2019届一轮复习鲁科版电能转化为化学能——电解学案

2019届一轮复习鲁科版电能转化为化学能——电解学案

第2节 电能转化为化学能——电解 ‎1．理解电解池的构成、工作原理及应用。‎ ‎2．能书写电极反应和总反应方程式。‎ 考点一　电解原理及规律 ‎ [思维流程]‎ 电解原理 ‎1.电解池 ‎(1)电解池：把电能转化为化学能的装置。‎ ‎(2)构成条件 ‎①有与直流电源相连的两个电极；‎ ‎②电解质溶液(或熔融盐)；‎ ‎③形成闭合回路。‎ ‎(3)工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)‎ 总反应离子方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑‎ ‎①电极 阴极：与电源负极相连，得到电子，发生还原反应。‎ 阳极：与电源正极相连，失去电子，发生氧化反应。‎ ‎[注意]　电极类型：金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。‎ ‎②电子和离子的移动方向 电子：从电源负极流出后，流向电解池的阴极；从电解池的阳极流出，流向电源的正极。‎ 离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。‎ ‎[注意]　电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子不通过电解质溶液。‎ ‎2．电极反应式的书写步骤 ‎[注意]　(1)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，弱电解质要写成分子式。‎ 如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O－2e－===H2↑＋2OH－)‎ 总反应式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎(2)电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。‎ ‎(3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。‎ ‎[对点训练]‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应(√)‎ ‎(2)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极(×)‎ ‎(3)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝(×)‎ ‎(4)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变(×)‎ ‎(5)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋(×)‎ ‎(6)电解NaCl溶液得到22.4 L H2(标准状况)，理论上需要转移NA个电子(×)‎ ‎2．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分析完全正确的是(　　)‎ 选项 A B C D a电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d电极 正极 正极 负极 负极 Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 解析：选B　电子从电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子移向阴极。‎ ‎3.(2018·株洲二中月考)用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是(　　)‎ A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 解析：选D　若铁作阳极，则铁失电子生成Fe2＋，则CN－无法除去，故铁只能作阴极，阳极需为惰性电极，可用石墨作阳极，A项正确；阳极Cl－失去电子生成ClO－，发生氧化反应，又已知溶液呈碱性，故B项正确；在碱性条件下，水电离出的氢离子在阴极得电子生成氢气，发生还原反应，故C项正确；溶液pH为9～10，呈碱性，反应物中不可能含有大量的H＋，故D项错误。‎ 电解规律 以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 实例 电极反应特点 电解质溶液浓度 pH 电解质溶液复原 电解水型 NaOH 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 增大 增大 加水 H2SO4‎ 增大 减小 加水 Na2SO4‎ 增大 不变 加水 电解电解质型 HCl 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 减小 增大 通HCl CuCl2‎ 减小 加CuCl2‎ 放H2生碱型 NaCl KCl 阴极：H2O放H2生碱 阳极：电解质阴离子放电 生成新电解质 增大 通HCl 放O2生酸型 CuSO4 ‎ Cu(NO3)2‎ 阴极：电解质阳离子放电 阳极：H2O放O2生酸 生成新电解质 减小 加CuO ‎[对点训练]‎ ‎4．下列关于电解Na2SO4溶液的叙述正确的是(　　)‎ A．随着电解的进行，溶液的pH升高 B．OH－向阳极移动，阳极附近溶液呈碱性 C．SO向阳极移动，Na＋向阴极移动，分别在对应的电极上析出 D．阴极上H＋得电子被还原成H2，使阴极附近的溶液呈碱性 解析：选D　电解Na2SO4溶液，实质上发生的是2H2O2H2↑＋O2↑，电解的过程中溶液pH不变，A项错；阳极因4OH－－4e－===O2↑＋2H2O而破坏附近水的电离使c(H＋)>c(OH－)，溶液呈酸性，B项错；在阴、阳极上分别是H＋、OH－放电，C项错。‎ ‎5．(2018·桂林中学月考)下列各组中，每种电解质溶液用惰性电极电解时只生成氢气和氧气的一组是(　　)‎ A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2　　 B．NaOH、CuSO4、H2SO4‎ C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2‎ 解析：选C　用惰性电极电解时，常见离子的放电顺序：阳离子的放电顺序为Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋>K＋，阴离子的放电顺序为I－>Br－>Cl－>OH－>常见含氧酸根离子。电解HCl溶液生成H2和Cl2，电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2，电解Ba(OH)2溶液生成H2和O2，A不符合；电解NaOH和H2SO4溶液均生成H2和O2，电解CuSO4溶液则生成Cu和O2，B不符合；电解NaOH、H2SO4、Ba(OH)2溶液均相当于电解水，均生成H2和O2，C符合；电解NaBr溶液则生成Br2和H2，D不符合。‎ ‎[真题验收]‎ ‎1．(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，局部退色；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 解析：选B　根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部退色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。‎ ‎2．