第二單元 化學能與電能的轉化
第1時 原電池的工作原理
[目標要求] 1.理解原電池的工作原理，能夠寫出電極反應式和電池反應方程式。2.了解半反應、鹽橋、內電路、外電路等概念。3.會判斷原電池的正、負極，能夠利用設計簡單的原電池。
一、原電池
1．原電池定義：將化學能轉變為電能的裝置。
2．實質：將的電子轉移變成電子的定向移動。即將化學能轉化成電能。
3．簡單原電池的構成條：
①活潑性不同的兩個電極，②溶液，③形成閉合回路，④能自發進行的氧化還原反應。
二、原電池的工作原理
工作原理：利用氧化還原反應在不同區域內進行，以適當方式連接起，獲得電流。
以銅鋅原電池為例：
1．在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被氧化，鋅原子失電子，形成Zn2＋進入溶液，從鋅片上釋放的電子，經過導線流向銅片；
CuSO4溶液中，Cu2＋從銅片上得電子，還原成為金屬銅并沉積在銅片上。
鋅為負極，發生氧化反應，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋；
銅為正極，發生還原反應，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu。
總反應式為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，反應是自發進行的。
2．閉合回路的構成：
外電路：電子從負極到正極，電流從正極到負極，
內電路：溶液中的陰離子移向ZnSO4溶液，陽離子移向CuSO4溶液。
3．鹽橋
鹽橋中通常裝有含瓊膠的Cl飽和溶液。當其存在時，隨著反應的進行，Zn棒中的Zn原子失去電子成為Zn2＋進入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋過多，帶正電荷。Cu2＋獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2＋過少，SO2－4過多，溶液帶負電荷。當溶液不能保持電中性時，將阻止放電作用的繼續進行。鹽橋的存在就避免了這種情況的發生，其中Cl－向ZnSO4溶液遷移，＋向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應可以繼續進行。
知識點一 原電池
1．下列裝置中能構成原電池產生電流的是( )
答案 B
解析 A、D項中電極與溶液之間不發生反應，不能構成原電池；B項符合原電池的構成條，兩電極發生的反應分別是Zn－2e－===Zn2＋，2H＋＋2e－===H2↑；C項中酒精不是電解質，故不能構成原電池。
2．在圖中的8個裝置中，屬于原電池的是( )
A．①②③⑤⑧ B．③④⑥⑦ C．④⑤⑥⑦ D．③⑤⑦
答案 D
知識點二 原電池的原理
3．用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂NO3的U型管)構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是( )
①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極
②正極反應為Ag＋＋e－===Ag
③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍能繼續工作
④將銅片浸入AgNO3溶液中發生的化學反應與該原電池反應相同
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
答案 C
解析 該原電池中Cu作負極，Ag作正極，負極反應式為Cu－2e－===Cu2＋，正極反應式為Ag＋＋e－===Ag，因此②對；在外電路中，電子由Cu電極流向Ag電極，而電流方向與電子流向相反，所以①錯；沒有鹽橋，原電池不能繼續工作，所以③錯；無論是否為原電池，反應實質相同，均為氧化還原反應，所以④對。
4．下圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，在讀書卡片上記錄如下：在卡片上，描述合理的是( )
NO.28 Date：2009.11.8
實驗后的記錄：
①Zn為正極，Cu為負極。
②H＋向負極移動。
③電子流動方向Zn?→Cu。
Cu極上有H2產生。
⑤若有1 mol電子流過導線，則產生H2為0.5 mol。
⑥正極的電子反應式為：Zn?→Zn＋＋2e－。
A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④
答案 B
解析 本題考查了鋅、銅和稀H2SO4構成的原電池的基本工作原理。Zn比Cu活潑，Zn為負極，電極反應為：Zn－2e－===Zn2＋，Cu為正極，電極反應為2H＋＋2e－===H2↑，每轉移1 mol電子，產生H2 0.5 mol，電子由Zn流出，經導線流向銅片，溶液中H＋向正極移動，SO2－4向負極移動，故選B。
5．把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導線兩兩相連可以組成各種原電池。A、B相連時，A為負極；C、D相連時，D上有氣泡逸出；A、C相連時，A極減輕；B、D相連時，B為正極。則四種金屬的活動性順序由大到小排列為( )
A．A>B>C>D B．A>C>B>D C．A>C>D>B D．B>D>C>A
答案 C
解析 金屬組成原電池，相對活潑的金屬失去電子作負極，相對不活潑的金屬作正極。負極被氧化，質量減輕，正極發生還原反應，有物質析出，由題意得活動性A>B、A>C、C>D、D>B，故正確答案為C。
知識點三 原電池的應用
6．已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列問題：
(1)電工操作上規定：不能把銅導線和鋁導線連接在一起使用。請說明原因
________________________________________________________________________。
(2)若電極材料選銅和石墨，電解質溶液選硫酸鐵溶液，外加導線，能否構成原電池？________。若能，請寫出電極反應式，負極：___________，正極：_____________。(若不能，后兩空不填)
(3)設計一種以鐵和稀硫酸反應為原理的原電池，要求畫出裝置圖(需標明電極材料及電池的正、負極)。
答案 (1)二者連接在一起時，接頭處在潮濕的空氣中形成原電池而被腐蝕
(2)能 Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
解析 (1)當Cu、Al導線連接時，接觸到潮濕的空氣就易形成原電池而被腐蝕。
(2)因為FeCl3能與Cu發生反應：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，因此根據給出的條可以設計成原電池，其負極為Cu，反應為Cu－2e－===Cu2＋，正極為石墨，電極反應式為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。
(3)因為總反應式為Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以負極為Fe，正極可為Cu、Ag或石墨，電解質為稀硫酸，即可畫出裝置圖。
7．利用反應Fe3＋＋Zn===Fe2＋＋Zn2＋設計一個帶鹽橋的原電池，并在下面方框內畫出實驗裝置圖，并指出正極為________，電極反應式為_______________________________。
負極為________，電極反應式為____________________________________________。
此裝置中鹽橋的作用為___________________________________________________。
答案 Pt 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
Zn Zn－2e－===Zn2＋
使兩個半電池連成一個通路；使兩溶液保持電中性
解析 根據反應Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋知該反應中的氧化反應為Zn－2e－===Zn2＋，故應采用Zn片作負極，還原反應為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，故應選擇比Zn不活潑的金屬或非金屬石墨等作正極，根據應選擇與電極材料相同的陽離子的電解質溶液作電解液，故負極區應選含Zn2＋的鹽溶液如ZnSO4溶液，正極區選含Fe3＋的溶液作電解液如FeCl3、Fe2(SO4)3溶液等。
練基礎落實
1．在理論上不能用于設計原電池的化學反應是( )
A．H2SO4(aq)＋BaCl2(aq)===2HCl(aq)＋BaSO4(s) ΔH<0
B．2CH3OH(l)＋3O2(g)?→2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH<0
C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH<0
D．3Cu(s)＋8HNO3(aq)===3Cu(NO3)2(aq)＋2NO(g)＋4H2O(l) ΔH<0
答案 A
2．有關原電池的下列說法中正確的是( )
A．在外電路中電子由正極流向負極
B．在原電池中，只有金屬鋅作為負極
C．原電池工作時，陽離子向正極方向移動
D．原電池工作時，陽離子向負極方向移動
答案 C
解析 在原電池中，電子從負極流向正極；原電池中活潑的金屬作負極，而不一定是Zn；隨著反應的進行，陽離子在正極被還原，所以電解質溶液中的陽離子向正極移動，而陰離子向負極移動。答案為C。
3．鋅銀電池廣泛用作各種電子儀器的電，它的電池反應是Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，則負極上發生反應的物質是( )
A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn
答案 D
解析 判斷原電池的正、負極，要根據總反應式確定失電子物質和得電子物質，然后根據在原電池中失去電子的物質作負極作出判斷。由題給總方程式得Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，故Zn為負極。
4.根據反應：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，設計如圖所示原電池，下列說法錯誤的是( )
A．X可以是銀或石墨
B．Y是硫酸銅溶液
C．電子從銅電極經外電路流向X電極
D．X極上的電極反應式為Ag＋＋e－===Ag
答案 B
解析 根據題意，銅應為負極，X為正極，則X應為活潑性比銅弱的金屬或導電的非金屬，A項正確；電解質溶液應含Ag＋，B項錯；在原電池中，電子從負極經外電路流向正極，Ag＋在正極X上得電子，Ag＋＋e－===Ag，故C、D項正確。
5．控制適合的條，將反應2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是( )
A．反應開始時，乙中石墨電極上發生氧化反應
B．反應開始時，甲中石墨電極上的Fe3＋被還原
C．電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態
D．電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極
