資源簡介

第2課時　電解原理的應用
[課程標準]　1.認識電解在實現物質轉化和儲存能量中的具體應用。2.了解電解原理在工業中的應用，如電冶金、電解熔融氯化鈉或氧化鋁，電解精煉銅，電解在污水處理、煤炭脫硫中的應用。
任務一　電解飽和食鹽水
實驗裝置：
實驗操作：在U形管中裝入飽和食鹽水，滴入幾滴酚酞試液，用石墨棒作陽極，鐵棒作陰極。把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在陽極附近。接通直流電源后，觀察U形管內產生的現象及試紙顏色的變化。
實驗現象：電流表的指針發生偏轉，U形管內陰極區溶液變紅且有無色無味的氣體產生，陽極放出有刺激性氣味的黃綠色氣體，濕潤的碘化鉀淀粉試紙變藍。
1.電解液中存在的離子有哪些？通電后離子移動的方向如何？分別在兩極上放電的離子是什么？
提示：電解液中存在的離子是Na＋、H＋、Cl－、OH－；通電后，U形管中的Cl－、OH－移向陽極，依據放電順序：Cl－>OH－可知，Cl－在陽極上先放電，Na＋、H＋移向陰極，依據放電順序：H＋>Na＋可知，H＋在陰極上先放電。
2.電解時兩極得到的產物分別是什么？寫出電極反應式和總的電解化學方程式。
提示：陽極產物是Cl2，電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極產物是H2和NaOH，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；總反應式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
3.電解一段時間后，得到的混合液能使紅色布條褪色的原因是什么？用上述電解法制得的NaOH純凈嗎？
提示：電解飽和食鹽水時陰極區生成NaOH，陽極區生成Cl2，二者發生反應：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，NaClO具有漂白性，故能使有色布條褪色。用上述方法制得的NaOH溶液中混有NaCl和NaClO，純度較低。
4.工業制取燒堿時，如何避免Cl2與NaOH溶液反應，從而提高NaOH的純度？如何充分利用兩極產生的氣體，變廢為寶？
提示：工業用離子交換膜電解槽來制燒堿，陽離子交換膜把電解池分成陽極室和陰極室，從而避免了Cl2與NaOH溶液的接觸反應，提高了NaOH的純度。電解時兩極產生H2和Cl2，可以使二者發生反應生成HCl，得到鹽酸副產品。
1.氯堿工業——制Cl2、H2和NaOH
(1)陽離子交換膜的作用
阻止OH－進入陽極室與Cl2發生副反應：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，阻止陽極產生的Cl2和陰極產生的H2混合發生爆炸。
(2)a、b、c、d加入或取出的物質分別是精制飽和NaCl溶液、含少量NaOH的水、淡鹽水、NaOH溶液；X、Y分別是Cl2、H2。
2.氯堿工業的產品及其應用
(1)氯堿工業的產品主要有NaOH、Cl2、H2、HCl、含氯漂白劑等。
(2)以電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業的產品在有機合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染、農藥、金屬冶煉等領域中應用廣泛。
1.判斷正誤，錯誤的說明其原因。
(1)電解飽和食鹽水時，陰極發生氧化反應：2Cl－－2e－===Cl2↑。
答案：錯誤，陽極發生氧化反應：2Cl－－2e－===Cl2↑。
(2)氯堿工業電解槽中滴入酚酞溶液，變紅色的區域為陽極區。
答案：錯誤，變紅色的為陰極區。
(3)電解飽和食鹽水時，陽極和陰極都可以選擇金屬材料(如鐵)。
答案：錯誤，陰極可選擇金屬材料，但陽極不可以。
(4)電解飽和NaCl溶液可以制取金屬鈉。
答案：錯誤，電解飽和NaCl溶液只能得到氫氣、氯氣和氫氧化鈉溶液。
(5)利用電解飽和食鹽水可制得“84”消毒液。
答案：正確。
2.下圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極，電極c、d都是石墨電極。通電一段時間后，在c、d兩極上共收集到336mL(標準狀態)氣體。回答：
(1)直流電源中，M為________極。
(2)Pt電極上生成的物質是____________，其質量為________g。
(3)電源輸出的電子，其物質的量與電極b、c、d分別生成的物質的物質的量之比為2∶________∶________∶________。(4)AgNO3溶液的濃度________(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，硫酸的濃度______________________________________________。
(5)若硫酸的質量分數由5.00%變為5.02%，則原有5.00%的硫酸________g。
答案：(1)正　(2)Ag　2.16　(3)2　　1　
(4)不變　增大　(5)45.18
