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2021版高考化学鲁科版一轮教师用书：第6章第2节 电能转化为化学能——电解
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第2节 电能转化为化学能——电解
考纲定位
要点网络
了解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。
电解原理及其规律
1．电解
让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
注意：电解与电离的区别
①电解需通电才能进行而电离不需通电就能进行。
②电解是化学变化；而电离是在水中或熔融状态下断键离解为离子，属于物理变化。
2．电解池及其工作原理
(1)概念：电解池是将电能转化为化学能的装置。
(2)构成条件
①有与外接直流电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
(4)电解池中电子和离子的移动
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。电子不能通过电解质溶液。
②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
③电流：从电源的正极流出，流入阳极，再通过电解质溶液流入阴极，最后流向负极，形成闭合回路。
3．阴阳两极上放电顺序
(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序为
(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，生成金属阳离子，发生氧化反应。
若是惰性电极作阳极，放电顺序为
注意：
①放电指的是电极上的得、失电子。
②活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属，惰性电极指的是Pt、Au、C电极，不参与电极反应。
③阴极材料若为金属电极，一般是增强导电性但不参与反应。
4．以惰性电极电解水溶液的有关规律
(1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐
①阴极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总方程式为2H2O2H2↑＋O2↑。
②电解质浓度变大，pH可能变大、变小或不变，可加H2O复原。
(2)电解电解质类型——无氧酸(如HCl)，不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)
电解质浓度变小，加电解质本身复原。
(3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
①阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，总方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。
②溶液pH变大，加HCl(卤化氢)复原。
(4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
①阴极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，总方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。
②溶液pH变小，加CuO(金属氧化物)或CuCO3复原。
[基础判断]
(1)二次电池的放电(原电池反应)与充电(电解反应)互为可逆反应。 ( )
(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程，属于化学变化。 ( )
(3)电解时电子流动方向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极。 ( )
(4)用惰性电极电解足量CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2或CuO均可使电解质溶液恢复到电解前的状况。 ( )
(5)惰性电极电解Na2SO4溶液和Na2CO3溶液的过程中pH均不变。 ( )
(6)以Pt作电极，电解KCl溶液的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑。 ( )
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)×
[知识应用]
1．按要求书写方程式。
(1)用Pt作电极，电解AgNO3溶液
阴极反应式：_________________________________________；
阳极反应式：_________________________________________；
总反应式：__________________________________________。
(2)用Cu作电极，电解稀H2SO4溶液
阴极反应式：________________________________________；
阳极反应式：_________________________________________；
总反应式：__________________________________________。
(3)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式：_________________________________________；
阴极反应式：________________________________________；
总反应式：__________________________________________。
(4)用惰性电极电解2 mol·L－1 NaCl和1 mol·L－1 CuSO4的混合溶液，电解过程明显分两个阶段。
第一阶段：
阴极反应式：________________________________________，
阳极反应式：_______________________________________。
第二阶段：
阴极反应式：_______________________________________，
阳极反应式：_______________________________________。
[答案] (1)4Ag＋＋4e－===4Ag 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 4Ag＋＋2H2O4Ag＋4H＋＋O2↑
(2)2H＋＋2e－===H2↑ Cu－2e－===Cu2＋ Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
(3)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(4)Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑
4H＋＋4e－===2H2↑ 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
2．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，阴极发生的电极反应式为_____________________________________________，整个电路中转移的电子数为________________________(用NA表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。
[答案] Cu2＋＋2e－===Cu、2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 4NA
电极反应式和电解方程式的书写要点
(1)做到“三看”，正确书写电极反应式
①一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。
②二看电解质，电解质是否参与电极反应。
③三看电解质状态，是熔融状态，还是水溶液。
(2)规避“两个”失分点
①书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式，且注明“电解”条件。
②电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
◎命题点1 电解原理及其规律
1．下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显减小的是( )
A B
C D
[答案] D
2．如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电能力顺序，都可能在阳极放电，下列分析正确的是 ( )
A．C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．C1电极处溶液首先变黄色
C．C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑
D．当C1电极上有2 g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液发生转移(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C [C1电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的H＋在阴极放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；C1电极上H＋放电生成H2，C2电极与电源的正极相连，作阳极，Fe2＋的还原性强于Cl－，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，故C2电极处溶液首先变黄色，B错误，C正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液传递，D错误。]