答案 D
解析 由反應2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2可知，反應開始時，甲中Fe3＋發生還原反應，乙中I－發生氧化反應；當電流計讀數為零時，則反應達到了平衡狀態，此時在甲中溶入FeCl2固體，平衡向逆反應方向移動，乙中I2發生還原反應，則乙中石墨電極為正極；故選D。
6.科學家正在研究高鐵可充電電池，據研究人員推測，這種電池具有容量大、放電電流大、穩定性好等優點，將有廣泛的應用前景。高鐵電池放電時，鋅、2FeO4分別在兩極上發生反應，以OH溶液為電解液，電池總反應為3Zn＋22FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2↓＋2Fe(OH)3↓＋4OH，下列說法中錯誤的是( )
A．電池工作時，鋅失去電子
B．電池正極的電極反應式為 2FeO2－4＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3↓＋10OH－
C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極
D．外電路中每通過1.204×1023個電子，鋅的質量理論上減少6.5 g
答案 C
練方法技巧
7．以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質溶液組成原電池，當導線中通過2 mol電子時，下列說法正確的是( )
A．鋅片溶解了1 mol，銅片上析出1 mol H2
B．兩極上溶解和析出的物質質量相等
C．鋅片溶解31 g，銅片上析出1 g H2
D．鋅片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol
答案 A
解析 在涉及原電池的有關計算中，關鍵是要把握住一點，即兩極得、失電子數相等。利用這一特點，我們從電極反應看：負極：Zn－2e－===Zn2＋；正極：2H＋＋2e－===H2↑。當溶解1 mol鋅時失去2 mol電子，銅片上析出1 mol氫氣也得到 2 mol電子，得失電子守恒，這樣即可推出A正確。
8．下列關于實驗現象的描述不正確的是( )
A．把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現氣泡
B．用鋅片作負極，銅片作正極，在CuSO4溶液中，銅片質量增加
C．把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現一層鐵
D．把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快
答案 C
解析 銅片和鐵片緊靠并浸入稀H2SO4中，銅片上的H＋獲得由鐵片傳遞過的電子2H＋＋2e－===H2↑，所以可觀察到銅片表面出現氣泡；鋅片作負極，銅片作正極，發生反應：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的Cu在銅片上析出使其質量增加；銅片插入FeCl3溶液，發生的反應是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，并沒有單質鐵的析出；向盛有鋅粒和鹽酸的試管中，滴入幾滴CuCl2溶液，發生反應：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，置換出的Cu與剩余的Zn接觸，置于鹽酸中，構成了原電池，加速2H＋＋2e－===H2↑的反應，可觀察到氣泡放出速率加快。
9．銀器皿日久表面會逐漸變成黑色，這是由于生成硫化銀，有人設計用原電池進行“拋光”，其處理方法是：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時間后，黑色會褪去而銀恢復光澤，且不會損失，試回答：
(1)食鹽的作用是
________________________________________________________________________。
(2)在此原電池反應中，負極發生的電極反應為
________________________________________________________________________，
正極發生的電極反應為
________________________________________________________________________。
(3)反應過程中產生臭雞蛋氣味的氣體，溶液中發生的反應為
________________________________________________________________________，
原電池總反應方程式為
________________________________________________________________________。
(4)實際操作中，配制食鹽水時，通常還加入一定量的小蘇打，其主要作用是
________________________________________________________________________，
這一反應的化學方程式是
________________________________________________________________________。
答案 (1)作電解質起導電作用
(2)2Al－6e－===2Al3＋
3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－
(3)2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑
2Al＋3Ag2S＋6H2O===2Al(OH)3＋3H2S↑＋6Ag
(4)除去生成的H2S，防止污染空氣
H2S＋NaHCO3===NaHS＋H2O＋CO2↑
解析 (1)形成原電池需要電解質導電，因此NaCl是作電解質起導電作用。
(2)根據題給信息“黑色褪去而銀不會損失”，必然發生Ag2S?→Ag變化。
鋁比銀活潑，為負極，失電子變成Al3＋，反應為：Al－3e－===Al3＋。Ag2S變為Ag和S2－，得電子，是原電池的正極，反應為：Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－。
(3)溶液中
2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑
因此，總反應為：
2Al＋3Ag2S＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑
(4)硫化氫有毒，需除去，因此，NaHCO3的作用是除去生成的H2S，防止污染空氣，反應為：H2S＋NaHCO3===NaHS＋H2O＋CO2↑。
練綜合拓展
10．依據氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的原電池如下圖所示。
請回答下列問題：
(1)電極X的材料是________；電解質溶液Y是________；
(2)銀電極為電池的__________極，發生的電極反應為______________________；
X電極上發生的電極反應為________________________________________________；
(3)外電路中的電子是從__________電極流向__________電極。
答案 (1)銅 AgNO3溶液
(2)正 Ag＋＋e－===Ag Cu－2e－===Cu2＋
(3)Cu Ag
解析 根據所給氧化還原反應的化學方程式，結合原電池反應原理以及所給原電池裝置，Cu應作負極，AgNO3溶液為電解質溶液，從而推知：
(1)X的材料為銅，Y是AgNO3溶液。
(2)銀為原電池的正極，發生的電極反應式為Ag＋＋e－===Ag。X電極上發生的電極反應式為Cu－2e－===Cu2＋。
(3)外電路中的電子從銅(負)電極流向銀(正)電極。
11．某探究活動小組想利用原電池反應檢測金屬的活動性順序，有甲、乙兩位同學均使用鎂片與鋁片作電極，但甲同學將電極放入6 mol•L－1的稀H2SO4中，乙同學將電極放入6 mol•L－1的NaOH溶液中，如圖所示。
(1)寫出甲池中發生的有關電極反應的反應式：
負極_________________________________________________________________，
正極__________________________________________________________________。
(2)寫出乙池中發生的有關電極反應的反應式：
負極___________________________________________________________________，
正極___________________________________________________________________。
總反應離子方程式為____________________________________________________。
(3)如果甲與乙兩位同學均認為“構成原電池的電極材料若是金屬，則構成負極材料的金屬應比構成正極材料的金屬活潑”，則甲會判斷出________活動性更強，而乙會判斷出________活動性更強(填寫元素符號)。
(4)由此實驗，可得到如下哪些結論？________。
A．利用原電池反應判斷金屬活動性順序應注意選擇合適的介質
B．鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強
C．該實驗說明金屬活動性順序表已過時，已沒有實用價值
D．該實驗說明化學研究對象復雜、反應條多變，應具體問題具體分析
(5)上述實驗也反過證明了“利用金屬活動性順序表直接判斷原電池中正、負極”的做法________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，則請你提出另一個判斷原電池正、負極可行的實驗方案______________________________________________________________。
答案 (1)g－2e－===g2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
(2)2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O
6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑
(3)g Al (4)AD
(5)不可靠 將兩種金屬電極連上電流表而構成原電池，利用電流表檢測電流的方向，從而判斷電子的流動方向，再確定原電池的正、負極
解析 (1)甲池中電池總反應方程式為g＋H2SO4===gSO4＋H2↑，g作負極，電極反應式為g－2e－===g2＋，Al作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑。
(2)乙池中電池總反應方程式為2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，負極上為Al被氧化生成Al3＋后與OH－反應生成AlO－2，電極反應式為2Al－6e－＋8OH－===2AlO－2＋4H2O；正極產物為H2，電極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑。
