過一系列氧化反應過程，最終形成硫酸銅溶液，寫出制備硫酸銅溶液的化學方程式__________________________________________________。
（2）制備銅箔是采用由專用鐵材制作的鐵質表面輻筒作為陰極轆，以含銀1%優質鉛銀合金（或者采用特殊涂層鐵板）作為陽極，電解硫酸銅溶液。
①在上圖方框中標出電源的正負極。
②寫出電解硫酸銅水溶液陽極的電極反應方程式____________________。
（3）鍍異種金屬是在銅箔粗化層面上再鍍一層其他金屬，使銅表面不與基材直接接觸，避免問題出現。目前所鍍金屬一般有鋅，顏色為灰色，稱為灰化處理。其主要過程為：
①銅箔鍍鋅前，先將銅片用砂紙磨光，再將銅片浸入氫氧化鈉溶液中，最后以蒸餾水沖洗備用。用砂紙磨光的目的是______________________________，浸入氫氧化鈉溶液的目的是____________________。
②請畫出以硫酸鋅溶液為電解質溶液在銅片鍍鋅的裝置圖。
【解析】（1）該反應為Cu、O2和硫酸的反應。（2）①以惰性電極電解硫酸銅溶液時，陽極產生氧氣，陰極析出Cu，因此產生氧氣的電極與電源正極相連。②電解硫酸銅水溶液時陽極為OH－放電。（3）①銅箔鍍鋅前，砂紙打磨是為了除去銹斑，堿液浸泡是為了除去油污。②銅片鍍鋅時鋅片作為陽極，與電源正極相連，銅片作為陰極，與電源負極相連。
【答案】（1）2Cu+O2+2H2SO4＝2CuSO4+2H2O
（2）①②4OH－－4e－＝O2↑+2H2O
（3）①除去銹斑；去除油污 ②
10．（2021 四川廣安高二期末檢測）電化學技術在日常生活、化工生產、環境保護等方面都有重要研究和應用。
（1）有學者想以圖1所示裝置將CO2轉化為重要的化工原料甲醇，電解質為稀硫酸，特殊電極材料不參與反應。A為CO2，B為H2，電池總反應式為CO2+3H2＝CH3OH+H2O。
①正極反應式為_________________________；
②反應時溶液中H+通過質子膜向_____（填“左”或“右”）槽移動；
（2）高鐵酸酸鈉（Na2FeO4）是一種新型凈水劑，用電解法可以直接制取高鐵酸鈉，電解裝置如圖2所示。
①a為電池_____極（填“正”或“負”）；
②陽極的電極反應式為_______________________________；
③當制得99.6g高鐵酸鈉時，陽極區OH－的變化量為__________mol；
④你認為高鐵酸鈉作為一種新型凈水劑的理由可能是_____。
A．高鐵酸鈉具有強氧化性，能消毒殺菌
B．高鐵酸鈉溶于水形成一種膠體，具有較強的吸附性
C．高鐵酸鈉在消毒殺菌時被還原生成Fe3+，水解產生氫氧化鐵膠體能吸附懸浮雜質
【解析】（1）①A為CO2，B為H2，電池總反應式為CO2+3H2＝CH3OH+H2O，正極上是二氧化碳得電子發生還原反應，在氫離子參與下生成甲醇與水，電極反應式為CO2+6H++6e－＝CH3OH+H2O；②陽離子稱向電池的正極，所以H+通過質子膜向正極，充入A（二氧化碳）的一極為正極，即H+通過質子膜向左槽移動；（2）①電解時，鐵棒作陽極發生氧化反應才可能生成Na2FeO4，則碳棒作陰極，則與陰極相連的a是電源的負極；②陽極上鐵失電子和氫氧根離子反應生成高鐵酸根離子和水，離子方程式為：Fe－6e－+8OH－＝FeO42－+4H2O；③99.6g高鐵酸鈉的物質的量為0.6mol，根據陽極的電極反應式Fe－6e－+8OH－＝FeO42－+4H2O可知，每產生1mol高鐵酸根離子，要失去6mol電子，此時從陰極轉移6mol氫氧根離子，同時反應中消耗8mol氫氧化根，所以陽極區OH－的變化量為2mol，所以生成0.6mol高鐵酸鈉，陽極區OH－的變化量為1.2mol；④高鐵酸鈉具有強氧化性，所以能殺菌消毒；高鐵酸鈉能被還原生成鐵離子，鐵離子能水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附性，能吸附懸浮雜質，所以能凈水。
【答案】（1）①CO2+6H++6e－＝CH3OH+H2O②左
（2）①負②Fe－6e－+8OH－＝FeO42－+4H2O③1.2④AC
題組C 培優拔尖練
1．（2022西藏林芝高二上學期期末）利用電解法將CO2轉化為CH4的原理如圖所示。下列說法正確的是（ ）。
A．電極a應連接電源負極
B．電解過程中，H+由a極區向b極區遷移
C．電極b上反應為CO2+8HCO3－－8e－＝CH4+8CO32－+2H2O
D．電解時Na2SO4溶液濃度保持不變
