2019年高中化學 第四章 電化學基礎 4.3.2 電解原理的應用練習 新人教版選修4.docx

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第2課時　電解原理的應用 基礎鞏固 1在鐵制品上鍍一定厚度的鋅層,以下設計方案正確的是 (　　) A.鋅作陽極,鐵制品作陰極,溶液中含有鋅離子 B.鋅作陰極,鐵制品作陽極,溶液中含有鋅離子 C.鋅作陽極,鐵制品作陰極,溶液中含有亞鐵離子 D.鋅作陰極,鐵制品作陽極,溶液中含有亞鐵離子 答案A 2取一張用飽和NaCl溶液浸濕的pH試紙,兩根鉛筆芯作電極,接通直流電源,一段時間后,發(fā)現(xiàn)a電極與試紙接觸處出現(xiàn)一個雙色同心圓,內(nèi)圓為白色,外圓呈淺紅色。下列說法錯誤的是(　　) A.b電極是陰極 B.a電極與電源的正極相連 C.電解過程中水是氧化劑 D.b電極附近溶液的pH變小 答案D 3下列描述中,不符合生產(chǎn)實際的是(　　) A.電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁,用鐵作陽極 B.電解法精煉粗銅,用純銅作陰極 C.電解飽和食鹽水制燒堿,用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極 D.在鍍件上電鍍鋅,用鋅作陽極 答案A 4火法煉銅得到的粗銅中含多種雜質(zhì)(如鋅、金、銀等),其性能遠不能達到電氣工業(yè)的要求,工業(yè)上常使用電解精煉法將粗銅提純。在電解精煉時(　　) A.粗銅接電源負極 B.純銅作陽極 C.雜質(zhì)都將以單質(zhì)形式沉淀到池底 D.純銅片增重2.56 g,電路通過電子為0.08 mol 答案D 5Cu2O是一種半導體材料,基于綠色化學理念設計的制取Cu2O的電解池示意圖如下,電解總反應為2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列說法正確的是(　　) A.石墨電極上產(chǎn)生氫氣 B.銅電極發(fā)生還原反應 C.銅電極接直流電源的負極 D.當有0.1 mol電子轉移時,有0.1 mol Cu2O生成 解析石墨作陰極,陰極上是溶液中的H+反應,電極反應為2H++2e-H2↑,A正確;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(fā)生氧化反應,B錯誤;陽極與電源的正極相連,C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錯誤。 答案A 6某學生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)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,設計了如圖的裝置,則對電源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 解析用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液發(fā)生的反應是2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,副反應為2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O,則可推知使Cl2被完全吸收制得有較強殺菌能力的消毒液的主要成分是NaClO和NaCl,其中起消毒作用的是NaClO。電解過程中陰極產(chǎn)生H2,結合圖示,消毒液發(fā)生器的液體上部空間充滿的是H2,故電源a極是負極,b極為正極。 答案B 7某學生設計了一個“黑筆寫紅字”的趣味實驗。濾紙先用氯化鈉、無色酚酞的混合液浸濕,然后平鋪在一塊鉑片上,接通電源后,用鉛筆在濾紙上寫字,會出現(xiàn)紅色字跡。據(jù)此,下列敘述正確的是(　　) A.鉛筆端作陽極,發(fā)生還原反應 B.鉑片端作陰極,發(fā)生氧化反應 C.鉛筆端有少量的氯氣產(chǎn)生 D.a點是負極,b點是正極 解析電解實驗中陽極發(fā)生氧化反應,生成氯氣,陰極發(fā)生還原反應,生成氫氣。由電極反應式可知,在陰極生成氫氧化鈉,出現(xiàn)紅色字跡,所以鉛筆作陰極,a點為電源負極。 答案D 8將Fe片和Zn片放在盛有NaCl溶液(其中滴有酚酞)的表面皿中,如圖所示。最先觀察到變?yōu)榧t色的區(qū)域為 (　　) A.Ⅰ和Ⅲ B.Ⅰ和Ⅳ C.Ⅱ和Ⅲ D.Ⅱ和Ⅳ 解析甲是原電池,Zn作負極,Fe作正極,正極上發(fā)生反應O2+2H2O+4e-4OH-,c(OH-)>c(H+),呈堿性,使酚酞變紅;乙池為電解池,Fe作陽極,Zn作陰極,在陰極上H+放電,產(chǎn)生大量OH-,Ⅳ區(qū)域酚酞變紅。 答案B 9電解法處理酸性含鉻廢水(主要含有Cr2O72-)時,以鐵板作陰、陽極,處理過程中存在反應Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。下列說法不正確的是(　　) A.陽極反應為Fe-2e-Fe2+ B.電解過程中溶液pH不會變化 C.過程中有Fe(OH)3沉淀生成 D.電路中每轉移12 mol電子,最多有1 mol Cr2O72-被還原 解析鐵板作陽極,則陽極上Fe失電子,A正確;電解過程中有OH-生成,所以pH變大,B錯誤;生成的OH-會與Fe3+結合生成Fe(OH)3,C正確;電路中每轉移12 mol電子,生成6 mol Fe2+,則有1 mol Cr2O72-被還原,D正確。 