(3)甲池中g為負極，Al為正極；乙池中Al為負極，g為正極，若根據負極材料金屬比正極活潑，則甲判斷g活動性強，乙判斷Al活動性強。
(4)選AD。g的金屬活動性一定比Al強，金屬活動性順序表是正確的，應用廣泛。
(5)判斷正、負極可根據回路中電流方向或電子流向等進行判斷，直接利用金屬活動性順序表判斷原電池的正、負極是不可靠的。
第2時 化學電
[目標要求] 1.了解依據原電池原理開發的技術產品——化學電池。2.了解一次電池、二次電池、燃料電池的基本構造、工作原理、性能和適用范圍。3.正確書寫原電池的電極反應式和電池反應方程式。
一、化學電池
1．電池的分類
化學電池化學能轉變為電能一次電池：如普通鋅錳干電池、 堿性鋅錳電池、銀鋅鈕扣電池二次電池：如鉛蓄電池等燃料電池：如氫氧燃料電池
2．一次電池與二次電池的不同點
(1)一次電池的活性物質(發生氧化還原反應的物質)消耗到一定程度就不能使用了，如普通的鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池。
(2)二次電池又稱充電電池或蓄電池。放電后可以再充電使活性物質獲得再生。這類電池可以多次重復使用，如鉛蓄電池等。
二、一次電池
1．鋅銀電池
鋅銀電池負極是Zn，正極是Ag2O，電解質是OH溶液，其電極反應如下：
負極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正極：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－；
電池總反應式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
2．堿性鋅錳電池
堿性鋅錳電池的負極是Zn，正極是nO2，電解質是OH溶液，其電極反應為：
負極：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；
正極：2nO2＋2e－＋2H2O===2nOOH＋2OH－；
電池總反應式：Zn＋2nO2＋2H2O===2nOOH＋Zn(OH)2。
三、燃料電池
1．概念
燃料電池是利用燃料和氧化劑之間發生的氧化還原反應，將化學能直接轉化為電能的化學電池。燃料電池的氧化劑和還原劑不是全部儲藏在電池內，而是在工作時不斷從外界輸入，同時將電極反應產物不斷排出電池，因此，燃料電池能連續不斷地提供電能。
2．氫氧燃料電池
(1)結構(如圖所示)
氫氧燃料電池示意圖
(2)工作原理
電解質溶液為OH溶液時：
負極石墨：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正極石墨：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
電池總反應式：2H2＋O2===2H2O
四、鉛蓄電池
鉛蓄電池是最常見的二次電池，鉛蓄電池由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負極板上覆蓋有Pb，電解質是H2SO4溶液，如圖所示。
鉛蓄電池的構造
工作原理：負極：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反應)；正極：PbO2(s)＋SO2－4(aq)＋4H＋(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(還原反應)；總反應：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。鉛蓄電池充電的反應是上述反應的逆過程：陰極：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)(還原反應)；陽極：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)(氧化反應)；總反應：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。
可以把上述反應寫成一個可逆反應方程式：
Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O。
知識點一 化學電池
1．堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為Zn＋nO2＋H2O===ZnO＋n(OH)2
下列說法中，錯誤的是( )
A．電池工作時，鋅失去電子
B．電池正極的電極反應式為
nO2＋2H2O＋2e－===n(OH)2＋2OH－
C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極
D．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質量理論上減少6.5 g
答案 C
解析 本題要求利用原電池的原理，分析堿性鋅錳電池：鋅為負極，在反應中失去電子，故A正確；電池工作時，電流由正極通過外電路流向負極，而電子定向移動方向與電流方向相反，故C錯誤；由電子守恒知D項正確；由該電池反應的總反應式和原電池的原理寫出正極反應式知B正確。
2．最近，科學家研制出一種紙質電池，這種“軟電池”采用薄層紙片作為載體和傳導體，在一邊附著鋅，在另一邊附著二氧化錳。電池總反應為Zn＋2nO2＋H2O===ZnO＋2nOOH。下列說法不正確的是( )
A．該電池Zn為負極，nO2為正極
B．該電池的正極反應為
nO2＋e－＋H2O===nOOH＋OH－
C．導電時外電路電子由Zn流向nO2，內電路電子由nO2流向Zn
D．電池工作時水分子和OH－都能通過薄層紙片
答案 C
解析 原電池反應中Zn失電子、nO2得電子，因此該電池負極為Zn，正極為nO2。由電池總反應式減去負極反應式：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O即得正極反應式：nO2＋e－＋H2O===nOOH＋OH－。電子只能由Zn經外電路流向nO2，而不能通過內電路。
知識點二 二次電池
3．生產鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發生的反應是 2PbSO4＋2H2O PbO2＋Pb＋2H2SO4 下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是( )
A．需要定期補充硫酸
B．工作時鉛是負極，PbO2是正極
C．工作時負極上發生的反應是Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4
D．工作時電解質的密度減小
答案 A
解析 鉛蓄電池放電時相當于原電池，Pb是負極，PbO2是正極，負極發生的反應是Pb失去電子生成Pb2＋，Pb2＋與溶液中的SO2－4生成PbSO4沉淀，放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相等，在電池制備時，PbSO4的量是一定的，制成膏狀，干燥后再安裝，說明H2SO4不用補充；放電時，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物質的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。
4．某新型可充電電池，能長時間保持穩定的放電電壓。該電池的總反應式為3Zn＋22FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH，以下說法不正確的是( )
A．放電時負極反應式為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．放電時正極反應式為FeO2－4＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－
C．放電時每轉移3 mol電子，正極有1 mol 2FeO4被氧化
D．充電時陽極附近的溶液的堿性減弱
答案 C
解析 選項A，放電時，在堿性條下，Zn失去電子為電池的負極：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；選項B，根據放電時總電池反應式減去負極反應式(電子數需相等)可得放電時正極反應式為FeO2－4＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－；選項C，放電時，2FeO4被還原；選項D，充電是放電的逆向反應，所以充電時，陽極消耗OH－，導致陽極附近的溶液的堿性減弱。
知識點三 燃料電池
5．固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯—氧化釔為電解質，這種固體電解質在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應。
下列判斷正確的是( )
A．有O2參加反應的a極為電池的負極
B．b極的電極反應式為H2－2e－＋O2－===H2O
C．a極對應的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．該電池的總反應式為2H2＋O2=====高溫2H2O
答案 D
解析 因為電子從b電極流向a電極，所以b電極為負極，H2在該極發生氧化反應；a電極為正極，O2在該極發生還原反應。由此推斷該原電池的負極反應式為H2－2e－===2H＋，正極電極反應式為12O2＋2e－===O2－，則電池總反應式為2H2＋O2=====高溫2H2O。
6．一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入OH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關此電池推斷正確的是( )
A．通入乙烷的電極為正極
B．參加反應的乙烷與氧氣的物質的量之比為7∶2
C．放電一段時間后，OH的物質的量濃度減少
D．負極反應式為C2H6＋6H2O－14e－===2CO2－3＋18H＋
答案 C
解析 乙烷燃燒的化學方程式為2C2H6＋7O2?→4CO2＋6H2O，在該反應中氧氣得電子，乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負極，故A答案錯誤；反應中參加反應的乙烷與氧氣的物質的量之比應為2∶7，故B答案錯誤；考慮到該電池是以OH為電解質溶液的，生成的CO2會和OH反應轉化成2CO3，反應中消耗OH，OH的物質的量濃度減少，故C答案正確；由于該電池是以OH溶液為電解液的，D答案中負極生成的H＋顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯誤。考慮到電解質溶液的影響，此時該電池的總反應式應為2C2H6＋8OH＋7O2?→42CO3＋10H2O，正極反應式為14H2O＋7O2＋28e－===28OH－(正極氧氣得電子，理論上形成O2－，但該粒子在水中不穩定，必須以OH－形式存在)，負極反應式可用總反應式減去正極反應式得到：2C2H6＋36OH－－28e－===4CO2－3＋24H2O。
練基礎落實
1．電池是人類生產和生活中的重要能量，各式各樣電池的發明是化學對人類的一項重大貢獻。下列有關電池的敘述正確的是( )
A．鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細