解析：(1)電解5.00%的稀硫酸，實際上是電解其中的水。因此在該電解池中發生反應：2H2O2H2↑＋O2↑，V(H2)∶V(O2)＝2∶1。據此可確定d極為陰極，則電源的N極為負極，M極為正極。(2)在336mL氣體中，V(H2)＝×336mL＝224mL，為0.01mol；V(O2)＝×336mL＝112mL，為0.005mol。說明電路上有0.02mol電子，因此在b極(Pt、陰極)產生Ag：0.02mol×108g·mol－1＝2.16g。(3)n(e－)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)＝0.02∶0.02∶0.005∶0.01＝2∶2∶∶1。(4)由Ag(陽)電極、Pt(陰)電極和AgNO3溶液組成的電解池，在通電一定時間后，在Pt電極上放電所消耗溶液中Ag＋的物質的量等于Ag電極被氧化給溶液補充的Ag＋的物質的量，因此AgNO3溶液的濃度不變。電解5.00%的硫酸溶液，由于其中的水發生電解，因此硫酸濃度增大。(5)設原5.00%的硫酸質量為x，電解時消耗水0.01mol×18g·mol－1＝0.18g，則：5.00%x＝5.02%(x－0.18)g，解得x＝45.18g。
任務二　電鍍、電解精煉與電冶金
Ⅰ.模擬電解原理在化工生產中的應用，實驗裝置如圖所示，裝置閉合電鍵K時，電流表的指針將發生偏轉。
Ⅱ.某些化合物的類型與熔點如下表所示：
化合物 NaCl Na2O MgO MgCl2
類型 離子化合物 離子化合物 離子化合物 離子化合物
熔點/℃ 804 1275 2800 714
1.哪個裝置是原電池？哪個裝置是電解池？
提示：甲、乙構成原電池，丙是電解池。
2.a、b、c、d電極名稱分別是什么？
提示：a是負極，b是正極，c是陽極，d是陰極。
3.若模擬電鍍生產，在鐵件上鍍一層金屬銀，如何選用電極材料和電解質溶液？電極反應式如何書寫？
提示：c電極用Ag，d電極用Fe，X溶液為AgNO3溶液；陽極：Ag－e－===Ag＋，陰極：Ag＋＋e－===Ag。
4.若模擬電解精煉銅，如何選用電極材料和電解質溶液？
提示：c電極用粗銅，d電極用純銅，X溶液為CuSO4溶液。
5.工業上制取鈉時，用電解熔融NaCl而不用電解NaCl溶液或熔融Na2O方法的原因是什么？寫出電解總反應式。
提示：電解NaCl溶液得到的是NaOH而不是Na；在空氣中加熱Na2O，Na2O能與O2反應生成Na2O2，且Na2O的熔點高，熔融時消耗更多的能源。
電解總反應式：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
6.工業上制鎂時，用電解熔融MgCl2而不用電解熔融MgO的方法的原因是什么？寫出電解總反應式。
提示：MgO的熔點比MgCl2高很多，熔融時耗費更多的能源，增加生產成本；電解總反應式：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
1.電鍍與電解精煉
電鍍是一種利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的加工工藝。電鍍的主要目的是使金屬增強抗腐蝕能力，增加表面硬度和美觀。
裝置 電鍍 精煉
陽極材料 鍍層金屬Cu 粗銅(含鋅、銀、 金等雜質)
陰極材料 鍍件金屬Fe 純銅
陽極反應 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、 Cu－2e－===Cu2＋等
陰極反應 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu
溶液變化 硫酸銅溶液濃度保持不變 Cu2＋濃度減小，金、銀等金屬沉積形成陽極泥
2.電冶金
(1)金屬冶煉的本質：使礦石中的金屬離子獲得電子變成金屬單質的過程。如Mn＋＋ne－===M。
(2)電解法用于冶煉較活潑的金屬(如鉀、鈉、鎂、鋁等)，但不能電解其鹽溶液，應電解其熔融態。
如：電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉的反應式：
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑；
陰極：2Na＋＋2e－===2Na；
總反應：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
又如，電解熔融MgCl2制取金屬Mg：
陰極：Mg2＋＋2e－===Mg；
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑；
總反應：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
1.判斷正誤，錯誤的說明其原因。
(1)用Zn作陽極，Fe作陰極，ZnCl2作電解質溶液，由于放電順序H＋>Zn2＋，不可能在鐵上鍍鋅。
答案：錯誤，可以在鐵上鍍鋅。
(2)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可以電解MgO和AlCl3。
答案：錯誤，MgO熔點高，熔融需要能量高；AlCl3是共價化合物，熔融時不導電。
(3)電解精煉時，陽極泥可以作為提煉貴重金屬的原料。
答案：正確。
(4)粗銅電解精煉時，若電路中通過2mole－，陰極上增加的質量為64g。
答案：正確。
2.電解的應用比較廣泛。根據下列電解的應用，回答問題：
(1)如圖為電解精煉銀的示意圖，________(填“a”或“b”)極為含有雜質的粗銀，若b極有少量紅棕色氣體生成，則生成該氣體的電極反應式為________________________________
_________________________________________________________________________。
以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應式為_______