3．(2019·甘肃名校联考)电－Fenton法是用于水体中有机污染物降解的高级氧化技术，其反应原理如图所示(酸性介质)。其中电解产生的H2O2与Fe2＋发生Fenton反应：Fe2＋＋H2O2===Fe3＋＋OH－＋·OH，生成的羟基自由基(·OH)能氧化降解有机污染物。下列说法不正确的是( )
A．电源的B极是正极
B．电解时阴极周围溶液的pH增大
C．阴极上发生的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．若产生4 mol羟基自由基(·OH)，则消耗22.4 L O2
D [O2在电解池的左侧得电子生成H2O2，所以A极为负极，B极为正极，A项正确；阴极上O2＋2e－＋2H＋===H2O2，电解质溶液的pH增大，B、C项正确；D项，没有指明温度和压强，不能确定氧气的体积，D项错误。]
◎命题点2 电化学基本计算——电子守恒法
4．(2019·大连模拟)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为 ( )
A．0.4 mol B．0.5 mol
C．0.6 mol D．0.8 mol
C [Cu2(OH)2CO3可改写为2CuO·H2O·CO2，因反应后生成的CO2离开溶液，所以加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3相当于加入0.2 mol CuO、0.1 mol H2O，根据
2Cu ～ O2 ～ 4e－
2 mol 4 mol
0.2 mol 0.4 mol
2H2O ～ O2 ～ 4e－
2 mol 4 mol
0.1 mol 0.2 mol
转移电子的物质的量＝0.4 mol＋0.2 mol＝0.6 mol。 ]
5．(2019·平顶山一模)某实验小组模拟光合作用，采用电解CO2和H2O的方法制备CH3CH2OH和O2，装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A．铂极为阳极，发生氧化反应
B．电解过程中，H＋由交换膜左侧向右侧迁移
C．阴极的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===CH3CH2OH＋3H2O
D．电路上转移2 mol电子时铂极产生11.2 L O2(标准状况)
B [CH3CH2OH中C为－2价，CO2发生还原反应，在铜极区充入CO2。由电池符号知，铂极为阳极，发生氧化反应，A项正确；铂极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，B项错误；阴极上发生还原反应生成乙醇和水，C项正确；转移2 mol 电子生成0.5 mol O2，D项正确。]
电化学中两种基本计算模型
注：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量。
◎命题点3 多池串联的综合试题分析
6．将以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池甲与盛有足量硫酸铜溶液的装置乙相连，起始电路接入状况如图，以电流强度0.1 A，通电10 min后，将电池的正、负极互换接入，移动滑动变阻器，以电流强度0.2 A，继续通电10 min，结束实验。
甲 乙
下列有关说法正确的是( )
A．葡萄糖在装置甲的正极参加反应，氧气在负极参加反应
B．在该电池反应中，每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳11.2 L
C．电池工作20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为2∶1
D．电池工作15分钟时，乙装置中铜棒的质量与起始通电前相等
D [由题意可知，装置甲是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应，A项错误；在该电池中，发生的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，则每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳22.4 L，B项错误；由题意知，0～10 min，铜棒与电源正极相连，发生反应Cu－2e－===Cu2＋，碳棒与电源负极相连，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，通电10 min后将电池的正、负极互换接入，由于10～20 min时的电流强度是0～10 min时的2倍，则10～15 min碳棒上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu,15 min时乙装置中铜棒即可恢复到起始通电前的状态，15～20 min碳棒上发生反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，生成1 mol O2的同时析出2 mol Cu，则20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为4∶1，C项错误、D项正确。]
7．(2019·长沙模拟)用石墨电极完成下列电解实验。下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
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；钢珠右侧n处有气泡产生；……
A.a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．c处发生反应：Fe－2e－===Fe2＋
C．根据实验一的原理，实验二中n处析出O2
D．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2溶于水生成HClO，使溶液退色
C [由装置图可知，实验一中a、d为阴极，水电离出的氢离子得电子生成氢气，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故a、d处pH试纸显蓝色，A项正确；实验一中c、b为阳极，c处发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，由于生成的Fe2＋浓度较小，且pH试纸本身有颜色，故c处无明显变化，b处发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，产生的Cl2溶于水生成HCl和HClO，故b处变红，局部退色，B、D项正确；结合实验一的原理和题图知，实验二中两个钢珠的左侧均为阳极，右侧均为阴极，初始时两个钢珠的左侧均发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，右侧均发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，一段时间后，Fe2＋移动到m和n处，m、n处附近Fe2＋浓度增大，发生反应：Fe2＋＋2e－===Fe，故实验二中n处不能产生O2，C项错误。]
8．(2019·黑龙江名校联考)H2S转化是环保和资源利用的研究课题。将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图装置，可以回收单质硫，甲为二甲醚(CH3OCH3)—空气燃料电池。
下列推断正确的是( )
A．Y极充入二甲醚
B．电子移动方向：X→W→溶液→Z→Y
C．电解后，乙装置右池中c(NaOH)减小
D．Z极反应式为S2－－2e－===S↓
D [据图分析甲为原电池，乙为电解池，电解池右侧有H2产生，则W极为阴极，Z极作阳极，连接的Y极为原电池的正极，发生还原反应，所以Y极应充入氧气，A项错误；电子不进入溶液，B项错误；乙装置右池中发生电极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，氢氧化钠溶液浓度增大，C项错误；Z极电极反应为S2－－2e－===S↓，D项正确。]
多池串联装置中电极的判断模型
(1)
(2)
电解原理的实际应用
1．电解饱和食盐水——氯碱工业
(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)。
检验阳极产物的方法是：用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。
(2)电解方程式
化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图
①阳离子交换膜的作用
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。
②a、b、c、d加入或取出的物质分别是饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀的食盐水、浓NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。
2．电镀铜与电解精炼铜
(1)电镀铜
(2)电解精炼铜
3．电冶金——活泼金属的冶炼方法
(1)电解熔融氯化钠得到钠
(2)电解熔融Al2O3制Al
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。
冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。
[基础判断]
(1)电解饱和食盐水制碱时，用Fe作阴极可增强导电性。 ( )
(2)电解精炼铜时，杂质Zn、Au、Ag均不溶解，形成阳极泥而沉淀。 ( )
