课时 1 电解原理

电解池中，与电源负极相连的为阴极，与电源正极相连的为阳极， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；电解池中，溶液中阳离子向阴极移动， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；电解池的阳极上发生氧化反应， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；电源负极为电子流出极，电源正极为电子流入极，则电子从电源负极经导线流入阴极，从阳极经导线流向电源正极， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

$ \mathrm{a} $ 电极为阳极，接电源正极， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确； $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 试纸Ⅰ上红色区域大于蓝色区域，说明 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 的迁移比 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 的迁移快， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；实验装置为串联电路，则实验中通过的电荷量相同， $ \mathrm{a} $ 、 $ \mathrm{c} $ 电极作为阳极，产生的 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 的物质的量相等， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；电解过程中，溶液中的 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}}^{+}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}} $ 也可定向移动形成电流，变色范围大小与产物 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 的扩散速率有关， $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 试纸Ⅱ中变色区域就在电极位置，未发生大范围扩散，说明 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 试纸Ⅱ上发生迁移的不是 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，而是 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}}^{+}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

由①可知铜离子先于水电离的氢离子放电，由②可知水电离的氢离子先于钠离子放电，所以对比①②可知，阴极离子放电顺序是 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} > {\mathrm{H}}^{+}({\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}) > {\mathrm{N}\mathrm{a}}^{+}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；由①可知，离子放电顺序： $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-} > {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}({\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O})} $ ，由③可知离子放电顺序： $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}({\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}) > {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}} $ ，所以阳极离子放电顺序是 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-} > {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}({\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}) > {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；电解池的阳极若是活泼电极，则金属电极本身失电子，发生氧化反应，对比③④可知，阳极是铜时，会先于溶液中的离子放电， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；由①可知，电解氯化铜溶液可得到金属铜， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

装置①为原电池，铁还原性强于铜，则铁为负极、铜为正极，总反应为 $ {\rm 2{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}+\mathrm{F}\mathrm{e}\xlongequal{}3{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；装置②为燃料电池，通入氨气的铂电极为燃料电池的负极，碱性条件下氨气在负极失去电子，发生氧化反应生成氮气和水，电极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}+6{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}-6{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{N}}_{2}+6{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；由电流的移动方向可知， $ \mathrm{a} $ 为直流电源的正极、 $ \mathrm{b} $ 为负极，若装置③用来精炼铜，精炼池中阳极 $ \mathrm{c} $ 为粗铜、阴极 $ \mathrm{d} $ 为纯铜， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；装置③中 $ \mathrm{c} $ 、 $ \mathrm{d} $ 为石墨电极，电解足量氯化钠溶液发生的反应为 $ {\rm\hspace{-0.5em} \begin{array} {l} \rm 2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\begin{matrix}{{\underline{ \underline { \rm{~~ 电解 ~~} } }} \atop{}}\\ \end{matrix}2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}+{\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}↑+{\mathrm{H}}_{2}↑.\end{array} \hspace{-0.5em} } $ ，则通入氯化氢气体可使溶液复原，但加盐酸不可以， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

$ {\rm \mathrm{X}} $ 为正极，电解 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液时，左侧石墨电极为阳极，阳极上水发生失电子的氧化反应，电极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}-4{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{O}}_{2}↑+4{\mathrm{H}}^{+}.} $ ，左侧溶液呈酸性，酚酞遇酸不变色，即左侧溶液呈无色， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误； $ {\rm \mathrm{X}} $ 为负极，电解 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{N}\mathrm{O}}_{3}} $ 溶液时，左侧石墨电极为阴极，阴极上 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}} $ 得电子发生还原反应，电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}+{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}\mathrm{A}\mathrm{g}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误； $ {\rm \mathrm{X}} $ 为正极，电解 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 溶液时，左侧石墨电极为阳极，阳极上 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 失电子发生氧化反应生成 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ ，即 $ \mathrm{a} $ 管中有 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 逸出， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；惰性电极电解 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液时，阴极上水电离的 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 放电，阳极上 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 放电，实际上是电解水， $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液的浓度增大，碱性增强， $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 升高， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

由【思路导引】知， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；乙装置中 $ {\rm \mathrm{C}} $ 电极为阳极， $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 优先于 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 放电，石墨电极上电极反应为 $ {\rm 2{\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}↑.} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；乙中产生 $ 0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 气体 $ {\rm ({\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2})} $ 转移 $ 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{e}}^{-} $ ，由得失电子守恒知，甲中同样转移 $ 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{e}}^{-} $ ，生成 $ {\rm 0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{C}\mathrm{u}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；甲中 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 在正极得电子析出 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ ，乙中 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 在阴极得电子析出 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ ，串联电路转移电子数相同，则相同时间内，甲、乙池中消耗的 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 物质的量相同，两池 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 溶液的初始浓度和体积相等，故一段时间后 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 浓度仍相等， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

