知识讲解_电解原理和规律(提高）

1 高考总复习 电解原理和规律 【考纲要求】 1．了解电解池的工作原理，结合原电池工作原理，加深对化学能与电能相互转化的理解。 2．掌握离子的放电顺序，能写出电极反应式和电解池总反应方程式。 3．掌握电解产物的判断和计算。 【考点梳理】 考点一：电解原理 1．电解的定义：使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电 解。 电解是最强有力的氧化还原手段，可将不能自发进行的氧化还原反应得以发生。 2．电解池的装置特点：有外接电源，将电能转化为化学能。 3．形成条件：（1）与电源两个电极相连；（2）电解质溶液（或熔融的电解质）；（3）形成闭合回路。 4．阴阳极的判断及反应： 考点二：原电池与电解池的比较 原电池 电解池 能量转化 化学能→电能 电能→化学能 反应特征 自发进行 非自发进行 装置举例 电极 电池的正、负极由电极材料决定 负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、金属氧化物、非金 属导体 阴、阳极由所连电源决定 阴极：接直流电源负极 阳极：接直接电源正极 电极反应 负极：失去电子、发生氧化反应 正极：得到电子、发生还原反应 阳极：阴离子或金属单质失电子发生氧化反应 阴极：阳离子得电子发生还原反应 电子流向 负极 正极 考点三：电解规律 1．电极材料 （１）活性电极：既导电又能反应（针对阳极，指金属活动顺序表 Ag 及 Ag 以前的金属。） （２）惰性电极：只导电不溶解（惰性电极一般指金、铂、石墨电极，而银、铜等均是活性电极。） 2．离子放电顺序 （1）阳极：阴离子放电顺序 （活性金属）＞　S2—＞I—＞Br—＞Cl—＞OH—＞含氧酸根＞F— e−→外电路 阴极←—|←—阳极 离子放电 e― e―2 （实际上在水溶液中的电解，OH—后面的离子是不可能放电的，因为水提供 OH—的会放电） （2）阴极：阳离子放电顺序 　　阴极本身被保护，直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序： 　　Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+（酸中）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+（水中）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。 要点诠释：　　　　　 　 　阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺 序绝对化，以上仅是一般规律。 3．电极反应式和电解总方程式 （1）电极反应式的书写 ①首先判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。阳极为金属活性电极时， 电极材料放电。 ②再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。 ③电解水溶液时，应注意放电顺序中 H+、OH―之后的离子一般不参与放电反应。 （2）电解化学方程式的书写 ①必须在长等号上标明“电解”。 ②仅是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。 如电解 CuCl2 溶液：CuCl2 Cu+Cl2↑ ③仅有水被电解，只写水及电解产物即可。 如电解 NaOH 溶液、稀 H2SO4：2H2O 2H2↑+O2↑。 ④电解质、水同时被电解，则都要写进方程式。 如电解 AgNO3 溶液：4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3。 4．电解类型 类型 电极反应特点 电解质 组成特点 实例 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质溶液复 原需加入物质 可溶性强碱 NaOH 水 增大 增大 水 含氧酸 H2SO4 水 增大 减小 水电解 水型 阴极：4H++4e―==2H2↑ 阳极： 4OH――4e―==2H2O+O2↑ 活泼金属 含氧酸盐 Na2SO4 水 增大 不变 水 无氧酸 HCl 电解质 减小 增大 氯化氢分解电 解质型 电解质电离出的阴、阳离子 分别在两极放电 不活泼金属 无氧酸盐 CuCl2 电解质 减小 —— 氯化铜 放 H2 生碱型 阴极：2H++2e－==H2↑ 阳极：电解质阴离子放电 活泼金属 无氧酸盐 NaCl 电解质 和水 生成新电 解质—碱 增大 氯化氢 放 O2 生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极：4OH――4e―==O2↑ +2H2O 不活泼金属 属含氧酸盐 CuSO4 电解质 和水 生成新电 解质—酸 减小 氧化铜 考点四：电解池中有关量的计算或判断 解题依据是得失电子守恒，解题方法一般有如下几种： （1）根据电子守恒法计算： 用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 （2）根据总反应式计算： 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。 