(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。 ( )
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。 ( )
(5)粗铜电解精炼时，若电路中通过2 mol e－，阳极减少64 g。 ( )
[答案] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
[知识应用]
电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如图：
电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。
(1)A极为________，电极反应式为______________________。
(2)B极为________，电极反应式为_______________________。
[答案] (1)阳极 CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O
(2)阴极 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
◎命题点1 电解原理的常规应用
1．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是( )
A．氯碱工业中，X电极上的反应式是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
[答案] D
2．(2017·全国卷Ⅱ，T11)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
C [A对：该电解池阳极发生的电极反应为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，铝化合价升高失电子，所以待加工铝质工件应为阳极。B对，C错：阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极。D对：电解质溶液中的阴离子向阳极移动。]
3．目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法，阳(阴)离子交换膜不允许阴(阳)离子通过。则下列叙述中错误的是( )
A．NaOH、H2均在Ⅰ区产生
B．图中a为阴离子交换膜
C．使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2，阻止二者之间的反应
D．电解时往Ⅲ区的溶液中滴加几滴甲基橙，溶液先变红后退色
B [Ⅰ区是阴极室，H＋(H2O)放电生成氢气，同时促进水的电离，生成氢氧化钠，Ⅱ区Na＋通过a进入Ⅰ区，故a应该是阳离子交换膜；Ⅲ区和电源的正极相连，为阳极，Cl－放电生成氯气，Ⅱ区Cl－通过b进入Ⅲ区，故b应该是阴离子交换膜；氯气溶于水显酸性，同时次氯酸还具有漂白性，所以滴入甲基橙后溶液先变红后退色。错误的是B。]
◎命题点2 电解原理在物质制备方面的应用
4．(2019·重庆七校联考)O3是一种常见的绿色氧化剂，可由臭氧发生器电解稀硫酸制得，原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．电极a为阴极
B．a极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．电解一段时间后b极周围溶液的pH下降
D．标准状况下，当有5.6 L O2反应时，收集到O2和O3混合气体4.48 L，O3的体积分数为80%
D [电极b上生成O2和O3，则电极b上发生失电子的氧化反应，则电极b为阳极，电极a为阴极，A项正确；电极a的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B项正确；电极b上H2O失去电子，发生氧化反应生成O2、O3和H＋，故电解一段时间后b极周围溶液的pH下降，C项正确；标准状况下，当有5.6 L氧气参加反应时，转移电子1 mol，设收集到氧气为x mol，臭氧为y mol，则有x＋y＝0.2,4x＋6y＝1，解得x＝y＝0.1，故O3的体积分数为50%，D项错误。]
5．(2019·滁州模拟)常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是( )
A．每生成1 mol NCl3，理论上有4 mol H＋经质子交换膜从右侧向左侧迁移
B．可用湿润的淀粉KI试纸检验气体M
C．石墨极的电极反应式为NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋
D．电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH会减小
C [A项，每生成1 mol NCl3，转移6 mol e－，理论上有6 mol H＋经质子交换膜从右侧向左侧迁移，A错误；B项，M为H2，不能用湿润的淀粉KI试纸检验，B错误；D项，右侧pH会增大，D错误。]
6．(2018·全国卷Ⅲ，节选)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应式_______________________。
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。
(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有________________________(写出一点)。
[解析] (1)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。(3)根据工艺流程分析，“KClO3氧化法”主要是生成的Cl2有毒易污染环境。
[答案] (1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ (2)K＋ 由a到b (3)产生Cl2易污染环境等
◎命题点3 电解原理在环境治理方面的应用
7．(2019·惠州模拟)化学在环境保护中起着十分重要的作用，电化学降解NO的原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．A为电源的正极
B．溶液中H＋从阳极向阴极迁移
C．AgPt电极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
D．电解过程中，每转移2 mol电子，则左侧电极就产生32 g O2
D [根据题给电解装置图可知，AgPt电极上NO转化为N2，发生还原反应：2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，则AgPt电极作阴极，B为电源的负极，故A为电源的正极，A、C项正确；在电解池中阳离子向阴极移动，所以溶液中H＋从阳极向阴极迁移，B项正确；左侧电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则每转移2 mol电子，左侧电极产生16 g O2，D项错误。]
8．(2019·郑州模拟)科学家设计了一种可以循环利用人体呼出的CO2并提供O2的装置，总反应方程式为2CO2===2CO＋O2。下列说法正确的是( )
A．由图分析N电极为正极
B．OH－通过离子交换膜迁向左室
C．阴极的电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－
D．反应完毕，该装置中电解质溶液的碱性增强
C [由题图可知N电极为负极，P电极为正极，A项错误；OH－通过阴离子交换膜迁向右室，B项错误；根据题图知，阴极发生的电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，C项正确；根据总反应为2CO2===2CO＋O2，可知反应完毕装置中溶液的pH并无变化，故碱性不会增强，D项错误。]
9．[Fe(CN)6]3－可将气态废弃物中的硫化氢氧化为可利用的硫，自身被还原为[Fe(CN)6]4－。工业上常采用如图所示的电解装置，通电电解，然后通入H2S加以处理。下列说法不正确的是( )
A．电解时，阳极反应式为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－
B．电解时，阴极反应式为2HCO＋2e－===H2↑＋2CO
C．当电解过程中有标准状况下22.4 L H2生成时，溶液中有32 g S析出(溶解忽略不计)
D．整个过程中需要不断补充K4[Fe(CN)6]与KHCO3
D [电解时，阳极上[Fe(CN)6]4－失去电子，阳极的电极反应式为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－，A正确；阴极上HCO放电，发生还原反应，阴极反应式为2HCO＋2e－===H2↑＋2CO，B正确；标准状况下22.4 L H2的物质的量为1 mol，则转移2 mol电子。H2S失去2 mol电子，生成1 mol单质S，即析出32 g S，C正确；根据以上分析可知，反应的结果相当于是H2S被电解生成H2和S，所以不需要补充K4[Fe(CN)6]和KHCO3，D错误。]
隔膜在电化学装置中的应用
——科学探究与创新意识
分析近几年高考试题，涉及隔膜电化学装置的试题比较多，且常出常新，每年都有变化。隔膜的功能在于选择性地通过某些离子或阻止某些离子来隔离某些物质，进而制备一些特定物质。体现了科学探究与创新意识的化学核心素养。
1．隔膜的分类
隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：
(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
2．隔膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
