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2021学年第四章 电化学基础第三节 电解池第2课时一课一练
展开第2课时 电解原理的应用
基础过关练
题组一 氯碱工业及电解提纯
1.(2021福建福州高二月考)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.铜电极附近产生黄绿色气体
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.工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如下图所示。
(1)该电解槽的阳极反应式是 。
(2)通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因: 。
(3)除去杂质后的氢氧化钾溶液从出口 (填写“A”或“B”)导出。
题组二 电镀
3.(2021黑龙江、吉林两省十校高二期中)下列有关铜片镀银的说法不正确的是 ( )
A.Ag作阳极时阳极反应式为Ag-e- Ag+
B.铜片应与电源正极相连
C.电解液为AgNO3溶液
D.镀银过程中电能转化为化学能
4.(2021广东珠海第二中学高二期中)下列关于电解精炼铜与电镀的说法正确的是 ( )
A.电解精炼铜时,电能转化为化学能,电路中每通过2 mol e-,阳极溶解64 g铜
B.可从电解精炼铜的阳极泥中提取金、银、锌等金属
C.在铁制器皿上镀铝,熔融氧化铝作电解质,铁制器皿作阴极,铝棒作阳极
D.电镀过程中电镀液需要不断更换
题组三 金属的冶炼与精炼
5.(2019浙江宁波余慈五校高二上期中)利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是 ( )
A.氯碱工业中,X电极上电子流入
B.电解精炼铜时,X是粗铜,发生还原反应
C.在铁片上镀铜时,X是纯铜
D.制取金属铝时,Z是氯化铝溶液
6.(2021湖北汉阳一中高二月考)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+) ( )
A.阳极发生还原反应,其电极反应式:Ni2++2e- Ni
B.电解过程中阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
题组四 电解原理的综合应用
7.(2021宁夏大学附属中学高三月考)下面有关电化学的图示,完全正确的是 ( )
A.Cu-Zn原电池 | B.粗铜的精炼 | C.铁片镀锌 | D.验证NaCl溶液电解产物 |
8.(2021山东滕州第一中学高二月考)一种电解法制备高纯铬和硫酸的简易装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.a为直流电源的正极
B.阴极反应式为2H++2e- H2↑
C.工作时,乙池中溶液的pH不变
D.若有1 mol离子通过A膜,理论上阳极生成0.25 mol气体
能力提升练
1.(2020广东揭阳高二月考,疑难1,)利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是 ( )
A.氯碱工业中,X、Y均为石墨,Y附近能得到NaOH
B.铜的精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4
C.电镀工业中,X是待镀金属,Y是镀层金属
D.Z为CuCl2时,电解过程中X电极质量增加
2.(2020山东日照一中高二月考,疑难2,)用石墨电极电解100 mL H2SO4与CuSO4的混合溶液,通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况),则原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度为 ( )
A.3 mol·L-1 B.2 mol·L-1
C.4 mol·L-1 D.1 mol·L-1
3.(2020山西大同一中高二上期末,疑难2,)500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)=0.3 mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到气体1.12 L(标准状况下)。假定电解后溶液体积仍为500 mL,忽略Cu2+的水解,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(Na+)=0.2 mol·L-1
B.电解后溶液中c(H+)=0.2 mol·L-1
C.上述电解过程中共转移0.4 mol电子
D.电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol
4.(2020广西桂林、崇左、贺州高三一模,疑难1,)已知NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水可得Na2S2O5,三室膜电解技术可用于制备Na2S2O5,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。有关说法正确的是 ( )
A.M为阴极
B.离子交换膜均为阴离子交换膜
C.阳极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑
D.最后在b室生成Na2S2O5
5.(2020浙江杭州西湖高中高二上期末,疑难1、2,)某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示,该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2,X、Y是特殊催化剂型电极,下列说法正确的是 ( )
A.电源a极为正极
B.该装置中Y电极发生还原反应
C.X电极的电极反应为6CO2+24H++24e- C6H12O6+6H2O
D.理论上,每生成22.4 L(标准状况下)O2,必有4 mol H+由X极区向Y极区迁移
6.(2020吉林白山高二上期末,疑难1、2,)以甲烷碱性燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.燃料电池工作时的正极反应式为O2+2H2O-4e- 4OH-
B.a、c上发生氧化反应,d为阴极,有红色物质Cu析出
C.右侧装置的电解总反应式一定是2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑
D.若a、b两极均是石墨,每消耗标准状况下2.24 L CH4时,d极析出12.8 g金属
答案全解全析
基础过关练
1.D 结合图示装置和电解过程中两极均产生气体,可知铜电极一定是阴极,电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,石墨作阳极,Cl-放电生成Cl2,电极反应为2Cl--2e- Cl2↑,则铜电极附近产生无色气体,A项错误;根据以上分析可知,铜电极附近溶液碱性增强,溶液先变红,石墨电极附近产生黄绿色气体Cl2,B项错误;电解池中阳离子移向阴极,即Na+移向铜电极,C项错误;铜电极是阴极,发生还原反应,D项正确。
2.答案 (1)4OH--4e- O2↑+2H2O
(2)H2O电离出的H+放电,同时生成OH-,OH-浓度增大 (3)B
解析 (1)左池为阳极室,在阳极OH-放电。(2)在阴极是H2O电离出的H+放电,同时生成OH-,OH-浓度增大,故pH增大。(3)K+经阳离子交换膜进入右池,右池中H2O电离出的H+放电,剩下OH-;除去杂质后所得氢氧化钾溶液从B口导出。
3.B 电镀时,镀层金属Ag作阳极时电极反应式为Ag-e- Ag+,A项正确;铜片是镀件,与电源负极相连,作阴极,B项错误;镀银的过程中,电镀液应选择AgNO3溶液,C项正确;电镀时消耗电能,在两极分别发生还原反应和氧化反应,实现了电能与化学能的转化,D项正确。
4.C A项,精炼铜时,阳极为粗铜,其中铁、锌等活泼杂质优先失电子,即电路中通过2 mol e-时,阳极溶解的铜不一定为64 g,错误;B项,不活泼金属沉淀下来形成阳极泥,即从阳极泥中可提取金、银等不活泼金属,得不到锌,错误;C项,铁制器皿上镀铝时,铁制器皿作阴极,铝作阳极,熔融氧化铝作电解质,正确;D项,电镀过程中若镀层金属作阳极,电镀液的浓度不变,即不需要经常更换电镀液,错误。
5.C 氯碱工业中,X电极连接电源正极,为电解池的阳极,是电子流出的一极,故A错误;电解精炼铜时,粗铜作阳极发生氧化反应,精铜作阴极,发生还原反应,故B错误;在铁片上镀铜时,铁片作阴极,铜作阳极,故C正确;金属铝是电解熔融的氧化铝制得的,电解氯化铝溶液不能得到金属铝,故D错误。
6.D 电解时阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,阴极反应为Ni2++2e- Ni,A项错误;电解过程中,阳极Zn、Fe、Ni失电子被氧化,而阴极只有Ni2+被还原,依据得失电子守恒,阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等,B项错误;电解后,溶液中存在的金属阳离子有Fe2+、Ni2+和Zn2+,C项错误;铜和铂的还原性弱于镍,电解时不能被氧化,电解后在电解槽底部形成阳极泥,D项正确。