【解析】選B。根據題意可知該裝置為電解池，由a極生成O2可以判斷出a極為陽極，則b為陰極。a為陽極，應連接電源正極，A錯誤；電解池中陽離子向陰極遷移，a為陽極，b為陰極，所以H+由a極區向b極區遷移，B正確；根據裝置圖可知電解過程中在KHCO3溶液中CO2在陰極得電子被還原為CH4，電極反應式應為CO2+8HCO3－+8e－＝CH4+8CO32－+2H2O，C錯誤；電解時a電極上反應為2H2O－4e－＝O2↑+4H+，實質是電解水，溶液中的水消耗，所以Na2SO4溶液的濃度是增大的，D錯誤。
2．（2022·海南省選擇考）一種采用H2O（g）和N2（g）為原料制備NH3（g）的裝置示意圖如下。
下列有關說法正確的是（ ）。
A．在b電極上，N2被還原
B．金屬Ag可作為a電極的材料
C．改變工作電源電壓，反應速率不變
D．電解過程中，固體氧化物電解質中O2－不斷減少
【解析】選A。由裝置可知，b電極的N2轉化為NH3，N元素的化合價降低，得到電子發生還原反應，因此b為陰極，電極反應式為N2+3H2O+6e－＝2NH3+3O2－，a為陽極，電極反應式為2O2－+4e－＝O2。由分析可得，b電極上N2轉化為NH3，N元素的化合價降低，得到電子發生還原反應，即N2被還原，A正確；a為陽極，若金屬Ag作a的電極材料，則金屬Ag優先失去電子，B錯誤；改變工作電源的電壓，反應速率會加快，C錯誤；電解過程中，陰極電極反應式為N2+3H2O+6e－＝2NH3+3O2－，陽極電極反應式為2O2－+4e－＝O2，因此固體氧化物電解質中O2－不會改變，D錯誤。
3．（2020·山東等級考）微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現海水淡化。現以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機廢水（以含CH3COO－的溶液為例）。下列說法錯誤的是（ ）。
A．負極反應為CH3COO－+2H2O－8e－2CO2↑+7H+
B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜
C．當電路中轉移1mol電子時，模擬海水理論上除鹽58.5g
D．電池工作一段時間后，正、負極產生氣體的物質的量之比為2∶1
【解析】選B。據圖可知a極上CH3COO－轉化為CO2和H+，C元素被氧化，所以a極為該原電池的負極，則b極為正極。a極為負極，CH3COO－失電子被氧化成CO2和H+，結合電荷守恒可得電極反應式為CH3COO－+2H2O－8e－2CO2↑+7H+，故A正確；為了實現海水的淡化，模擬海水中的氯離子需要移向負極，即a極，則隔膜1為陰離子交換膜，鈉離子需要移向正極，即b極，則隔膜2為陽離子交換膜，故B錯誤；當電路中轉移1mol電子時，根據電荷守恒可知，海水中會有1molCl－移向負極，同時有1molNa+移向正極，即除去1molNaCl，質量為58.5g，故C正確；b極為正極，水溶液為酸性，所以氫離子得電子產生氫氣，電極反應式為2H++2e－H2↑，所以當轉移8mol電子時，正極產生4mol氣體，根據負極反應式可知負極產生2mol氣體，物質的量之比為4∶2＝2∶1，故D正確。
4．（2022·浙江6月選考）通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2O4可獲得難溶性的Li2CO3和MnO2，電解示意圖如下（其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自由通過。電解過程中溶液的體積變化忽略不計）。下列說法不正確的是（ ）。
A．電極A為陰極，發生還原反應
B．電極B的電極發應：2H2O+Mn2+－2e－＝MnO2+4H+
C．電解一段時間后溶液中Mn2+濃度保持不變
D．電解結束，可通過調節pH除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO3
