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第3課時　電解原理的創新應用
[核心素養發展目標]　1.了解電解原理在物質的轉化與制備、水處理和廢物回收利用方面的廣泛應用。2.進一步掌握電解問題分析的一般方法，鞏固陌生電解裝置中電極反應式的書寫方法。
類型一　電解在物質的轉化與制備方面的應用
1．Cu2O是一種半導體材料，同時納米級Cu2O又具有優良的催化性能。利用電解裝置可以制取Cu2O。
(1)銅是______極，其電極反應式為________。
(2)電池的總反應為________。
(3)石墨電極附近的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)當電路中有0.1 mol電子通過時，生成Cu2O________ g。
答案　(1)陽　2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O　(2)2Cu＋H2OCu2O＋H2↑　(3)增大　(4)7.2
解析　利用電解裝置可以制取Cu2O，則Cu作陽極，石墨作陰極。陽極：2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，陰極：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
2．將K2MnO4溶液采用惰性電極隔膜法電解，可制得KMnO4，裝置如圖：
寫出電解的電極反應式和總反應方程式。
答案　陽極：MnO－e－===MnO
陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
總反應：2MnO＋2H2O2MnO＋H2↑＋2OH－
3．許多有機化學反應包含電子的轉移，使這些反應在電解池中進行時稱為電有機合成。一種由丙烯腈電合成己二腈的反應為4CH2===CHCN＋2H2O2NC(CH2)4CN＋O2↑，寫出電解時的電極反應式。
答案　陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
陰極：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
配平電極反應式的思路方法
步驟1：運用得失電子守恒，配平變價物質的計量數和得失電子數。
步驟2：運用電荷守恒，配平H＋或OH—等離子的計量數。
一般，強酸性環境用H＋調電荷；強堿性環境用OH－調電荷。其他情況：生成物中加H＋或OH－。
步驟3：運用質量守恒配平其他物質的計量數，如H2O等。
類型二　電解原理在水處理方面的應用
4．電滲析法是一種利用離子交換膜進行海水淡化的方法，其原理如圖所示，電極為惰性電極。已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO等離子。下列敘述正確的是(　　)
A．A膜是陽離子交換膜
B．通電后，海水中陰離子向b電極處移動
C．通電后，b電極上產生無色氣體，溶液中出現白色沉淀
D．通電后，a電極的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
答案　C
解析　A錯，a電極為電解池的陽極，且在電解池中陰離子向陽極移動，所以A膜是陰離子交換膜；B錯，通電后，海水中陰離子向陽極(a電極)處移動；C對，陽離子放電能力：H＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋，所以通電后，H＋在陰極(b電極)上放電：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，產生無色氣體，由于破壞了附近水的電離平衡，在該區域c(OH－)增大，會發生反應：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，所以溶液中會出現白色沉淀；D錯，陰離子放電能力：Cl－>OH－，所以通電后，在陽極發生反應：2Cl－－2e－===Cl2↑。
5.用鐵和石墨作電極電解酸性廢水，可將廢水中的PO以FePO4(不溶于水)的形式除去，其裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．若X、Y電極材料連接反了，則仍可將廢水中的PO除去
B．X極為石墨，該電極上發生氧化反應
C．電解過程中Y極周圍溶液的pH減小
D．電解時廢水中會發生反應：4Fe2＋＋O2＋4H＋＋4PO===4FePO4↓＋2H2O
答案　D
解析　根據題意分析可知，X電極材料為鐵，Y電極材料為石墨。若X、Y電極材料連接反了，鐵就不能失電子變為離子，也就不能生成FePO4，A錯誤；Y極為石墨，該電極上發生還原反應，B錯誤；電解過程中Y極發生反應：2H＋＋2e－===H2↑，氫離子濃度減小，溶液的pH增大，C錯誤；鐵在陽極失電子變為Fe2＋，通入的氧氣把Fe2＋氧化為Fe3＋，Fe3＋與PO反應生成FePO4，D正確。
類型三　電解原理在廢物回收利用方面的應用
6．利用電解技術，以氯化氫為原料回收氯氣的過程如圖所示，下列說法不正確的是(　　)
A．H＋由陽極區向陰極區遷移
B．陽極反應式：2HCl(g)＋2e－===Cl2＋2H＋
C．陰極反應式：Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．陰極區發生的反應：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
答案　B
解析　B項，陽極失電子發生氧化反應，電極反應式：2HCl(g)－2e－===2H＋＋Cl2，錯誤；C項，陰極發生還原反應，電極反應式：Fe3＋＋e－===Fe2＋，正確；D項，根據圖中的循環，可以推出陰極區會發生反應：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，正確。
