2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 課時(shí)分層作業(yè)5 電解池的工作原理及應(yīng)用 蘇教版選修4.doc

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課時(shí)分層作業(yè)(五)　電解池的工作原理及應(yīng)用 (建議用時(shí)：40分鐘) [基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練] 1．能用電解原理說明的問題是(　　) ①電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能?、陔娊馐前鸦瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變成電能　③電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化，金屬導(dǎo)電是物理變化?、懿荒茏园l(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過電解的原理可以實(shí)現(xiàn)?、萑魏稳芤罕浑娊鈺r(shí)，必須導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)的發(fā)生 A．①②③④　　　　　 B．②③⑤ C．③④ D．①③④⑤ D　[本題主要考查了電解原理。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程，故①對(duì)、②錯(cuò)；電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，必將伴隨著兩個(gè)電極上氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)生成新的物質(zhì)，故③、⑤對(duì)；某些不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過電解供給電能可以實(shí)現(xiàn)，故④對(duì)。所以①③④⑤選項(xiàng)都符合題意。故正確答案為D。] 2．如圖是電解飽和NaCl溶液的實(shí)驗(yàn)裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)判斷中正確的是(　　) A．a(chǎn)為正極、b為負(fù)極 B．c為陰極、d為陽極 C．電解過程中，d電極質(zhì)量增加 D．電解過程中，Cl－濃度不變 A　[由電子流向可知，a為正極，b為負(fù)極，c為陽極，d為陰極，c極：2Cl－－2e－===Cl2↑；d極：2H＋＋2e－===H2↑，因此，B、C、D項(xiàng)均錯(cuò)誤。] 3．如圖為直流電源電解稀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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702058】 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(chǎn)電極附近呈紅色，b電極附近呈藍(lán)色 D．a(chǎn)電極附近呈藍(lán)色，b電極附近呈紅色 D　[a、b電極分別為電解池的陰極和陽極，其電極反應(yīng)分別是4H＋＋4e－===2H2↑和4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，即a電極逸出氣體體積比b電極大。a電極和b電極溶液分別顯堿性和酸性，故可以看到a電極附近呈藍(lán)色，b電極附近呈紅色。] 4．在冶金工業(yè)中，常用電解法得到鈉、鎂、鋁等金屬，其原因是(　　) A．都是輕金屬 B．都是活潑金屬 C．成本低廉 D．這些金屬的化合物熔點(diǎn)較低 【答案】　B 5．為使反應(yīng)Cu＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑能夠發(fā)生，下列設(shè)計(jì)方案正確的是(　　) A．用銅片作負(fù)極，石墨電極作正極，氯化鈉溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池 B．用銅片作電極，外接直流電源電解硫酸銅溶液 C．用銅片作陽極，鐵片作陰極，電解硫酸鈉溶液 D．用銅片作陰、陽電極，電解稀硫酸 C　[該反應(yīng)為不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，必須設(shè)計(jì)為電解池才能發(fā)生。陽極為Cu放電，陰極為H＋放電，即用Cu作陽極，電解質(zhì)溶液中為H2O放電，選項(xiàng)C符合要求。] 6．關(guān)于如圖所示①、②兩個(gè)裝置的敘述，正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702059】 A．裝置名稱：①是原電池，②是電解池 B．硫酸濃度變化：①增大，②減小 C．電極反應(yīng)式：①中陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑②中正極：Zn－2e－===Zn2＋ D．離子移動(dòng)方向：①中H＋向陰極方向移動(dòng)，②中H＋向負(fù)極方向移動(dòng) B　[①中有外加電源，為電解池，②為原電池，A錯(cuò)誤；①中電解水，硫酸濃度增大，②中負(fù)極材料消耗硫酸，硫酸濃度減小，B正確；②中正極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，C錯(cuò)誤；②中H＋向正極移動(dòng)，D錯(cuò)誤。] 