答案B 10以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅,下列說法正確的是(　　) A.未通電前上述鍍鋅裝置可構成原電池,電鍍過程是該原電池的充電過程 B.因部分電能轉化為熱能,電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關系 C.電鍍時保持電流恒定,升高溫度不改變電解反應速率 D.鍍鋅層破損后對鐵制品失去保護作用 解析電鍍過程中Zn與電源正極相連,若給原電池充電,則Zn應接電源負極,A錯誤;導線中通過的電子,在陰極均被Zn2+得到,所以通過的電子與鋅析出的物質(zhì)的量成正比,B錯誤;只要電流恒定,陰陽極得失電子的速率不變,所以電解反應速率不變,C正確;鍍鋅層破損后,Zn比鐵活潑,Zn作負極、Fe作正極,Fe被保護,D錯誤。 答案C 11(2016天津理綜,節(jié)選)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4,同時獲得氫氣:Fe+2H2O+2OH-FeO42-+3H2↑。工作原理如圖所示。裝置通電后,鐵電極附近生成紫紅色FeO42-,鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高,鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知:Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定,易被H2還原。 (1)電解一段時間后,c(OH-)降低的區(qū)域在　　　　　(填“陰極室”或“陽極室”)。 (2)電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,其原因為　　　　　　　　　。 解析(1)根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣,電極反應式為2H++2e-H2↑,鐵電極發(fā)生氧化反應,電極反應式為Fe+8OH--6e-FeO42-+4H2O。溶液中的氫氧根離子減少,因此電解一段時間后,c(OH-)降低的區(qū)域在陽極室;(2)根據(jù)題意Na2FeO4易被H2還原,電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,防止Na2FeO4與H2反應使產(chǎn)率降低。 答案(1)陽極室 (2)防止Na2FeO4與H2反應使產(chǎn)率降低 12如圖所示,A、B、C三個裝置中的燒杯分別盛有足量的CuCl2溶液。 (1)A、B、C三個裝置中屬于原電池的是　　　　(填標號,下同),屬于電解池的是　　　　　　　　　　　　　。 (2)A池中Zn發(fā)生　　　(填“氧化”或“還原”)反應,Cu電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)B池中石墨是　　　　極,Pt極發(fā)生的電極反應為　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)C池中Cu是　　　　極,電極反應為　　　　　　　　　　　　　　　,反應過程中,溶液濃度　　　　　(填“變大”“變小”或“不變”)。 答案(1)A　B、C (2)氧化　Cu2++2e-Cu (3)陰　2Cl--2e-Cl2↑ (4)陽　Cu-2e-Cu2+　不變 13如圖中的A為直流電源,B為浸透飽和氯化鈉溶液和酚酞溶液的濾紙,C為電鍍槽,接通電路后,發(fā)現(xiàn)B上的c點顯紅色。請?zhí)羁? (1)電源A的a為　　　　極。 (2)濾紙B上發(fā)生的總反應方程式為　　　　　　　　　　　　。 (3)欲在電鍍槽中實現(xiàn)鐵上鍍鋅,接通K點,使c、d兩點短路,則電極e上發(fā)生的反應為　　　　　　　　　　　　　　　,電極f上發(fā)生的反應為　　　　,槽中盛放的電鍍液可以是　　　　或　　　　(只要求填兩種電解質(zhì)溶液)。 解析(1)根據(jù)c點酚酞變紅,則該極的反應為2H++2e-H2↑,即該極為陰極,與電源的負極相連,所以a點是正極。(2)濾紙B上發(fā)生的總反應方程式為2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。(3)c、d兩點短路后,e為陽極,反應為Zn-2e-Zn2+。陰極上鍍鋅,則陰極反應為Zn2++2e-Zn。電解液用含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液,所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。 答案(1)正 (2)2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH (3)Zn-2e-Zn2+　Zn2++2e-Zn　ZnSO4溶液　Zn(NO3)2溶液 能力提升 1(2016全國Ⅲ)鋅—空氣燃料電池可用作電動車動力電源,電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液,反應為2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn(OH)42-。下列說法正確的是 (　　) A.充電時,電解質(zhì)溶液中K+向陽極移動 B.