电解 电解 电解3 （3）根据关系式计算： 根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。 【典型例题】 类型一、 电解原理 例 1．Cu2O 是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取 Cu2O 的电解池示意 图，电解总反应为：2Cu+H2O Cu2O+H2↑。下列说法正确的是（ ） A．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有 0.1 mol 电子转移时，有 0.1 mol Cu2O 生成 【思路点拨】由总反应知 Cu 失电子为阳极，则石墨为阴极。 【答案】A 【解析】由总反应知失电子的为 Cu，得电子的是 H2O 中的氢元素。因此 Cu 极为电解池的阳极，接电源的 正极，石墨为阴极，接电源的负极。当有 0.1 mol 电子转移时，应有 0.05 mol Cu2O 生成。 【总结升华】解答有关电解问题的步骤： （1）首先要判定是否为电解池，有外接直流电源则为电解池，否则不是电解池。 （2）对于电解池，首先要考虑阳极材料，若为惰性电极，溶液中的阴离子被氧化；若为活性电极，则被氧 化的是电极本身。 （3）若溶液中的阴、阳离子有多种，则据离子放电顺序判定什么离子先放电，什么离子后放电，并写出电 极反应式。 （4）根据电极反应式解答相关问题。 举一反三： 【变式 1】某同学按下图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是（ ） A．电解过程中，铜电极上有 H2 产生 B．电解初期，总反应方程式为：Cu+H2SO4 CuSO4+H2↑ C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出 D．整个电解过程中，H+的浓度不断增大 【答案】BC 【解析】本题主要考查电解的基本原理，由题目所给图示可知，活泼金属铜作阳极，发生反应：Cu－2e－==Cu2+。 同 时 溶 液 中 的 H+ 在 阴 极 石 墨 上 发 生 反 应 ： 2H++2e － ==H2↑ ， 总 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ： Cu+H2SO4 CuSO4+H2↑，所以 A 项不正确，B 项正确，D 项不正确；随着电解过程不断进行，溶液中的 Cu2+浓度不断增大， 一定时间后即当 c (Cu2+)较大时，由于 Cu2+的氧化性大于 H+，故此时阴极发生反应：Cu2++2e－==Cu，所以 C 项 正确。 【变式 2】右图是电解 CuCl2 溶液的装置，其中 c、d 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 【答案】C 【解析】电流从电源的正极流出，故 a 为电源的正极，b 为负极；与电源正极相 连的 c 为阳极，与电源负极相连的 d 为阴极。A、B 均不正确。在电解过程中，因 Cu2+是阳离子，移向阴极 d，在阴极放电析出 Cu，所以 d 电极质量增加；Cl－是阴离 通电 电解 电解4 子，移向阳极 c，在阳极放电析出 Cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。故 C 对 D 错。 注意：电流方向与电子运动方向相反。 【变式 3】某学生为完成 2HCl+2Ag==2AgCl↓+H2↑，设计如图所示的四个实验，你认为可行的实验是（ ）。 【答案】D 【解析】该反应不能自发进行，必须电解，且阳极为 Ag。 类型二、 酸、碱、盐溶液的电解规律 例 2．（2016 山东德州月考）如图两个电解槽中，A、B、C、D 均为石墨电极。若电解过程中共有 0.02mol 电子 通过，下列叙述中正确的是（ ） A．甲烧杯中 A 极上最多可析出铜 0.64g 　　B．