B．氫氧燃料電池可將熱能直接轉變為電能
C．氫氧燃料電池工作時氫氣在負極被氧化
D．太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅
答案 C
解析 因為鋅錳干電池中鋅棒為負極，鋅棒變細，碳棒不變，故A錯；原電池是將化學能直接轉變為電能，所以B錯；氫氧燃料電池負極反應為H2－2e－===2H＋，所以C正確；太陽能電池采用硅材料制作，故D錯。
2．下列有關電池的說法不正確的是( )
A．手機上用的鋰離子電池屬于二次電池
B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極
C．甲醇燃料電池可把化學能轉化為電能
D．鋅錳干電池中，鋅電極是負極
答案 B
解析 鋰離子電池可以充電后再次使用，屬于二次電池，A項正確；銅鋅原電池中銅為正極，故外電路中電流為銅流向鋅，而電子是由鋅流向銅，B項錯誤；電池的實質是把化學能轉化成電能，C項正確；Zn失去電子生成Zn2＋，故作為負極，D項正確。
3.氫氧燃料電池用于航天飛機，電極反應產生的水經冷凝后可作為航天員的飲用水，其電極反應式如下：
負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
當得到1.8 L飲用水時，電池內轉移的電子數約為( )
A．1.8 mol B．3.6 mol C．100 mol D．200 mol
答案 D
解析 n(H2O)＝1.8×103 g18 g•mol－1＝100 mol
即每生成1 mol H2O則轉移2 mol e－，當生成100 mol H2O時，轉移200 mol e－。
4．蓄電池在放電時起原電池的作用，在充電時起電解池的作用。下面是愛迪生蓄電池分別在充電和放電時發生的反應：
Fe＋NiO2＋2H2O Fe(OH)2＋Ni(OH)2
下列有關愛迪生蓄電池的推斷錯誤的是( )
A．放電時，Fe是負極，NiO2是正極
B．蓄電池的電極可以浸入某種酸性電解質溶液中
C．放電時，負極上的電極反應為Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
D．放電時，電解質溶液中的陰離子向負極方向移動
答案 B
5．如圖是甲醇燃料電池的結構示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質子(H＋)和電子，電子經外電路、質子經內電路到達另一極與氧氣反應，電池總反應式為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列說法正確的是( )
A．左電極為電池的正極，a處通入的物質是甲醇
B．右電極為電池的負極，b處通入的物質是空氣
C．負極反應式為CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
D．正極反應式O2＋2H2O＋4e－===4OH－
答案 C
解析 據圖知，在左電極有電子流出，應為電池的負極，被氧化的物質是甲醇，在酸性電解液中產生CO2，故A錯誤，C正確；右電極有電子流入，應為電池的正極，B錯誤；由于氫離子通過質子交換膜進入正極區，所以正極反應式得到OH－是錯誤的。
6．LiFePO4電池具有穩定性高、安全、對環境友好等優點，可用于電動汽車。電池反應為FePO4＋Li LiFePO4，電池的正極材料是LiFePO4，負極材料是石墨，含Li＋導電固體為電解質。下列有關LiFePO4電池說法正確的是( )
A．可加入硫酸以提高電解質的導電性
B．放電時電池內部Li＋向負極移動
C．充電過程中，電池正極材料的質量增加
D．放電時電池正極反應為：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
答案 D
解析 由于Li能和稀H2SO4、H2O反應，因此電解質不能用硫酸；放電過程為原電池原理，在原電池中，陰離子向著負極移動，陽離子向著正極移動；充電過程是電解的過程，電解池的陽極失電子，即LiFePO4－e－===Li＋＋FePO4，因此陽極材料(LiFePO4)質量會減少；將電解池陽極反應倒過就是原電池的正極反應。綜合上述分析可知D正確。
練方法技巧
7.在下圖裝置中，通電后可觀察到Cu極溶解，則下列說法中不正確的是 ( )?
A.直流電中，A是正極?
B.兩池內CuSO4溶液濃度均不改變?
C.兩鐵極上最初析出物相同?
D.P池內溶液的質量逐漸減小
答案 B
解析 由于Li能和稀H2SO4、H2O反應，因此電解質不能用硫酸；放電過程為原電池原理，在原電池中，陰離子向著負極移動，陽離子向著正極移動；充電過程是電解的過程，電解池的陽極失電子，即LiFePO4-e-=== Li++FePO4，因此陽極材料（LiFePO4）質量會減少；將電解池陽極反應倒過就是原電池的正極反應。綜合上述分析可知D正確。
8．乙醇燃料電池中采用磺酸類質子溶劑，在200℃左右時供電，電池總反應式為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，電池示意圖，下列說法中正確的是( )
A．電池工作時，質子向電池的負極遷移
B．電池工作時，電流由b極沿導線流向a極
C．a極上發生的電極反應是 C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b極上發生的電極反應是 2H2O＋O2＋4e－===4OH－
答案 B
解析 通入乙醇的一極(a極)為負極，發生氧化反應；通入氧氣的一極(b極)為正極，發生還原反應。電池工作時，陽離子(質子)向電池的正極遷移，A項不正確；電流方向與電子流向相反，電流由b極沿導線流向a極，B項正確；a極上乙醇應該失電子被氧化，所以C項不正確；因為電池中使用的是磺酸類質子溶劑，所以電極反應式中不能出現OH－，D項不正確。
練綜合拓展
9．科學家預言，燃料電池將是21世紀獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料電池用于軍事。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解質中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣。回答下列問題：
(1)這種電池放電時發生的化學反應方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)此電池的正極發生的電極反應：
________________________________________________________________________，
負極發生的電極反應：
________________________________________________________________________。
(3)電解液中H＋向________極移動，向外電路釋放電子的電極是________。
(4)使用該燃料電池的另一個好處是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋
(3)正 負極 (4)對環境無污染
解析 (1)燃料電池的電池反應為燃料的氧化反應，在酸性條下生成的CO2不與H2SO4反應，故電池總反應式為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。
(2)電池的正極O2得電子，由于是酸性環境，所以會生成H2O，用電池總反應式減去正極反應式即可得出負極的電極反應式。
(3)H＋移向正極，在正極生成水。
(4)產物是CO2和H2O，不會對環境造成污染。
10．氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍了一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質穩定。請回答：
(1)
氫氧燃料電池的能量轉化主要形式是______________，在導線中電子流動方向為________(用a、b表示)。
(2)負極反應式為_________________________________________________________。
(3)電極表面鍍鉑粉的原因為_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)該電池工作時，H2和O2連續由外部供給，電池可連續不斷地提供電能。因此，大量安全儲氫是關鍵技術之一。
金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：
Ⅰ.2Li＋H2=====△2LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
①反應Ⅰ中的還原劑是__________，反應Ⅱ中的氧化劑是________。
②已知LiH固體密度為0.82 g•cm－3，用鋰吸收224 L(標準狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為________。
③由②生成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉化率為80%，則導線中通過電子的物質的量為________mol。
答案 (1)化學能轉變為電能 a到b (2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O或H2＋2OH－－2e－===2H2O (3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數，加快電極反應速率
(4)①Li H2O ②1/1 148或8.71×10－4 ③32
解析 (1)電池是把化學能轉變為電能的裝置；在電池中，電子從負極經導線流向正極，而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負極，故電子由a流動到b。
(2)H2在負極失電子，因為電解質溶液是OH溶液，故負極反應式為2H2＋4OH－－4e－===4H2O。
(3)電極表面鍍鉑粉可以增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數，從而增大反應速率。
(4)LiH中Li為＋1價，H為－1價，故反應Ⅰ中還原劑是Li，反應Ⅱ中氧化劑是H2O。由反應Ⅰ可知吸收標準狀況下224 L H2時生成160 g LiH，則生成的LiH的體積是160 g0.82 g•cm－3，則生成的LiH的體積與被吸收的H2的體積之比為1600.82×224×103＝11 148。由②生成的20 mol LiH與H2O反應，由反應Ⅱ可知生成20 mol H2，H2～2e－，能量轉化率為80%，則通過的電子的物質的量為20 mol×2×80%＝32 mol。
11.由于Fe(OH)2極易被氧化，所以實驗室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀，應用右圖電解實驗可以制得白色的純凈的Fe(OH)2沉淀，兩電極材料分別為石墨和鐵。
?
(1)a電極材料應為 ，電極反應式為 。?
（2）電解液d可以是 （填編號）。?
A.純水 B.NaCl溶液? C.NaOH溶液 D.CuCl2?
(3)c為苯，其作用是 ，在加入苯之前對d應作何簡單處理 。
（4）為了在較短時間內看到白色沉淀，可采取的措施是（填編號） 。?
A.改用稀硫酸作電解液? B.適當增大電電壓?
C.適當減小兩電極間的距離? D.適當降低電解液的溫度?
