鲁科版 (2019)选择性必修1第1章 化学反应与能量转化第3节 电能转化为化学能——电解习题ppt课件

第3节　电能转化为化学能——电解

第1课时　电解的原理

A级 必备知识基础练

1.用铂电极(惰性电极)电解下列溶液时,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是 (　　)

A.稀NaOH溶液

B.HCl溶液

C.酸性NaCl溶液

D.酸性AgNO3溶液

2.用石墨棒作为阳极、铁棒作为阴极电解熔融的氯化钠,下列说法正确的是(　　)

A.石墨棒周围有大量的Na+

B.铁棒质量增加

C.电子通过熔融电解质由石墨棒流向铁棒

D.阴极发生氧化反应

3.(2022北京怀柔教科研中心高二期末)如图是氯碱工业中的电解装置,下列说法不正确的是 (　　)

A.电解总反应式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

B.阳极电极反应:2Cl--2e-Cl2↑

C.离子膜可以防止OH-移向阳极

D.e处加入饱和食盐水,d处加入纯水

4.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是(　　)

A.电路中电子流向:负极→d→c→b→a→正极

B.a、c两极产生气体的物质的量相等

C.S向b电极移动,Cl-向c电极移动

D.通电后向乙烧杯滴入酚酞溶液d极附近会变红

5.用铂作电极电解某种溶液,通电一段时间后,溶液的pH变小,并且在阳极得到0.56 L气体,阴极得到1.12 L气体(两种气体均在相同条件下测定)。由此可知溶液可能是(　　)

A.稀盐酸

B.KNO3溶液

C.CuSO4溶液

D.稀硫酸

6.用电解熔融氢氧化钠的方法制得钠(方法1)的反应为4NaOH(熔融)4Na+O2↑+2H2O;用铁与熔融氢氧化钠在通电条件下制得钠(方法2)的反应原理为3Fe+4NaOHFe3O4+2H2↑+4Na↑。下列有关说法正确的是(　　)

A.方法1电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为2OH--2e-H2↑+O2↑

B.方法1用电解熔融氢氧化钠法制钠(如上图),电解槽中可以用石墨为阳极,铁为阴极

C.方法2制钠的原理是利用铁的还原性比钠强

D.上述两种方法制得等量的钠,则两反应中转移的电子总数也相同

7.将下图所示实验装置的开关K闭合,下列判断正确的是(　　)

A.Cu电极上发生还原反应

B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C.片刻后甲池中c(S)增大

D.片刻后可观察到滤纸b点变红色

8.如图为以惰性电极进行电解的装置:

(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应和总反应方程式:

A:　                                                         , 

B:　                                                                   , 

总反应方程式:　                                                                  ; 

C:　                                                           , 

D:　                                                          , 

总反应方程式:　                                                                     ; 

(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为　　　　　　　。 

B级 关键能力提升练

9.化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解N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.Ag-Pt电极的电极反应为2N+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

10.用惰性电极电解下列溶液,有关说法正确的是 (　　)

①稀硫酸　②Cu(NO3)2溶液　③KOH溶液

④NaCl溶液

A.电解进行一段时间后四种溶液的pH均增大

B.②中电解一段时间后,向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的状态

C.③中阳极消耗OH-,故溶液浓度变小

D.④中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1

11.现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是(　　)

A.电解开始时阴极有H2放出

B.电解开始时阳极反应:Cu2++2e-Cu

C.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时,此时阴极放电的离子发生了变化

D.整个电解过程中,S不参与电极反应

12.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作为电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色。下列说法错误的是(　　)

A.b电极是阴极

B.a电极与电源的正极相连接

C.电解过程中,水是氧化剂

D.b电极附近溶液的pH变小

13.(双选)如图所示,下列叙述不正确的是(　　)

A.X为阳极,发生氧化反应

B.电子沿Zn→Y→X→Cu路径流动

C.Na+移向Y,X与滤纸接触处有氧气生成

D.Y与滤纸接触处变红

14.(双选)500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中N的浓度为0.6 mol·L-1,用石墨作为电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液的体积仍为500 mL,下列说法正确的是(　　)