注意：①反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同。②同种交换膜，如果转移相同的电子数，离子所带电荷数不同，则迁移离子数不同。③离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。
[典例导航]
(2016·全国卷Ⅰ，T11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
[思路点拨] 直流电场作用→图中的“－”极和“＋”极就是阴极和阳极SO移向“＋”极，Na＋移向“－”极―→ab为阳离子交换膜，cd为阴离子交换膜―→“－”极反应为2H＋＋2e－===H2↑，pH增大；“＋”极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，pH减小。
[答案] B
(1)正极区的电极反应式为______________________，
正极区的pH变________(填“大”或“小”)，从平衡角度解释原因____________________________________________________。
(2)当正极产生0.5 mol气体时，通过cd膜的离子数目为________，通过ab膜的离子数目为________。
[答案] (1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 小 正极区溶液中存在H2OH＋＋OH－，OH－放电，c(OH－)减小，上述平衡右移，使c(H＋)>c(OH－)，且c(H＋)逐渐增大，pH减小
(2)6.02×1023(或NA) 2×6.02×1023或2NA
1．(2019·合肥模拟)图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是( )
甲 乙
A．图甲的X点要与图乙中的a极连接
B．图乙中b极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．当N极消耗1 mol气体时，有2 mol H＋通过离子交换膜
D．若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋
C [图甲中N极上O2转化为H2O，发生还原反应，则N极为正极，M极为负极，图乙通过电解饱和食盐水获得消毒液，则a极析出H2，b极析出Cl2，a极为阴极，b极为阳极，电解池的阳极与电源正极相连，电解池的阴极与电源负极相连，故X点与a极相连，A项正确；图乙中b极析出氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，B项正确；根据O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当N极消耗1 mol气体时，转移4 mol电子，故有4 mol H＋通过离子交换膜，C项错误；若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极上淀粉转化为CO2，电极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋，D项正确。]
2．(2019·保定模拟)用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法中不正确的是( )
A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极
B．阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．图中的b>a
D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2
B [根据Na＋和SO的移向可知Pt(Ⅰ)为阴极，反应为2H＋＋2e－===H2，Pt(Ⅱ)为阳极，反应为SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋。]
3．(2019·长春质检)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源的正极
B．B为阳离子交换膜
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D．Ⅱ口排出的是淡水
B [根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。]
4．(2019·湖北名校联考)硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===B(OH)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是( )
A．当电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol H3BO3
B．将电源的正负极反接，工作原理不变
C．阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．B(OH)穿过阴膜进入阴极室，Na＋穿过阳膜进入产品室
A [电解时，左侧石墨电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极上H2O失电子生成O2和H＋，即2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极上H2O得电子生成H2和OH－，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过1 mol电子时，阳极生成1 mol H＋，H＋通过阳膜进入产品室，与通过阴膜进入产品室的B(OH)反应生成1 mol H3BO3，A项正确；电源正负极反接后，左侧石墨电极为阴极，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，H＋被消耗，无法移向产品室，不能生成H3BO3，B项错误；结合上述分析可知，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C项错误；电解时原料室中Na＋穿过阳膜进入阴极室，B(OH)穿过阴膜进入产品室，D项错误。]
5．以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能电池将CO2转化为乙烯的工作原理如图所示。则M极为________极(填“阴”或“阳”)。电极反应式为_______________________；N极电极反应式为____________________，总反应式为__________________________。
[解析] 根据化合价可知，M极碳化合价由＋4降为－2，发生还原反应，为阴极，N为阳极。
[答案] 阴 2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O 6H2O－12e－===3O2↑＋12H＋ 2CO2＋2H2OC2H4＋3O2
1．(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋
②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性
C [根据装置图中物质的转化关系分析电极反应类型，如EDTAFe2＋生成EDTAFe3＋，发生了氧化反应，EDTAFe3＋将H2S氧化成S，本身被还原成EDTAFe2＋，EDTAFe3＋和EDTAFe2＋可循环使用，故石墨烯电极为阳极，阳极与光伏电池的正极连接。CO2发生还原反应生成CO，故ZnO@石墨烯电极为阴极。
阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。]
2．(1)(2019·全国卷Ⅱ，节选)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
Na＋―→Na
该电解池的阳极为________，总反应为____________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为__________________。
(2)(2019·全国卷Ⅲ，节选)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有____________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
[解析] (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
(2)由题图知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗 mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。
[答案] (1)Fe电极 Fe＋2===＋H2↑
[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 水会阻碍中间物的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
(2)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
3．(2018·全国卷Ⅰ，节选)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_______________________________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
[解析] 阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。