7．我國科研團隊開發了一種新型鎧甲催化劑Ni/Co@石墨烯，可以高效去除合成氣中的H2S雜質并耦合產氫，其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．M電極為陰極
B．電極上生成H2和Sx的物質的量之比為1∶x
C．陽極的電極反應式為xH2S－2xe－===Sx＋2xH＋
D．鎧甲催化劑表面的石墨烯可以保護內部金屬免受環境的影響
答案　B
解析　由題圖可知，鎧甲催化劑電極上H2S轉化為Sx，S元素化合價升高，發生氧化反應，則鎧甲催化劑電極為陽極，電極反應式為xH2S－2xe－===Sx＋2xH＋，M電極為陰極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，A、C項正確；根據得失電子守恒可得關系式：xH2～Sx～2xe－，則生成H2和Sx的物質的量之比為x∶1，B項錯誤；由于鎧甲催化劑電極為陽極，若沒有表面的石墨烯，內部金屬容易放電，故鎧甲催化劑表面的石墨烯可以保護內部金屬免受環境的影響，D正確。
8．電解法轉化CO2可實現CO2的資源化利用，電解CO2制甲酸鹽的裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．b是電源正極
B．K＋由乙池向甲池遷移
C．甲池中KHCO3溶液濃度增大，乙池中KHCO3溶液濃度降低
D．乙池電極反應式為CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO
答案　D
解析　通入CO2的乙池電極為陰極，所以b是電源負極，A錯誤；電解池中，陽離子向陰極(乙池)移動，B錯誤；甲池Pt電極作陽極，OH－失電子生成O2，促進水的電離，電極附近H＋濃度增大，HCO濃度減小，乙池Sn電極為陰極，發生的電極反應為CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO，HCO濃度減小，C錯誤、D正確。
(選擇題1～11題，每小題8分，共88分)
1．一種電解法制備高純鉻和硫酸的簡單裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．a為直流電源的正極
B．陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
C．工作時，乙池中溶液的pH不變
D．若有1 mol離子通過A膜，理論上陽極生成0.25 mol氣體
答案　D
解析　A項，電解法制備鉻，則Cr電極應該是陰極，即a為直流電源的負極，錯誤；B項，陰極反應式為Cr3＋＋3e－===Cr，錯誤；C項，工作時，甲池中硫酸根離子移向乙池，丙池中氫離子移向乙池，乙池中硫酸濃度增大，溶液的pH減小，錯誤；D項，若有1 mol離子通過A膜，即丙池產生1 mol氫離子，則理論上陽極生成0.25 mol氧氣，正確。
2．在熔融鹽體系中，通過電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi)，電解裝置如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
A．反應后，石墨電極的質量發生變化
B．a極是電源的負極
C．該體系中，Cl－優先于石墨參與反應
D．電極A的電極反應：TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－
答案　C
解析　由圖可知，在外加電源下石墨電極上的C轉化為CO，失電子發生氧化反應，為陽極，與電源正極相連，則電極A作陰極，TiO2和SiO2獲得電子產生電池材料(TiSi)，電極反應為TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－。
3．我國學者以熔融的NaOH-KOH作電解質，在Fe2O3/AC催化條件下，以N2和H2O為原料氣，在250 ℃、常壓條件下成功實現電催化合成氨，其裝置如圖所示。下列有關說法不正確的是(　　)
A．電極a應連接電源負極
B．電極b上的反應為N2＋6H2O(g)＋6e－===2NH3＋6OH－
C．反應過程中，OH－由 b 極區向a極區遷移
D．該電催化合成氨反應的化學方程式為2N2＋6H2O(g)4NH3＋3O2
答案　A
解析　該裝置為電解池，介質為堿性物質，反應為N2和H2O(g)合成氨，由N元素化合價從0價降低至－3價知，N2在陰極得電子，則b連接電源負極，a連接電源正極，A錯誤；電極b為陰極，電極反應式為N2＋6H2O(g)＋6e－===2NH3＋6OH－，B正確；電解池中陰離子移向陽極，a為陽極，則OH－由b極區向a極區遷移，C正確；總反應為2N2＋6H2O(g)4NH3＋3O2，D正確。
4．一種微生物電化學方法生產甲烷的裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．a為電源的負極
B．反應過程中陰極附近的pH減小
C．陽極的電極反應式為CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋
D．每生成1.12 L甲烷，電路中轉移電子0.4 mol
答案　C
解析　由圖示知，左池中CH3COO－在電極上失電子被氧化為CO2，故左池為陽極室，右池為陰極室，a為電源正極，b為負極；陽極電極反應式為CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋；陰極電極反應式為CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O。
5.NaClO2(亞氯酸鈉)是常用的消毒劑和漂白劑，工業上可采用電解法制備，工作原理如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A．若直流電源為鉛酸蓄電池，則b極為Pb
B．陽極反應式為ClO2＋e－===ClO