甲烧杯中 B 极上电极反应为 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 　　C．乙烧杯中 C 极上电极反应为 4H++4e-=2H2↑ 　　D．乙烧杯中滴入酚酞试液，D 极附近先变红 【思路点拨】与外接电源的负极相连做阳极、发生还原反应。 【答案】D 【解析】A 项 A 极（阳极）电极反应为 4OH--4e-=2H2O+O2↑，生成氧气，不能析出铜，故错误；B 项甲烧 杯中 B 极上的电极反应为 Cu2++2e-=Cu，故错误；C 项乙烧杯 C 极上电极反应为 2Cl--2e-=Cl2↑，故错误；D 项 D 极（阴极）电极反应为 2H++4e-=H2↑，H+放电破坏了水的电离平衡，导致 D 极附近溶液呈碱性（NaOH 生成），故正确。故选 D。 【总结升华】串联的两个电解池中各个电极通过的电量相等。 举一反三： 【变式 1】右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， 下列实验现象中正确的是（ ） 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 电极附近出现蓝色 D．a 电极附近呈蓝色，b 电极附近出现红色 【答案】D 【变式 2】如图电解池中装有硫酸铜溶液，选用不同材料的电极进行电解。下列叙述中正确的是 电极材料 阳极 阴极 通电后的变化 A 石墨 石墨 阴极质量增加，溶液的 pH 增大5 B 铜 铜 阳极质量减小，阴极质量增加 C 铁 铁 两极的质量不发生变化 D 铂 铁 阴极质量增加，溶液的 pH 不变 【答案】B 例 3．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质（中括号内），溶液能与原来溶液 完全一样的是（ ）。 A．CuCl2 [CuO] B．NaOH [NaOH] C．NaCl [HCl] D．Na2SO4 [NaOH] 【思路点拨】溶液恢复为与原来溶液完全一样的是指：反应后的溶质要恢复原来的溶质，并且其浓度也要恢 复为原来的浓度。 【答案】C 【解析】A 应补充适量的 CuCl2，B、 D 均应补充适量的水；C 中阳极：2Cl－－2e－==Cl2↑，阴极：2H++2e－ ==H2↑，损失的是 HCl，因此需要补充适量的 HCl。 类型三、 电解的有关计算 例 4．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得溶液中加入 0.1 mol Cu(OH)2 后恰好恢复 到电解前的浓度和 pH。则电解过程中转移的电子的物质的量为（ ）。 A．0.1 mol B．0.2 mol C．0.3 mol D．0.4 mol 【思路点拨】由电解 CuSO4 溶液的反应的化学方程式 2CuSO4+2H2O Cu+O2↑+2H2SO4 知，电解过程中 只析出 Cu 和放出 O2，故电解后加入 CuO 就可以复原。但本题提示加入 0.1 mol Cu(OH)2 可以复原，说明电解过 程中不仅有 CuSO4 被电解，还有 H2O 被电解。 【答案】D 【解析】0.1 mol Cu(OH)2 相当于 0.1 mol CuO 和 0.1 mol H2O，由电子守恒 0.1 mol CuO～0.1 mol Cu～0.2 mol e－，0.1 mol H2O～0.1 mol H2～0.2mol e－，即共计 0.4 mol e－。 【总结升华】依电子得失守恒，可得常见的计算关系式：2Cu~2H2~2Cl2 ~4Ag~O2~4H+~4OH- ~4e— 举一反三： 【高清课堂：399161 例 3】 【变式 1】电解 2L 4mol/L 的 NaCl 溶液，当电路中通过 0.02mol 电子时，若不考虑由于电解而引起的溶液体积的 变化，则溶液的 pH 为 A．2 B．7 C．11 D．12 【答案】D 【变式 2】用惰性电极电解 M(NO3)x 的水溶液，当阴极上增重 a g 时，在阳极上同时产生 b L（标准状况）氧气， 从而可知 M 的相对原子质量是（ ）。 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】由电极反应，阴极：Mn++xe－==M，阳极：4OH－－4e－==2H2O+O2↑，利用阴、阳两极转移的电子 的数目相同，即 ，由此式得 ，所以 。 【变式 3】在 100 mL H2SO4 和 CuSO4 的混合溶液中，用石墨作电极电解，两极均收集到 2.24 L 气体（标准状况 下），则原混合溶液中 Cu2+的物质的量浓度为（ ）。 A．1 mol·L－1 B．