[答案] 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
第2节 电能转化为化学能——电解
考纲定位
要点网络
了解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。
电解原理及其规律
1．电解
让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
注意：电解与电离的区别
①电解需通电才能进行而电离不需通电就能进行。
②电解是化学变化；而电离是在水中或熔融状态下断键离解为离子，属于物理变化。
2．电解池及其工作原理
(1)概念：电解池是将电能转化为化学能的装置。
(2)构成条件
①有与外接直流电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
(4)电解池中电子和离子的移动
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。电子不能通过电解质溶液。
②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
③电流：从电源的正极流出，流入阳极，再通过电解质溶液流入阴极，最后流向负极，形成闭合回路。
3．阴阳两极上放电顺序
(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序为
(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，生成金属阳离子，发生氧化反应。
若是惰性电极作阳极，放电顺序为
注意：
①放电指的是电极上的得、失电子。
②活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属，惰性电极指的是Pt、Au、C电极，不参与电极反应。
③阴极材料若为金属电极，一般是增强导电性但不参与反应。
4．以惰性电极电解水溶液的有关规律
(1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐
①阴极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总方程式为2H2O2H2↑＋O2↑。
②电解质浓度变大，pH可能变大、变小或不变，可加H2O复原。
(2)电解电解质类型——无氧酸(如HCl)，不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)
电解质浓度变小，加电解质本身复原。
(3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
①阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，总方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。
②溶液pH变大，加HCl(卤化氢)复原。
(4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
①阴极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，总方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。
②溶液pH变小，加CuO(金属氧化物)或CuCO3复原。
[基础判断]
(1)二次电池的放电(原电池反应)与充电(电解反应)互为可逆反应。 ( )
(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程，属于化学变化。 ( )
(3)电解时电子流动方向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极。 ( )
(4)用惰性电极电解足量CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2或CuO均可使电解质溶液恢复到电解前的状况。 ( )
(5)惰性电极电解Na2SO4溶液和Na2CO3溶液的过程中pH均不变。 ( )
(6)以Pt作电极，电解KCl溶液的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑。 ( )
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)×
[知识应用]
1．按要求书写方程式。
(1)用Pt作电极，电解AgNO3溶液
阴极反应式：_________________________________________；
阳极反应式：_________________________________________；
总反应式：__________________________________________。
(2)用Cu作电极，电解稀H2SO4溶液
阴极反应式：________________________________________；
阳极反应式：_________________________________________；
总反应式：__________________________________________。
(3)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式：_________________________________________；
阴极反应式：________________________________________；
总反应式：__________________________________________。
(4)用惰性电极电解2 mol·L－1 NaCl和1 mol·L－1 CuSO4的混合溶液，电解过程明显分两个阶段。
第一阶段：
阴极反应式：________________________________________，
阳极反应式：_______________________________________。
第二阶段：
阴极反应式：_______________________________________，
阳极反应式：_______________________________________。
[答案] (1)4Ag＋＋4e－===4Ag 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 4Ag＋＋2H2O4Ag＋4H＋＋O2↑
(2)2H＋＋2e－===H2↑ Cu－2e－===Cu2＋ Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
(3)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(4)Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑
4H＋＋4e－===2H2↑ 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
2．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，阴极发生的电极反应式为_____________________________________________，整个电路中转移的电子数为________________________(用NA表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。
[答案] Cu2＋＋2e－===Cu、2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 4NA
电极反应式和电解方程式的书写要点
(1)做到“三看”，正确书写电极反应式
①一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。
②二看电解质，电解质是否参与电极反应。
③三看电解质状态，是熔融状态，还是水溶液。
(2)规避“两个”失分点
①书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式，且注明“电解”条件。
②电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
◎命题点1 电解原理及其规律
1．下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显减小的是( )
A B
C D
[答案] D
2．如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电能力顺序，都可能在阳极放电，下列分析正确的是 ( )
A．C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．C1电极处溶液首先变黄色
C．C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑
D．当C1电极上有2 g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液发生转移(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C [C1电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的H＋在阴极放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；C1电极上H＋放电生成H2，C2电极与电源的正极相连，作阳极，Fe2＋的还原性强于Cl－，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，故C2电极处溶液首先变黄色，B错误，C正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液传递，D错误。]