(2014·海南高考)以石墨为电极，电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　)‎ A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体 C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小 解析：选D　以石墨为电极，电解KI溶液的方程式是2KI＋2H2O通电,I2＋H2↑＋2KOH。由于其中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近碘单质遇淀粉，溶液变为蓝色；在阴极由于产生氢气，溶液显碱性，遇酚酞溶液变为红色。因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。‎ ‎3．(1)(2017·江苏高考)电解Na2CO3溶液的原理如下图所示。阳极的电极反应式为______________________，阴极产生的物质A的化学式为________。‎ ‎(2)‎ ‎(2015·山东高考)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。‎ 利用如图所示装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为____________溶液(填化学式)，阳极电极反应式为________________________，电解过程中Li＋向________电极迁移(填“A”或“B”)。‎ ‎(3)‎ ‎(2014·江苏高考)将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：‎ S2－－2e－===S　‎ ‎(n－1)S＋S2－===S ‎①写出电解时阴极的电极反应式：_________________________________。‎ ‎②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O放电生成H2。(2)根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B极区产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－与Li＋结合生成LiOH，所以B极区电解液应为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极应为阳极，阳极区电解液应为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。电解过程中，阳离子向阴极迁移，则Li＋向B电极迁移。(3)由题图知，阴极区的电解质溶液为NaOH溶液，且阴极生成H2，故阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。加入H2SO4后，S在酸性条件下发生歧化反应，生成硫单质和硫化氢气体，离子方程式为S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑。‎ 答案：(1)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ ‎(2)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B ‎(3)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ ‎②S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑‎ 考点二　电解原理的应用 ‎ [思维流程]‎ ‎1．电解饱和食盐水 ‎(1)电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。‎ ‎(2)总反应式 总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。‎ 总反应离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)‎ 阴极 碳钢网 阳离子交换膜 ‎①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过 ‎②将电解槽隔成阳极室和阴极室 ‎2．电镀铜 ‎[注意]　一增(阴极)，一减(阳极)，一不变(电镀液的浓度)，且阴极增加的质量与阳极减少的质量相等。‎ ‎3．电解精炼铜 ‎(1)电极材料：阳极为粗铜，阴极为纯铜。‎ ‎(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。‎ ‎(3)电极反应式 阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。‎ ‎(4)阳极泥的形成 在电解过程中，金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以当阳极的铜及比铜活泼的金属失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。‎ ‎(5)电解精炼必备条件 ‎①两极材料：含杂质的金属作阳极，纯金属作阴极。‎ ‎②电解质溶液的选取：含有相应金属离子的盐溶液。‎ ‎4．电冶金 利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。‎ 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑、2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑、Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ ‎6O2－－12e－===3O2↑、4Al3＋＋12e－===4Al ‎[典例]　(2017·全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)‎ A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 ‎[学审题析题]‎ 第一步：审题干信息 ‎①由题干中铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，可推→2O3，故铝发生失电子的氧化反应，Al作阳极。则另一极为阴极，其电极材料只要是导电材料(如石墨、不锈钢网等)即可得出A、B两项均正确；‎ ‎②由题干中电解质溶液为H2SO4H2C2O4混合溶液可知溶液呈酸性。‎ 第二步：逐项分析定答案 由题干信息已推断出A、B两项正确；在酸性条件下，阴极中的H＋得到电子生成H2，故阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误，符合题意；在电解过程中电解质溶液中的阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，故D项正确。‎ ‎[答案]　C ‎[对点训练]‎ ‎1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(　　)‎ A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 解析：选D　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。‎ ‎2．(2018·南昌一模)电化学在日常生活中用途广泛，图甲是镁－次氯酸钠燃料电池，电池总反应为Mg＋ClO－＋H2O===Cl－＋Mg(OH)2↓，图乙是含Cr2O的工业废水的处理装置。