_____________________________________________________________________________。
(3)若想在鐵上鍍鋁，則鐵應該作________極。
①若用AlCl3水溶液作電解液，________(“能”或“不能”)實現鐵上鍍鋁，為什么？
_____________________________________________________________________________。
②離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系。由有機陽離子、Al2Cl和AlCl組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。已知電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陽極電極反應式為______________________________________________________。
答案：(1)a　NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O
(2)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
(3)陰　①不能　Al3＋在水溶液中不放電　②Al＋7AlCl－3e－===4Al2Cl
解析：(1)電解精煉銀與電解精煉銅原理相似。電解精煉銀裝置中，含有雜質的粗銀作陽極，電解池的陽極與電源的正極相連，則該裝置中a極為含有雜質的粗銀。該電解池的b極為陰極，陰極上有紅棕色氣體生成，可知NO被還原為NO2，電極反應式為NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O。(2)鋁材表面形成氧化膜為Al2O3，陽極電極反應式為2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋。(3)在鐵上鍍鋁，故鐵應作陰極，鋁作陽極；①在水溶液中，Al3＋在水溶液中不放電，得電子能力：H＋>Al3＋，故陰極上發生的反應是2H＋＋2e－===H2↑；②因為電鍍過程中“不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應”，Al元素在熔融鹽中以Al2Cl和AlCl形式存在，則陽極的反應為Al＋7AlCl－3e－===4Al2Cl。
1.工業上電解飽和食鹽水的陰極區產物是(　　)
A．氯氣 B．氫氣和氯氣
C．氫氣和氫氧化鈉 D．氯氣和氫氧化鈉
答案：C
解析：用惰性電極電解飽和食鹽水時，陰極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，破壞水的電離平衡，陰極區域OH－與Na＋結合成NaOH。
2.在鐵制品上鍍一定厚度的鋅層，以下方案設計正確的是(　　)
A．鋅作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有鋅離子
B．鉑作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子
C．鐵作陽極，鍍件作陰極，溶液中含有亞鐵離子
D．鋅作陰極，鍍件作陽極，溶液中含有鋅離子
答案：A
解析：電鍍時，鍍件作陰極，鍍層金屬作陽極，含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。
3.用惰性電極電解飽和食鹽水，當電源提供0.2mol電子時停止通電。若此溶液體積為2L，則所得電解液的pH是(　　)
A．1 B．8
C．13 D．14
答案：C
解析：電解飽和食鹽水時供給0.2mol電子，則消耗的H＋為0.2mol，同時產生OH－為0.2mol，溶液體積為2L，pH＝13。
4.回答下列問題：
(1)某同學根據漂白粉的制備原理和電解原理制作了一種家用環保型消毒液發生器(如圖所示，沒有使用離子交換膜)，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液。通電時，為使Cl2被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，則：
利用Cl2與石灰乳反應可以制取漂白粉，反應的化學方程式為____________________
_________________________________________________________________________。
②L極區的電極反應式為_________________________________________________________。
(2)電解法可以提純粗鎵，具體原理如圖所示。鎵在陽極溶解生成的Ga3＋與NaOH溶液反應生成[Ga(OH)4]－，[Ga(OH)4]－在陰極放電的電極反應式為______________________________
______________________________________________________________________________。
(3)我國學者發明的一種分解硫化氫制氫并回收硫的裝置如圖所示：
若Y極液中的電對(A/B)選用I/I－，裝置工作時Y極上的電極反應式為___________________
