人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池课文课件ppt

第2课时　电解原理的应用

基础过关练

题组一　氯碱工业

1.(2021福建福州高二检测)如图,设计电解饱和食盐水的装置,通电后两极均有气泡产生,下列叙述正确的是              (　　)

A.铜电极附近观察到黄绿色气体

B.石墨电极附近溶液先变红

C.溶液中的Na+向石墨电极移动

D.铜电极上发生还原反应

2.如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法中不正确的是 (　　)

A.装置中出口①处的物质是氯气,出口②处的物质是氢气

B.该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过

C.装置中发生反应的离子方程式为Cl-+2H+ Cl2↑+H2↑

D.该装置是将电能转化为化学能的装置

题组二　电解精炼与电镀

3.(2020福建泉州高二上期末)下列关于电解精炼铜的说法不正确的是 (　　)

A.粗铜作阳极、纯铜作阴极

B.电解质溶液中一定含有Cu2+

C.阳极反应只有Cu-2e- Cu2+

D.阴极反应只有Cu2++2e- Cu

4.在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是 (　　)

A.锌作阳极,镀件作阴极,溶液中含有锌离子

B.铂作阴极,镀件作阳极,溶液中含有锌离子

C.铁作阳极,镀件作阴极,溶液中含有亚铁离子

D.锌作阴极,镀件作阳极,溶液中含有亚铁离子

5.利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是 (　　)

A.通电后,Ag+向阳极移动

B.银片与电源负极相连

C.该电解池的阴极反应可表示为Ag++e- Ag

D.当电镀一段时间后,将电源反接,铜牌可恢复如初

6.(2021北京丰台期中)粗铜中含有锌、铁、金、银等杂质,通过电解法将其精炼,下列说法不正确的是              (　　)

A.粗铜与电源的正极相连,主要发生氧化反应:Cu-2e- Cu2+

B.精铜作为阴极材料,不参与电极反应,电解过程中逐渐变粗

C.用CuSO4溶液作电解质溶液,电解过程中CuSO4溶液浓度略减小

D.锌、铁、金、银等杂质沉积在阳极周围,成为阳极泥

题组三　电冶金

7.在冶金工业中,钠、镁、铝等金属常用电解法制备,其原因是 (　　)

A.都属于轻金属　　　　　　　　　　B.都属于活泼金属

C.成本低廉　　　　　　　　　    　D.这些金属的化合物熔点较低

8.下列叙述中正确的是 (　　)

①工业上用电解熔融氯化钠的方法制取钠

②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁

③用于冶炼铝的原料是氧化铝　

④加热氧化汞可以得到汞单质

A.②③④　　　　　　B.①②③　　　　　　C.①②④　　　　　　D.①③④

9.(2021黑龙江哈尔滨期中)研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,利用图示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法不正确的是              (　　)

A.由TiO2制得1 mol金属Ti,理论上外电路转移4 mol电子

B.阳极的电极反应式为2O2--4e- O2↑

C.在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量不会减少

D.装置中石墨电极材料需要定期更换

能力提升练

题组一　利用电解原理制备新物质

1.()高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4,其工作原理如图所示,两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是              (　　)

A.阳极反应为Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O

B.甲溶液可循环利用

C.离子交换膜a是阴离子交换膜

D.当电路中通过2 mol电子的电量时,会有1 mol H2生成

2.(2021山东新高考联盟联考,)一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.b为直流电源的负极

B.阴极反应式为2H++2e- H2↑

C.工作时,乙池中溶液的pH减小

D.若有1 mol离子通过A膜,理论上阳极生成5.6 mL气体

3.(2021河南南阳期中,)如图为制备H3BO3的工作原理示意图。下列说法正确的是(　　)

A.a膜为阴离子交换膜,c膜为阳离子交换膜

B.N室中,进口和出口NaOH溶液的浓度:a%>b%

C.每生成2 mol H3BO3,两极室共生成33.6 L气体(标准状况下)

D.电子从电源负极流出到达右侧石墨电极,经过电解质溶液到达左侧石墨电极,沿导线流回电源正极

题组二　利用电解原理治理污染

4.(2020安徽滁州高二上期末,)SO2是大气污染物,利用电化学法处理SO2的装置如图所示(已知电极M、N均为石墨烯电极,阳膜只允许H+通过)。下列说法错误的是              (　　)