下列说法正确的是(　　)‎ A．图甲中发生的氧化反应是Mg2＋＋ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋Mg(OH)2↓‎ B．图乙中惰性电极上有O2放出 C．图乙中Cr2O向惰性电极移动，与该极附近溶液中的OH－结合转化成Cr(OH)3除去 D．若图甲中3.6 g镁产生的电量用于图乙中废水处理，理论上图乙中有8.4 g阳极材料参与反应 解析：选D　该原电池中，镁作负极，负极上镁失去电子发生氧化反应，负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，电池总反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－，正极上ClO－得电子发生还原反应，则总反应减去负极反应可得正极反应(还原反应)为Mg2＋＋ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋Mg(OH)2↓，故A错误；图乙中惰性电极为阴极，Fe电极为阳极，惰性电极附近溶液中的H＋得电子发生还原反应生成H2，故B错误；图乙中惰性电极为阴极，Fe电极为阳极，则Cr2O向金属铁电极移动，与Fe2＋发生氧化还原反应生成Cr3＋，Cr3＋与惰性电极附近的OH－结合生成Cr(OH)3除去，故C错误；由电子守恒可知Mg～2e－～Fe，n(Mg)＝＝0.15 mol，则阳极氧化Fe的质量为0.15 mol×56 g·mol－1＝8.4 g，故D正确。‎ ‎3．氢氧化锂是制取锂和锂的化合物的原料，用电解法制备氢氧化锂的工作原理如图所示。‎ 下列叙述不正确的是(　　)‎ A．b极附近溶液的pH增大 B．a极发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ C．该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品 D．当电路中通过1 mol电子时，可得到2 mol LiOH 解析：选D　由图可知，Li＋向b极移动，则b极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，由于b极生成OH－，故b极附近溶液的pH增大，A正确；a极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B正确；SO向a极移动，与a极产生的H＋形成H2SO4，在b极上产生H2和LiOH，C正确；根据阴极反应式可知，电路中通过1 mol 电子时，生成1 mol OH－，可得到1 mol LiOH，D错误。‎ ‎[真题验收]‎ ‎1．(2016·天津高考节选)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。‎ ‎(1)电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。‎ ‎(2)电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是__________________________。‎ ‎(3)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：__________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)根据电解总反应：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，结合阳极发生氧化反应知，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，结合阴极发生还原反应知，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则阳极室消耗OH－且无补充，故c(OH－)降低。(2)结合题给信息“Na2FeO4易被氢气还原”知，阴极产生的氢气不能接触到Na2FeO4‎ ‎，故需及时排出。(3)图示中随着c(NaOH)增大，c(Na2FeO4)先增大后减小，结合已知信息“Na2FeO4只在强碱性条件下稳定”知，M点 c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)低，反应速率小且Na2FeO4稳定性差。结合已知信息“若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质”知，N点c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)过高，铁电极上产生Fe(OH)3或Fe2O3，使Na2FeO4产率降低。‎ 答案：(1)阳极室　(2)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低　(3)M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；‎ N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低 ‎2.(2015·上海高考节选)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图所示是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。‎ ‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)离子交换膜的作用为______________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)精制饱和食盐水从图中________位置补充，NaOH溶液从图中________位置流出。(填“a”、“b”、“c”或“d”)‎ 解析：(1)电解饱和食盐水时，溶液中的H＋在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的Cl－在阳极失去电子，发生氧化反应产生Cl2，电解反应的离子方程式是2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。(2)图中的离子交换膜，只允许阳离子通过，不能使阴离子和气体通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH－进入阳极室，与Cl2发生反应，阻止Cl－进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(3)随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充，精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H＋不断放电，附近的溶液显碱性，NaOH溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。‎ 答案：(1) 2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－‎ ‎(2)阻止OH－进入阳极室，与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O　阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸　(3)a　d ‎3．