C．交換膜左側NaOH的物質的量不變，氣體X為Cl2
D．制備18.1 g NaClO2時理論上有0.2 mol Na＋由交換膜左側向右側遷移
答案　C
解析　二氧化氯轉化為NaClO2(亞氯酸鈉)的過程發生了還原反應，應該發生在陰極，所以a是負極，b是正極，若直流電源為鉛酸蓄電池，則b極應該是PbO2，故A錯誤；由總反應式2ClO2＋2NaCl===2NaClO2＋Cl2知，交換膜左側NaOH的物質的量不變，在陽極上氯離子失電子，發生氧化反應，產生氯氣，氣體X為Cl2，故B錯誤、C正確；Na＋由交換膜右側向左側遷移，故D錯誤。
6．科學家設計利用電化學原理回收CO2達到節能減排的目的，實驗裝置如圖所示。已知在堿性條件下，鹵素單質可以將乙醇氧化為乙醛，一段時間后測得a電極有HCOO－生成，下列說法不正確的是(　　)
A．b為負極
B．當電路中轉移1 mol e－時，d電極產生1 mol CH3CHO
C．e為陽離子交換膜、f為陰離子交換膜
D．a電極的電極反應式為CO2＋2e－＋H2O===HCOO－＋OH－
答案　B
7．工業上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質Ni的原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中發生水解
②氧化性： Ni2＋(高濃度) ＞H＋＞ Ni2＋(低濃度)
A．碳棒上發生的電極反應：4OH－ －4e－===O2↑＋2H2O
B．電解過程中，B室中NaCl溶液的濃度將不斷減小
C．為了提高Ni的產率，電解過程中需要控制廢水pH
D．若將陽離子膜去掉，電解時的陽極產物發生改變
答案　B
解析　根據題圖可知碳棒為陽極，陽極電極反應式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極電極反應式為Ni2＋＋2e－===Ni、2H＋＋2e－===H2↑，A正確；由于C室中Ni2＋、H＋不斷減少，Cl－通過陰離子膜從C室移向B室，A室中OH－不斷減少，Na＋通過陽離子膜從A室移向B室，所以B室中NaCl溶液的物質的量濃度不斷增大，B錯誤；由于H＋氧化性大于Ni2＋(低濃度)，所以為了提高Ni的產率，電解過程中需要控制廢水的pH，C正確；若去掉陽離子膜，在陽極Cl－首先放電生成Cl2，陽極產物發生改變，D正確。
8．廚房垃圾發酵液可通過電滲析法處理，同時得到乳酸的原理如圖所示(圖中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根離子)。下列有關說法正確的是(　　)
A．交換膜Ⅰ為陰離子交換膜，A－從濃縮室通過交換膜Ⅰ向陽極移動
B．交換膜Ⅱ為陽離子交換膜，H＋從濃縮室通過交換膜Ⅱ向陰極移動
C．陽極的電極反應式為2H2O－4e－===4H＋＋ O2↑
D．400 mL 0.1 mol·L－1乳酸溶液通電一段時間后，濃度上升到0.6 mol·L－1，則陰極上產生的H2在標準狀況下的體積為4.48 L
答案　C
解析　左邊電極上電極反應式為2H2O － 4e－===4H＋＋ O2↑，生成的H＋通過交換膜Ⅰ進入濃縮室，所以交換膜Ⅰ為陽離子交換膜，右邊電極反應式為2H2O ＋ 2e－===2OH－＋ H2↑，溶液中A－從右側通過交換膜Ⅱ進入濃縮室，所以交換膜Ⅱ為陰離子交換膜，A、B錯誤，C正確；400 mL 0.1 mol·L－1乳酸溶液通電一段時間后，濃度上升到0.6 mol·L－1，則生成乳酸的物質的量為0.4 L×(0.6－0.1)mol·L－1＝0.2 mol，轉移n(H＋)等于生成n(HA)為0.2 mol，同時轉移電子的物質的量為0.2 mol，根據2H2O ＋ 2e－===2OH－＋ H2↑知，生成氫氣的物質的量為0.1 mol，在標準狀況下的體積是2.24 L，D錯誤。
9．(2023·廣東韶關高二期中)KIO3是一種重要的無機化合物，可作為食鹽中的補碘劑，KIO3可采“電解法”制備，裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．溶液中K＋的遷移方向是從乙室到甲室
B．裝置中每轉移2 mol e－，產生氣體體積為22.4 L
C．電解過程中，陰極區溶液的pH增大
D．電解時陽極的電極反應式為I2－10e－＋6H2O===2IO＋12H＋
答案　C
解析　根據題意和圖示裝置分析，陽極反應為I2－10e－＋12OH－===2IO＋6H2O，陰極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；惰性電極a為陽極，惰性電極b為陰極。電解時甲室K＋通過陽離子交換膜向乙室移動，A錯誤；沒有指明氣體所處的狀況，無法確定氣體體積，B錯誤；電解時陰極生成OH－，故陰極區溶液pH增大，C正確。
10.某工廠采用電解法處理含鉻廢水，耐酸電解槽用鐵板作陰、陽極，原理示意圖如圖。經過一段時間后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀隨廢水排出，從而使廢水中鉻含量低于排放標準。下列說法不正確的是(　　)
A．陰極區發生的電極反應包括：2H＋＋2e－===H2↑
B．還原Cr2O的主要反應是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
C．廢水的pH過高或過低均會降低鉻的去除率
D．電解槽工作時，Cr2O通過陰離子交換膜從陽極室進入陰極室
答案　D
解析　耐酸電解槽用鐵板作陰、陽極，在陰極區H＋得電子，發生的電極反應包括：2H＋＋2e－===H2↑，A正確；在陽極區Fe失電子生成的Fe2＋還原Cr2O，主要反應是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，B正確；若廢水的pH過高，會直接與Fe2＋反應生成Fe(OH)2沉淀，影響Cr2O的還原，若pH過低，會將Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀溶解，都會降低鉻的去除率，C正確；電解槽工作時，因為Cr2O要進入陽極區被Fe2＋還原，所以Cr2O通過陰離子交換膜從陰極室進入陽極室，D錯誤。