A.原混合溶液中K+的浓度为0.2 mol·L-1

B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子

C.电解得到Cu的物质的量为0.05 mol

D.电解后溶液中H+的浓度为0.4 mol·L-1

15.整合有效信息书写电极反应。

(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱溶液吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2--2e-S、(n-1)S+S2-。

①写出电解时阴极的电极反应: 　                                                                                      。 

②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,该反应的离子方程式为 　                                                                                                         。 

(2)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是　　　　　,说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

C级 学科素养拔高练

16.重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过):

制备原理:2Cr(黄色)+2H+Cr2(橙色)+H2O。

(1)通电后阳极室产生的现象为                                                                                                   　; 

其电极反应是　                                               。 

(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4Cr+4H2O2Cr2+4OH-+2H2↑+O2↑,若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4,t min后测得右室中K原子与Cr原子的物质的量之比为3∶2,则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为　　　　;此时电路中转移电子的物质的量为　　　　　　　　。 

第1课时　电解的原理

A级　必备知识基础练

1.A　电解稀NaOH溶液时,阳极:4OH--4e-O2↑+2H2O,阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2,故A正确;电解HCl溶液、NaCl溶液时,阳极:2Cl--2e-Cl2↑,阴极:2H++2e-H2↑、2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和Cl2,故B、C错误;电解AgNO3溶液时,阳极:2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极:Ag++e-Ag,阴极和阳极上的主要产物分别是Ag和O2,故D错误。

2.B　阴离子移向阳极(石墨棒),发生氧化反应:2Cl--2e-Cl2↑,阳离子移向阴极,发生还原反应:2Na++2e-2Na,A、D项错误,B项正确;电子不能通过熔融电解质,熔融的电解质是由于其内部自由移动的离子定向移动而导电的,C项错误。

3.D　电解饱和食盐水,在阳极上Cl-失去电子变为Cl2,在阴极上H+得到电子变为H2,溶液中产生的OH-与Na+结合为NaOH,故电解的总反应方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,A正确;由于阴离子的放电能力:Cl->OH-,所以阴极上发生的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,B正确;OH-是阴极反应产生的微粒,离子膜可以防止OH-移向阳极,与阳极产生的Cl2发生反应,C正确;电解时阳极Cl-放电产生Cl2,阴极产生NaOH溶液,为提高电解质溶液的导电能力,在d处加入精制食盐水,在e处加入稀NaOH溶液,D错误。

4.D　电子不能通过电解质溶液,故A错误;a电极产生O2,c极产生Cl2,根据电子守恒O2~2Cl2~4e-,O2和Cl2的物质的量之比为1∶2,故B错误;阴离子向阳极移动,a电极和c电极是阳极,所以S向a电极移动,Cl-向c电极移动,故C错误;d电极是阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,所以滴入酚酞溶液d电极附近会变红,故D正确。

5.D　阳极与阴极产生的气体体积之比为,相当于电解水,pH变小说明电解了含氧酸的水溶液,故答案选D。

6.B　方法1电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生的电极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O;方法2制钠的原理不是利用铁的还原性比钠强,实际上铁的还原性比钠弱,反应之所以能发生实质上是利用了钠的沸点较低。由题中所给电解总反应可知,两种方法制得等量的钠,转移的电子总数不相同。

7.A　将装置中K闭合,该装置构成原电池,其中Zn电极上发生氧化反应,Cu电极上发生还原反应,故A正确;电子沿导线由Zn→a,在a上溶液中的H+得到电子,在b上溶液中的OH-失去电子,电子不能直接由a→b,故B错误;该装置工作过程中,甲、乙两烧杯中的S的浓度都不改变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动,故C错误;在b处溶液中的OH-失去电子,溶液呈酸性,b处滤纸不可能变红色,故D错误。

8.答案 (1)Cu2++2e-Cu　2Cl--2e-Cl2↑　CuCl2Cu+Cl2↑

4Ag++4e-4Ag　2H2O-4e-O2↑+4H+　4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑

(2)2∶2∶4∶1

解析 A、B、C、D各电极上分别发生如下反应:Cu2++2e-Cu,2Cl--2e-Cl2↑,4Ag++4e-4Ag,2H2O-4e-O2↑+4H+;由电子守恒可知,在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)∶n(Cl2)∶n(Ag)∶n(O2)=2∶2∶4∶1。

B级　关键能力提升练

9.D　根据题给电解装置图可知,Ag-Pt电极上N转化为N2,发生还原反应:2N+12H++10e-N2↑+6H2O,则Ag-Pt电极为阴极,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。

10.B　依据电解规律可知①为电解水型,②为放氧生酸型,③为电解水型,④为放氢生碱型,所以A、C错误;②中电解产物为Cu和O2,所以一段时间后加适量氧化铜固体可使溶液恢复到电解前的状态,B项正确;④中阳极产生Cl2,阴极产生H2,二者物质的量之比为1∶1,D项错误。

11.D　依据离子放电顺序可知阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,故A、B错误;由阴极电极反应Cu2++2e-Cu,n(Cu2+)=0.1 mol,当电路中通过电子的量达到0.2 mol时,此时Cu2+消耗完毕,之后阴极放电离子变为H+,故C错误;阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电,S不参与电极反应,故D正确。

12.D　a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色,说明a极附近产生了Cl2,所以a极与电源的正极相连,即a极为阳极,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,b极为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,所以水是氧化剂,b极附近溶液的pH增大。

13.BC　该装置中,左边装置是原电池,Zn易失电子作为负极、Cu作为正极,右边装置是电解池,X为阳极、Y为阴极,阳极上电极反应为Cu-2e-Cu2+,阴极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑。X与原电池的正极相连为阳极,阳极失电子发生氧化反应,故A正确;电子从原电池负极锌流出经导线流向阴极Y,电子又从阳极X流出经导线流向正极铜,电子不能通过X与Y之间的电解质溶液,故B错误;通过以上分析知,Y是阴极,阳离子钠离子与氢离子都向阴极移动,X电极是Cu,Cu失电子生成Cu2+,故C错误;Y为阴极,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,生成了碱,所以Y与滤纸接触处变红,故D正确。

14.AD　用石墨作为电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极先后发生两个反应:Cu2++2e-Cu,2H++2e-H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子,而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子,所以Cu2+共得到0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol电子,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(N),c(K+)+c(H+)=c(N),不难算出电解前c(K+)=0.2 mol·L-1,电解后溶液中c(H+)=0.4 mol·L-1。

15.答案 (1)①2H2O+2e-H2↑+2OH-

②+2H+(n-1)S↓+H2S↑

(2)NH3　根据电解总反应:8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多,应补充NH3

解析 (1)①电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水溶液中的H+放电生成H2。②由题给反应可知,阳极区生成了可以理解为(n-1)S+S2-,加入稀硫酸可生成S单质和H2S气体。

(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知,阴极反应为3NO+15e-+18H+3N+3H2O,阳极反应为5NO-15e-+10H2O5N+20H+,电解总反应为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3。

C级　学科素养拔高练

16.答案 (1)阳极产生无色气体,溶液由黄色逐渐变为橙色　4OH--4e-O2↑+2H2O

 (2)2∶1　0.1 mol

解析 (1)阳极发生氧化反应,溶液中水电离产生的OH-失去电子生成氧气。

(2)设K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量分别为x、y,则钾原子的物质的量为2x+2y,铬原子物质的量为x+2y,依据两原子的物质的量之比为3∶2,可求出n(K2CrO4)∶n(K2Cr2O7)=2∶1。

根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2 mol,又t min后两物质的物质的量之比为2∶1,则铬酸钾的物质的量为0.1 mol,重铬酸钾的物质的量为0.05 mol,根据化学方程式可知,生成0.05 mol的重铬酸钾,反应中转移电子的物质的量为0.05×2 mol=0.1 mol。