(2014·全国卷Ⅰ节选)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性，回答下列问题：‎ H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”‎ 工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：‎ ‎(1)写出阳极的电极反应式：_________________________________________________。‎ ‎(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：__________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有__________杂质。该杂质产生的原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)阳极为水电离出的OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(2)阳极室中的H＋穿过阳膜进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2。(3)在阳极区H2PO或H3PO2可能失电子发生氧化反应，即生成物中会混有PO。‎ 答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ ‎(2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2‎ ‎(3)PO　H2PO或H3PO2被氧化 考点三　电化学定量计算 电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。‎ ‎1．解题关键 ‎(1)电极名称要区分清楚；‎ ‎(2)电极产物要判断准确；‎ ‎(3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。‎ ‎2．三种计算方法 ‎(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)‎ 该关系式具有总览电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。‎ ‎[注意]　在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量。‎ ‎[题点全练]‎ ‎1.以Pt为电极，电解含有0.10 mol M＋和0.10 mol N3＋(M＋、N3＋均为金属阳离子)的溶液，阴极析出金属单质或气体的总物质的量(y)与导线中通过电子的物质的量(x)的关系如图。对离子氧化能力的强弱判断正确的是(选项中H＋为氢离子)(　　)‎ A．M＋>H＋>N3＋　　　　 B．M＋>N3＋>H＋‎ C．N3＋>H＋>M＋ D．条件不足，无法确定 解析：选A　当通过电子为0.1 mol时，析出固体或气体的物质的量为0.1 mol，证明此时析出的固体，而不是氢气(若是氢气，那么氢气的物质的量应该为0.05 mol)，第二阶段，失去电子0.2 mol，对应物质0.1 mol，可知该物质是氢气，后面失电子数和物质的量比例保持不变，说明X3＋不放电，M＋离子先于H＋放电，故氧化能力为M＋>H＋>N3＋。‎ ‎2．电解100 mL含c(H＋)＝0.30 mol·L－1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－1 Ag＋ B．0.20 mol·L－1 Zn2＋‎ C．0.20 mol·L－1 Cu2＋ D．0.20 mol·L－1 Pb2＋‎ 解析：选C　在电解液中除金属离子外都含有H＋(酸电离)，电解时阴极是先析出金属还是先放出H2，这与金属的活动性顺序有关。题中Cu和Ag的活动性顺序在H的后面，它们的离子与H＋共存时，首先被还原的是Cu2＋和Ag＋；而Pb和Zn的活动性顺序在H的前面，它们的离子与H＋共存时，首先被还原的是H＋。所以电解含有Zn2＋、Pb2＋‎ 的溶液时，H＋先得电子生成H2，n(e－)＝n(H＋)＝0.30 mol·L－1×0.1 L＝0.03 mol，故Zn、Pb得到的电子为0.04 mol－0.03 mol＝0.01 mol，生成的金属Zn、Pb的物质的量均为0.005 mol，其质量分别为0.325 g、1.035 g；电解含有Ag＋的溶液，可得Ag的质量为0.1 mol·L－1×0.1 L×108 g·mol－1＝1.08 g；电解含有Cu2＋的溶液，可得铜的质量为0.2 mol·L－1×0.1 L×64 g·mol－1＝1.28 g，C项符合题意。‎ ‎3．将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一段时间后，某一电极增重0.064 g(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)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　)‎ A．4×10－3 mol·L－1 B．2×10－3 mol·L－1‎ C．1×10－3 mol·L－1 D．1×10－7 mol·L－1‎ 解析：选A　阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，增重0.064 g应是生成Cu的质量，设生成H＋的物质的量为x，根据总反应离子方程式： ‎ ‎2Cu2＋＋2H2O 2Cu＋O2↑＋4H＋‎ ‎　　　　　　 2×64 g　　　4 mol ‎　　　　　　 0.064 g　　　x x＝0.002 mol c(H＋)＝＝4×10－3 mol·L－1。‎ ‎4．(2017·成都七中阶段检测)在500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中，c(NO)＝6 mol·L－1，用石墨电极电解此溶液，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．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol B．向电解后的溶液中加入98 g的Cu(OH)2可恢复为原溶液 C．原混合溶液中c(K＋)＝4 mol·L－1‎ D．电解后溶液中c(H＋)＝2 mol·L－1‎ 解析：选B　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)，n(O2)＝＝1 mol，阳极发生2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成1 mol氧气转移4 mol电子，阴极发生Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，生成1 mol氢气，转移2 mol 电子，因此还要转移2 mol电子生成1 mol铜。电解得到的Cu的物质的量为1 mol，故A错误；根据电解原理和原子守恒，溶液中减少的原子有铜、氧、氢，向电解后的溶液中加入Cu(OH)2，可恢复为原溶液，需要1 mol Cu(OH)2，质量为98 g，故B正确；c(Cu2＋)＝＝2 mol·L－1，由电荷守恒可知，原混合溶液中c(K＋)为6 mol·L－1－2 mol·L－1×2＝2‎ ‎ mol·L－1，故C错误；电解后溶液中c(H＋)为＝4 mol·L－1，故D错误。‎ ‎[综合演练提能]　 ‎ ‎[课堂巩固练]‎ ‎1.如图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断中正确的是(　　)‎ A．a为正极、b为负极 B．c为阴极、d为阳极 C．电解过程中，d电极质量增加 D．