氢氧化铁胶粒带正电，向阴极移动，结合现象“ $ {\rm \mathrm{W}} $ 电极附近液体颜色逐渐加深”可知， $ {\rm \mathrm{W}} $ 电极是阴极，则 $ {\rm \mathrm{N}} $ 极是电源负极、 $ {\rm \mathrm{M}} $ 极是正极， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确； $ {\rm \mathrm{X}} $ 电极是阳极、 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 电极是阴极， $ {\rm \mathrm{X}} $ 电极发生反应 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}-4{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}4{\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{O}}_{2}↑.} $ ， $ {\rm \mathrm{Y}} $ 电极发生反应 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}\mathrm{C}\mathrm{u}} $ ，根据得失电子守恒， $ {\rm \mathrm{X}} $ 电极和 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 电极上产生的单质物质的量之比为 $ 1:2 $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；若甲装置中盛有足量 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液， $ {\rm \mathrm{X}} $ 电极放出氧气， $ {\rm \mathrm{Y}} $ 电极生成单质铜，通电一段时间后，加入适量 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}} $ 可以使溶液恢复原状， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；乙装置中 $ {\rm \mathrm{U}} $ 电极是阳极、 $ {\rm \mathrm{R}} $ 电极是阴极，欲用乙装置给铜镀银，银电极作阳极、铜电极作阴极， $ {\rm \mathrm{U}} $ 电极应该是 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{g}} $ ，电镀液选择 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{N}\mathrm{O}}_{3}} $ 溶液， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

用石墨电极电解等体积 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶液和 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液的混合溶液，阴极上离子放电顺序是 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} > {\mathrm{H}}^{+}} $ ，阳极上离子放电顺序是 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-} > {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 。分析题图可知，电解过程中分三段： $ {\rm AB} $ 段 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 分别在阴、阳极放电，相当于电解 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 溶液； $ {\rm BC} $ 段溶液 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 降低，是 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 反应完全后阳极水电离的 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 放电，同时产生 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ ，则 $ {\rm BC} $ 段相当于电解硫酸铜溶液； $ {\rm CD} $ 段相当于电解水。根据分析，氯离子反应完，铜离子还有剩余，所以理论上，整个过程中电极反应 $ {\rm 2{\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}↑.} $ 、 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{H}}_{2}↑+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}.} $ 不可能同时发生， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；电解至 $ {\rm C} $ 点时，在电解质溶液中加入 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 固体和 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}} $ 固体才能使电解质溶液恢复至原来的浓度， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；因为铜离子水解使溶液显酸性， $ {\rm AB} $ 段随着电解的进行，铜离子的浓度降低，水解得到的氢离子浓度减小，酸性减弱，从而导致溶液 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 增大， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误； $ {\rm BC} $ 段阳极上 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 失电子的同时，阴极上仍然是 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 得电子，且 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液等体积混合，所以原混合溶液中 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 的浓度之比小于 $ 2:1 $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

（1） 甲池通入乙烷一极的电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{6}+18{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}-14{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{2-}+12{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 。

（2） 若 $ {\rm \mathrm{A}} $ 溶液是 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液， $ {\rm \mathrm{X}} $ 、 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 是惰性电极，则 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 在阴极放电， $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 在阳极放电，即乙池的电解总反应为 $ {\rm\hspace{-0.5em} \begin{array} {l} \rm 2{\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\begin{matrix}{{\underline{ \underline { \rm{~~ 电解 ~~} } }} \atop{}}\\ \end{matrix}2\mathrm{C}\mathrm{u}+{\mathrm{O}}_{2}↑+2{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}.\end{array} \hspace{-0.5em} } $ ，阴极电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}\mathrm{C}\mathrm{u}} $ ，阳极电极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}-4{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{O}}_{2}↑+4{\mathrm{H}}^{+}.} $ ；当电解质溶液中 $ {\rm c({\mathrm{H}}^{+})} $ 从 $ {\rm 0.001\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ 变为 $ {\rm 0.005\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ 时，产生的 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 的物质的量 $ {\rm n({\mathrm{H}}^{+})=(0.005-0.001)\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}×100×{10}^{-3}\mathrm{L}=4×{10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ，则转移电子数为 $ 4×{10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，根据得失电子守恒可知，析出 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ 的物质的量为 $ 2×{10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，质量为 $ 2×{10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}×64\mathrm{g}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=0.0128\mathrm{g}=12.8\mathrm{m}\mathrm{g} $ 。