3．(2019·甘肃名校联考)电－Fenton法是用于水体中有机污染物降解的高级氧化技术，其反应原理如图所示(酸性介质)。其中电解产生的H2O2与Fe2＋发生Fenton反应：Fe2＋＋H2O2===Fe3＋＋OH－＋·OH，生成的羟基自由基(·OH)能氧化降解有机污染物。下列说法不正确的是( )
A．电源的B极是正极
B．电解时阴极周围溶液的pH增大
C．阴极上发生的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．若产生4 mol羟基自由基(·OH)，则消耗22.4 L O2
D [O2在电解池的左侧得电子生成H2O2，所以A极为负极，B极为正极，A项正确；阴极上O2＋2e－＋2H＋===H2O2，电解质溶液的pH增大，B、C项正确；D项，没有指明温度和压强，不能确定氧气的体积，D项错误。]
◎命题点2 电化学基本计算——电子守恒法
4．(2019·大连模拟)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为 ( )
A．0.4 mol B．0.5 mol
C．0.6 mol D．0.8 mol
C [Cu2(OH)2CO3可改写为2CuO·H2O·CO2，因反应后生成的CO2离开溶液，所以加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3相当于加入0.2 mol CuO、0.1 mol H2O，根据
2Cu ～ O2 ～ 4e－
2 mol 4 mol
0.2 mol 0.4 mol
2H2O ～ O2 ～ 4e－
2 mol 4 mol
0.1 mol 0.2 mol
转移电子的物质的量＝0.4 mol＋0.2 mol＝0.6 mol。 ]
5．(2019·平顶山一模)某实验小组模拟光合作用，采用电解CO2和H2O的方法制备CH3CH2OH和O2，装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A．铂极为阳极，发生氧化反应
B．电解过程中，H＋由交换膜左侧向右侧迁移
C．阴极的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===CH3CH2OH＋3H2O
D．电路上转移2 mol电子时铂极产生11.2 L O2(标准状况)
B [CH3CH2OH中C为－2价，CO2发生还原反应，在铜极区充入CO2。由电池符号知，铂极为阳极，发生氧化反应，A项正确；铂极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，B项错误；阴极上发生还原反应生成乙醇和水，C项正确；转移2 mol 电子生成0.5 mol O2，D项正确。]
电化学中两种基本计算模型
注：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量。
◎命题点3 多池串联的综合试题分析
6．将以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池甲与盛有足量硫酸铜溶液的装置乙相连，起始电路接入状况如图，以电流强度0.1 A，通电10 min后，将电池的正、负极互换接入，移动滑动变阻器，以电流强度0.2 A，继续通电10 min，结束实验。
甲 乙
下列有关说法正确的是( )
A．葡萄糖在装置甲的正极参加反应，氧气在负极参加反应
B．在该电池反应中，每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳11.2 L
C．电池工作20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为2∶1
D．电池工作15分钟时，乙装置中铜棒的质量与起始通电前相等
D [由题意可知，装置甲是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应，A项错误；在该电池中，发生的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，则每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳22.4 L，B项错误；由题意知，0～10 min，铜棒与电源正极相连，发生反应Cu－2e－===Cu2＋，碳棒与电源负极相连，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，通电10 min后将电池的正、负极互换接入，由于10～20 min时的电流强度是0～10 min时的2倍，则10～15 min碳棒上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu,15 min时乙装置中铜棒即可恢复到起始通电前的状态，15～20 min碳棒上发生反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，生成1 mol O2的同时析出2 mol Cu，则20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为4∶1，C项错误、D项正确。]
7．(2019·长沙模拟)用石墨电极完成下列电解实验。下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
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；钢珠右侧n处有气泡产生；……
A.a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．c处发生反应：Fe－2e－===Fe2＋
C．根据实验一的原理，实验二中n处析出O2
D．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2溶于水生成HClO，使溶液退色
C [由装置图可知，实验一中a、d为阴极，水电离出的氢离子得电子生成氢气，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故a、d处pH试纸显蓝色，A项正确；实验一中c、b为阳极，c处发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，由于生成的Fe2＋浓度较小，且pH试纸本身有颜色，故c处无明显变化，b处发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，产生的Cl2溶于水生成HCl和HClO，故b处变红，局部退色，B、D项正确；结合实验一的原理和题图知，实验二中两个钢珠的左侧均为阳极，右侧均为阴极，初始时两个钢珠的左侧均发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，右侧均发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，一段时间后，Fe2＋移动到m和n处，m、n处附近Fe2＋浓度增大，发生反应：Fe2＋＋2e－===Fe，故实验二中n处不能产生O2，C项错误。]
8．(2019·黑龙江名校联考)H2S转化是环保和资源利用的研究课题。将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图装置，可以回收单质硫，甲为二甲醚(CH3OCH3)—空气燃料电池。
下列推断正确的是( )
A．Y极充入二甲醚
B．电子移动方向：X→W→溶液→Z→Y
C．电解后，乙装置右池中c(NaOH)减小
D．Z极反应式为S2－－2e－===S↓
D [据图分析甲为原电池，乙为电解池，电解池右侧有H2产生，则W极为阴极，Z极作阳极，连接的Y极为原电池的正极，发生还原反应，所以Y极应充入氧气，A项错误；电子不进入溶液，B项错误；乙装置右池中发生电极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，氢氧化钠溶液浓度增大，C项错误；Z极电极反应为S2－－2e－===S↓，D项正确。]
多池串联装置中电极的判断模型
(1)
(2)
电解原理的实际应用
1．电解饱和食盐水——氯碱工业
(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)。
检验阳极产物的方法是：用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。
(2)电解方程式
化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图
①阳离子交换膜的作用
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。
②a、b、c、d加入或取出的物质分别是饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀的食盐水、浓NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。
2．电镀铜与电解精炼铜
(1)电镀铜
(2)电解精炼铜
3．电冶金——活泼金属的冶炼方法
(1)电解熔融氯化钠得到钠
(2)电解熔融Al2O3制Al
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。
冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。
[基础判断]
(1)电解饱和食盐水制碱时，用Fe作阴极可增强导电性。 ( )
(2)电解精炼铜时，杂质Zn、Au、Ag均不溶解，形成阳极泥而沉淀。 ( )
(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。 ( )