电解过程中，Cl－浓度不变 解析：选A　由电子流向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极，c极：2Cl－－2e－===Cl2↑；d极：2H＋＋2e－===H2↑，因此，B、C、D项均错。‎ ‎2．图1是电解饱和氯化钠溶液示意图。图2中，x轴表示实验时流入阴极的电子的物质的量，y轴表示(　　)‎ A．n(Na＋)　　　　　　　 B．n(Cl－)‎ C．c(OH－) D．c(H＋)‎ 解析：选C　电解饱和食盐水装置中，阳极Cl－放电生成氯气：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极H＋放电：2H＋＋2e－===H2↑，总反应：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。A项，阴极H＋放电，n(Na＋)不变；B项，阳极Cl－放电生成氯气，所以n(Cl－)减小；C项，阴极H＋放电，所以溶液中c(OH－)增大；D项，阴极H＋放电，所以c(H＋)减小。‎ ‎3．(2018·辛集中学测试)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是(　　)‎ A．电解时以精铜作阳极 B．电解时阴极发生氧化反应 C．粗铜连接电源负极，其主要的电极反应是Cu－2e－===Cu2＋‎ D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 解析：选D　电解精炼铜时，粗铜作阳极，A项错误；电解时阴极发生还原反应，B项错误；粗铜连接电源正极，其主要的电极反应是Cu－2e－===Cu2＋，C项错误；由于Ag、Pt不如Cu活泼，电解时不能失电子，最终以阳极泥的形式沉积下来，D项正确。‎ ‎4．(2018·深圳中学考试)电解法处理酸性含铬(主要含有Cr2O ‎)废水时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式被除去，下列说法不正确的是(　　)‎ A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋‎ B．过程中有Fe(OH)3沉淀生成 C．电解过程中溶液pH不会变化 D．电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O被还原 解析：选C　Fe板作阳极，为活性电极，Fe失电子，发生氧化反应生成Fe2＋，阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋，A项正确；阴极发生还原反应，溶液中的H＋得到电子生成氢气，H＋浓度减小，铁离子水解生成Fe(OH)3沉淀，B项正确；由反应Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O可知，处理过程中消耗H＋，溶液的酸性减弱，溶液pH增大，C项错误；Fe－2e－===Fe2＋，则电路中每转移12 mol 电子需要消耗6 mol Fe，再根据处理过程的反应方程式，得6Fe～12e－～6Fe2＋～Cr2O，故被还原的Cr2O的物质的量为1 mol，D项正确。‎ ‎5．(2017·海南高考)一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。下列叙述错误的是(　　)‎ A．Pd电极b为阴极 B．阴极的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3‎ C．H＋由阳极向阴极迁移 D．陶瓷可以隔离N2和H2‎ 解析：选A　此装置为电解池，总反应式是N2＋3H2===2NH3，Pd电极b上是氢气发生氧化反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B说法正确；根据电解池的原理，阳离子在阴极上放电，即H＋由阳极移向阴极，故C说法正确；根据装置图，陶瓷可以隔离N2和H2，故D说法正确。‎ ‎6．如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5% NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10% K2SO4溶液，电极均为石墨电极。‎ ‎(1)接通电源，一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。则 ‎①电源的N端为________极；‎ ‎②电极b上发生的电极反应为_______________________________________________；‎ ‎③计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为______L；‎ ‎④电解前后丙中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行：________(填“能”或“不能”)，原因是_______________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)①接通电源一段时间后，乙中c电极质量增加，说明c电极表面析出Cu，则该电极为阴极，从而推知M端为电源的负极，N端为电源的正极。‎ ‎②电极b为阳极，用惰性电极电解NaOH溶液相当于电解水，阳极上OH－放电生成O2，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。‎ ‎③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解过程中消耗水的质量为x g，据电解前后溶质的质量不变可得：100 g×10%＝(100－x)g×10.47%，解得x＝4.5，则电解过程中消耗水的物质的量为＝0.25 mol，转移电子的物质的量为0.5 mol，故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为V(O2)＝0.5 mol××22.4 L·mol－1＝2.8 L。‎ ‎④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，电解过程中c(K2SO4)增大，但溶液的pH不变。‎ ‎(2)当电解过程中铜全部析出时，CuSO4溶液变为H2SO4溶液，继续电解则为电解H2SO4溶液，相当于电解水。‎ 答案：(1)①正　②4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　③2.8　④不变 ‎(2)能　CuSO4溶液变为H2SO4溶液，可继续电解H2SO4溶液，相当于电解水 ‎[课下提能练]‎ 对应配套卷P309 ‎ ‎1．(2018·绵阳模拟)下列表述不正确的是(　　)‎ A B C D 盐桥中的Cl－移向ZnSO4溶液 粗铜的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu 正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH a极附近产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 ‎－‎ 解析：选C　根据原电池的工作原理，锌为负极，铜为正极，阴离子向负极移动，A正确；根据电解原理，a为阳极，其电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，b为阴极，Cu2＋＋2e－===Cu，因此a极产生的气体能使淀粉碘化钾试纸变蓝，B正确；粗铜作阳极，Cu－2e－===Cu2＋，C错误；发生吸氧腐蚀，正极得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。‎ ‎2．用饱和氯化钠溶液润湿的滤纸分别做甲、乙两个实验，下列判断错误的是(　　)‎ A．