11.某污水處理廠利用電解法處理含酚廢水并制氫，工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．X為電源的正極，a極發生還原反應
B．a極電極反應式為C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋
C．產生標準狀況下4.48 L CO2，則有1.4 mol H＋通過質子交換膜
D．電解后將兩極區溶液混合，與原廢水相比較，溶液的pH保持不變
答案　B
解析　由原理圖可知，X為電源的正極，b極連電源負極作陰極，發生還原反應，A錯誤；a極發生氧化反應，電極反應式為C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋，B正確；產生標準狀況下4.48 L CO2，即0.2 mol二氧化碳，根據a極反應可知約有0.93 mol H＋通過質子交換膜，C錯誤；電解后將兩極區溶液混合，與原廢水相比較，原廢液為苯酚，顯弱酸性，電解總反應為C6H5OH＋11H2O6CO2↑＋14H2↑，電解后溶液的pH發生改變，D錯誤。
12．(12分)氮氧化物(NOx)造成酸雨、光化學煙霧、臭氧層破壞等危害，不僅破壞自然生態環境，而且嚴重危害人類健康。采用合適的還原劑能夠實現煙氣的高效脫硝。
(1)用食鹽水作電解液電解煙氣脫氮的原理如圖所示，NO被陽極產生的氧化性物質氧化為NO，尾氣經氫氧化鈉溶液吸收后排入空氣。電流密度和溶液pH對煙氣脫氮的影響如圖所示。
①NO被陽極產生的氧化性物質氧化為NO，反應的離子方程式為_____________________。
②溶液的pH對NO去除率影響的原因是___________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)采用電解法處理含氮氧化物廢氣，可回收硝酸，具有較高的環境效益和經濟效益。實驗室模擬電解法吸收NOx的裝置如圖所示(圖中電極均為石墨電極)。
①直流電源的負極為______(填“A”或“B”)；該電解裝置應選擇______(填“陽”或“陰”)離子交換膜。
②若以處理NO2為模擬實驗，陽極發生的電極反應為_________________________________。
(3)含鈰溶液可以處理大氣中的氮氧化物，并可通過電解法再生。鈰元素(Ce)常見的化合價有＋3價、＋4價。NO可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO?？刹捎秒娊夥▽⑸鲜鑫找褐械腘O轉化為無毒物質，同時再生Ce4＋，其原理如圖所示。陰極的電極反應式為__________________________________________。
答案　(1)①3Cl2＋8OH－＋2NO===2NO＋6Cl－＋4H2O?、诖温人徕c在酸性條件下氧化能力增強　(2)①A　陽?、贜O2－e－＋H2O===NO＋2H＋　(3)2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O第3課時　電解原理的創新應用
[核心素養發展目標]　1.了解電解原理在物質的轉化與制備、水處理和廢物回收利用方面的廣泛應用。2.進一步掌握電解問題分析的一般方法，鞏固陌生電解裝置中電極反應式的書寫方法。
類型一　電解在物質的轉化與制備方面的應用
1．Cu2O是一種半導體材料，同時納米級Cu2O又具有優良的催化性能。利用電解裝置可以制取Cu2O。
(1)銅是____極，其電極反應式為___________________________________________。
(2)電池的總反應為_______________________________________________________。
(3)石墨電極附近的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)當電路中有0.1 mol電子通過時，生成Cu2O________ g。
2．將K2MnO4溶液采用惰性電極隔膜法電解，可制得KMnO4，裝置如圖：
寫出電解的電極反應式和總反應方程式。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．許多有機化學反應包含電子的轉移，使這些反應在電解池中進行時稱為電有機合成。一種由丙烯腈電合成己二腈的反應為
4CH2===CHCN＋2H2O2NC(CH2)4CN＋O2↑，寫出電解時的電極反應式。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
配平電極反應式的思路方法
步驟1：運用得失電子守恒，配平變價物質的計量數和得失電子數。
步驟2：運用電荷守恒，配平H＋或OH—等離子的計量數。
一般，強酸性環境用H＋調電荷；強堿性環境用OH－調電荷。其他情況：生成物中加H＋或OH－。
步驟3：運用質量守恒配平其他物質的計量數，如H2O等。
類型二　電解原理在水處理方面的應用
4．電滲析法是一種利用離子交換膜進行海水淡化的方法，其原理如圖所示，電極為惰性電極。已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO等離子。下列敘述正確的是(　　)
A．A膜是陽離子交換膜
B．通電后，海水中陰離子向b電極處移動
C．通電后，b電極上產生無色氣體，溶液中出現白色沉淀
D．通電后，a電極的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
5. 用鐵和石墨作電極電解酸性廢水，可將廢水中的PO以FePO4(不溶于水)的形式除去，其裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．若X、Y電極材料連接反了，則仍可將廢水中的PO除去