A.N极的电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O

B.电极M的电势比电极N的低

C.一段时间后右室稀硫酸的浓度变大

D.反应过程中,氢离子从左向右移动

5.(2020云南楚雄高三上期末,)用H2消除酸性废水中的N是一种常用的电化学方法。其反应原理如图所示,下列说法不正确的是              (　　)

A.Fe3O4在该反应中作催化剂

B.Pd上发生的电极反应为H2-2e- 2H+

C.总反应为3H2+2N N2+2OH-+2H2O

D.Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)之间的相互转化起到了传递电子的作用

6.(2020湖北孝感高二上期中,)目前环境问题已有多种解决方案,垃圾是放错地方的财富,上海实行垃圾分类的措施获得一致好评。某科研小组利用惰性电极和离子交换膜对厨房垃圾发酵液进行直流电渗析法处理可得到乳酸(HA),其原理如图所示(图中HA表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。下列说法正确的是              (　　)

A.电子从电源a极流到c极,从d极流入电源b极

B.离子交换膜B为阳离子交换膜

C.通电后,左室的pH会增大

D.c极发生的反应为2H2O-4e- O2↑+4H+

题组三　电解原理的综合探究

7.[2021福建八县(市)一中期中联考,](1)为了比较Fe、Co、Cu三种金属的活动性,某实验小组设计如图实验装置。

丙装置中充入滴有酚酞的氯化钠溶液,X、Y均为石墨电极。反应一段时间后,可观察到甲装置中Co电极附近产生气泡,丙装置可用于制备NaClO消毒液,其中X极附近溶液先变红。

①丙装置中Y极为　　　　极(填“正”“负”“阴”或“阳”)。 

②写出甲装置中Co电极的电极反应式:　　 　　　。 

③三种金属的活动性由强到弱的顺序是　　　　(用元素符号表示)。 

④写出丙装置中总反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)工业上利用电解原理,用NO制备NH4NO3(已知电解质溶液呈酸性),其工作原理如图所示:

①制备过程中阳极区的pH会　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

②阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

③为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是　　　　。 

8.(2020浙江杭州七校高二上期中,)现需设计一套实验装置来电解饱和食盐水,并测量电解产生的氢气的体积(常温下约6 mL)和检验氯气的氧化性(不应将多余的氯气排入空气中)。

(1)试从下图中选用几种必要的仪器,连成一整套装置,各种仪器接口的连接顺序是A接　　　　　　　(填编号,下同),B接　　　　　　　　。 

(2)铁棒接直流电源的　　　　极;碳棒上发生的电极反应为　　　　　　　　　。 

(3)能说明氯气具有氧化性的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)假定装入的饱和食盐水为50 mL(电解前后溶液体积变化可忽略),当测得的氢气为5.6 mL(已折算成标准状况)时,常温下溶液的pH为　　　　　。 

(5)工业上采用离子交换膜法电解饱和食盐水,如下图所示,图中的离子交换膜是　　　　(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜,溶液B是　　　　　　　。 

9.()铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。

(1)在如图装置中,观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体;而装置乙中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)工业上使用下图装置,采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液,使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案全解全析

基础过关练

1.D　根据电解饱和食盐水的装置,如果通电后两极均有气泡产生,则金属铜电极一定是阴极,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,阳极上是氯离子失电子,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑。铜电极生成氢气,氢气是无色气体,且铜电极附近氢氧根离子浓度增大,溶液先变红,A、B错误;电解池中,阳离子移向阴极,即Na+移向铜电极,C错误;铜电极是阴极,阴极发生还原反应,D正确。

2.C　由题图可知①处的物质为电解池阳极产生的氯气,②处的物质为电解池阴极产生的氢气,A正确;题图中的离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过,能防止氯气与氢氧化钠反应,且在阴极区得到浓度较高的氢氧化钠溶液,B正确;电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-,C错误;该装置是将电能转化为化学能的装置,D正确。

3.C　电解精炼铜时,粗铜为电解池的阳极,纯铜为电解池的阴极,A正确;电解质溶液中含铜离子,铜离子在阴极上得到电子析出铜,B正确;粗铜为电解池的阳极,阳极上比金属铜活泼的金属锌、铁、镍等会先于金属铜失电子,C错误;纯铜为电解池的阴极,电极反应为Cu2++2e- Cu,D正确。

4.A　电镀原理是镀层金属作阳极,镀件作阴极,含有镀层金属阳离子的溶液作电镀液。

5.C　铜牌上镀银,银片为阳极,Ag+向阴极移动,阴极反应为Ag++e- Ag。由于电镀过程中镀层不可能非常均匀致密,所以将电源反接,阳极上Cu、Ag均会溶解,铜牌不可能恢复如初。