2 mo1·L－1 C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1 【答案】A 电解 72.4ax b 11.2ax b 5.6ax b 2.5ax b 1 g L 422.4L mol a bxM −⋅ = ×⋅ 15.6 g molaxM b −= ⋅ r 5.6(M) axA b =6 【解析】在阳极始终产生 O2：4OH――4e―==2H2O+O2↑，在阴极先生成 Cu，Cu2+耗完后生成 H2：4H++4e― ==2H2↑。由电子得失相等有：2n(H2)+2n(Cu2+)=4n(O2)，代入数据可求出 n(Cu2+)=0.1 mol，故 c(Cu2+)=1 mol·L－ 1。 【高清课堂：399161 例 4】 【变式 4】Na2SO4 和 CuSO4 的混合溶液 1L，硫酸根离子的浓度为 2mol/L，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 22.4L(标准状况)气体,则原溶液中 C(Na+)为 　　A．0.5mol/L　 　B．1mol/L　　 C．1.5mol/L　 　D．2mol/L 【答案】D 【高清课堂：399161 例 8】 【变式 5】下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放 100g 5.00%的 NaOH 溶液、足量的 CuSO4 溶液 和 100g 10.00%的 K2SO4 溶液，电极均为石墨电极。 　　　　　　　　　　　　　 　　（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中 K2SO4 质量分数为 10.47%，乙中 c 电极质量增加。据此回答问 题： 　　①电源的 N 端为__________极； 　　②电极 b 上发生的电极反应为________________________； 　　③列式计算电极 b 上生成的气体在标准状态下的体积：____________________； 　　④电极 c 的质量变化是________________g； 　　⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因： 　　甲溶液________________________________； 　　乙溶液________________________________； 　　丙溶液________________________________； 　　（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ 【答案】（1）①正极　　②4OH－-4e－=2H2O + O2↑。　　③2.8L　　④16g 　　 ⑤甲增大，因为相当于电解水；乙减小，OH－放电， H＋增多。丙不变，相当于电解水。 　　（2）可以　 因为 CuSO4 溶液已转变为 H2SO4 溶液，反应也就变为水的电解反应。 【解析】（1）①乙中盛有 CuSO4 溶液，电解时阴极析出 Cu，c 电极质量增加，故 c 为阴极，与电源负极相连接， 可知 M 为电源负极，N 为电源正极。丙中电解 K2SO4 溶液，相当于电解水，浓度由 10.00%变为 10.47%，可以 计算出被电解的水的质量。设被电解的水的质量为 x。由电解前后溶质质量相等，100×10%=（100-x）× 10.47%，得 x=4.5g，水的物质的量为 0.25mol。可知电路中转移了 0.5mol 电子。而整个电路是串联的，故每个烧 杯中的电极上转移电子数是相等的。 　　②甲中为 NaOH 溶液，相当于电解 H2O，阳极 b 处为 OH－放电，即 4OH－-4e－=2H2O + O2↑。 　　③转移 0.5mol 电子，则生成 O2 为 0.5/4=0.125mol，标况下的体积为 0.125×22.4=2.8L。 　　④Cu2＋+2e－=Cu，转移 0.5mol 电子，则生成的 m(Cu)=0.5/2 ×64 =16g。 　　⑤甲中相当于电解水，故 NaOH 的浓度增大，pH 变大。乙中阴极为 Cu2＋放电，阳极为 OH－放电，所以 H＋ 增多，故 pH 减小。丙中为电解水，对于 K2SO4 而言，其 pH 几乎不变。 　 　 （ 2 ） 铜 全 部 析 出 后 ， 溶 质 为 H2SO4 ， 可 以 继 续 电 解 H2SO4 。7 【巩固练习】 一、选择题（每题只有 1 个选项符合题意） 1．用惰性电极分别电解下列溶液，其 pH 变化趋势相同的是（ ） A、H2SO4、Na2SO4 B、H2SO4、NaOH C、AgNO3、BaCl2 D、HCl、NaCl 2．