7．下列各組中，每種電解質(zhì)溶液電解時(shí)只生成氫氣和氧氣的是(　　) A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4 C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 C　[電解時(shí)只生成氫氣和氧氣，則電解質(zhì)所含的陽離子在金屬活動(dòng)性順序表中銅之前(不包括銅)，陰離子不能是簡(jiǎn)單離子；電解HCl的方程式為：2HClCl2↑＋H2↑，A選項(xiàng)錯(cuò)；電解CuSO4溶液的方程式為：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，B選項(xiàng)錯(cuò)；電解NaBr的方程式為：2NaBr＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Br2，D選項(xiàng)錯(cuò)。] 8．下列有關(guān)用惰性電極電解AgNO3溶液一段時(shí)間后的說法正確的是(　　) A．電解過程中陰極質(zhì)量不斷增加 B．電解過程中溶液的pH不斷升高 C．此時(shí)向溶液中加入適量的Ag2O固體不能使溶液恢復(fù)至電解前的狀況 D．電解后兩極產(chǎn)生的氣體體積比為2∶1 A　[用惰性電極電解AgNO3溶液，總的電解反應(yīng)式為：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，則陰極上析出銀，陽極上放出氧氣，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由于生成HNO3，溶液的pH應(yīng)不斷降低，B項(xiàng)錯(cuò)誤；要使溶液恢復(fù)到電解前的狀況要看加入的物質(zhì)在溶液中的反應(yīng)：2Ag2O＋4HNO3===4AgNO3＋2H2O，得到的物質(zhì)恰好是反應(yīng)掉的物質(zhì)，可使溶液恢復(fù)至電解前的狀況，C項(xiàng)錯(cuò)誤；故選A。] 9．利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。下列說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702060】 A．氯堿工業(yè)中，X電極上的反應(yīng)式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．電解精煉銅時(shí)，Z溶液中的Cu2＋濃度不變 C．在鐵片上鍍銅時(shí)，Y是純銅 D．制取金屬鎂時(shí)，Z是熔融的氯化鎂 D　[X電極連接電源正極是陽極，Y電極連接電源負(fù)極是陰極。氯堿工業(yè)中陽極是Cl－放電生成Cl2，A錯(cuò)誤；電解精煉銅時(shí)陽極粗銅溶解，陰極Cu2＋放電析出Cu，但是粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質(zhì)，使得溶液中Cu2＋濃度變小，B項(xiàng)錯(cuò)誤；鐵片上鍍銅時(shí)，陰極應(yīng)該是鐵片，陽極是純銅，C項(xiàng)錯(cuò)誤；鎂是活潑金屬，冶煉金屬鎂應(yīng)該電解熔融氯化鎂，D項(xiàng)正確。] 10．根據(jù)如圖所示裝置回答： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702061】 (1)當(dāng)X為Pt，Y為Fe，Z為AgNO3時(shí)，陽極反應(yīng)式為___________ ____________________________________________________________， 陰極反應(yīng)式為________________________________________________， 電解反應(yīng)式為_________________________________________________。 (2)X為Cu，Y為Fe，Z為CuSO4時(shí)，陽極反應(yīng)式為_______________ ____________________________________________________________， 陰極反應(yīng)式為________________________________________________。 【解析】　電解池中與電源正極相連的是陽極(X)，與電源負(fù)極相連的是陰極(Y)。 【答案】　(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　4Ag＋＋4e－===4Ag　2H2O＋4AgNO34Ag＋O2↑＋4HNO3 (2)Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu 11．從NO、SO、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等離子中選出適當(dāng)?shù)碾x子組成電解質(zhì)，采用惰性電極對(duì)其溶液進(jìn)行電解。 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702062】 (1)若兩極分別放出H2和O2，電解質(zhì)的化學(xué)式是________。 (2)若陰極析出金屬，陽極放出氧氣，電解質(zhì)的化學(xué)式為________________________________________。 (3)若兩極分別放出氣體，且體積比為1∶1，電解質(zhì)的化學(xué)式為____________________________________________________________。 【解析】　題中提供的電解質(zhì)離子有七種，這些離子放電的順序是：陽極：Cl－>OH－(水電離出的)>(NO、SO)，陰極：Ag＋>Cu2＋>H＋>Ba2＋。 (1)兩極分別放出H2和O2，即H＋和OH－放電，實(shí)質(zhì)是電解H2O，水中的溶質(zhì)應(yīng)是起導(dǎo)電作用，它可以是HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2中的任意一種，但不能是BaSO4。 (2)陰極析出金屬，即Ag＋或Cu2＋放電；陽極放出O2，即OH－放電。水中的溶質(zhì)可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一種。 (3)兩極都生成氣體，且氣體體積比為1∶1，則放電的離子應(yīng)是Cl－和H＋。水中的溶質(zhì)可以是HCl、BaCl2中的任意一種。 【答案】　(1)HNO3或H2SO4、Ba(NO3)2 (2)AgNO3或Cu(NO3)2、CuSO4 (3)HCl或BaCl2 12．工業(yè)品氫氧化鉀的溶液中含有某些含氧酸根雜質(zhì)，可用離子交換膜法電解提純。電解槽內(nèi)裝有陽離子交換膜(只允許陽離子通過)，其工作原理如圖所示。 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702063】 (1)該電解槽的陽極反應(yīng)式是____________________________________。 (2)通電開始后，陰極附近溶液pH會(huì)增大，請(qǐng)簡(jiǎn)述原因 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________。 (3)除去雜質(zhì)后得氫氧化鉀溶液，液體從出口________(填寫“A”或“B”)導(dǎo)出。 【解析】　(1)陽極是左池，氫氧根放電；(2)H2O電離出的H＋放電，同時(shí)生成OH－，OH－濃度增大；(3)K＋經(jīng)陽離子交換膜進(jìn)入右池，右池中H2O電離出的H＋放電，剩下OH－；除去雜質(zhì)后得到的氫氧化鉀溶液從B口導(dǎo)出。 【答案】　(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O (2)H2O電離出的H＋放電，同時(shí)生成OH－，OH－濃度增大　(3)B [能力提升練] 13．氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理示意圖如圖所示(電極均為石墨電極)。下列說法中正確的是(　　) A．M為電子流出的一極 B．通電使氯化鈉發(fā)生電離 C．電解一段時(shí)間后，陰極區(qū)pH降低 D．電解時(shí)用鹽酸調(diào)節(jié)陽極區(qū)的pH在2～3，有利于氣體逸出 D　[根據(jù)電解池中Na＋的移動(dòng)方向可判斷出該裝置中左側(cè)是電解池的陽極，右側(cè)是電解池的陰極，故M連接的是電源的正極，N連接的是電源的負(fù)極。M連接電源正極，是電子流入的一極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；氯化鈉發(fā)生電離不需要通電，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電解一段時(shí)間后，陰極區(qū)H＋放電后，溶液中OH－濃度升高，溶液pH升高，C項(xiàng)錯(cuò)誤；陽極區(qū)產(chǎn)生Cl2，因Cl2＋H2OHClO＋HCl，用鹽酸調(diào)節(jié)陽極區(qū)的pH在2～3時(shí)，有利于Cl2逸出，D項(xiàng)正確。] 14．下列敘述中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702064】 圖一　　　　　　　　　　　　圖二 A．Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化學(xué)理念設(shè)計(jì)的制取Cu2O的電解池示意圖如圖一所示，石墨電極上產(chǎn)生氫氣，銅電極發(fā)生氧化反應(yīng) B．圖一中當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，有0.1 mol Cu2O生成 C．圖二裝置中發(fā)生反應(yīng)：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，X極是負(fù)極，Y極材料可以是銅 D．如圖二，鹽橋的作用是傳遞電荷以維持電荷平衡，F(xiàn)e3＋經(jīng)過鹽橋進(jìn)入左側(cè)燒杯中 A　[根據(jù)電解總反應(yīng)：2Cu＋H2O===Cu2O＋H2↑可知金屬銅為陽極材料，Cu失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，石墨為陰極材料，陰極上H＋得電子生成氫氣，故A正確；2 mol Cu失去2 mol電子生成1 mol Cu2O，所以當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，有0.05 mol Cu2O生成，故B錯(cuò)誤；已知Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，則該原電池中Cu失電子作負(fù)極，即X為Cu，若Y為銅，會(huì)與Fe3＋直接反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；原電池中陽離子向正極移動(dòng)，鹽橋的作用是傳遞電荷以維持電荷平衡，右側(cè)為正極，所以Fe3＋在右側(cè)燒杯中不向左移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。] 