【步步高】高中化学 第1章 第2节 第2课时 电解原理的应用对点训练 鲁科版选修4

第2课时 电解原理的应用
[目标要求] 1.了解电解饱和食盐水，铜的电解精炼，电镀的原理。

2.掌握电解原理及其应用。

1．电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气
(1)装置
(2)现象
①阳极上：有气体产生。

②阴极上：有气体产生，阴极附近溶液变红。

(3)原理分析及电极反应
电解时U 形管中，Cl －、OH －移向阳极，H ＋，Na ＋移向阴极。

①阳极离子放电顺序：Cl －>OH －
电极反应：2Cl －―→Cl2↑＋2e －(氧化反应)
②阴极离子放电顺序H ＋>Na ＋
电极反应：2H ＋＋2e －―→H2↑(还原反应)。

(4)总反应化学方程式：2NaCl ＋2H2O=====通电2NaOH ＋Cl2↑＋H2↑。

离子方程式：2Cl －＋2H2O=====通电H2↑＋Cl2↑＋2OH －。

2．铜的电解精炼
(1)装置
(2)电极反应
阳极：Cu―→Cu2＋＋2e －
阴极：Cu2＋＋2e －―→Cu
(3)阳极泥
铜的电解精炼过程中，粗铜中不如铜活泼的金属与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池底部形成的物质。

3．电镀
(1)定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。

(2)目的：使金属抗腐蚀能力增强且增加金属表面的耐磨性和美观性。

(3)电镀池构成
镀层金属做阳极，镀件做阴极，含有镀层金属离子的盐溶液做电镀溶液。

知识点一 氯碱工业
1．关于电解NaCl 水溶液，下列叙述正确的是( )
A ．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B ．若在阳极附近的溶液中滴入KI 溶液，溶液呈棕色
C ．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色
D ．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
答案 B
解析 电解食盐水时发生的反应：
阳极：2Cl －―→Cl2↑＋2e －
阴极：2H2O ＋2e －―→H2↑＋2OH －
总反应：2NaCl ＋2H2O=====通电2NaOH ＋H2↑＋Cl2↑
对照分析选项，A 错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI 溶液后发生反应：Cl2＋2I －===I2＋2Cl －，溶液呈棕色，B 正确；阴极附近产生大量的OH －，滴加酚酞后变红色，C 错误；电解后生成NaOH ，溶液呈碱性，D 错误。

2．下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是( )
答案 D
解析 电解食盐水时，阳极产物Cl2，阴极产物H2、NaOH ，根据图中电子流向先确定装置中电源的正、负极，从而确定电解池的阴、阳极，然后判断电极产物以及检验方法，D 选项符合题意。

知识点二 精炼铜及电镀池
3．下列关于铜电极的叙述不正确的是( )
A ．在镀件上镀铜时镀件作阴极
B ．在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极
C ．用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极
D ．用电解法精炼粗铜时纯铜作阳极
答案 D
解析 在镀件上镀铜时，要将镀件制品作阴极，金属铜作阳极，用含有铜离子的电解质溶液作电解液，故A 、B 正确；用电解法精炼粗铜时，要用粗铜作阳极，纯铜作阴极，用含铜离子的电解质溶液作电解液，故C 正确、D 错误。

4．金属镍有广泛的用途。

粗镍中含有少量Fe 、Zn 、Cu 、Pt 等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)( )
A ．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e －―→Ni
B ．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C ．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D ．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu 和Pt
答案 D
解析 此题考查的是电解的基本原理。

在电解池中，阳极失去电子，化合价升高，发生氧化反应，而阴极得到电子，化合价降低，发生还原反应。

题目中已经告诉氧化性：Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，可以推出题中几种金属在阳极的放电顺序为：Zn>Fe>Ni>Cu>Pt(惰性金属不放电)，阴极的放电顺序为：Zn2＋<Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，所以A 中阳极电极反应式有：Zn―→Zn2＋＋2e －，Fe―→Fe2＋＋2e －，Ni―→Ni2＋＋2e －(主要电极反应)；B ：由于阳极中Cu 和Pt 沉于电解槽底部的阳极泥中，而Zn 和Fe 在阳极放电，在阴极不能放电，因此阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加；C ：溶液中除了Fe2＋和Zn2＋还有Ni2＋、H ＋等。

知识点三 电化学计算
5.如图所示的A 、B 两个电解池中的电极均为铂，在A 池中加入0.05 mol·L －1的CuCl2溶液，B 池中加入0.1 mol·L －1的AgNO3溶液，进行电解。

a 、b 、c 、d 四个电极上所析出的物质的物质的量之比是( )
A ．2∶2∶4∶1
B ．1∶1∶2∶1
C ．2∶1∶1∶1
D ．2∶1∶2∶1
答案 A
解析 由电解规律可知：a 、c 为阴极，b 、d 为阳极。

a 极上析出Cu ，b 极上析出Cl2，c 极
上析出Ag ，d 极上析出O2。

由电子得失守恒可得出：2e －～Cu ～Cl2～2Ag ～12
O2，所以a 、
b 、
c 、
d 四个电极上所析出物质的物质的量之比＝1∶1∶2∶12
＝2∶2∶4∶1。