（2015 浙江丽水中学二模）下图是 CO2 电催化还原为 CH4 的工作原理示意图。下列说法不正确的是（ ） A．该过程是电能转化为化学能的过程 B．铜电极的电极反应式为：CO2+8H++8e－==CH4+2H2O C．一段时间后，①池中 n (KHCO3)不变 D．一段时间后，②池中溶液的 pH 一定减小 3．将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下，通电一段时间后，析出钾、 镁、铝的物质的量之比为 A、1∶2∶3 B、3∶2∶1 C、6∶3∶1 D、6∶3∶2 4．用石墨做电极电解 CuSO4 溶液。通电一段时间后，欲使用电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的 （　 ） 　　A．CuSO4　　　 B．H2O　　　C．CuO　　　 D．CuSO4·5H2O 5．将两个铂电极插入 500mL CuSO4 溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重 0.064g（设电解时该电极 无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化）。此时，溶液中 H+浓度约为（　 ） 　　A．4×10-3mol/L　　 B．2×10-3 mol/L　　 C．1×10-3 mol/L　　 D．1×10-7mol/L 6．电解 100 mL 含 c (H+)=0.30 mol / L 的下列溶液，当电路中通过 0.04 mol 电子时，理论上析出金属质量最大的 是（ ） A．0.10 mol / L Ag+ B．0.20 mol / L Zn2+ C．0.20 mol / L Cu2+ D．0.20 mol / L Pb2+ 7．将质量分数为 5 .2%NaOH 溶液 1L（密度 1.06g/cm3）用铂电极电解，当溶液的质量分数改变 1.0%时停止电解， 则此时溶液中应符合的关系是（ ） NaOH 的质量分数 阳极析出物质的质量/g 阴极析出物质的质量/g A 6.2% 19 152 B 6.2% 152 19 C 4.2% 1.2 9.4 D 4.2% 9.4 1.2 8 ． 实 验 室 用 铅 蓄 电 池 作 电 源 电 解 饱 和 食 盐 水 制 取 氯 气 , 已 知 铅 蓄 电 池 放 电 时 发 生 如 下 反 应 : 负 极 Pb+SO42-=PbSO4+2e- 正极 PbO2+4H++ SO42-+2e-=PbSO4+2H2O 今若制得Cl20.050摩,这时电池内消耗的H2 SO4的物质的量至少是（ ） A、0.025摩 B、0.050摩 C、0.10摩 D、0.20摩 9．用石墨作电极电解 CuCl2 溶液，当通电一段时间后，阳极收集到 2.24 L 气体(标准状况)。下列有关说法正确 的是（ ） 　　A．阴极生成的铜为 3.2g 8 　　B．上述电解过程中共转移 0.2 mol 电子 　　C．电解得到的 Cu 的物质的量为 0.5mol 　　D．电解后溶液呈碱性 10．如图所示，将铁棒和石墨棒插入 1 L 1mol·L―1 食盐水中。下列说法正确的是（ ） A．若电键 K 与 N 连接，铁被保护不会腐蚀 B．若电键 K 与 N 连接，正极反应式是 4OH――4e―==2H2O+O2↑ C．若电键 K 与 M 连接，将石墨棒换成铜棒，可实现铁棒上镀铜 D．若电键 K 与 M 连接，当两极共产生 28 L（标准状况）气体时，生成了 1 mol NaOH 11．在固态金属氧化物电解池中，高温共电解 H2O-CO2 混合气体制备 H2 和 CO 是一种新的能源利用方式，基本 原理如图所示。下列说法不正确的是 A．X 是电源的负极 B．阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ C．总反应可表示为：H2O＋CO2 H2＋CO＋O2 D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是 1︰1 12．500 mL KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液中 c (NO3―)=6 mol·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 22.4 L 气体（标准状况），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 c (K+)为 2 mol·L―1 B．上述电解过程中共转移 2 mol 电子 C．