甲是原电池，乙是电解池 B．甲中铁棒比乙中铁棒更易腐蚀 C．d电极上的电极反应是Fe－2e－===Fe2＋‎ D．b电极上的电极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 解析：选C　据原电池和电解池的构成条件可知，甲是原电池，乙是电解池，A正确；甲中铁为原电池的负极，发生反应Fe－2e－===Fe2＋，乙中Fe为电解池阴极，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，Fe被保护，B正确；乙中d为阴极，阴极上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C错误；甲中铁发生吸氧腐蚀，b为正极，正极上电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，D正确。‎ ‎3．(2018·郑州一中月考)用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是(　　)‎ A．电解的最后阶段为电解水 B．阳极先逸出氯气后逸出氧气 C．阴极逸出氢气 D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7‎ 解析：选D　根据离子放电顺序可知，电解此混合溶液时，在阳极，离子放电的先后顺序为Cl－、OH－、SO，在阴极，离子放电的先后顺序为H＋、Na＋，所以整个电解过程分三个阶段：电解HCl溶液、电解NaCl溶液、电解H2O，最后溶液呈碱性，D项错误。‎ ‎4.(2018·汕头月考)在固态金属氧化物电解池中，高温电解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．阴极的反应式：‎ H2O＋2e－===H2＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－‎ B．X是电源的负极 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 解析：选D　电解池阴极发生还原反应，电解H2O、CO2混合气体制备H2和CO，阴极发生的反应有水蒸气中的H得电子生成氢气：H2O＋2e－===H2＋O2－，二氧化碳中的C得电子生成CO：CO2＋2e－===CO＋O2－，A项正确；根据图示知，与X相连的电极发生还原反应产生CO和H2，故X为电源的负极，B项正确；根据图示可知，阴极产生H2、CO，阳极产生O2，总反应可表示为H2O＋CO2===H2＋CO＋O2，C项正确；根据总反应可知，阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是2∶1，D项错误。‎ ‎5．(2018·昆明质检)某实验小组设计如图实验装置探究电化学原理，装置Ⅰ中Zn电极产生ZnO，下列说法正确的是(　　)‎ A．Cu电极质量增加 B．装置Ⅱ将化学能转变为电能 C．装置Ⅰ中OH－向多孔电极移动 D．多孔电极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 解析：选D　据实验装置可知Ⅰ装置为原电池，Ⅱ装置为电解池。A项，Cu电极为电解池的阳极：Cu－2e－===Cu2＋，即Cu电极质量减少；B项，装置Ⅱ为电解池，将电能转化为化学能；C项，原电池中，电解质溶液中的阴离子向负极移动，故装置Ⅰ中OH－向Zn电极移动。‎ ‎6．(2018·青岛模拟)假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是(　　)‎ A．当K闭合时，装置A发生吸氧腐蚀，在电路中作电源 B．当K断开时，装置B锌片溶解，有氢气产生 C．当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为①→⑧，⑦→⑥，⑤→④，③→②‎ D．当K闭合后，装置A、B中溶液的pH均变大 解析：‎ 选A　当K闭合时，装置B能自发进行氧化还原反应，所以装置B为原电池，则装置A、C、D都是电解池，装置B中Zn失去电子作负极、Cu作正极，所以装置A中C(石墨)、装置C中Cu、装置D中粗Cu都作阳极。装置A中Fe、装置C中Ag、装置D中纯Cu都作阴极；当K断开时，装置B不能形成闭合回路，所以不能构成原电池，则锌和稀硫酸发生化学腐蚀。当K闭合时，装置B能自发进行氧化还原反应，为原电池，在电路中作电源，装置A为电解池，A项符合题意；当K断开时，装置B不能构成原电池，锌片和稀硫酸发生化学腐蚀而溶解，有氢气产生，B项不符合题意；当K闭合后，装置B为原电池，装置A、C、D为电解池，电子从负极流向阴极，再从阳极流向阴极，所以整个电路中电子的流动方向为①→⑧，⑦→⑥，⑤→④，③→②，电子不进入电解质溶液，C项不符合题意；当K闭合后，装置A中阴极上H＋放电，阳极上Cl－放电，导致溶液中OH－浓度增大，溶液的pH增大；装置B中正极上H＋放电导致溶液中H＋浓度减小，溶液的pH增大，D项不符合题意。‎ ‎7．(2018·武汉调研)厨房垃圾发酵液通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。下列说法正确的是(　　)‎ A．通电后，阳极附近pH增大 B．电子从负极经电解质溶液回到正极 C．通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极区进入浓缩室 D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol O2生成 解析：选C　由题图可知，阳极上电解水产生H＋和O2，所以通电后，阳极附近pH减小，A项错误；电子不进入电解质溶液，电解质溶液导电是通过带电离子的定向移动，B项错误；电解池中，阴离子向阳极方向移动，故通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极区进入浓缩室，C项正确；根据阳极的电极反应式2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过2 mol 电子的电量时，会有0.5 mol O2生成，D项错误。‎ ‎8.在城市中，地下常埋有纵横交错的管道和输电线路，有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨，当有电流泄漏入潮湿的土壤中，并与金属管道或铁轨形成回路时，就会引起金属管道、铁轨的腐蚀，原理简化如图所示，则下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．原理图可理解为两个串联的电解装置 B．溶液中铁丝被腐蚀时，左侧有无色气体产生，附近产生少量白色沉淀，随后变为灰绿色 C．地下管道被腐蚀，不易发现，也不便维修，故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)‎ D．溶液中铁丝左侧的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ 解析：选D　由图可知，左侧Fe电极与电源的正极相连为阳极，铁丝左侧为阴极，形成电解池；铁丝右侧为阳极，右侧Fe电极与电源负极相连为阴极，形成电解池，故该装置可看作两个串联的电解装置，A正确。铁丝左侧为阴极，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，左侧Fe电极生成的Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2白色沉淀，随后被氧化变成灰绿色，B正确，D错误。埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)，可减缓金属管道的腐蚀，C正确。