6．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 氧气(标准状况)，从而可知M 的相对原子质量为( )
A.22.4ax b
B.11.2ax b
C.5.6ax b
D.2.5ax b
答案 C
解析 本题意在考查学生对电解原理的理解，并以电解原理为素材，考查学生思维的敏捷性。

由题干可知，在用惰性电极电解硝酸盐溶液时，两极发生的反应是：
阳极 4OH －―→2H2O ＋O2↑＋4e －
阴极 Mx ＋＋xe －―→M
已知阳极上有b L 氧气(标准状况)生成，其物质的量为b 22.4 mol ，从阳极反应来看，应有4b 22.4
mol 电子转移，因此在阴极上也应有同样物质的量的电子转移，设Ar(M)为M 的相对原子质量，则 ax ＝4b 22.4 Ar(M)＝5.6ax b。

练基础落实
1．某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。

通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )
A ．a 为正极，b 为负极；NaClO 和NaCl
B ．a 为负极，b 为正极；NaClO 和NaCl
C ．a 为阳极，b 为阴极；HClO 和NaCl
D ．a 为阴极，b 为阳极；HClO 和NaCl
答案 B
解析 有关反应2NaCl ＋2H2O=====通电2NaOH ＋H2↑＋Cl2↑，Cl2＋2NaOH===NaCl ＋
NaClO ＋H2O ，因阳极生成Cl2，阴极生成NaOH ，为使二者充分作用，Cl2应在下端产生，从而推知电源b 为正极，a 为负极，消毒液主要成分是NaCl 、NaClO 。

2.如图所示，在一U 形管中装入含有紫色石蕊的Na2SO4试液，通直流电，一段时间后U 形管内会形成一个倒立的三色“彩虹”，从左到右颜色的顺序是( )
A ．蓝、紫、红
B ．红、蓝、紫
C ．红、紫、蓝
D ．紫、红、蓝 答案 C
解析 用惰性电极电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，其两极反应式为
阴极：4H ＋＋4e －―→2H2↑
阳极：4OH －―→2H2O ＋O2↑＋4e －
故阴极区域富集OH －，溶液呈碱性，使石蕊试液变蓝色；阳极区域富集H ＋，溶液呈酸性，使石蕊试液变红色。

3．在铁片上镀银时，下列叙述中正确的是( )
①将铁片接在电源的正极上 ②将银片接在电源的正极上 ③在铁片上发生的反应是Ag ＋＋e －―→Ag ④在银片上发生的反应是4OH －―→O2↑＋2H2O ＋4e －
⑤可用硫酸亚铁溶液做电镀液 ⑥可用硝酸银溶液为电镀液
A ．①③⑥
B ．②③⑥
C ．①④⑤
D ．②③④⑥
答案 B
解析 铁片上镀银，银作阳极，铁作阴极，分别发生Ag―→Ag ＋＋e －，Ag ＋＋e －―→Ag ，电镀液应含有Ag ＋。

4．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。

在电解精炼时( )
A ．粗铜接电源负极
B ．纯铜作阳极
C ．杂质都将以单质形式沉积到池底
D ．纯铜片增重2.56 g ，电路中通过的电子为0.08 mol
答案 D
解析 电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用精铜作阴极，所以A 、B 不正确；锌比铜活泼，失电子变成锌离子进入溶液中，金、银不活泼，以单质形式沉淀到池底，C 不正确；n(e －)＝
2.56 g 64 g·mol －1
×2＝0.08 mol ，D 正确。

练方法技巧
5．在25℃时，将2个铜电极插入到一定的Na2SO4饱和溶液中，通直流电电解并不断搅拌，当阴极上收集到a mol 气体时，溶液中析出了b mol 的结晶水合物Na2SO4·10H2O ，若保持温度不变，则所剩溶液中溶质的质量分数是( )
A.b b ＋18a
B.b b ＋36a
C.71b 161b ＋18a
D.71b 161b ＋9a
答案 C
解析 电解发生的电极反应：阳极为Cu―→Cu2＋＋2e －，阴极为2H ＋＋2e －―→H2↑。

电解时总的化学反应方程式为Cu ＋2H2O=====通电Cu(OH)2↓＋H2↑，阴极逸出a mol H2，水被
电解了2a mol ，根据溶解度知识，不难求出答案为C 。

