第二节 电解池
第1课时 电解原理
题组一 电解及其装置(电解池)
1．下列关于电解池工作原理的说法错误的是( )
A．电解池是一种将电能转化成化学能的装置
B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应
C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应
D．与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应
2.如图所示是电解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
3．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的硫酸铜和氯化钠的混合溶液，不可能发生的反应有( )
A．2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
B．Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
C．2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
D．2H2O2H2↑＋O2↑
4.铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理，按照如图所示装置连接，电解40 min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30 min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是( )
A．电解时，电子从电源负极→导线→铝极，铅极→导线→电源正极
B．在电解过程中，H＋向铝片移动，SO向铅片移动
C．电解过程阳极周围溶液的pH下降
D．电解的总反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
题组二 电解规律
5．下列装置分别通电一段时间后，溶液的质量增加的是( )
6．用惰性电极电解下列溶液一段时间后，再加入一定量的某种物质(方括号内物质)，不能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A．AgNO3溶液[AgOH(s)]
B．K2SO4溶液[H2O(l)]
C．KCl溶液[HCl(g)]
D．CuSO4溶液[CuCO3(s)]
7．用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列物质的溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是( )
A．硫酸 B．氢氧化钠
C．硫酸钠 D．氯化钠
8．甲、乙两同学，均用惰性电极电解相同浓度的硫酸铜溶液，各通电一段时间后，甲、乙分别向所得的溶液中加入0.1 mol CuO和0.1 mol Cu(OH)2，都恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则甲、乙在电解过程中转移的电子的物质的量之比为( )
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．1∶4
9．如图甲所示的电解池中，Pt电极位于含Cu(NO3)2和AgNO3均为0.05 mol·L－1的电解液中，图乙是该电解过程中转移电子数与阴极质量的变化关系图。下列说法错误的是( )
A．过程Ⅰ，在阴极上析出金属银
B．过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，溶液的pH均降低
C．过程Ⅱ，阳极上有氧气放出
D．过程Ⅱ析出固体的质量是过程Ⅰ析出固体的质量的2倍
10．利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是( )
A．a为直流电源的负极
B．阴极的电极反应式为2HSO＋2H＋＋e－===S2O＋2H2O
C．阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜转移到阳极室
11．(2023·济南质检)如图所示电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c、d均为铂电极，在电解过程中b电极上有气体逸出，d电极质量增大。符合上述实验结果的一项是( )
选项 X Y
A AgNO3 Na2CO3
B Cu(NO3)2 Pb(NO3)2
C FeSO4 Al2(SO4)3
D MgSO4 CuSO4
12．有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一段时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为( )
A．4∶1 B．1∶1
C．4∶3 D．3∶4
13.如图所示为在直流电源的作用下电解CuSO4溶液的装置，其中A、B为石墨电极，a、b为电源的两极，当接通电源，通电一段时间后，将B电极取出，洗干净并干燥后称量，其质量增加了3.2 g，则：
(1)a电极为电源的________极。
(2)写出电极反应式：A极：________________________________________________，B极：________________________________________________________________________。
(3)若使反应后的溶液恢复到原来状态，则应该加入________，质量为________ g。
14.由于Fe(OH)2极易被氧化，实验室很难直接用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。若用如图所示实验装置则可制得纯净的Fe(OH)2沉淀，两极材料分别为石墨和铁。
(1)a电极材料为__________，该电极的电极反应式为__________________________________。
(2)若白色沉淀在电极周围生成，则电解液d是__________(填字母，下同)；若白色沉淀在两极之间的溶液中生成，则电解液d是____________。
A．纯水 B．NaCl溶液
C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液
(3)液体c为苯，其作用是_________________________________________________。
(4)要想尽早在两极之间的溶液中看到白色沉淀，可以采取的措施是__________(填字母)。
A．改用稀硫酸作电解液
B．适当增大电源电压
C．适当降低电解液温度
15．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