充電時,電解質(zhì)溶液中c(OH-)逐漸減小 C.放電時,負極反應為:Zn+4OH--2e-Zn(OH)42- D.放電時,電路中通過2 mol電子,消耗氧氣22.4 L(標準狀況) 解析充電時,陽離子移向陰極,A項錯誤;充電時的總反應為2Zn(OH)42-2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,c(OH-)增大,B項錯誤;放電時每消耗1 mol O2轉移4 mol電子,D項錯誤。 答案C 2金屬鎳有廣泛的用途,粗鎳中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì),用電解法制備高純度的鎳,下列敘述中正確的是(　　) A.陽極發(fā)生還原反應,其電極反應式為Ni2++2e-Ni B.電解過程中,陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量相等 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 解析本題為“電解精煉銅”的遷移應用。A項,陽極應發(fā)生氧化反應。C項,溶液中的陽離子主要為Ni2+,根據(jù)金屬原子的還原性和金屬陽離子的氧化順序,陽極反應為Zn-2e-Zn2+,Fe-2e-Fe2+,Ni-2e-Ni2+,Cu、Pt在該條件下不失電子,陰極反應為Ni2++2e-Ni,Fe2+、Zn2+在該條件下不得電子。比較兩電極反應,因Zn、Fe、Ni的相對原子質(zhì)量不等,當兩極通過相同的電量時,陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不等。 答案D 3如下圖所示,圖乙是根據(jù)圖甲的電解池進行電解時某個量(縱坐標y)隨時間變化的函數(shù)圖像(各電解池都用石墨作電極,不考慮電解過程中溶液濃度變化對電極反應的影響),這個量y表示(　　) A.各電解池析出氣體的體積 B.各電解池陽極質(zhì)量的增加量 C.各電解池陰極質(zhì)量的增加量 D.各電極上放電的離子總數(shù) 解析電解NaCl溶液時陰、陽極都產(chǎn)生氣體,電解AgNO3溶液時陰極上產(chǎn)生單質(zhì)銀,電解CuSO4溶液時陰極上產(chǎn)生單質(zhì)銅,所以隨著電解的進行,陰極質(zhì)量的增加量有如題中圖示的變化。 答案C 4電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法,如圖是電解污水的實驗裝置示意圖,實驗用污水中主要含有可被吸附的懸浮物(不導電)。下列有關推斷明顯不合理的是(　　) A.陰極的電極反應式為O2+4e-+2H2O4OH- B.通電過程中燒杯內(nèi)產(chǎn)生可以吸附懸浮物的Fe(OH)3 C.通電過程中會產(chǎn)生氣泡,把懸浮物帶到水面形成浮渣棄去 D.如果實驗用污水導電性不良,可加入少量Na2SO4固體以增強導電性 解析A項中陰極反應是H2O電離出的H+得電子,電極反應式為2H2O+2e-2OH-+H2↑。 答案A ★5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　　　(填“陰”或“陽”)極附近會出現(xiàn)紅色。 (2)若電解液為500 mL含A溶質(zhì)的某藍色溶液,電解一段時間,觀察到X電極表面有紅色的固態(tài)物質(zhì)生成,Y電極有無色氣體生成。溶液中原有溶質(zhì)完全電解后,停止電解,取出X電極,洗滌、干燥、稱量,電極質(zhì)量增加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(tài),需加入一定量的　　　　(填加入物質(zhì)的化學式)。(假設電解前后溶液的體積不變) ②Y電極產(chǎn)生氣體在標準狀況下的體積為　　　　　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(xiàn)象和結論:　　。 解析(1)電解飽和食鹽水的離子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑,在陰極區(qū)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++2H2O2Cu+O2↑+4H+。 ①根據(jù)電解離子方程式得:n(H+)=2n(Cu2+)=21.6 g64 gmol-1=0.05 mol,故溶液中c(H+)=0.05mol0.5 L=0.1 molL-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(jù)電解方程式得:n(O2)=12n(Cu)=0.012 5 mol,在標準狀況下的體積V(O2)=22.4 Lmol-10.012 5 mol=0.28 L。 ③溶液中存在的必須是含氧酸根離子,可以是SO42-或NO3-;然后利用實驗進行檢驗。 答案(1)2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑　陰 (2)①1　CuO(或CuCO3)　②0.28?、哿蛩岣x子　取少量待測液于試管中,滴加鹽酸無明顯現(xiàn)象,繼續(xù)加入氯化鋇溶液,若有白色沉淀產(chǎn)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,加熱濃縮后加入銅粉和濃硫酸,若有紅棕色氣體產(chǎn)生,則證明是硝酸根離子)