_______________________________________________________________________________，
Y極溶液中發生的離子反應為_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案：(1)①2Cl2＋2Ca(OH)2===Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O　②2Cl－－2e－===Cl2↑
(2)[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－
(3)3I－－2e－===I
I＋H2S===S↓＋2H＋＋3I－
解析：(1)①利用Cl2與石灰乳反應可以制取漂白粉，反應的化學方程式為2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O；②通電時，為使Cl2被完全吸收，該裝置的下端生成氯氣，則L極區的電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑；(2)電解法可以提純粗鎵，則高純鎵作陰極，粗鎵作陽極，陽極上Ga失去電子變為Ga3＋，生成的Ga3＋與NaOH溶液反應生成[Ga(OH)4]－，[Ga(OH)4]－在陰極放電生成Ga，電極反應式為[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－；(3)根據圖示，該裝置是將光能轉變為化學能和電能，X電極將H＋轉化為H2，化合價降低，發生還原反應，則Y電極發生氧化反應，若Y極液中的電對(A/B)選用I/I－，則電極反應為3I－－2e－===I，Y電極溶液中含有H2S，具有還原性，而I具有氧化性，二者發生氧化還原反應生成S單質、碘離子和氫離子，離子反應為I＋H2S===S↓＋2H＋＋3I－。
課時測評25　電解原理的應用
(本欄目內容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)
題組一　電解原理的應用
1.氯堿工業用離子交換膜法電解飽和食鹽水，裝置示意圖如圖。下列說法錯誤的是(　　)
A．a為陽極，發生氧化反應生成氯氣
B．b極的電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．電解時，Na＋穿過離子交換膜進入陰極室
D．飽和食鹽水從c處進入，淡鹽水從e處流出
答案：D
解析：a和電源的正極相連，為陽極，溶液中的Cl－在陽極失去電子發生氧化反應生成氯氣，故A正確；b為陰極，溶液中水電離出來的H＋得到電子生成氫氣，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B正確；離子交換膜為陽離子交換膜，電解時，陽離子移向陰極，所以Na＋穿過離子交換膜進入陰極室，故C正確；由于溶液中的Cl－在陽極放電，所以飽和食鹽水從c處進入陽極室，Cl－放電生成氯氣逸出，Na＋穿過離子交換膜進入陰極室，所以淡鹽水從d處流出，故D錯誤；故選D。
2.餐具表面鍍銀可達到增強抗腐蝕性、提升美觀等目的。下列關于鐵表面鍍銀的說法不正確的是(　　)
A．電路中每通過1mole－，陰極析出1mol銀
B．鐵電極應與電源負極相連
C．陽極電極反應式為Ag－e－===Ag＋
D．電鍍液需要不斷更換
答案：D
解析：陰極發生反應Ag＋＋e－===Ag，故每通過1mole－析出1mol銀，故A正確；鐵為鍍件，應與電源負極相連，故B正確；陽極為鍍層金屬，電極反應式為Ag－e－===Ag＋，故C正確；陽極發生反應為Ag－e－===Ag＋，陰極發生反應為Ag＋＋e－===Ag，電鍍液濃度不變，不需要更換，故D錯誤；故選D。
3.以硫酸銅溶液作電解質溶液，對含有雜質Fe、Zn、Ag的粗銅進行電解精煉。下列說法正確的是(　　)
A．粗銅與直流電源負極相連
B．粗銅電解精煉過程中，硫酸銅溶液的濃度不變
C．電路中每通過3.01×1023個電子，得到的精銅質量為16g
D．雜質Ag以Ag2SO4的形式沉入電解槽底形成陽極泥
答案：C
解析：A項，電解精煉銅時，粗銅應作陽極，與直流電源的正極相連，錯誤；B項，金屬的活動性順序為Zn>Fe>Cu>Ag，陽極上Zn、Fe、Cu放電，而陰極的電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，根據得失電子守恒可知，陰極析出的Cu的物質的量大于陽極參與反應的Cu的物質的量，溶液中硫酸銅的濃度減小，錯誤；C項，根據電極反應：Cu2＋＋2e－===Cu，電路中每通過3.01×1023個(0.5mol)電子，得到的精銅的質量為0.25mol×64g·mol－1＝16g，正確；D項，金屬的活動性順序為Zn>Fe>Cu>Ag，因此Ag不會放電，而是以單質的形式沉積下來，錯誤。
4.下列有關金屬冶煉的原理，錯誤的是(　　)
A．2HgO2Hg＋O2↑
B．2Al2O34Al＋3O2↑
C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
D．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
答案：B
解析：Hg活動性比較弱，采用熱分解方法制取，故符合Hg的冶煉方法，A正確；Al是活潑金屬，采用電解方法冶煉，方程式方法不符合反應事實，B錯誤；Fe是比較活潑的金屬，采用熱還原方法冶煉，該方法符合Fe的冶煉方法，C正確；Na是活潑金屬，采用電解方法冶煉，該方法符合Na的冶煉方法，D正確；故選項是B。
5.鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是(　　)