（5）若d中用Na2SO4溶液，當電解一段時間看到白色Fe(OH)2沉淀后，再反接電電
解，除了電極上看到氣泡外，混合物中另一明顯現象為 。
答案 （1）鐵 Fe-2e- === Fe2+? (2)BC?
(3)液封，防止Fe(OH)2 被氧化 加熱煮沸?
（4）BC?
（5）白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色?
解析 （1）a極應該用鐵，電極反應：Fe-2e-=== Fe2+?;在反應中提供Fe2+。?
（2）要生成Fe(OH)2,必須使溶液顯堿性，可以通過電解使溶液顯堿性，所以可以選用NaCl溶液，也可直接選用NaOH作電解液。?
（3）在液體表面加一層苯的目的是起液封的作用，防止生成的Fe(OH)2被氧化；而在加入苯之前，應該對溶液d進行加熱煮沸，趕出其中溶解的空氣。??
（4）為了加快反應速率，可以增大電電壓和適當減小兩極間的距離，即B、C項措施。
（5）若用Na2SO4溶液，則會產生氧氣，將生成的Fe(OH)2氧化，會看到白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色。
第3時 電解池的工作原理
[目標要求] 1.理解電解原理，初步掌握一般電解反應產物的判斷方法。2.掌握電解電極反應方程式的書寫。3.了解電解反應的一般規律。
一、電解
1．概念
使電流通過電解質溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。
2．特點
(1)電解是最強有力的氧化還原手段，是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的。
(2)電解質溶液的導電過程，就是電解質溶液的電解過程。
二、電解池
1．定義
把電能轉化成化學能的裝置。
2．形成條
(1)直流電；
(2)兩個電極：與電正極相連的一極是陽極；與電負極相連的一極是陰極；
(3)電解質溶液或熔融電解質；
(4)形成閉合回路。
3．裝置及電極反應
以電解CuCl2溶液為例
(1)裝置
(2)電極反應
陰極Cu2＋＋2e－===Cu發生還原反應
陽極2Cl－－2e－===Cl2發生氧化反應
總反應CuCl2=====電解Cu＋Cl2↑
4.電子流向和離子流向
(1)電子流向
電負極?→電解池陰極
電解池陽極?→電正極
(2)離子流向
陽離子?→電解池陰極
陰離子?→電解池陽極
5．電解熔融NaCl時的電極反應式為
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應)；
陰極：2Na＋＋2e－===2Na(還原反應)。
知識點一 電解池
1．下列有關電解池的說法正確的是( )
A．在電解池中與外接電負極相連的電極是陽極
B．無論電解何種物質，陽極上失電子數都與陰極上得電子數相等
C．電解氯化銅溶液時，在陰極上有氣體生成
D．電解NaCl、CuCl2兩種溶液，參加反應的物質是相同的
答案 B
解析 與負極相連的是陰極。電解氯化銅時，陽極上有氯氣生成，陰極上有銅析出；電解NaCl溶液時，水參加了反應，而電解CuCl2溶液時，水沒有參加反應。
2．學生欲完成反應Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑而設計了下列四個實驗，你認為可行的是( )
答案 C
知識點二 電解原理
3.
上圖是電解CuCl2溶液的裝置，兩個電極是石墨電極，則下列有關判斷正確的是( )
A．a為負極、b為正極 B．a為陽極、b為陰極
C．電解過程中，Cl－濃度不變 D．電解過程中，d電極質量增加
答案 D
解析 電流的方向是從正極到負極，根據圖中電流方向，可知a為電的正極，b為電的負極，所以A項錯誤；在電解池中c、d才稱為陽、陰極，所以B項錯誤；在電解過程中，陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，所以溶液中的Cl－濃度減小，C項錯誤；c與電正極相接是陽極，d與電的負極相接是陰極，所以c電極上析出氯氣，d電極上析出金屬銅，質量增加，所以D項正確。
4.Cu2O是一種半導體材料，基于綠色化學理念設計的制取Cu2O的電解池示意圖如圖所示，電解總反應為2Cu＋H2O Cu2O＋H2↑。下列說法正確的是( )
A．石墨電極上產生氫氣
B．銅電極發生還原反應
C．銅電極接直流電的負極
D．當有0.1 mol電子轉移時，有0.1 mol Cu2O生成
答案 A
解析 由電解總反應可知，Cu參加了反應，所以Cu作電解池的陽極，發生氧化反應，B選項錯誤；石墨作陰極，陰極上是溶液中的H＋放電，電極反應為 2H＋＋2e－===H2↑，A選項正確；陰極與電的正極相連，C選項錯誤；陽極反應為2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，當有0.1 mol電子轉移時，有0.05 mol Cu2O生成，D選項錯誤。
5.如圖為直流電電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實驗現象中正確的是( )
A．逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的
B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體
C．a電極附近呈紅色，b電極附近呈藍色
D．a電極附近呈藍色，b電極附近呈紅色
答案 D
解析 Na2SO4===2Na＋＋SO2－4，H2O??H＋＋OH－，SO2－4和OH－移向b電極，Na＋和H＋移向a電極，在b電極上：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，在a電極上：2H＋＋2e－===H2↑，所以產生的氣體體積a電極的大于b電極的；兩種氣體均為無色無味的氣體；由于a電極上H＋放電，所以a電極附近的c(OH－)>c(H＋)，滴加石蕊溶液，a電極附近呈藍色，同理b電極附近呈紅色。
知識點三 電解規律應用
6．用惰性電極電解下列溶液一段時間后再加入一定量的某種純凈物(方括號內的物質)，能使溶液恢復到原的成分和濃度的是( )
A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O]
C．Cl[Cl] D．CuSO4[Cu(OH)2]
答案 B
解析 A項：4AgNO3＋2H2O=====電解4Ag＋O2↑＋4HNO3
脫離反應體系的物質是4Ag＋O2，相當于2Ag2O，所以應當加入適量Ag2O才能復原。(加入AgNO3，會使NO－3的量增加)；B項：2H2O=====電解2H2↑＋O2↑ 脫離反應體系的是2H2＋O2，相當于2H2O，加入適量水可以復原。C項：2Cl＋2H2O=====電解2OH＋H2↑＋Cl2↑ 脫離反應體系的是H2＋Cl2，相當于2HCl，應通入適量HCl氣體才能復原。(加入鹽酸時，同時也增加了水) D項：2CuSO4＋2H2O=====電解2H2SO4＋2Cu＋O2↑ 脫離反應體系的是2Cu＋O2，相當于2CuO，加入適量CuO可以復原。
7．用鉑作電極電解某種溶液，通電一段時間后，溶液的pH變小，并且在陽極得到0.56 L氣體，陰極得到1.12 L氣體(兩種氣體均在相同條下測定)。由此可知溶液可能是( )
A．稀鹽酸 B．NO3溶液 C．CuSO4溶液 D．稀硫酸
答案 D
解析 陽極與陰極產生的氣體體積比為0.56 L1.12 L＝12，相當于電解水，pH變小說明電解了含氧酸。
練基礎落實
1．如圖中x、y分別是直流電的兩極，通電后發現，a極板質量增加，b極板處有無色無味氣體放出，符合這一情況的是( )
a極板b極板x電極z溶液
A鋅石墨負極CuSO4
B石墨石墨負極NaOH
C銀鐵正極AgNO3
D銅石墨負極CuCl2
答案 A
2．在水中加等物質的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO2－4、NO－3、Cl－，該溶液放在用惰性電極作電極的電解槽中，通電片刻，則氧化產物與還原產物質量比為( )
A．35.5∶108 B．16∶207 C．8∶1 D．108∶35.5
答案 C
解析 溶液中的六種離子，有四種發生反應生成沉淀，Ag＋＋Cl－===AgCl↓、Pb2＋＋SO2－4===PbSO4↓，最后溶液就成了NaNO3溶液；而電解NaNO3溶液，實質上就是電解水，電解方程式為2H2O=====電解2H2↑＋O2↑。氧化產物和還原產物的質量之比為m(O2)∶m(H2)＝(1 mol×32 g•mol－1)∶(2 mol×2 g•mol－1)＝8∶1，即C項正確。
3．在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作電極電解，兩極上均收集到2.24 L氣體(標準狀況下)，則原混合液中，Cu2＋的物質的量濃度為( )
A．1 mol•L－1 B．2 mol•L－1 C．3 mol•L－1 D．4 mol•L－1
答案 A
解析 兩極均收集到氣體時，陰極是Cu2＋放電后，H＋又放電生成氫氣；陽極是OH－放電生成氧氣。n(H2)＝n(O2)＝2.24 L/22.4 L•mol－1＝0.1 mol，由電子守恒得n(Cu2＋)×2＋n(H2)×2＝n(O2)×4，即：c(Cu2＋)×0.1 L×2＋0.1 mol×2＝0.1 mol×4，解得：c(Cu2＋)＝1 mol•L－1，本題考查在陽離子陰極的放電順序，Cu2＋>H＋。