如果将题中的铜电极换作铂电极，只
改一个字，其电解的总反应方程式即为2H2O=====通电2H2↑＋O2↑，阴极逸出a mol H2，水被
电解了a mol 。

可见因一字之差(“铜”与“铂”)，答案各异。

由此再次强调提高审题的准确性是多么的必要。

6．如图所示，若电解5 min 时，测得铜电极的质量增加2.16 g 。

试回答：
(1)电源中X 极是__________(填“正”或“负”)极。

(2)通电5 min 时，B 中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前[CuSO4]＝____________。

(3)若A 中KCl 溶液的体积也是200 mL ，电解后溶液中仍有Cl －，则电解后溶液的pH ＝ __________。

答案 (1)负 (2)0.025 mol·L －1 (3)13
解析 ①要注意电解的阶段性。

如含Cl －的溶液中Cl －电解完后继续通电会使OH －放电，Cu2＋在阴极上被电解完全后H ＋又会放电等。

②电极反应式和总反应方程式、电解产物物质的量与得失电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。

(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X 为负极。

(2)C 中铜极增重2.16 g ，即析出0.02 mol Ag ，线路中通过0.02 mol 电子。

由4e －～O2，可知B 中产生的O2只有0.005 mol ，即112 mL 。

但B 中共收集到224 mL 气体，说明还有112 mL 是H2，即Cu2＋全部在阴极放电后，H ＋接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol 电子时，Cu2＋已被电解完。

由2e －～Cu ，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol ，则：
c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L ＝0.025 mol·L －1。

(3)由4e －～4OH －知，A 中生成0.02 mol OH －，则：[OH －]＝0.1 mol·L －1，pH ＝13。

练综合拓展
7．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH 的工艺流程示意图如下：
依据上图，完成下列填空：
(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为________________________，与电源负极相连的电极附近，溶液pH________(选填“不变”、“升高”或“下降”)。

(2)工业食盐中含Ca2＋、Mg2＋等杂质，精制过程中除去这些杂质时发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。

(3)如果粗盐中SO2－4含量过高，必须添加钡试剂除去SO2－4，该钡试剂可以是________(填写字母序号，下同)。

A ．Ba(OH)2
B ．Ba(NO3)2
C ．BaCl2
(4)为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO2－4，加入试剂的合理顺序为________。

A ．先加NaOH ，后加Na2CO3，再加钡试剂
B ．先加NaOH ，后加钡试剂，再加Na2CO3
C ．先加钡试剂，后加NaOH ，再加Na2CO3
(5)脱盐工序中利用NaOH 和NaCl 在溶解度上的差异，通过________、冷却、________ (填写操作名称)除去NaCl 。

(6)用隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH 反应；采用无隔膜法电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH 充分接触，得到的产物仅是NaClO 和H2，则与该反应相应的化学方程式为________________________________________________。

答案 (1)2Cl －―→Cl2↑＋2e － 升高
(2)Ca2＋＋CO2－3===CaCO3↓
Mg2＋＋2OH －===Mg(OH)2↓
(3)AC (4)BC (5)蒸发 过滤
(6)NaCl ＋H2O=====通电NaClO ＋H2↑(或2NaCl ＋2H2O=====通电H2↑＋Cl2↑＋2NaOH ；Cl2＋
2NaOH===NaCl ＋NaClO ＋H2O)
解析 (1)电解饱和食盐水，与电源正极相连的电极为阳极，电极反应式是2Cl －―→
Cl2↑＋2e －；与电源负极相连的电极为阴极，电极反应式是2H ＋＋2e －―→H2↑，消耗H ＋，产生OH －，所以溶液的pH 升高。

(2)除去Ca2＋：Ca2＋＋CO2－3===CaCO3↓，除去Mg2＋：Mg2＋＋2OH －===Mg(OH)2↓，由于Mg(OH)2的溶解能力小于MgCO3，所以Mg2＋与CO2－3、OH －混合时，一般是生成Mg(OH)2沉淀。

(3)除去SO2－4，应选择Ba2＋，如果加入Ba(NO3)2，溶液中会引进新的杂质，加入 Ba(OH)2、BaCl2不会增加新的杂质，选A 、C 。

(4)除去杂质时加入Ba2＋和OH －，无先后之分，但Na2CO3一定要在最后加入，因为CO2－3还要除去多余的Ba2＋，过滤沉淀后即认为NaCl 被提纯，选B 、C 。

(5)脱盐实际上是分离NaOH 和NaCl ，由于NaCl 溶解度小，因而NaCl 首先析出，其操作过程是蒸发、冷却、结晶，经过滤得NaCl 晶体，滤液进一步精制得NaOH 。

(6)将2NaCl ＋2H2O=====通电2NaOH ＋H2↑＋Cl2↑和Cl2＋2NaOH===NaCl ＋NaClO ＋H2O 合
并，即可得出答案。