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。 ( )
(5)粗铜电解精炼时，若电路中通过2 mol e－，阳极减少64 g。 ( )
[答案] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
[知识应用]
电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如图：
电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。
(1)A极为________，电极反应式为______________________。
(2)B极为________，电极反应式为_______________________。
[答案] (1)阳极 CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O
(2)阴极 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
◎命题点1 电解原理的常规应用
1．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是( )
A．氯碱工业中，X电极上的反应式是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
[答案] D
2．(2017·全国卷Ⅱ，T11)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
C [A对：该电解池阳极发生的电极反应为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，铝化合价升高失电子，所以待加工铝质工件应为阳极。B对，C错：阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极。D对：电解质溶液中的阴离子向阳极移动。]
3．目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法，阳(阴)离子交换膜不允许阴(阳)离子通过。则下列叙述中错误的是( )
A．NaOH、H2均在Ⅰ区产生
B．图中a为阴离子交换膜
C．使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2，阻止二者之间的反应
D．电解时往Ⅲ区的溶液中滴加几滴甲基橙，溶液先变红后退色
B [Ⅰ区是阴极室，H＋(H2O)放电生成氢气，同时促进水的电离，生成氢氧化钠，Ⅱ区Na＋通过a进入Ⅰ区，故a应该是阳离子交换膜；Ⅲ区和电源的正极相连，为阳极，Cl－放电生成氯气，Ⅱ区Cl－通过b进入Ⅲ区，故b应该是阴离子交换膜；氯气溶于水显酸性，同时次氯酸还具有漂白性，所以滴入甲基橙后溶液先变红后退色。错误的是B。]
◎命题点2 电解原理在物质制备方面的应用
4．(2019·重庆七校联考)O3是一种常见的绿色氧化剂，可由臭氧发生器电解稀硫酸制得，原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．电极a为阴极
B．a极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．电解一段时间后b极周围溶液的pH下降
D．标准状况下，当有5.6 L O2反应时，收集到O2和O3混合气体4.48 L，O3的体积分数为80%
D [电极b上生成O2和O3，则电极b上发生失电子的氧化反应，则电极b为阳极，电极a为阴极，A项正确；电极a的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B项正确；电极b上H2O失去电子，发生氧化反应生成O2、O3和H＋，故电解一段时间后b极周围溶液的pH下降，C项正确；标准状况下，当有5.6 L氧气参加反应时，转移电子1 mol，设收集到氧气为x mol，臭氧为y mol，则有x＋y＝0.2,4x＋6y＝1，解得x＝y＝0.1，故O3的体积分数为50%，D项错误。]
5．(2019·滁州模拟)常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是( )
A．每生成1 mol NCl3，理论上有4 mol H＋经质子交换膜从右侧向左侧迁移
B．可用湿润的淀粉KI试纸检验气体M
C．石墨极的电极反应式为NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋
D．电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH会减小
C [A项，每生成1 mol NCl3，转移6 mol e－，理论上有6 mol H＋经质子交换膜从右侧向左侧迁移，A错误；B项，M为H2，不能用湿润的淀粉KI试纸检验，B错误；D项，右侧pH会增大，D错误。]
6．(2018·全国卷Ⅲ，节选)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应式_______________________。
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。
(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有________________________(写出一点)。
[解析] (1)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。(3)根据工艺流程分析，“KClO3氧化法”主要是生成的Cl2有毒易污染环境。
[答案] (1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ (2)K＋ 由a到b (3)产生Cl2易污染环境等
◎命题点3 电解原理在环境治理方面的应用
7．(2019·惠州模拟)化学在环境保护中起着十分重要的作用，电化学降解NO的原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．A为电源的正极
B．溶液中H＋从阳极向阴极迁移
C．AgPt电极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
D．电解过程中，每转移2 mol电子，则左侧电极就产生32 g O2
D [根据题给电解装置图可知，AgPt电极上NO转化为N2，发生还原反应：2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，则AgPt电极作阴极，B为电源的负极，故A为电源的正极，A、C项正确；在电解池中阳离子向阴极移动，所以溶液中H＋从阳极向阴极迁移，B项正确；左侧电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则每转移2 mol电子，左侧电极产生16 g O2，D项错误。]
8．(2019·郑州模拟)科学家设计了一种可以循环利用人体呼出的CO2并提供O2的装置，总反应方程式为2CO2===2CO＋O2。下列说法正确的是( )
A．由图分析N电极为正极
B．OH－通过离子交换膜迁向左室
C．阴极的电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－
D．反应完毕，该装置中电解质溶液的碱性增强
C [由题图可知N电极为负极，P电极为正极，A项错误；OH－通过阴离子交换膜迁向右室，B项错误；根据题图知，阴极发生的电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，C项正确；根据总反应为2CO2===2CO＋O2，可知反应完毕装置中溶液的pH并无变化，故碱性不会增强，D项错误。]
9．[Fe(CN)6]3－可将气态废弃物中的硫化氢氧化为可利用的硫，自身被还原为[Fe(CN)6]4－。工业上常采用如图所示的电解装置，通电电解，然后通入H2S加以处理。下列说法不正确的是( )
A．电解时，阳极反应式为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－
B．电解时，阴极反应式为2HCO＋2e－===H2↑＋2CO
C．当电解过程中有标准状况下22.4 L H2生成时，溶液中有32 g S析出(溶解忽略不计)
D．整个过程中需要不断补充K4[Fe(CN)6]与KHCO3
D [电解时，阳极上[Fe(CN)6]4－失去电子，阳极的电极反应式为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－，A正确；阴极上HCO放电，发生还原反应，阴极反应式为2HCO＋2e－===H2↑＋2CO，B正确；标准状况下22.4 L H2的物质的量为1 mol，则转移2 mol电子。H2S失去2 mol电子，生成1 mol单质S，即析出32 g S，C正确；根据以上分析可知，反应的结果相当于是H2S被电解生成H2和S，所以不需要补充K4[Fe(CN)6]和KHCO3，D错误。]
隔膜在电化学装置中的应用
——科学探究与创新意识
分析近几年高考试题，涉及隔膜电化学装置的试题比较多，且常出常新，每年都有变化。隔膜的功能在于选择性地通过某些离子或阻止某些离子来隔离某些物质，进而制备一些特定物质。体现了科学探究与创新意识的化学核心素养。
1．隔膜的分类
隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：
(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
2．隔膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
注意：①反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同。②同种交换膜，如果转移相同的电子数，离子所带电荷数不同，则迁移离子数不同。③离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。