B．X極為石墨，該電極上發生氧化反應
C．電解過程中Y極周圍溶液的pH減小
D．電解時廢水中會發生反應：4Fe2＋＋O2＋4H＋＋4PO===4FePO4↓＋2H2O
類型三　電解原理在廢物回收利用方面的應用
6．利用電解技術，以氯化氫為原料回收氯氣的過程如圖所示，下列說法不正確的是(　　)
A．H＋由陽極區向陰極區遷移
B．陽極反應式：2HCl(g)＋2e－===Cl2＋2H＋
C．陰極反應式：Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．陰極區發生的反應：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
7．我國科研團隊開發了一種新型鎧甲催化劑Ni/Co@石墨烯，可以高效去除合成氣中的H2S雜質并耦合產氫，其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．M電極為陰極
B．電極上生成H2和Sx的物質的量之比為1∶x
C．陽極的電極反應式為xH2S－2xe－===Sx＋2xH＋
D．鎧甲催化劑表面的石墨烯可以保護內部金屬免受環境的影響
8．電解法轉化CO2可實現CO2的資源化利用，電解CO2制甲酸鹽的裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．b是電源正極
B．K＋由乙池向甲池遷移
C．甲池中KHCO3溶液濃度增大，乙池中KHCO3溶液濃度降低
D．乙池電極反應式為CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO(共49張PPT)
第四章　第二節
第3課時　電解原理的創新應用
1.了解電解原理在物質的轉化與制備、水處理和廢物回收利用方面的廣泛應用。
2.進一步掌握電解問題分析的一般方法，鞏固陌生電解裝置中電極反應式的書寫方法。
核心素養
發展目標
類型一　電解在物質的轉化與制備方面的應用
1.Cu2O是一種半導體材料，同時納米級Cu2O又具有優良的催化性能。利用電解裝置可以制取Cu2O。
(1)銅是____極，其電極反應式為________
__________________________。
(2)電池的總反應為__________________________。
(3)石墨電極附近的pH_____(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)當電路中有0.1 mol電子通過時，生成Cu2O____ g。
陽
2Cu－
2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O
2Cu＋H2O Cu2O＋H2↑
增大
7.2
利用電解裝置可以制取Cu2O，則Cu作陽極，石墨作陰極。陽極：2Cu－2e－＋2OH－===
Cu2O＋H2O，陰極：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
2.將K2MnO4溶液采用惰性電極隔膜法電解，可制得KMnO4，裝置如圖：
寫出電解的電極反應式和總反應方程式。
陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
3.許多有機化學反應包含電子的轉移，使這些反應在電解池中進行時稱為電有機合成。一種由丙烯腈電合成己二腈的反應為4CH2===CHCN＋2H2O 2NC(CH2)4CN＋O2↑，寫出電解時的電極反應式。
答案　陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
陰極：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
配平電極反應式的思路方法
步驟1：運用得失電子守恒，配平變價物質的計量數和得失電子數。
步驟2：運用電荷守恒，配平H＋或OH—等離子的計量數。
一般，強酸性環境用H＋調電荷；強堿性環境用OH－調電荷。其他情況：生成物中加H＋或OH－。
步驟3：運用質量守恒配平其他物質的計量數，如H2O等。
歸納總結
類型二　電解原理在水處理方面的應用
4.電滲析法是一種利用離子交換膜進行海水淡化的方法，其原理如圖所示，電極為惰性電極。已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、
等離子。下列敘述正確的是
A.A膜是陽離子交換膜
B.通電后，海水中陰離子向b電極處移動
C.通電后，b電極上產生無色氣體，溶液中出現白色沉淀
D.通電后，a電極的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
√
A錯，a電極為電解池的陽極，且在電解池中陰離子向陽極移動，所以A膜是陰離子交換膜；
B錯，通電后，海水中陰離子向陽極(a電極)處移動；
C對，陽離子放電能力：H＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋，所以通電后，H＋在陰極(b電極)上放電：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，產生無色氣體，由于破壞了附近水的電離平衡，在該區域c(OH－)增大，會發生反應：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，所以溶液中會出現白色沉淀；
D錯，陰離子放電能力：Cl－>OH－，所以通電后，在陽極發生反應：2Cl－－2e－===Cl2↑。
B.X極為石墨，該電極上發生氧化反應
C.電解過程中Y極周圍溶液的pH減小
D.電解時廢水中會發生反應：4Fe2＋＋O2＋4H＋
＋ ===4FePO4↓＋2H2O
√
根據題意分析可知，X電極材料為鐵，Y電極材料為石墨。若X、Y電極材料連接反了，鐵就不能失電子變為離子，也就不能生成FePO4，A錯誤；