A．工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1molCo，Ⅰ室溶液質量理論上減少16g
C．移除兩交換膜后，石墨電極上發生的反應不變
D．電解總反應為2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋
答案：D
解析：由題圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽極，水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Ⅰ室中陽離子電荷數大于陰離子電荷數，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發生還原反應生成鈷，電極反應式為Co2＋＋2e－===Co，Ⅲ室中陰離子電荷數大于陽離子電荷數，氯離子過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動，電解的總反應的離子方程式為2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋。放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯誤；由分析可知，陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質量減少18g，故B錯誤；若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強于水，氯離子會在陽極失去電子發生氧化反應生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應會發生變化，故C錯誤；由分析可知，電解的總反應的離子方程式為2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋，故D正確；故選D。
6.高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種新型綠色水處理劑。工業上可用電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4，其工作原理如圖所示，兩端隔室中的離子不能進入中間隔室。下列說法錯誤的是(　　)
A．陽極反應式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．甲溶液可循環利用
C．離子交換膜a是陰離子交換膜
D．當電路中通過2mol電子的電量時，會有1molH2生成
答案：C
解析：A項，由題意可知，鐵元素化合價升高，發生氧化反應，為陽極，電極反應式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正確；B項，銅電極為陰極發生還原反應，水電離出的氫離子放電生成氫氣和氫氧根離子，甲溶液為濃氫氧化鈉溶液，可循環利用，正確；C項，電解池中陽離子向陰極移動，通過離子交換膜a的是Na＋，故a為陽離子交換膜，錯誤；D項，陰極發生還原反應，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，當電路中通過2mol電子的電量時，會有1molH2生成，正確。
題點二　電解的有關計算
7.用石墨電極電解100mLH2SO4和CuSO4的混合溶液，通電一段時間后，兩極均收集到2.24L氣體(標準狀況下)，原混合溶液中Cu2＋的物質的量濃度為(　　)
A．1mol·L－1 B．2mol·L－1
C．3mol·L－1 D．4mol·L－1
答案：A
解析：根據題設條件，兩極上電極反應式為陰極：首先Cu2＋＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2↑；陽極：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。既然陰極上收集到H2，說明Cu2＋已完全放電，根據電子守恒，陰極上Cu2＋、H＋得電子總數應等于H2O失電子總數。析出0.1molH2獲得0.2mol電子，析出0.1molO2失去0.4mol電子，所以有0.1molCu2＋放電，獲得0.2mol電子，c(Cu2＋)＝＝1mol·L－1。
8.有三個燒杯，分別盛有氯化銅、氯化鉀和硝酸銀三種溶液，均以Pt作電極，將它們串聯在一起電解一段時間，測得電極增重總和2.8g，這時產生的有色氣體與無色氣體的物質的量之比為(　　)
A．4∶1 B．1∶1
C．4∶3 D．3∶4
答案：C
解析：串聯電路中，相同時間內各電極得電子或失電子的物質的量相同，各電極上放出氣體的物質的量之比為定值。不必注意電極增重是多少，只要判斷出生成何種氣體及生成一定物質的量該氣體所得失電子的物質的量，就可以通過得失電子守恒判斷氣體體積之比。第一個燒杯中放出Cl2，第二個燒杯中放出Cl2和H2，第三個燒杯中放出O2。在有1mol電子轉移時，生成的氣體的物質的量分別是0.5mol、0.5mol、0.5mol和0.25mol。所以共放出有色氣體(Cl2)0.5mol＋0.5mol＝1mol，無色氣體(O2和H2)0.5mol＋0.25mol＝0.75mol。
9.用石墨電極電解CuSO4溶液一段時間后，向所得溶液中加入0.2molCu(OH)2后，恰好使溶液恢復到電解前的濃度。則電解過程中轉移電子的物質的量為(　　)
A．0.4mol B．0.5mol
C．0.6mol D．0.8mol
答案：D