[典例导航]
(2016·全国卷Ⅰ，T11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
[思路点拨] 直流电场作用→图中的“－”极和“＋”极就是阴极和阳极SO移向“＋”极，Na＋移向“－”极―→ab为阳离子交换膜，cd为阴离子交换膜―→“－”极反应为2H＋＋2e－===H2↑，pH增大；“＋”极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，pH减小。
[答案] B
(1)正极区的电极反应式为______________________，
正极区的pH变________(填“大”或“小”)，从平衡角度解释原因____________________________________________________。
(2)当正极产生0.5 mol气体时，通过cd膜的离子数目为________，通过ab膜的离子数目为________。
[答案] (1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 小 正极区溶液中存在H2OH＋＋OH－，OH－放电，c(OH－)减小，上述平衡右移，使c(H＋)>c(OH－)，且c(H＋)逐渐增大，pH减小
(2)6.02×1023(或NA) 2×6.02×1023或2NA
1．(2019·合肥模拟)图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是( )
甲 乙
A．图甲的X点要与图乙中的a极连接
B．图乙中b极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．当N极消耗1 mol气体时，有2 mol H＋通过离子交换膜
D．若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋
C [图甲中N极上O2转化为H2O，发生还原反应，则N极为正极，M极为负极，图乙通过电解饱和食盐水获得消毒液，则a极析出H2，b极析出Cl2，a极为阴极，b极为阳极，电解池的阳极与电源正极相连，电解池的阴极与电源负极相连，故X点与a极相连，A项正确；图乙中b极析出氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，B项正确；根据O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当N极消耗1 mol气体时，转移4 mol电子，故有4 mol H＋通过离子交换膜，C项错误；若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极上淀粉转化为CO2，电极反应为(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋，D项正确。]
2．(2019·保定模拟)用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法中不正确的是( )
A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极
B．阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．图中的b>a
D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2
B [根据Na＋和SO的移向可知Pt(Ⅰ)为阴极，反应为2H＋＋2e－===H2，Pt(Ⅱ)为阳极，反应为SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋。]
3．(2019·长春质检)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源的正极
B．B为阳离子交换膜
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D．Ⅱ口排出的是淡水
B [根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。]
4．(2019·湖北名校联考)硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===B(OH)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是( )
A．当电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol H3BO3
B．将电源的正负极反接，工作原理不变
C．阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．B(OH)穿过阴膜进入阴极室，Na＋穿过阳膜进入产品室
A [电解时，左侧石墨电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极上H2O失电子生成O2和H＋，即2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极上H2O得电子生成H2和OH－，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过1 mol电子时，阳极生成1 mol H＋，H＋通过阳膜进入产品室，与通过阴膜进入产品室的B(OH)反应生成1 mol H3BO3，A项正确；电源正负极反接后，左侧石墨电极为阴极，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，H＋被消耗，无法移向产品室，不能生成H3BO3，B项错误；结合上述分析可知，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C项错误；电解时原料室中Na＋穿过阳膜进入阴极室，B(OH)穿过阴膜进入产品室，D项错误。]
5．以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能电池将CO2转化为乙烯的工作原理如图所示。则M极为________极(填“阴”或“阳”)。电极反应式为_______________________；N极电极反应式为____________________，总反应式为__________________________。
[解析] 根据化合价可知，M极碳化合价由＋4降为－2，发生还原反应，为阴极，N为阳极。
[答案] 阴 2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O 6H2O－12e－===3O2↑＋12H＋ 2CO2＋2H2OC2H4＋3O2
1．(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋
②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性
C [根据装置图中物质的转化关系分析电极反应类型，如EDTAFe2＋生成EDTAFe3＋，发生了氧化反应，EDTAFe3＋将H2S氧化成S，本身被还原成EDTAFe2＋，EDTAFe3＋和EDTAFe2＋可循环使用，故石墨烯电极为阳极，阳极与光伏电池的正极连接。CO2发生还原反应生成CO，故ZnO@石墨烯电极为阴极。
阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。]
2．(1)(2019·全国卷Ⅱ，节选)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
Na＋―→Na
该电解池的阳极为________，总反应为____________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为__________________。
(2)(2019·全国卷Ⅲ，节选)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有____________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
[解析] (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
(2)由题图知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗 mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。
[答案] (1)Fe电极 Fe＋2===＋H2↑
[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 水会阻碍中间物的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
(2)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
3．(2018·全国卷Ⅰ，节选)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_______________________________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
[解析] 阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。
[答案] 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
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