7.D A项,该原电池中Cu为正极,Zn为负极,错误。B项,粗铜作阳极,精铜作阴极,电解质溶液为CuSO4溶液,错误。C项,镀层金属Zn作阳极,待镀金属Fe作阴极,错误。D项,结合图示可知,碳棒作阳极,阳极产生Cl2,Cl2能将KI氧化为I2,I2使淀粉溶液变蓝,可用KI淀粉溶液检验Cl2;铁棒作阴极,H2O电离出的H+在阴极放电生成H2,可用向下排空气法收集H2,溶液中含酚酞,可检验OH-,正确。
8.D 制备铬时,Cr电极应为阴极,即a为直流电源的负极,A项错误;阴极反应式为Cr3++3e- Cr,B项错误;工作时,甲池中S移向乙池,丙池中H+移向乙池,乙池中H2SO4浓度增大,溶液pH减小,错误;石墨电极为阳极,电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,有1 mol离子通过A膜时,阳极产生1 mol H+,则理论上阳极生成0.25 mol O2,D项正确。
能力提升练
1.A A项,用惰性电极电解饱和NaCl溶液,阴极可得到NaOH,即Y附近得到NaOH,正确;B项,铜的精炼中,粗铜作阳极,纯铜作阴极,即X是粗铜,Y是纯铜,错误;C项,电镀工业中,Y是待镀金属,X是镀层金属,错误;D项,电解CuCl2溶液时,阳极X上产生Cl2,阴极Y质量增加,错误。
2.D 电解该混合溶液,阳极反应式为4OH--4e- 2H2O+O2↑,阴极反应式为Cu2++2e- Cu、2H++2e- H2↑;结合两极均生成0.1 mol气体,根据阳极反应可知电路中转移0.4 mol电子,阴极生成0.1 mol H2时H+得到0.2 mol电子,则Cu2+得到0.2 mol电子,即原溶液中含0.1 mol Cu2+,故c(Cu2+)=0.1 mol÷0.1 L=1 mol·L-1。
3.B 石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到
1.12 L气体(标准状况),n(O2)=n(H2)==0.05 mol,阳极反应:
4OH--4e- O2↑+2H2O
0.2 mol 0.05 mol
阴极反应:
Cu2+ + 2e- Cu 2H+ + 2e- H2↑
0.05 mol 0.1 mol 0.05 mol 0.1 mol 0.1 mol 0.05 mol
c(Cu2+)==0.1 mol·L-1,由电荷守恒可知,原混合溶液中c(Na+)为0.3 mol·L-1-0.1 mol·L-1×2=0.1 mol·L-1,故A错误;电解后溶液中阳极区氢离子浓度增大,阴极区氢离子浓度减小,计算可得到溶液中氢离子浓度==0.2 mol·L-1,故B正确;由上述分析可知,电解过程中转移电子总数为0.2 mol,故C错误;电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol,故D错误。
4.C 要制备Na2S2O5则要增大NaHSO3的浓度,要将SO2碱吸收液中的Na2SO3转化为NaHSO3,即发生S+H+ HS,故M极室的H+要向a室移动,则N为阴极、M为阳极,A项错误;阳极室H+向a室迁移,a室中的Na2SO3转化成NaHSO3,即该离子交换膜为阳离子交换膜,B项错误;电解时阳极H2O放电,产生O2,电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,C项正确;阴极H+放电析出H2,OH-浓度增大,OH-与HS反应生成S,则b室中Na2SO3浓度增大,最后在a室生成Na2S2O5,D项错误。
5.C X电极上CO2得到电子生成C6H12O6,所以X电极为电解池的阴极,电源a极为负极、电源b极为正极,故A错误;Y电极为电解池的阳极,阳极发生失去电子的氧化反应,故B错误;X电极上CO2 C6H12O6,发生得到电子的还原反应,电极反应为6CO2+24H++24e- C6H12O6+6H2O,故C正确;理论上,每生成22.4 L(标准状况下)O2,转移电子4 mol,根据工作原理可知必有4 mol H+由Y极区向X极区迁移,故D错误。
6.B 甲烷碱性燃料电池中,通入氧气的一极为正极,正极电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故A错误;甲烷碱性燃料电池中,a电极为负极,b电极为正极,电解池中与原电池负极相接的d电极为阴极、与正极相接的c电极为阳极,原电池负极和电解池阳极均发生氧化反应,阴极发生还原反应,阴极电极反应式为Cu2++2e- Cu,故B正确;右侧装置为电解硫酸铜溶液装置,若硫酸铜的量不足或电解时间较长,可能发生电解水(溶质为硫酸)过程,故C错误;a极电极反应式为CH4-8e-+10OH- C+7H2O,标准状况下2.24 L CH4的物质的量为
0.1 mol,转移0.8 mol电子,铜离子得0.8 mol电子生成0.4 mol Cu,质量为25.6 g,即d极析出25.6 g金属Cu,故D错误。
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