Y極為石墨，該電極上發生還原反應，B錯誤；
電解過程中Y極發生反應：2H＋＋2e－===H2↑，氫離子濃度減小，溶液的pH增大，C錯誤；
鐵在陽極失電子變為Fe2＋，通入的氧氣把Fe2＋氧化為Fe3＋，Fe3＋與
反應生成FePO4，D正確。
類型三　電解原理在廢物回收利用方面的應用
6.利用電解技術，以氯化氫為原料回收氯氣的過程如圖所示，下列說法不正確的是
A.H＋由陽極區向陰極區遷移
B.陽極反應式：2HCl(g)＋2e－===Cl2＋2H＋
C.陰極反應式：Fe3＋＋e－===Fe2＋
D.陰極區發生的反應：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
√
B項，陽極失電子發生氧化反應，電極反應式：2HCl(g)－2e－===2H＋＋Cl2，錯誤；
C項，陰極發生還原反應，電極反應式：
Fe3＋＋e－===Fe2＋，正確；
D項，根據圖中的循環，可以推出陰極區會發生反應：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，正確。
7.我國科研團隊開發了一種新型鎧甲催化劑Ni/Co@石墨烯，可以高效去除合成氣中的H2S雜質并耦合產氫，其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是
A.M電極為陰極
B.電極上生成H2和Sx的物質的量之比為1∶x
C.陽極的電極反應式為xH2S－2xe－===Sx＋2xH＋
D.鎧甲催化劑表面的石墨烯可以保護內部金屬免受環境的影響
√
由題圖可知，鎧甲催化劑電極上H2S轉化為Sx，S元素化合價升高，發生氧化反應，則鎧甲催化劑電極為陽極，電極反應式為xH2S－2xe－===Sx＋2xH＋，M電極為陰極，電極反應式為
2H＋＋2e－===H2↑，A、C項正確；
根據得失電子守恒可得關系式：xH2～Sx～2xe－，則生成H2和Sx的物質的量之比為x∶1，B項錯誤；
由于鎧甲催化劑電極為陽極，若沒有表面的石墨烯，內部金屬容易放電，故鎧甲催化劑表面的石墨烯可以保護內部金屬免受環境的影響，D正確。
8.電解法轉化CO2可實現CO2的資源化利用，電解CO2制甲酸鹽的裝置如圖所示。下列說法正確的是
A.b是電源正極
B.K＋由乙池向甲池遷移
C.甲池中KHCO3溶液濃度增大，
乙池中KHCO3溶液濃度降低
√
通入CO2的乙池電極為陰極，所以b是電源負極，A錯誤；
電解池中，陽離子向陰極(乙池)移動，B錯誤；
甲池Pt電極作陽極，OH－失電子生成O2，
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1.一種電解法制備高純鉻和硫酸的簡單裝置如圖所示。下列說法正確的是
A.a為直流電源的正極
B.陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
C.工作時，乙池中溶液的pH不變
D.若有1 mol離子通過A膜，理論上
陽極生成0.25 mol氣體
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A項，電解法制備鉻，則Cr電極應該是陰極，即a為直流電源的負極，錯誤；
B項，陰極反應式為Cr3＋＋3e－===Cr，錯誤；
C項，工作時，甲池中硫酸根離子移向乙池，丙池中氫離子移向乙池，乙池中硫酸濃度增大，溶液的pH減小，錯誤；
D項，若有1 mol離子通過A膜，即丙池產生1 mol氫離子，則理論上陽極生成0.25 mol氧氣，正確。
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2.在熔融鹽體系中，通過電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi)，電解裝置如圖所示，下列說法錯誤的是
A.反應后，石墨電極的質量發生變化
B.a極是電源的負極
C.該體系中，Cl－優先于石墨參與反應
D.電極A的電極反應：TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－
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由圖可知，在外加電源下石墨電極上的C轉化為CO，失電子發生氧化反應，為陽極，與電源正極相連，則電極A作陰極，TiO2和SiO2獲得電子產生電池材料(TiSi)，電極反應為TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－。
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3.我國學者以熔融的NaOH-KOH作電解質，在Fe2O3/AC催化條件下，以N2和H2O為原料氣，在250 ℃、常壓條件下成功實現電催化合成氨，其裝置如圖所示。下列有關說法不正確的是
A.電極a應連接電源負極
B.電極b上的反應為N2＋6H2O(g)＋6e－===
2NH3＋6OH－
C.反應過程中，OH－由 b 極區向a極區遷移
D.該電催化合成氨反應的化學方程式為2N2＋6H2O(g) 4NH3＋3O2
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該裝置為電解池，介質為堿性物質，反應為N2和H2O(g)合成氨，由N元素化合價從0價降低至－3價知，N2在陰極得電子，則b連接電源負極，a連接電源正極，A錯誤；
電極b為陰極，電極反應式為N2＋6H2O(g)＋6e－===2NH3＋6OH－，B正確；
電解池中陰離子移向陽極，a為陽極，則OH－由b極區向a極區遷移，C正確；
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4.一種微生物電化學方法生產甲烷的裝置如圖所示。下列說法正確的是
A.a為電源的負極
B.反應過程中陰極附近的pH減小