电解得到的 Cu 的物质的量为 0.5 mol D．电解后溶液中 c (H+)为 2 mol·L―1 13．(2015 高考·福建卷)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如右图所示，该装置能将 H2O 和 CO2 转化为 O2 和燃 料(C3H8O)。下列说法正确的是 A．该装置将化学能转化为光能和电能 B．该装置工作时，H＋从 b 极区向 a 极区迁移 C．每生成 1 mol O2，有 44 g CO2 被还原 D．a 电极的反应为：3CO2 + 16H＋-18e－= C3H8O+4H2O 14．如右图所示，X 为铁、Y 是石墨电极，a 是饱和食盐水，实验开始前，在 U 形管的两边同时各滴入几滴酚酞 试液，下列叙述错误的是（ ） A．合上 K1、断开 K2，该装置可以将化学能转变为电能 B．合上 K2、断开 K1，一段时间后，湿润的 KI 淀粉试纸靠 近 Y 电极管口，试纸变蓝 C．合上 K1、断开 K2，溶液中阴离子向 Y 电极定向移动 D．合上 K2、断开 K1，一段时间后，X 电极附近溶液呈红色 通电 X K1 K2 Y a G9 15．按下图装置进行实验，下列描述不正确的是（N 装置中两个电极均为石墨棒）( ) A. C1 上发生氧化反应 B. M 装置中 SO42－移向 Cu 电极 C. 工作一段时间后装置 M 中溶液 pH 变大， 装置 N 中溶液 pH 变小 D. Cu 电极与 C2 电极上的电极反应相同 16．（2016 北京高考）用石墨电极完成下列电解实验。 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；…… 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 二、填空题 1．采用惰性电极，从 NO3－、SO42－、Cl－、Cu2+、Ba2+、Ag+、H+中选出适当的离子组成电解质并电解。 （1）若两极分别放出 H2 和 O2，电解质可能为________。 （2）若阴极析出金属，阳极放出 O2，电解质可能为________。 （3）若两极均放出气体，且体积之比为 1∶1，电解质可能为________。 （4）若既无 O2 又无 H2 放出，电解质可能为________。 2．（2016 北京东城二模）某小组同学用如下装置电解食盐水，并对电解产物进行探究。 实验装置 电解质溶液 实验现象 a 极附近 b 极附 近5 mol/L NaCl 溶液 开始时，产生白色浑浊并逐渐增加，当沉 入 U 形管底部时部分沉淀变为橙黄色；随 产生无 色气泡10 后 a 极附近沉淀自下而上也变为橙黄色 资料显示： ① 氯化亚铜（CuCl）为白色粉末，微溶于水； ② 氢氧化亚铜（CuOH）为黄色不溶于水的固体，易脱水分解为红色的 Cu2O； ③ Cu+水溶液中不稳定，酸性条件下易歧化为 Cu2+和 Cu； ④ 氢氧化铜可以溶于浓 NaOH 得到蓝色溶液。 （1）经检验，b 极产生的气体是 H2，b 极附近溶液的 pH （填“增大”、“减小”、或“不变”）；铜丝 a 应与 电源的 （填“正”或“负”）极相连。 （2）同学们分析 a 极附近生成的白色浑浊是 CuCl，则该极的电极反应式是 。 （3）①橙黄色沉淀中含有 Cu2O，则 CuCl 转化为 Cu2O 的原因是 （用方程式表示）； ②结合离子在 溶液中的运动规律，解释“a 极附近沉淀自下而上”变为橙黄色原因是 。 （4）同学们通过实验进一步证实沉淀中含有 ：将橙黄色沉淀滤出洗涤后，滴加 0.2 mol/L H2SO4 至过量，应观 察到的现象是 。 （5）同学们根据上述实验提出猜想：电解时，Cu 做阳极先被氧化为 。为此，他们用 Cu 电极电解 5 mol/L NaOH 溶液，实验时观察到阳极产生大量无色气泡，附近溶液变蓝，未见预期的黄色沉淀。根据现象能否得出“该 猜想不成立”的结论，并说明理由： 。 3．在如图用石墨作电极的电解池中，放入 500 mL 含一种溶质的某蓝色溶液进行电解，观察到 A 电极表面有红色的固态物质生成，B 电极有无色气体生成；当溶液中的原有溶质完全电解后，停 止电解，取出 A 电极，洗涤、干燥、称量、电极增重 1.6 g。请回答下列问题： （1）A 接的是电源的________极，B 是该装置的________极。 （2）写出电解时反应的总离子方程式________。 （3）电解后溶液的 pH 为________；要使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入______ （填物质化学式），其质量为________g。