4．用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢復到電解前的濃度和pH。則電解過程中轉移的電子的物質的量為( )
A．0.1 mol B．0.2 mol C．0.3 mol D．0.4 mol
答案 D
解析 由電解CuSO4溶液的反應的化學方程式2CuSO4＋2H2O=====電解2Cu＋O2↑＋2H2SO4知，電解過程中只析出Cu和放出O2，故電解后加入CuO就可以復原。但本題提示加入0.1 mol Cu(OH)2可以復原，說明電解過程中不僅有CuSO4被電解，還有H2O被電解。0.1 mol Cu(OH)2相當于0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，由電子守恒0.1 mol CuO～0.1 mol Cu～0.2 mol e－，0.1 mol H2O～0.1 mol H2～0.2 mol e－，共計0.4 mol e－。
練方法技巧
5．在25 ℃時，將銅電極插入一定量的飽和硫酸鈉溶液中進行電解，通電一段時間后，陰極逸出a mol氣體，同時有b g Na2SO4•10H2O晶體析出。若溫度不變，剩余溶液中溶質的質量分數是( )
A.bb＋18a×100% B.bb＋36a×100%
C.71b161b＋36a×100% D.71b161b＋18a×100%
答案 C
解析 用銅作電極時，陽極上銅失去電子被氧化，電極反應為Cu－2e－===Cu2＋；陰極上生成H2，電極反應為2H＋＋2e－===H2↑，陰極區產生的OH－與陽極區產生的Cu2＋結合生成Cu(OH)2沉淀。總反應為Cu＋2H2O=====通電Cu(OH)2＋H2↑，即陰極每生成a mol H2，就有2a mol水被電解，發生電解的水與析出的Na2SO4•10H2O晶體可以組成該溫度下的飽和溶液。該飽和溶液的質量為b g＋2a mol×18 g•mol－1＝(b＋36a) g，溶質的質量為142322×b g。故w(Na2SO4)＝142b322b＋36a×100%＝71b161b＋36a×100%。
6．鉛蓄電池的工作原理為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。研讀下圖，下列判斷不正確的是( )
A．閉合時，d電極反應式：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4
B．當電路中轉移0.2 mol電子時，Ⅰ中消耗的H2SO4為0.2 mol
C．閉合時，Ⅱ中SO2－4向c電極遷移
D．閉合一段時間后，Ⅱ可單獨作為原電池，d電極為正極
答案 C
解析 當閉合時，裝置Ⅰ中的電極為Pb和PbO2，應為原電池，b極(Pb)作負極，a極(PbO2)作正極；Ⅱ中的電極均為PbSO4，應為電解池，c極為陰極，d極為陽極。A項：閉合時，d極發生氧化反應：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4，正確；B項：電路中轉移0.2 mol電子時，Ⅰ中消耗0.2 mol H2SO4和0.1 mol Pb，正確；C項：Ⅱ中SO2－4向陽極(d極)遷移，錯誤；D項：閉合一段時間后，c極表面生成Pb，d極表面生成PbO2，裝置Ⅱ可單獨作為原電池，d電極為正極，正確。
7．在25 ℃時，用石墨電極電解2.0 L 0.5 mol•L－1 CuSO4溶液。5 min后，在一個石墨電極上有6.4 g Cu生成。試回答下列問題：
(1)發生氧化反應的是________極，電極反應式為
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)若電解后溶液的體積不變，則電解后溶液的pH為________。
(3)若將溶液恢復到與電解前一樣，則需加入________ mol的________。
(4)若用等質量的兩塊銅片代替石墨作電極，電解后兩銅片的質量相差________g，電解液的pH________。(填“變小”、“變大”或“不變”)
答案 (1)陽 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(2)1 (2)0.1 CuO (4)12.8 不變
解析 (1)n(CuSO4)＝2.0 L×0.5 mol•L－1＝1.0 mol，而在陰極析出的Cu為6.4 g64 g•mol－1＝0.1 mol，故CuSO4未完全電解，陽極發生氧化反應，電極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
(2)總反應為
2CuSO4＋2H2O=====通電2Cu ＋ O2↑ ＋ 2H2SO4
2 2 2 1 2
0．1 mol 0.1 mol 0.1 mol 0.05 mol 0.1 mol
所以電解后c(H＋)＝0.1 mol×22.0 L＝0.1 mol•L－1，
故pH＝－lg 0.1＝1。
(3)電解后生成的0.1 mol Cu和0.05 mol O2脫離該體系，即相當于0.1 mol CuO，因此若將溶液復原，則應加入0.1 mol CuO。
(4)此時成為電鍍池，陽極：Cu－2e－===Cu2＋，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，因此若陰極上析出6.4 g銅，則陽極溶解6.4 g銅，電解后兩銅片質量差為6.4 g＋6.4 g＝12.8 g，而電解液的pH不變。
練綜合拓展
8．在50 mL 0.2 mol•L－1 CuSO4溶液中插入兩個電極，通電電解(不考慮水分蒸發)。則：
(1)若兩極均為銅片，試說明電解過程中CuSO4溶液的濃度________(填“增大”、“減小”或“不變”)。
(2)若陽極為純鋅，陰極為銅片，陽極反應式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若陽極為純鋅，陰極為銅片，如不考慮H＋在陰極上放電，當電路中有0.04 mol e－通過時，陰極增重________g，陰極上的電極反應式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)不變 (2)Zn－2e－===Zn2＋
(3)1.28 Cu2＋＋2e－===Cu
解析 (1)兩極均為銅片，電解液為CuSO4溶液，這是一個電鍍裝置，電解過程中電解質溶液的濃度不變。
(2)陽極為純鋅，為活潑金屬，通電電解時，鋅發生氧化反應：Zn－2e－===Zn2＋。
(3)若陽極為純鋅，陰極為銅片，不考慮H＋在陰極上放電，則陰極反應為Cu2＋得電子的還原反應：Cu2＋＋2e－===Cu。當電路中有0.04 mol電子通過時，有0.04 mol/2×64 g•mol－1＝1.28 g銅析出。
第4時 電解原理的應用
[目標要求] 1.了解氯堿工業、電鍍、精煉銅的原理。2.掌握電解原理及其應用。
電解原理的應用
1．氯堿工業：電解飽和食鹽水，制取燒堿、氯氣和氫氣。
電極的反應式(并注明反應類型)
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反應)；
陰極：2H＋＋2e－===H2↑ (還原反應)。
總反應式：2NaCl＋2H2O=====電解2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。
其中陰極反應中的H＋是由水電離產生的。
2．電鍍
(1)電鍍是應用電解的原理在金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。
(2)電鍍陽極：鍍層金屬，電極本身發生氧化反應陰極：待鍍金屬制品電鍍溶液：含有鍍層金屬離子的溶液
在電鍍過程中，電鍍液的濃度不變。
3．電解精煉(如電解精煉銅，雜質為鐵、鋅、金、銀)
(1)粗銅作陽極，電極反應Cu－2e－===Cu2＋；
精銅作陰極，電極反應Cu2＋＋2e－===Cu；
電解質溶液CuSO4溶液。
(2) 活潑性較強的鐵、鋅以離子形式進入溶液，活潑性較差的金、銀形成陽極泥。
4．電冶金制取金屬
Na、Ca、g、Al等活潑金屬，很難用還原劑從它們的化合物中還原得到單質，因此必須通過電解熔融的化合物的方法得到。如電解熔融的氯化鈉可以得到金屬鈉：
陰極：2Na＋＋2e－===2Na，陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑，
總反應式：2NaCl(熔融)=====電解2Na＋Cl2↑。
知識點一 氯堿工業
1.某學生想制作一種家用環保型消毒液發生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時，為使Cl2被完全吸收制得有較強殺菌能力的消毒液，設計了如圖所示的裝置，以下對電電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是( )
A．a為正極，b為負極；NaClO和NaCl
B．a為負極，b為正極；NaClO和NaCl
C．a為陽極，b為陰極；HClO和NaCl
D．a為陰極，b為陽極；HClO和NaCl
答案 B