阳离子 Na＋、K＋、Cu2＋
阴离子 SO、OH－
图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨。
接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题：
(1)M为电源的________(填“正”或“负”)极，电极b上发生的电极反应为_____________。
(2)写出乙烧杯中反应的化学方程式：________________________________________。
(3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？
_______________________________________________________________________________。
(4)若经过这一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是__________________。
第二节 电解池
第1课时 电解原理
1．D 2.C 3.C
4．D [电子流向和电流流向相反，电解时电子从电源负极→导线→铅极，铝极→导线→电源正极，A错误；在电解过程中，氢离子向阴极移动，硫酸根离子向阳极移动，B错误；电解时，阳极是活泼金属铝电极时，放电的是电极本身，pH基本不变，C错误；阳极是活泼金属铝电极，金属铝在该极失电子，阴极是氢离子得电子，所以电解的总反应式可表示为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，D正确。]
5．D [A池中总反应为2H2O2H2↑＋O2↑，B池中总反应为CuCl2Cu＋Cl2↑，A、B两池中溶液质量都减少；C池中，Cu作阳极，失去电子发生氧化反应生成Cu2＋，溶液中的Cu2＋在Fe电极(阴极)得到电子生成Cu，溶液的质量基本不变；D池中总反应为2Ag＋Cu(NO3)22AgNO3＋Cu，溶液的质量增加。]
6．A
7．C [用惰性电极电解硫酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液的实质是电解水，浓度增大，硫酸溶液的pH减小，氢氧化钠溶液的pH增大，硫酸钠溶液的pH不变；电解氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶液的pH增大。]
8．B [加入0.1 mol CuO后恢复到电解前的浓度，可知发生反应
2H2O＋2CuSO42Cu＋O2↑＋2H2SO4 转移电子
2 mol 4 mol
0.1 mol 0.2 mol
故转移电子的总物质的量为0.2 mol；
Cu(OH)2从组成上可看成CuO·H2O，加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度，即电解了0.1 mol硫酸铜，并电解了0.1 mol H2O，由电解的总反应式可知，
2H2O＋2CuSO42Cu＋O2↑＋2H2SO4 转移电子
2 mol 4 mol
0.1 mol 0.2 mol
2H2O2H2↑＋O2↑ 转移电子
2 mol 4 mol
0．1 mol 0.2 mol
所以电解过程中共转移电子的物质的量为0.2 mol＋0.2 mol＝0.4 mol，则甲、乙在电解过程中转移的电子的物质的量之比为0.2 mol∶0.4 mol＝1∶2，B正确。]
9．D [过程Ⅰ发生反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋，过程Ⅱ发生反应：2Cu2＋＋2H2O
2Cu＋O2↑＋4H＋，过程Ⅲ发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑。因为氧化性：Ag＋>Cu2＋，故在阴极上Ag＋先放电，析出金属银，A项正确；过程Ⅰ、Ⅱ发生的电解反应中均有H＋生成，溶液中c(H＋)增大，pH降低，过程Ⅲ发生的电解反应是电解水的反应，溶液中c(H＋)增大，pH降低，B项正确；过程Ⅱ中阳极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C项正确；过程Ⅱ析出的Cu和过程Ⅰ析出的Ag的物质的量相同，则析出Cu与Ag的质量比为64∶108，D项错误。]
10．C 11.D
12．C [串联电路中，相同时间内各电极得电子或失电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成一定物质的量该气体所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒判断气体体积之比。第一个烧杯中放出Cl2，第二个烧杯中放出Cl2和H2，第三个烧杯中放出O2。在有1 mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5 mol＋0.5 mol＝1 mol，无色气体(O2和H2)0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol。]
13．(1)正 (2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 2Cu2＋＋4e－===2Cu (3)CuO 4.0
14．(1)Fe(或铁) Fe－2e－===Fe2＋ (2)C B
(3)隔绝空气，防止白色沉淀被氧化 (4)B
15．(1)负 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(2)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
(3)能，因为硫酸铜溶液已转变为硫酸溶液，反应变为电解水的反应
(4)向丙烧杯中加入一定量水
解析 (1)乙中c电极质量增加，则c处发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，即c电极为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。而Cu2＋只能和SO结合，可以确定B为硫酸铜；由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定A为KOH或NaOH，C为Na2SO4或K2SO4。甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解H2O，阳极b处为OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(2)乙烧杯中是电解CuSO4溶液，反应的化学方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。(3)乙中铜全部析出后，电解质变为H2SO4，所以电解反应仍能继续进行。