（假设电解前后溶液的体积不变）11 【答案与解析】 一、选择题 1．D 2．C 【解析】分析工作原理图可知此装置为电解池，铜电极通入 CO2，还原为 CH4，所以铜电极为阴极，发生还原反 应 CO2+8H++8e－==CH4+2H2O，铂电极为阳极，OH－放电，被氧化，导致 pH 减小，同时盐桥中的 K+向①池中 移动，①池中溶有 CO2，故 n (KHCO3)增大，C 项错误。 3．D 4．C 【解析】用石墨做电极电解 CuSO4 溶液的电解方程式是 2CuSO4＋2H2O 2H2SO4＋2Cu＋O2↑，根据缺什么补 什么的原则，选项 C 正确。 做题的思路：明确溶液中存在那些离子；阴阳两极附近有那些离子；根据阳极氧化、阴极还原分析得出产物。 根据原溶液的酸、碱性和电极产物可对电解后溶液的 pH 变化作出正确的判断。若电极产物只有 H2 而无 O2，则 pH 变大；若电极产物只有 O2 而无 H2，则 pH 变小；若电极产物既有 O2 又有 H2，原溶液呈酸性，则 pH 变小， 原溶液呈碱性则 pH 变大，原溶液呈中性，则 pH 不变。 5．A　 【解析】根据方程式：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4 计算，或依据计算关系式：Cu~2H+~2e— 计算。 先求出 H+物质的量为：2×10-3 mol，再结合溶液体积 0.5mL 求出 H+浓度为：4×10-3mol/L。　 6．C 【解析】本小题旨在考查电解原理及相关计算。在水溶液中 Zn2+、Pb2+一般不能得电子，故可先排除 B、D 两项； 当电子转移量为 0.04 mol 时，A 项中 Ag+全部析出，m (Ag)=0.1 L×0.10 mol / L×108 g / mol=1.08 g；C 项中 Cu2+ 恰好全部析出，m (Cu)=0.1 L×0.20 mol / L×64 g / mol=1.28 g，故应选 C 项。 7．B 【解析】用铂电极电解NaOH溶液，实则电解水，溶液的质量分数应增加，故排除C、D选项，阳极产生的氧气 质量大于阴极产生的氢气的质量，故选B。 8．C 【解析】计算关系式为：Cl2~2e-~2H2SO4 9．B 【解析】CuCl2 Cu+Cl2↑，阳极收集到 2.24 L 气体(标准状况)，即收集 0.1 mol Cl2，转移 0.2 mol 电子，阴极 生成 Cu 0.1 mol，质量为 6.4g，电解后溶液仍为 CuCl2 溶液，只是浓度减小，溶液仍因水解呈酸性。 10．D 【解析】A 项，若电键 K 与 N 连接，则形成原电池，铁作负极，被腐蚀，不正确；B 项，若电键 K 与 N 连接， 正极反应式是 O2+2H2O+4e―==4OH―，不正确；C 项，若电键 K 与 M 连接，将石墨棒换成铜棒，则形成电解池， 若要在铁棒上镀铜，电解质溶液不能用食盐水，而应用硫酸铜溶液，故不正确；D 项，若电键 K 与 M 连接，为 电解食盐水，根据反应方程式： 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 2 2 44.8 1 x V 解得 x=1，V=22.4 L，即 1 mol 氯化钠全部被电解完，产生 1 mol 氢氧化钠，而现在产生气 体为 28 L，表明电解完氯化钠后继续电解水，但生成氢氧化钠的量不变，即生成了 1 mol NaOH。 11．D 电解12 【解析】A 项，从图示可看出，与 X 相连的电极发生 H2O→H2、CO2→CO 的转化，均得电子，应为电解池的阴 极，则 X 为电源的负极，A 正确。B 项，阴极 H2O→H2、CO2→CO 均得电子发生还原反应，电极反应式分别为： H2O+2e―==H2+O2―、CO2+2e―==CO+O2―，B 正确。C 项，从图示可知，H2O→H2、CO2→CO 转化的同时有氧 气生成，所以总反应可表示为：H2O+CO2 H2+CO+O2，C 正确。D 项，从总反应可知，阴、阳两极生成的 气体的物质的量之比 2∶1，D 不正确。故选 D。 12． A 13． B 【解析】A．该装置将电能和光能转化为化学能，错误。 B．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H+从阳极 b 极区向阴极 a 极区迁移，正 确。 C．该反应的总方程式是：6CO2+8H2O=2C3H8O+9O2。根据反应方程式可知，每生成 1molO2，有 2/3mol CO2 被还原， 其质量是 88/3 g，错误。 D．a 电极为阴极，发生还原反应，电极的反应式为：3CO2+18H++18e- = C3H8O+5H2O，错误。 故选 B。 14．