C.陽極的電極反應式為CH3COO－
－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋
D.每生成1.12 L甲烷，電路中轉
移電子0.4 mol
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由圖示知，左池中CH3COO－在電極上失電子被氧化為CO2，故左池為陽極室，右池為陰極室，a為電源正極，b為負極；陽極電極反應式為CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋；陰極電極反應式為CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O。
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5.NaClO2(亞氯酸鈉)是常用的消毒劑和漂白劑，工業上可采用電解法制備，工作原理如圖所示。下列敘述正確的是
A.若直流電源為鉛酸蓄電池，則b極為Pb
B.陽極反應式為ClO2＋e－===
C.交換膜左側NaOH的物質的量不變，氣體X為Cl2
D.制備18.1 g NaClO2時理論上有0.2 mol Na＋由交換膜左側向右側遷移
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二氧化氯轉化為NaClO2(亞氯酸鈉)的過程發生了還原反應，應該發生在陰極，所以a是負極，b是正極，若直流電源為鉛酸蓄電池，則b極應該是PbO2，故A錯誤；
由總反應式2ClO2＋2NaCl===2NaClO2＋Cl2知，交換膜左側NaOH的物質的量不變，在陽極上氯離子失電子，發生氧化反應，產生氯氣，氣體X為Cl2，故B錯誤、C正確；
Na＋由交換膜右側向左側遷移，故D錯誤。
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6.科學家設計利用電化學原理回收CO2達到節能減排的目的，實驗裝置如圖所示。已知在堿性條件下，鹵素單質可以將乙醇氧化為乙醛，一段時間后測得a電極有HCOO－生成，下列說法不正確的是
A.b為負極
B.當電路中轉移1 mol e－時，d電極產生
1 mol CH3CHO
C.e為陽離子交換膜、f為陰離子交換膜
D.a電極的電極反應式為CO2＋2e－＋H2O===HCOO－＋OH－
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7.工業上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質Ni的原理如圖所示。下列說法錯誤的是
已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中發生水解
②氧化性： Ni2＋(高濃度) ＞H＋＞ Ni2＋(低濃度)
A.碳棒上發生的電極反應：4OH－ －4e－===O2↑
＋2H2O
B.電解過程中，B室中NaCl溶液的濃度將不斷減小
C.為了提高Ni的產率，電解過程中需要控制廢水pH
D.若將陽離子膜去掉，電解時的陽極產物發生改變
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根據題圖可知碳棒為陽極，陽極電極反應式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極電極反應式為Ni2＋＋2e－===Ni、2H＋＋2e－===H2↑，A正確；
由于C室中Ni2＋、H＋不斷減少，Cl－通過陰離子膜從C室移向B室，A室中OH－不斷減少，Na＋通過陽離子膜從A室移向B室，所以B室中NaCl溶液的物質的量濃度不斷增大，B錯誤；
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由于H＋氧化性大于Ni2＋(低濃度)，所以為了提高Ni的產率，電解過程中需要控制廢水的pH，C正確；
若去掉陽離子膜，在陽極Cl－首先放電生成Cl2，陽極產物發生改變，D正確。
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8.廚房垃圾發酵液可通過電滲析法處理，同時得到乳酸的原理如圖所示(圖中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根離子)。下列有關說法正確的是
A.交換膜Ⅰ為陰離子交換膜，A－從
濃縮室通過交換膜Ⅰ向陽極移動
B.交換膜Ⅱ為陽離子交換膜，H＋從
濃縮室通過交換膜Ⅱ向陰極移動
C.陽極的電極反應式為2H2O－4e－===4H＋＋ O2↑
D.400 mL 0.1 mol·L－1乳酸溶液通電一段時間后，濃度上升到0.6 mol·L－1，
則陰極上產生的H2在標準狀況下的體積為4.48 L
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左邊電極上電極反應式為2H2O － 4e－===4H＋＋ O2↑，生成的H＋通過交換膜Ⅰ進入濃縮室，所以交換膜Ⅰ為陽離子交換膜，右邊電
極反應式為2H2O ＋ 2e－===2OH－＋ H2↑，溶液中A－從右側通過交換膜Ⅱ進入濃縮室，所以交換膜Ⅱ為陰離子交換膜，A、B錯誤，C正確；
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400 mL 0.1 mol·L－1乳酸溶液通電一段時間后，濃度上升到0.6 mol·
L－1，則生成乳酸的物質的量為0.4 L×(0.6－0.1)mol·L－1＝0.2 mol，
轉移n(H＋)等于生成n(HA)為0.2 mol，同時轉移電子的物質的量為0.2 mol，根據2H2O ＋ 2e－===2OH－＋ H2↑知，生成氫氣的物質的量為0.1 mol，在標準狀況下的體積是2.24 L，D錯誤。