6.D　电解法精炼粗铜时,阴极(纯铜)的电极反应式为Cu2++2e- Cu(还原反应);阳极(粗铜)主要的电极反应式为Cu-2e- Cu2+(氧化反应),还有其他活泼金属放电,不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥。根据上述分析可知,粗铜与电源的正极相连,主要发生失电子的氧化反应:Cu-2e- Cu2+,A正确;精铜作为阴极材料,不参与电极反应,电极反应式为Cu2++2e- Cu,电解过程中不断生成铜,阴极逐渐变粗,B正确;用CuSO4溶液作电解质溶液,电解过程中铁、锌等比铜活泼的金属也会放电,根据得失电子守恒可知,消耗的铜离子会略多于生成的铜离子,即CuSO4溶液浓度略减小,C正确;不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥,但锌、铁会放电生成离子,D错误。

7.B　金属冶炼方法选择的主要依据是金属的活泼性强弱,不活泼的金属可以用热分解法制备,如加热氧化汞得到汞;比较活泼的金属用热还原法制备,如用焦炭炼铁;活泼的金属的离子很难被其他还原剂还原,通常用电解法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属,所以用电解法制备。

8.D　活泼金属采用电解其熔融盐或氧化物的方法冶炼,不活泼金属可以采用热分解方法冶炼。①钠是活泼金属,工业上采用电解熔融氯化钠的方法冶炼钠,正确;②将钠加入氯化镁溶液中,钠先和水反应生成氢氧化钠与氢气,氢氧化钠再和氯化镁发生复分解反应生成氢氧化镁、氯化钠,所以得不到镁,错误;③铝是活泼金属,工业上采用电解氧化铝的方法冶炼铝,正确;④汞属于不活泼金属,可以采用热分解的方法冶炼,正确。

9.B　钙还原二氧化钛反应的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO,由TiO2制得1 mol金属Ti,理论上外电路转移4 mol电子,A正确;阳极上电极反应式为C+2O2--4e- CO2↑,B错误;2Ca+TiO2Ti+2CaO,整套装置中CaO的总量不会减少,C正确;阳极上电极反应式为C+2O2--4e- CO2↑,C不断被消耗,因此装置中石墨电极材料需要定期更换,D正确。

能力提升练

1.C　A项,阳极发生氧化反应,电极反应为Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O,正确;B项,阴极发生还原反应,水电离出的氢离子放电生成氢气,甲溶液为浓的氢氧化钠溶液,可循环利用,正确;C项,电解池中阳离子向阴极移动,通过离子交换膜a的是Na+,故离子交换膜a为阳离子交换膜,错误;D项,阴极发生还原反应,电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,当电路中通过2 mol电子的电量时,会有1 mol H2生成,正确。

2.C　该装置制备高纯铬和硫酸,甲池中Cr棒上Cr3+得电子发生还原反应,则Cr棒为阴极,连接阴极的电极a为负极,则b为正极,A错误;根据分析可知,阴极反应为Cr3++3e- Cr,阳极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,B错误;甲池中的硫酸根离子通过阴膜进入乙池,丙池中生成的氢离子通过A膜进入乙池,所以导致乙池中硫酸浓度增大,溶液的pH减小,C正确;若有1 mol离子通过A膜,则丙池生成1 mol氢离子,理论上阳极生成的气体(氧气)为×1=0.25 mol,不知道气体所处状况,无法计算生成气体的体积,D错误。

3.C　由装置图可知,N室中石墨为阴极,电解时阴极上水得电子生成H2和OH-,则原料室中的钠离子通过c膜进入N室,溶液中c(NaOH)增大,c膜为阳离子交换膜;M室中石墨电极为阳极,电解时阳极上水失电子生成O2和H+,H+通过a膜进入产品室,则a膜为阳离子交换膜,原料室中的B(OH通过b膜进入产品室,B(OH、H+发生反应生成H3BO3,所以b膜为阴离子交换膜。由分析可知,a膜和c膜均为阳离子交换膜,A错误;N室中石墨电极上水得电子生成H2和OH-,原料室中的钠离子通过c膜进入N室,溶液中c(NaOH)增大,所以a%<b%,B错误;M、N室石墨电极的电极反应式分别为2H2O-4e- O2↑+4H+、2H2O+2e- H2↑+2OH-,理论上每生成2 mol H3BO3,M室生成0.5 mol O2、N室生成1.0 mol H2,两极室生成的气体在标准状况下的总体积是(0.5 mol+1.0 mol)×22.4 L/mol=33.6 L,C正确;电子不能通过溶液,D错误。