解析 電解飽和食鹽水的方程式為2NaCl＋2H2O電解,2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，NaOH在陰極區生成，Cl2在陽極區生成。按照該學生制作的豎直的家用環保型消毒裝置，若將陽極置于上方，則氯氣一生成即逸出，不能完全與NaOH反應。顯然，應將陽極置于下方，陰極置于上方，下方陽極生成的氯氣通過溶液時即可很好地被陰極生成的NaOH吸收。反應為Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。還應注意的是圖中電極a、b是電的電極而非電解池的電極。與電解裝置上方陰極相連的a為電的負極，則b為正極。
2.如圖Ⅰ所示是用石墨和鐵作電極電解飽和食鹽水的裝置，請：
(1)X的電極名稱是__________極，發生的電極反應式為______________，Y極的電極材料是____________，檢驗X極產物的方法是________________________________。
(2)某同學在實驗時誤將兩種電極材料接反，導致X極上未收集到預期產物，一段時間后又將兩極的連接方式糾正過，發現X極附近出現了白色沉淀，此沉淀是________(填化學式)，其形成原因是___________________________________________________________
________________________________________________________________________，
該沉淀在空氣中放置，現象是______________________。
(3)
工業上電解飽和食鹽水的方法之一是將兩個電極室用離子交換膜隔開(如圖Ⅱ所示)，其目的是________________，陽極室(A處)加入____________，陰極室(B處)加入__________，離子交換膜只許__________離子通過。
答案 (1)陽 2Cl－－2e－===Cl2↑ Fe 用濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在X極附近，若試紙變藍，說明生成了Cl2
(2)Fe(OH)2 鐵作陽極時被氧化為Fe2＋，糾正錯誤后，這一端又變為陰極，2H＋＋2e－===H2↑，生成的OH－與Fe2＋結合成Fe(OH)2 先變灰綠色，后變紅褐色
(3)防止H2與Cl2混合發生爆炸，防止Cl2與NaOH反應生成NaClO，使NaOH不純 飽和食鹽水 純水(或NaOH稀溶液) Na＋
解析 與電正極相接的為電解池的陽極，與電負極相接的為電解池的陰極，若接反則金屬Fe失去電子而產生Fe(OH)2沉淀。
知識點二 電鍍池與精煉銅
3．在鐵制品上鍍上一層鋅層，以下電鍍方案中合理的是( )
A．鋅作陽極，鐵制品作陰極，溶液中含Fe2＋
B．鋅作陰極，鐵制品作陽極，溶液中含Zn2＋
C．鋅作陰極，鐵制品作陽極，溶液中含Fe3＋
D．鋅作陽極，鐵制品作陰極，溶液中含Zn2＋
答案 D
解析 要在鐵制品上鍍鋅，應該用鋅作陽極，鐵制品作陰極，含有Zn2＋的溶液作電鍍液，所以D項正確。
4．金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)( )
A．陽極發生還原反應，其電極反應式：Ni2＋＋2e－===Ni
B．電解過程中，陽極質量的減少與陰極質量的增加相等
C．電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2＋和Zn2＋
D．電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Pt
答案 D
解析 此題考查的是電解的基本原理。在電解池中，陽極失去電子，化合價升高，發生氧化反應，而陰極得到電子，化合價降低，發生還原反應。題目中已經告訴氧化性：Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，可以推出題中幾種金屬在陽極的放電順序為：Zn>Fe>Ni>Cu>Pt(惰性金屬不放電)，陰極的放電順序為：Zn2＋<Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，所以A中陽極電極反應式有：Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋(主要電極反應)。B：由于陽極中Cu和Pt沉于電解槽底部的陽極泥中，而Zn和Fe在陽極放電，在陰極不能放電，因此陽極質量的減少>陰極質量的增加。C：溶液中除了Fe2＋和Zn2＋還有Ni2＋、H＋等。
5．火法煉銅得到的粗銅中含多種雜質(如鋅、金和銀等)，其性能遠不能達到電氣工業的要求，工業上常使用電解精煉法將粗銅提純。在電解精煉時( )
A．粗銅接電負極
B．純銅作陽極
C．雜質都將以單質形式沉積到池底
D．純銅片增重2.56 g，電路中通過電子為0.08 mol
答案 D
解析 電解精煉銅時，用粗銅作陽極，用精銅作陰極，所以A、B不正確；鋅比銅活潑，失電子變成鋅離子進入溶液中，金、銀不活潑，以單質形式沉淀到池底，C不正確；n(e－)＝2.56 g64 g•mol－1×2＝0.08 mol，D正確。
知識點三 電化學計算
6．有三個燒杯，分別盛有氯化銅、氯化鉀和硝酸銀三種溶液，均以Pt作電極，將它們串聯在一起電解一定時間，測得電極增重總和2.8 g，這時產生的有色氣體與無色氣體的物質的量之比為( )
A．4∶1 B．1∶1 C．4∶3 D．3∶4
答案 C
解析 串聯電路中，相同時間內各電極得或失的電子的物質的量相同，各電極上放出氣體的物質的量之比為定值。不必注意電極增重是多少，只要判斷出生成何種氣體及生成該氣體一定物質的量所得失電子的物質的量，就可以通過得失電子守恒，判斷氣體體積之比，第一個燒杯中放出Cl2，第二個燒杯中放出Cl2和H2，第三個燒杯中放出O2。在有1 mol電子轉移時，生成的氣體的物質的量分別是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色氣體(Cl2)0.5 mol＋0.5 mol＝1 mol，無色氣體(O2和H2)0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol。
7．將含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol Cl的水溶液1 L，用惰性電極電解一段時間后，在一電極上析出19.2 g Cu；此時，在另一電極上放出氣體的體積在標準狀況下為(不考慮產生的氣體在水中的溶解)( )
A．3.36 L B．5.6 L C．6.72 L D．13.44 L
答案 B
解析 根據電解原理，陰、陽兩極發生的電極反應為陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑。
由題意知，在陰極上析出Cu：19.2 g64 g•mol－1＝0.3 mol，則轉移電子0.6 mol，根據電子得失守恒分析，陽極上除Cl－放電外，OH－也會放電產生O2，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，經計算可知得到Cl2 0.2 mol，得到O2 0.05 mol，故陽極放出氣體的體積為 (0.2 mol＋0.05 mol)×22.4 L•mol－1＝5.6 L。
練基礎落實
1．關于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是( )
A．電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉
B．若在陽極附近的溶液中滴入I溶液，溶液呈棕色
C．若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無色
D．電解一段時間后，將全部電解液轉移到燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性
答案 B
解析 電解食鹽水時發生的反應：陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
總反應：2NaCl＋2H2O=====通電2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
對照分析選項，A錯誤；陽極附近的溶液中會溶有少量的Cl2，滴加I溶液后發生反應：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕色，B正確；陰極附近產生大量的OH－，滴加酚酞后變紅色，C錯誤；電解后生成NaOH，溶液呈堿性，D錯誤。
2．下列關于電解法精煉粗銅的敘述中不正確的是( )
A．粗銅板作陽極
B．電解時，陽極發生氧化反應，而陰極發生的反應為 Cu2＋＋2e－===Cu
C．粗銅中所含Ni、Fe、Au、Ag等金屬雜質，電解后以單質形式沉積槽底，形成陽極泥
D．電解銅的純度可達99.95%～99.98%
答案 C
3．用惰性電極電解(NO3)x的水溶液，當陰極上增重a g時，在陽極上同時產生b L氧氣(標準狀況)，從而可知的相對原子質量為( )
A.22.4 axb B.11.2 axb C.5.6 axb D.2.5 axb
答案 C
解析 根據得失電子守恒列出物質間的對應關系，設的相對原子質量為r。
x＋ ～xe－ ～ x4O2