C 【解析】合上 K1、断开 K2，相当于原电池；合上 K2、断开 K1，相当于电解池。 15．B 【解析】装置 M 属原电池，Zn 为负极，Cu 为正极；装置 N 属电解池，C1 为阳极，C2 为阴极。 16．B 【解析】A 项，d 处试纸变蓝，为阴极，生成 OH―，电极方程式为 2H2O+2e―==H2↑+2OH―，故 A 正确；B 项， b 处变红，局部褪色，说明是溶液中氢氧根和氯离子同时放电，故 B 错误；C 项，c 处为阳极，发生了反应：Fe― 2e―==Fe2+，故 C 正确；D 项，实验一中 ac 形成电解池，db 形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解 池（一个球两面为不同的两极），m 为电解池的阴极，另一球朝 m 的一面为阳极（n 的背面），故相当于电镀， 即 m 上有铜析出，故 D 正确。故选 B。 二、填空题 1．（1）Ba(NO3)2、HNO3、H2SO4 （2）CuSO4、Cu(NO3)2、AgNO3 （3）HCl （4）CuCl2 【解析】（1）电解实质是电解水； （2）阴极：Cu2++2e－==Cu，Ag++e－==Ag；阳极：4OH－－4e－==2H2O+O2↑； （3）2HCl H2↑+Cl2↑，产物体积之比为 1∶1； （4）CuCl2 Cu+Cl2↑。 2．（1）增大 正 （2）Cu-e-+Cl-=CuCl↓ （3）①CuCl+OH-=CuOH+Cl-、2CuOH=Cu2O+H2O ②通电时，在阴极产生的 OH-向阳极定向移动 （4）沉淀溶解，溶液变蓝，且有少量红色固体产生 （5）不能，阳极产生的大量 O2 可能将 CuOH 氧化 【解析】（1）用铜做电极，电解氯化钠溶液，b 极产生的气体是 H2，则 b 极氢离子得到电子发生还原反应，为阴 极，电极反应式为：2H2O+2e―=H2↑+2OH―，因为 b 极生成氢氧根离子所以附近溶液 pH 增大；a 极为阳极，与 电源正极相连； （2）依据（1）可知 a 极为阳极，铜做阳极为活性电极，a 极附近生成的白色浑浊是 CuCl，则其电极反应式 通电 通电 通电13 为：Cu―e―+Cl―=CuCl↓； （3）用铜电极电解饱和食盐水时，阳极发生氧化反应，电极反应为 Cu―e―+Cl―=CuCl，阴极发生还原反应， 电极方程式为 2H++2e―=H2↑，开始时生成 CuCl 白色生成，随着反应进行，溶液 pH 逐渐增大，因 Ksp（CuOH）＜ Ksp（CuCl），则可生成 CuOH 橙黄色沉淀，CuOH 不稳定分解生成 Cu2O 和水。 ①橙黄色沉淀中含有 Cu2O，则 CuCl 转化为 Cu2O 的原因是，随着电解的进行，氢氧根离子浓度增大则 CuCl 转化为 CuOH，方程式：CuCl+OH―=CuOH+Cl―，CuOH 不稳定分解生成 Cu2O 和水，方程式： 2CuOH=Cu2O+H2O； ②通电时，在阴极产生的 OH―向阳极定向移动，氢氧根离子浓度增大则 CuCl 转化为 CuOH，而 CuOH 不稳 定分解生成 Cu2O 和水，所以看到现象 a 极附近沉淀自下而上变为橙黄色； （4）氧化亚铜与稀硫酸反应生成铜单质、铜离子和水，化学方程式：Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O，铜为 红色固体，硫酸铜为蓝色溶液，所有现象为：沉淀溶解，溶液变蓝，且有少量红色固体产生； （5）用 Cu 电极电解 5 mol／L NaOH 溶液，实验时观察到阳极产生大量无色气泡为氧气，氧气具有强的氧 化性，能够氧化 CuOH，所以不能依据该现象得出“该猜想不成立”的结论。 3．（1）负 阳 （2）2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+ （3）1 CuO 2 【解析】能析出红色固体铜的极为阴极，接电源的负极，其电极反应式为：Cu2++2e―==Cu；B 极接电源的 正极，作阳极，产生的无色气体为 O2，电极反应式为：4OH――4e―==O2↑+2H2O；总反应的离子方程式为： 2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+；当生成 1.6 g Cu 时，电子转移 ，反应生成的 H+也 为 0.05 mol，c (H+)=0.1 mol·L－1，pH=1；在电解过程中，阳极析出 O2，阴极析出 Cu，两者结合就是 CuO，所 以要使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入 CuO。 通电 电解 1 1.6g 2 0.05mol64g mol− × =⋅ 1.6 80 2g64 × =