15．氫氧化鋰是制取鋰和鋰的化合物的原料，用電解法制備氫氧化鋰的工作原理如下圖所示： 下列敘述不正確的是(　　) A．b極附近溶液的pH增大 B．a(chǎn)極發(fā)生的反應(yīng)為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ C．該法制備LiOH還可得到硫酸和氫氣等產(chǎn)品 D．當(dāng)電路中通過1 mol電子時(shí)，可得到2 mol LiOH D　[從電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向可知，石墨a是陽極，石墨b是陰極；陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，即2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，結(jié)合移動(dòng)過來的SO得硫酸；陰極H＋得電子放出氫氣，c(OH－)增大，溶液的pH增大，結(jié)合移動(dòng)過來的Li＋生成LiOH，故A、B、C均正確。由得失電子守恒可知，電路中通過1 mol電子時(shí)，得到1 mol LiOH，D錯(cuò)誤。] 16．A、B、C三種強(qiáng)電解質(zhì)，它們?cè)谒须婋x出的離子如下表所示： 陽離子 Na＋、K＋、Cu2＋ 陰離子 SO、OH－ 上圖所示裝置中，甲、乙、丙三個(gè)燒杯依次分別盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，電極均為石墨電極。接通電源，經(jīng)過一段時(shí)間后，測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加了16 g。常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時(shí)間(t)的關(guān)系圖如上。據(jù)此回答下列問題： (1)M為電源的________極(填寫“正”或“負(fù)”)，電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為__________________________________________________________。 (2)計(jì)算電極e上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積________。 (3)寫出乙燒杯的電解反應(yīng)式___________________________________。 (4)如果電解過程中B溶液中的金屬離子全部析出，此時(shí)電解能否繼續(xù)進(jìn)行，為什么？_____________________________________________________。 (5)若經(jīng)過一段時(shí)間后，測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加了16 g，要使丙恢復(fù)到原來的狀態(tài)，操作是______________________________________________。 【解析】　根據(jù)溶液pH的變化情況，可知丙為硫酸鉀或者硫酸鈉，乙為硫酸銅，甲為氫氧化鈉或者氫氧化鉀，接通電源，經(jīng)過一段時(shí)間后，測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加了16 g，則c電極為陰極，M為電源負(fù)極，b為陽極，電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；丙中e電極為陰極，生成的氣體為氫氣，根據(jù)16 g銅單質(zhì)，可以確定氫氣物質(zhì)的量為0.25 mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下為5.6 L；乙中為電解硫酸銅溶液，電解反應(yīng)式為：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4；如果電解過程中B溶液中的金屬離子全部析出，此時(shí)電解硫酸溶液，電解反應(yīng)可繼續(xù)進(jìn)行，實(shí)質(zhì)為電解水；經(jīng)過一段時(shí)間后，測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加了16 g，丙實(shí)際上電解水，要使丙恢復(fù)到原來的狀態(tài)，需要添加水，其物質(zhì)的量(等于氫氣的物質(zhì)的量)為0.25 mol，質(zhì)量為4.5 g。 【答案】　(1)負(fù)　4OH－－4e===2H2O＋O2↑ (2)5.6 L (3)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4 (4)能；因?yàn)镃uSO4溶液已轉(zhuǎn)變?yōu)镠2SO4溶液，反應(yīng)變?yōu)殡娊馑姆磻?yīng)　(5)向丙燒杯中加4.5 g水