【解析】選C。由電解示意圖可知，電極B上Mn2+轉化為了MnO2，錳元素化合價升高，失電子，則電極B為陽極，電極A為陰極，得電子，發生還原反應，A正確；由電解示意圖可知，電極B上Mn2+失電子轉化為了MnO2，電極反應式為：2H2O+Mn2+－2e－＝MnO2+4H+，B正確；電極A為陰極，LiMn2O4得電子，電極反應式為：2LiMn2O4+6e－+16H+＝2Li++4Mn2++8H2O，依據得失電子守恒，電解池總反應為：2LiMn2O4+4H+＝2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，反應生成了Mn2+，Mn2+濃度增大，C錯誤；電解池總反應為：2LiMn2O4+4H+＝2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，電解結束后，可通過調節溶液pH將錳離子轉化為沉淀除去，然后再加入碳酸鈉溶液，從而獲得碳酸鋰，D正確。
5．（2021 貴陽高二檢測）如圖裝置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性電極，甲、乙中溶液的體積和濃度都相同（假設通電前后溶液體積不變，乙溶液中滴有酚酞），A、B為外接直流電源的兩極。將直流電源接通后，F極附近呈紅色。請回答下列問題：
（1）B極是電源的_______；一段時間后，丁中X極附近的顏色逐漸變淺，Y極附近的顏色逐漸變深，這表明_____________________，在電場作用下向Y極移動。
（2）若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質生成時，對應單質的物質的量之比為________。
（3）若將C電極換為鐵，其他裝置都不變，則甲中發生總反應的離子方程式是____________________________。
（4）現用丙裝置給銅件鍍銀，則H應該是_______（填“鍍層金屬”或“鍍件”）。當乙中溶液的pH是13時（乙溶液體積為500mL，不考慮反應過程溶液體積變化），丙中鍍件上析出銀的質量為_______g。
【解析】將直流電源接通后，F極附近呈紅色，說明F極顯堿性，是氫離子在該電極放電，所以F即是陰極，可得出D、F、H、Y均為陰極，C、E、G、X均為陽極，A是電源的正極，B是負極。
（1）B電極是電源的負極，在A池中，電解硫酸銅的過程中，銅離子逐漸減少，導致溶液顏色變淺，Y極是陰極，該電極顏色逐漸變深，說明氫氧化鐵膠體向該電極移動，異性電荷相互吸引，所以氫氧化鐵膠體粒子帶正電荷；（2）C、D、E、F電極發生的電極反應分別為：4OH－＝O2↑+2H2O+4e－、Cu2++2e－＝Cu、2Cl－＝Cl2↑+2e－、2H++2e－＝H2↑，當各電極轉移電子均為1mol時，生成單質的量分別為：0.25mol、0.5mol、0.5mol、0.5mol，所以單質的物質的量之比為1∶2∶2∶2；（3）C電極換為鐵，則陽極鐵失電子，陰極銅離子得電子，電解池反應為：Fe+Cu2+Cu+Fe2+；（4）電鍍裝置中，鍍層金屬必須做陽極，鍍件做陰極，所以H應該是鍍件，當乙中溶液的pH是13時（此時乙溶液體積為500mL）時，根據電極反應2H++2e－＝H2↑，則放電的氫離子的物質的量為：0.1mol/l×0.5L＝0.05mol，當轉移0.05mol電子時，丙中鍍件上析出銀的質量＝108g/mol×0.05mol＝5.4g。
【答案】（1）負極；氫氧化鐵膠體粒子帶正電荷（2）1∶2∶2∶2
（3）Fe+Cu2+Cu+Fe2+（4）鍍件；5.4
6．（2021 商洛高二上學期期末檢測）工業尾氣SO2有多種吸收和處理方法。
（1）亞硫酸鈉吸收法
寫出Na2SO3溶液汲收SO2的離子方程式_________________________。
（2）電化學處理法
①如圖所示，Pt（1）電極的反應式為_______________。
②當電路中轉移0.02mole－時（較濃H2SO4尚未排出），交換膜左側溶液中約增加_____mol離子。
【解析】（1）Na2SO3溶液吸收SO2的離子方程式為SO32－+SO2+H2O＝2HSO3－；（2）①由圖可知，Pt（1）電極上二氧化硫被氧化生成硫酸，電極反應式為：SO2－2e－+2H2O＝SO42－+4H+；②左側電極反應式為：SO2－2e－+2H2O＝SO42－+4H+，根據電子轉移守恒，生成硫酸根物質的量×0.02mol＝0.01mol，生成氫離子為0.04mol，為保持溶液電中性，0.01mol硫酸根需要0.02mol氫離子，多余的氫離子通過陽離子交換膜移至右側，即有0.02mol氫離子移至右側，故左側溶液中增加離子為0.01mol+0.02mol＝0.03mol。
【答案】（1）SO32－+SO2+H2O＝2HSO3－（2）①SO2－2e－+2H2O＝SO42－+4H+②0.03

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