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9.(2023·廣東韶關高二期中)KIO3是一種重要的無機化合物，可作為食鹽中的補碘劑，KIO3可采“電解法”制備，裝置如圖所示。下列說法正確的是
A.溶液中K＋的遷移方向是從乙室到甲室
B.裝置中每轉移2 mol e－，產生氣體體積
為22.4 L
C.電解過程中，陰極區溶液的pH增大
D.電解時陽極的電極反應式為I2－10e－＋6H2O=== ＋12H＋
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根據題意和圖示裝置分析，陽極反應為I2－10e－＋12OH－=== ＋6H2O，陰極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；惰性電極a為陽極，惰性電極b為陰極。電解時甲室K＋通過陽離子交換膜向乙室移動，A錯誤；
沒有指明氣體所處的狀況，無法確定氣體體積，B錯誤；
電解時陰極生成OH－，故陰極區溶液pH增大，C正確。
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10.某工廠采用電解法處理含鉻廢水，耐酸電解槽用鐵板作陰、陽極，原理示意圖如圖。經過一段時間后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀隨廢水排出，從而使廢水中鉻含量低于排放標準。下列說法不正確的是
A.陰極區發生的電極反應包括：2H＋＋2e－===H2↑
B.還原 ＋6Fe2＋＋14H＋
===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
C.廢水的pH過高或過低均會降低鉻的去除率
D.電解槽工作時， 通過陰離子交換膜從陽極室進入陰極室
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耐酸電解槽用鐵板作陰、陽極，在陰極區H＋得電子，發生的電極反應包括：2H＋＋2e－===H2↑，A正確；
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11.某污水處理廠利用電解法處理含酚廢水并制氫，工作原理如圖所示。下列說法正確的是
A.X為電源的正極，a極發生還原反應
B.a極電極反應式為C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑
＋28H＋
C.產生標準狀況下4.48 L CO2，則有1.4 mol H＋通過質
子交換膜
D.電解后將兩極區溶液混合，與原廢水相比較，溶液的pH保持不變
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由原理圖可知，X為電源的正極，b極連電源負極作陰極，發生還原反應，A錯誤；
a極發生氧化反應，電極反應式為C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋，B正確；
產生標準狀況下4.48 L CO2，即0.2 mol二氧化碳，
根據a極反應可知約有0.93 mol H＋通過質子交換膜，C錯誤；
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電解后將兩極區溶液混合，與原廢水相比較，原廢液為苯酚，顯弱酸性，電解總反應為C6H5OH＋11H2O 6CO2↑＋14H2↑，電解后溶液的pH發生改變，D錯誤。
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12.(12分)氮氧化物(NOx)造成酸雨、光化學煙霧、臭氧層破壞等危害，不僅破壞自然生態環境，而且嚴重危害人類健康。采用合適的還原劑能夠實現煙氣的高效脫硝。
(1)用食鹽水作電解液電解煙氣脫氮的原理如圖所示，NO被陽極產生的氧化性物質氧化為 ，尾氣經氫氧化鈉溶液吸收后排入空氣。電流密度和溶液pH對煙氣脫氮的影響如圖所示。
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①NO被陽極產生的氧化性物質氧化為
，反應的離子方程式為________
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②溶液的pH對NO去除率影響的原因是_________________________________。
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3Cl2＋
次氯酸鈉在酸性條件下氧化能力增強
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(2)采用電解法處理含氮氧化物廢氣，可回收硝酸，具有較高的環境效益和經濟效益。實驗室模擬電解法吸收NOx的裝置如圖所示(圖中電極均為石墨電極)。
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①直流電源的負極為____(填“A”或“B”)；該電解裝置應選擇___(填“陽”或“陰”)離子交換膜。
②若以處理NO2為模擬實驗，陽極發生的電極反應為_________________
__________。
A
陽
NO2－e－＋H2O===
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收液中的 轉化為無毒物質，同時再生Ce4＋，其原理如圖所示。陰極的電極反應式為_______________________________。
(3)含鈰溶液可以處理大氣中的氮氧化物，并可通過電解法再生。鈰元素(Ce)常見的化合價有＋3價、＋4價。NO可以被含Ce4＋的溶液吸收， 可采用電解法將上述吸
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