r g 22.4•x4 L
a g b L
解得r＝22.4ax4b＝5.6axb。
4．依據下圖判斷，下列敘述正確的是( )
A．Ⅰ是原電池，Ⅱ是電鍍裝置
B．Ⅰ、Ⅱ裝置中鋅極上均發生氧化反應
C．Ⅱ、Ⅲ裝置中，銅極均發生氧化反應而溶解
D．Ⅱ、Ⅲ裝置中Cu2＋濃度基本不變
答案 A
解析 仔細觀察三個裝置，Ⅰ為原電池，電極反應式為
負極(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋，正極(Cu)：Cu2＋＋2e－===Cu，
Ⅱ為電鍍池，電極反應式為
陽極(Cu)：Cu－2e－===Cu2＋，陰極(Zn)：Cu2＋＋2e－===Cu，
Ⅲ為電解池，電極反應式為
陽極(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋，陰極Cu：Cu2＋＋2e－===Cu。
練方法技巧
5．電解CuSO4溶液時，若要達到以下三點要求：①陽極質量減少；②陽極質量增加；③電解液中c(Cu2＋)不變，則可選用的電極是( )
A．含Zn、Ag的銅合金作陽極，純銅作陰極
B．純銅作陽極，含Zn、Ag的銅合金作陰極
C．用純鐵作陽極，用純銅作陰極
D．用石墨作陽極，用惰性電極(Pt)作陰極
答案 B
解析 根據①，須選擇非惰性電極(除石墨、金、鉑外的電極)作陽極；根據③，須選擇純銅為陽極，含有Cu2＋的鹽(如硫酸銅溶液)作電解液。至于陰極材料則選擇的余地較大，如B選項中用含Zn、Ag的銅合金作陰極，當然也可用純銅、石墨、鉑等作陰極。
6.請按要求回答下列問題。
(1)根據圖1回答①②：
①打開2，合并1。
A電極可觀察到的現象是________；B極的電極反應式為________。
②打開1，合并2。
A電極可觀察到的現象是________；B電極的電極反應式為________；
(2)根據圖2回答③④：
③將較純凈的CuSO4溶液放入如圖所示的裝置中進行電解，石墨電極上的電極反應式為________________________________________________________________________，
電解反應的離子方程式為__________________________________________________；
④實驗完成后，銅電極增重a g，石墨電極產生標準狀況下的氣體體積為________L。
答案 (1)①鋅不斷溶解 Cu2＋＋2e－===Cu
②A鍍上一層紅色的銅 Cu－2e－===Cu2＋
(2)③4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
2Cu2＋＋2H2O=====通電2Cu＋O2↑＋4H＋
④22.4a128
解析 (1)①此時為原電池，鋅為負極，不斷溶解，B極為正極，反應為Cu2＋＋2e－===Cu。
②此時為電解池，A極為陰極，反應為Cu2＋＋2e－===Cu，故A極上鍍上一層紅色的銅，B極為陽極，反應為Cu－2e－===Cu2＋。
(2)此時為惰性電極電解CuSO4，石墨極上的反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，總反應的離子方程式為2Cu2＋＋2H2O=====通電2Cu＋O2↑＋4H＋，
V(O2)＝a64×12×22.4 L＝22.4a128 L。
7．如圖所示，若電解5 min時，測得銅電極的質量增加2.16 g。試回答：
(1)電中X極是________(填“正”或“負”)極。
(2)通電5 min時，B中共收集到224 mL(標準狀況)氣體，溶液體積為200 mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計)，則通電前c(CuSO4)＝________。
(3)若A中Cl溶液的體積也是200 mL，電解后溶液中仍有Cl－，則電解后溶液的pH＝________。
答案 (1)負 (2)0.025 mol•L－1 (3)13
解析 ①要注意電解的階段性。如含Cl－的溶液中Cl－電解完后繼續通電會使OH－放電，Cu2＋在陰極上被電解完全后H＋又會放電等。②電極反應式和總反應方程式、電解產物物質的量與得失電子數之間的關系式是電化學計算的主要依據。
(1)銅極增重，說明銀在銅極析出，則銅極為陰極，X為負極。
(2)C中銅極增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，線路中通過0.02 mol電子。由4e－～O2，可知B中產生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL氣體，說明還有112 mL是H2，即Cu2＋全部在陰極放電后，H＋接著放電產生了112 mL H2，則通過0.01 mol電子時，Cu2＋已被電解完。由2e－～Cu，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol，則：
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－，則：c(OH－)＝0.1 mol•L－1，pH＝13。
練綜合拓展
8．電解原理在化學工業中有著廣泛的應用。如圖所示表示一個電
解池，裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過導線與直流電相連。請回答以下問題：
(1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則電解池中X極上的電極反應式為________。在X極附近觀察到的現象是________。Y極上的電極反應式為________，檢驗該電極反應產物的方法是________。
(2)如果用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則X電極的材料是________，電極反應式為________。Y電極的材料是________，電極反應式為________(說明：雜質發生的電極反應不必寫出)。
答案 (1)2H＋＋2e－===H2↑ 有氣泡冒出，溶液變紅 2Cl－－2e－===Cl2↑ 把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在Y電極附近，試紙變藍
(2)純銅 Cu2＋＋2e－===Cu 粗銅 Cu－2e－===Cu2＋
解析 (1)與電負極相連的為陰極，因此，X極為陰極，2H＋＋2e－===H2↑，反應過程中消耗了水電離出的H＋，溶液呈堿性，加入酚酞試液變成紅色；Y極為陽極，2Cl－－2e－===Cl2↑，產生的Cl2能使濕潤的淀粉I試紙變藍。(2)電解精煉粗銅時，用含雜質的Cu作為陽極，純Cu為陰極。反應過程中陽極上的Cu失去電子，成為離子進入溶液，在陰極Cu2＋得電子。
9.如圖，X和Y均為石墨電極。
(1)若電解液為滴有酚酞的飽和食鹽水，電解反應的離子方程式為_______________；
電解過程中______極(填“陰”或“陽”)附近會出現紅色。
(2)若電解液為500 mL含A溶質的某藍色溶液，電解一段時間后，觀察到X電極表面有紅色的固態物質生成，Y電極有無色氣體生成；溶液中原有溶質完全電解后，停止電解，取出X電極，洗滌、干燥、稱量，電極增重1.6 g。
①電解后溶液的pH為________________；要使電解后溶液恢復到電解前的狀態，需加入一定量的________________________(填加入物質的化學式)。(假設電解前后溶液的體積不變)
②Y電極產生氣體的體積為______________L。
③請你推測原溶液中所含的酸根離子可能是__________________；并設計實驗驗證你的推測，寫出實驗的操作步驟、現象和結論：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)2Cl－＋2H2O=====通電2OH－＋Cl2↑＋H2↑ 陰
(2)①1 CuO或CuCO3(僅答1種即可) ②0.28
③硫酸根離子 取少量待測液于試管中，滴加鹽酸無明顯現象，繼續加入氯化鋇溶液，若有白色沉淀產生，則證明是硫酸根離子(或：硝酸根離子 取少量待測液于試管中，加熱濃縮后滴加濃硫酸和銅粉，若有紅棕色氣體產生，則證明是硝酸根離子)
解析 (1)電解飽和食鹽水的離子方程式：2Cl－＋2H2O=====通電2OH－＋Cl2↑＋H2↑，在陰極區生成NaOH，使酚酞溶液變紅。
(2)藍色溶液中可能含有Cu2＋，并且在電解過程中析出紅色固體，進一步驗證析出的是銅；Y電極上析出無色氣體，應該是O2，電解離子方程式：2Cu2＋＋2H2O=====通電2Cu＋O2↑＋4H＋。
①根據電解離子方程式得：n(H＋)＝2n(Cu2＋)＝2×1.6 g64 g•mol－1＝0.05 mol，故溶液中c(H＋)＝0.05 mol0.5 L＝0.1 mol•L－1，溶液的pH＝1。要使溶液恢復到以前，可以加入CuO或CuCO3。
②根據電解離子方程式得：n(O2)＝12×n(Cu)＝0.012 5mol，在標準狀況下的體積V(O2)＝22.4 L•mol－1×0.012 5 mol＝0.28 L。
③溶液中存在的必須是含氧酸根離子，可以是SO2－4或NO－3；然后利用實驗進行檢驗。
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