解析：將Cu(OH)2改寫為CuO·H2O，根據CuO·H2O知，陽極上OH－放電生成O2，陰極上Cu2＋和H＋放電生成Cu和H2，根據氧原子守恒得n(O2)＝n[Cu(OH)2]＝0.2mol，則轉移電子的物質的量為0.2mol×4＝0.8mol，故D正確。
10.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6.0mol·L－1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到22.4L氣體(標準狀況)，假定電解后溶液體積仍為500mL，下列說法正確的是(　　)
A．原混合溶液中c(K＋)為1mol·L－1
B．上述電解過程中共轉移2mol電子
C．電解得到的Cu的物質的量為0.5mol
D．電解后溶液中c(H＋)為4mol·L－1
答案：D
解析：用石墨作電極電解混合溶液，陽極發生氧化反應2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于兩個電極都收集到了氣體，因此陰極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，4H＋＋4e－===2H2↑。由于兩極均收集到22.4L氣體(標準狀況)，即1mol氣體，故轉移電子的物質的量為4mol；其中生成1molH2需要轉移電子為2mol，則轉移另外2mol電子需Cu2＋的物質的量為1mol，濃度為2mol·L－1，生成Cu單質為1mol；根據溶液中電荷守恒可知c(K＋)＝6.0mol·L－1－2mol·L－1×2＝2mol·L－1；由于陽極生成氧氣，同時生成4molH＋，而陰極上只消耗了2molH＋，因此電解后溶液中的H＋物質的量為2mol，由于電解后溶液的體積為500mL，因此電解后溶液中c(H＋)為4mol·L－1。故A、B、C錯誤，D正確。
11.某興趣小組的同學用下圖所示裝置研究有關電化學的問題(甲、乙、丙三池中溶質足量)，當閉合該裝置的電鍵K時，觀察到電流表的指針發生了偏轉。
請回答下列問題：
乙池為________(填“原電池”、“電解池”或“電鍍池”)，A電極的電極反應式為
______________________________________________________________________________。
(2)丙池中F電極為________(填“正極”、“負極”、“陰極”或“陽極”)，寫出電解時總反應的離子方程式_______________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)當乙池中C極質量變化10.8g時，甲池中B電極理論上消耗O2的體積為________mL(標準狀況)。
(4)一段時間后，斷開電鍵K。下列物質能使乙池恢復到反應前濃度的是________(填字母)。
A．Cu B．CuO
C．Cu(OH)2 D．Cu2(OH)2CO3
(5)若丙池通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解)，則電解過程中轉移的電子________mol, 若電解后溶液的體積為400mL，則所得溶液中氫離子的濃度________。
答案：(1)電解池　CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
(2)陰極　2Cu2＋＋2H2O4H＋＋2Cu＋O2↑
(3)560　(4)A　(5)0.6　1mol/L
解析：甲池為燃料電池，CH3OH為負極，發生氧化反應，電極反應式為CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O，氧氣為正極，發生還原反應，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，則乙、丙裝置為電解池：乙中C為陽極，D為陰極，陽極上Ag失電子生成銀離子，即Ag－e－===Ag＋，陰極上銅離子得電子生成Cu；丙池中石墨E電極為陽極，石墨F電極是陰極，即惰性電極電解硫酸銅，化學方程式為2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑。(1)乙池為電解池，A電極的電極反應式為CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O；(2)丙池中F電極與燃料電池A電極即負極相連，故為陰極，電解時總反應方程式為2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，故其離子方程式為2Cu2＋＋2H2O4H＋＋2Cu＋O2↑；(3)由分析可知，乙池C電極中的電極反應方程式為Ag－e－===Ag＋，故當乙池中C極質量變化10.8g時，電路中流過的電子為＝0.1mol，甲池中B電極電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故理論上消耗O2的體積為×22400mL·mol－1＝560mL；(4)由分析可知，乙池中電解時陽極反應式為Ag－e－===Ag＋，陰極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，從乙池中出來的為Cu單質，故一段時間后，斷開電鍵K。能使乙池恢復到反應前濃度的是Cu，Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，故答案為A；(5)堿式碳酸銅和稀硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳，所以加入0.1mol堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3]相當于加入0.2molCuO、0.1molH2O，根據生成物知，陰極上銅離子和氫離子放電、陽極上氫氧根離子放電，根據Cu原子、H原子守恒得陰極上析出n(Cu)＝0.2mol、n(H2)＝0.1mol，則轉移電子的物質的量＝0.2mol×2＋0.1mol×2＝0.6mol，根據Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋3H2O＋CO2↑可知，n(H＋)＝0.4mol，故若電解后溶液的體積為400mL，則所得溶液中氫離子的濃度為＝1.0mol·L－1。