4.C　N为正极,发生还原反应,电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O,A正确;M为负极,N为正极,则电极M的电势比电极N的低,B正确;N为正极,电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O,消耗H+,生成H2O,则右室稀硫酸的浓度减小,C错误;原电池工作时,阳离子向正极移动,即氢离子从左向右移动,D正确。

5.C　Fe3O4在过程Ⅰ中为反应物,在过程Ⅱ中为生成物,所以Fe3O4是整个反应的催化剂,A正确;Pd上氢气失电子生成H+,电极反应为H2-2e- 2H+,B正确;电解质溶液呈酸性,则不能生成OH-,负极上生成氢离子,正极上N和氢离子反应生成氮气和水,总反应为3H2+2N+2H+ N2+4H2O,C错误;+3价Fe转化为+2价Fe得到电子、+2价Fe转化为+3价Fe失去电子,所以Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)之间的相互转化起到了传递电子的作用,D正确。

6.D　根据题图可知,右室加入垃圾发酵液,在浓缩室得到HA浓溶液,说明右室中的阴离子通过离子交换膜B进入浓缩室,d极为阴极,电极反应为2H2O+2e- 2OH-+

H2↑,c极为阳极,电极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑,生成的H+通过离子交换膜A进入浓缩室。电子从电源负极b极流到d极,从c极流入电源正极a极。

7.答案　(1)①阳　②2H++2e- H2↑　③Fe>Co>Cu　④NaCl+H2O NaClO+H2↑

(2)①减小　②NO+5e-+6H+ N+H2O　③NH3

解析　(1)①乙是原电池,用于电解氯化钠溶液,X极附近溶液变红,说明X极是阴极,Y极为阳极。②甲是原电池,Co电极附近产生气泡,即Co电极有H2生成,说明Fe比Co活泼,Co为正极,电极反应式为2H++2e- H2↑。③乙也是原电池,电解氯化钠溶液,X极附近溶液变红,说明X极是阴极,即乙中Co电极为负极,说明Co比Cu活泼,所以三种金属的活动性由强到弱的顺序是Fe>Co>Cu。④丙装置是电解氯化钠溶液,用于制备NaClO消毒液,总反应的化学方程式为NaCl+H2O NaClO+H2↑。

(2)①用NO制备NH4NO3,阳极反应式为NO-3e-+2H2O N+4H+,生成氢离子,pH会减小。②根据题图可知,阴极反应式为NO+5e-+6H+ N+H2O。③从两极反应式可看出,要使得失电子守恒,阳极产生的的物质的量大于阴极产生的的物质的量,总反应方程式为8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充NH3。

8.答案　(1)G→F→I　D→E→C　(2)负　2Cl--2e- Cl2↑

(3)淀粉-KI溶液变蓝　(4)12　(5)阳离子　NaOH溶液

解析　(1)产生的氢气的体积用排水量气法测量,常温下H2的体积约6 mL,所以选I不选H,导管是短进长出,所以A接G;用装有淀粉-KI溶液的洗气瓶检验氯气时,导管要长进短出,所以B接D,氯气要进行尾气处理,则E接C。

(2)题中电解饱和食盐水实验中铁棒应为阴极,连接直流电源的负极,碳棒为阳极,连接直流电源的正极,碳棒上发生的电极反应为2Cl--2e- Cl2↑。

(3)氯气具有氧化性,能氧化碘离子生成碘单质,碘单质遇到淀粉变蓝色,使淀粉-KI溶液变蓝说明氯气具有氧化性。

(4)因电解饱和食盐水的方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,当产生的H2的体积为5.6 mL(折算成标准状况)时,其物质的量为=2.5×10-4 mol,生成氢氧化钠的物质的量为5×10-4 mol,所以溶液中NaOH的物质的量浓度为=0.01 mol/L,则常温下氢离子的浓度为 mol/L=1×10-12 mol/L,溶液的pH=12。

(5)氢气在阴极上生成,则b为阴极,a为阳极,阳离子向阴极移动,则离子交换膜允许阳离子通过,所以题图中的离子交换膜为阳离子交换膜;溶液B是NaOH溶液。

9.答案　(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化

(2)阳极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O,使c(H+)增大,从而导致反应2Cr+2H+ Cr2+H2O发生

解析　(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化。