‎ ‎9.按如图所示装置进行下列不同的操作，其中不正确的是(　　)‎ A．铁腐蚀的速率由快到慢的顺序：只闭合K3>只闭合K1>都断开>只闭合K2‎ B．只闭合K3，正极的电极反应式：‎ ‎2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ C．先只闭合K1，一段时间后，漏斗内液面上升，然后只闭合K2，漏斗内液面上升 D．只闭合K2，U形管左、右两端液面均下降 解析：选A　金属腐蚀速率：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极，闭合K3，是原电池，铁作负极；闭合K2，是电解池，铁作阴极；闭合K1，铁作阳极，因此腐蚀速率由快到慢的顺序：只闭合K1>只闭合K3>都断开>只闭合K2，故A说法错误。只闭合K3，构成原电池，铁棒发生吸氧腐蚀，正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B说法正确。先只闭合K1，铁作阳极，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，U形管中气体压强增大，因此漏斗中液面上升；然后只闭合K2，铁作阴极，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，U形管中气体压强增大，漏斗中液面上升，故C说法正确。根据选项C的分析，只闭合K2，两极均有气体放出，气体压强增大，左、右两端液面均下降，故D说法正确。‎ ‎10．(1)研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，“水”电池在放电时：‎ ‎①该电池负极的电极反应为____________________________________________。‎ ‎②Na＋不断向“水”电池的________极移动。‎ ‎③每有1 mol电子转移，生成________ mol Na2Mn5O10。‎ ‎(2)如图所示，将该“水”电池与某装置相连。‎ ‎①若X、Y为石墨，a为2 L一定物质的量浓度的KCl溶液，电解一段时间发现Y极附近产生了黄绿色气体，写出电解总反应的化学方程式：____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②若X、Y分别为铁、铜，a为CuCl2和Na2SO4的混合溶液，电池与X、Y的连接方式与①相同，Y极的电极反应为 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)①根据电池总反应可判断出Ag为该电池的负极，电极反应为Ag＋Cl－－e－===AgCl。②在原电池中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，故Na＋移向正极。③根据电池总反应和得失电子守恒知，生成1 mol Na2Mn5O10的同时生成2 mol AgCl，转移2 mol电子，故每有1 mol电子转移，生成0.5 mol Na2Mn5O10。(2)①用石墨作电极电解KCl溶液，阴极发生还原反应生成H2，阳极发生氧化反应生成Cl2，由于Y极附近出现黄绿色气体，故Y为阳极，电解总反应为2KCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2KOH。②根据①可知此时铁作阴极，铜作阳极，故阳极金属铜放电，阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋。‎ 答案：(1)①Ag＋Cl－－e－===AgCl　②正　③0.5‎ ‎(2)①2KCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2KOH ‎②Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎11.金属铝在现代生产和日常生活中应用广泛。‎ ‎(1)工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。纯净氧化铝的熔点很高(约2 045 ℃)，在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)得到熔融体，反应方程式为2Al2O34Al＋3O2↑。‎ ‎①在电解过程中阴极反应式为____________________________________________；‎ 阳极反应式为________________________________________________________。‎ ‎②由于电解产生的氧气全部与石墨电极反应生成CO和CO2气体，因此在电解过程中石墨电极需要不断补充。若生产中每生成a g Al，损失石墨b g，则理论上产生CO和CO2的物质的量分别是____________________。‎ ‎(2)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。如图所示，以铝片为阳极，在H2SO4溶液中电解，可使铝片表面形成氧化膜，则阳极电极反应式为___________________________‎ ‎______________________。在电解过程中，阴极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(3)“863”计划和中科院“百人计划”支持的环境友好型铝－碘电池已研制成功，电解质为AlI3溶液，已知电池总反应式为2Al＋3I2===2AlI3‎ ‎。该电池负极的电极反应式为________________________________________________________________________，‎ 当负极质量减少27 g时，在导线中有________个电子通过。‎ 解析：(1)①分析电解熔融Al2O3的反应方程式可知，Al3＋在阴极发生还原反应生成Al，电极反应式为Al3＋＋3e－===Al；O2－在阳极发生氧化反应生成O2，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑。‎ ‎②根据电解总反应式可知，生成a g Al时，生成O2的物质的量为 mol；据O原子守恒可得：n(CO)＋2n(CO2)＝2× mol；据C原子守恒可得：[n(CO)＋n(CO2)]×12 g·mol－1＝b g；联立两式可得n(CO)＝ mol，n(CO2)＝ mol。‎ ‎(2)用铝片为阳极，电解H2SO4溶液使铝片表面形成氧化膜，即生成Al2O3，则阳极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋。电解过程中，阴极上H＋放电生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，反应中消耗H＋，溶液中c(H＋)减小，溶液的pH增大。‎ ‎(3)分析铝－碘电池总反应可知，Al失去电子被氧化成Al3＋，则Al作负极，电极反应式为Al－3e－===Al3＋。负极质量减少27 g时，负极上消耗1 mol Al，结合负极反应式可知导线中转移电子的物质的量为3 mol，即1.806×1024(或3NA)个电子。‎ 答案：(1)①Al3＋＋3e－===Al　2O2－－4e－===O2↑‎ ‎② mol、 mol ‎(2)2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋　增大 ‎(3)Al－3e－===Al3＋　1.806×1024(或3NA)‎ ‎12．能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料。