12.(2023·濟南一中期末)降低能耗是氯堿工業發展的重要方向。
(1)我國利用氯堿廠生產的H2作為電池燃料，再將電池應用于氯堿工業，原理如圖，a、b、c、d均為石墨電極。
①a極為______(填“正”或“負”)極，c極為______(填“陰”或“陽”)極。
②乙裝置中電解飽和NaCl溶液的化學方程式為__________________________________；反應一段時間后，d極產生1mol氣體時，乙裝置中轉移電子________mol。
③下列說法正確的是______(填字母)。
A．甲裝置可實現化學能向電能的轉化
B．甲裝置中Na＋透過陽離子交換膜向a極移動
C．乙裝置中c極一側流出的是濃鹽水
④結合電極反應式解釋d極區產生NaOH的原因：__________________________________
_____________________________________________________________________________。
⑤實際生產中，陽離子交換膜的損傷會造成OH－遷移至陽極區，從而在電解池陽極能檢測到O2，產生O2的電極反應式為__________________________________________________
_____________________________________________________________________________；
下列生產措施有利于提高Cl2產量、降低陽極O2含量的是________(填字母)。
A．使用Cl－濃度低的食鹽水為原料
B．定期檢查并更換陽離子交換膜
C．停產一段時間后，繼續生產
(2)降低氯堿工業能耗的另一種技術是“氧陰極技術”。通過向陰極區通入O2，避免水電離的H＋直接得電子生成H2，降低了電解電壓，電耗明顯減少。“氧陰極技術”的陰極反應為_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案：(1)①負　陽　②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　2　③A　④2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Na＋從c極區透過陽離子交換膜進入d極區，與OH－結合生成NaOH　⑤4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　B　(2)O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析：(1)甲裝置為燃料電池，通氫氣一極為負極，通氧氣一極為正極，乙裝置為電解池，c電極連接b電極，即c為陽極，d電極為陰極；①a電極通入氫氣，根據上述分析，a電極為負極，c電極為陽極；②c、d電極為石墨電極，根據電解原理，電解飽和NaCl溶液的化學方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，d電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，d電極產生的氣體為H2，產生1molH2時，乙裝置轉移電子物質的量為2mol；③甲裝置為燃料電池，實現化學能向電能的轉化，故A正確；根據原電池工作原理，Na＋透過陽離子交換膜向b極移動，故B錯誤；c電極為陽極，電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，Na＋透過陽離子交換膜流入d極區，c極一側流出的是淡鹽水或淡水，故C錯誤；答案為A；④根據上述分析，d電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Na＋透過陽離子交換膜流入d極區，Na＋與OH－結合生成NaOH；⑤根據離子放電順序，OH－遷移至陽極區，OH－在陽極上放電，即電極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；根據陰離子放電順序，Cl－先放電，如果使用Cl－濃度低的食鹽水為原料，水溶液中OH－放電，產生O2，使陽極O2的含量增多，故A不符合題意；如果陽離子交換膜損傷，會使大量OH－遷移至陽極區，產生大量的O2，因此定期檢查并更換陽離子交換膜，可以提高氯氣產量，降低陽極氧氣的含量，故B符合題意；停產一段時間，繼續生產，影響經濟效益，不符合客觀實際，故C不符合題意；答案為B。(2)陰極區通入氧氣，避免水電離出H＋直接得電子生成H2，應是氧氣在該電極得電子，即電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
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