‎ ‎(1)熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用熔融的碳酸盐作为电解质，向负极充入燃料气CH4，用空气与CO2的混合气作为正极的助燃气，以石墨为电极材料，制得燃料电池。工作过程中，CO移向________极(填“正”或“负”)，已知CH4发生反应的电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，则另一极的电极反应式为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)利用上述燃料电池，按图1所示装置进行电解，A、B、C、D均为铂电极，回答下列问题。‎ Ⅰ.甲槽电解的是200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4‎ 的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积，电解前后溶液的体积变化忽略不计)。‎ ‎①原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为______ mol·L－1，CuSO4的物质的量浓度为________ mol·L－1。‎ ‎②t2时所得溶液的pH＝________。‎ Ⅱ.乙槽为200 mL CuSO4溶液，乙槽内电解的总离子方程式：______________。‎ ‎①当C极析出0.64 g物质时，乙槽溶液中生成的H2SO4为________mol。电解后，若使乙槽内的溶液完全复原，可向乙槽中加入________(填字母)。‎ A．Cu(OH)2 B．CuO C．CuCO3 D．Cu2(OH)2CO3‎ ‎②若通电一段时间后，向所得的乙槽溶液中加入0.2 mol的Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度，则电解过程中转移的电子数为________。‎ 解析：(1)燃料电池工作过程中，熔融盐中的阴离子向负极移动，即CO移向负极。CH4在负极发生氧化反应生成CO2和H2O，该燃料电池的总反应式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，结合得失电子守恒、负极反应式和电池总反应式推知，正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。‎ ‎(2)Ⅰ.①A、B、C、D均为惰性电极Pt，甲槽电解NaCl和CuSO4的混合液，阳极上离子放电顺序为Cl－>OH－>SO，阴极上离子放电顺序为Cu2＋>H＋>Na＋，开始阶段阴极上析出Cu，阳极上产生Cl2，则图中曲线a代表阴极产生气体体积的变化，曲线b代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生的反应依次为2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，由曲线b可知，Cl－放电完全时生成224 mL Cl2，根据Cl原子守恒可知，溶液中c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1；阴极上发生的反应依次为Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，由曲线b可知Cu2＋放电完全时，阳极上产生224 mL Cl2和112 mL O2，则电路中转移电子的物质的量为0.01 mol×2＋0.005 mol×4＝0.04 mol，据得失电子守恒可知n(Cu2＋)＝0.04 mol×＝0.02 mol，故混合液中c(CuSO4)＝＝0.1 mol·L－1。②0～t1时间内相当于电解CuCl2，电解反应式为CuCl2Cu＋Cl2↑，t1～t2时间内相当于电解CuSO4，而电解CuSO4溶液的离子反应为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，则生成H＋的物质的量为0.005 mol×4＝0.02 mol，则有c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。Ⅱ.电解CuSO4 溶液时，Cu2＋在阴极放电，水电离的OH－在阳极放电，电解的总离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。①C极为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，析出0.64 g Cu(即0.01 mol)时，生成H2SO4的物质的量也为0.01 mol。电解CuSO4‎ 溶液时，阴极析出Cu，阳极上产生O2，故可向电解质溶液中加入CuO、CuCO3等使电解质溶液完全复原。②加入0.2 mol Cu(OH)2相当于加入0.2 mol CuO和0.2 mol H2O，则电解过程中转移电子的物质的量为0.2 mol×2＋0.2 mol×2＝0.8 mol，即0.8NA个电子。‎ 答案：(1)负　O2＋2CO2＋4e－===2CO ‎(2)Ⅰ.①0.1　0.1　②1　Ⅱ.2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋　①0.01　BC　②0.8NA ‎13．(2018·长春质检)纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu2O的两种方法：‎ 方法a 用炭粉在高温条件下还原CuO 方法b 电解法，反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑‎ ‎(1)已知：‎ ‎①2Cu(s)＋O2(g)===Cu2O(s)　ΔH＝－169 kJ·mol－1‎ ‎②C(s)＋O2(g)===CO(s)　ΔH＝－110.5 kJ·mol－1‎ ‎③Cu(s)＋O2(g)===CuO(s)　ΔH＝－157 kJ·mol－1‎ 则方法a中反应的热化学方程式是_______________________________________。‎ ‎(2)方法b是用肼燃料电池为电源，通过离子交换膜电解法控制电解液中OH－的浓度而制备纳米Cu2O，装置如图所示：‎ ‎①上述装置中B电极应连________电极(填“C”或“D”)。‎ ‎②该离子交换膜为________离子交换膜(填“阴”或“阳”)，该电解池的阳极反应式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③原电池中负极反应式为____________________________________________________。‎ 解析：(1)据盖斯定律②－③×2＋①得：C(s)＋2CuO(s)===Cu2O(s)＋CO(g)　ΔH＝＋34.5 kJ·mol－1。‎ ‎(2)①B电极为Cu，需将Cu转化为Cu2O，则B电极为阳极，故接电源负极C；②由于离子交换膜用于控制c(OH－)，防止c(OH－‎ ‎)过大，故应选用阴离子交换膜；阳极Cu失电子在碱性条件下转化为Cu2O：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O；③负极N2H4失电子转化为N2：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O。‎ 答案：(1)2CuO(s)＋C(s)===Cu2O(s)＋CO(g)‎ ΔH＝＋34.5 kJ·mol－1‎ ‎(2)①C　②阴　2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O ‎③N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O