高中鲁科版 (2019)第3节 电能转化为化学能——电解第2课时课堂检测

第2课时　电解原理的应用

课时作业巩固

选题表

基础题组

1.(2021·江苏扬州期中)下列描述中,不符合生产实际的是(　A　)

A.电解熔融的氯化镁制取金属镁,用铁作阳极

B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极

C.工业上电解饱和食盐水制烧碱,用阳离子交换膜阻止OH-移向阳极

D.在镀件上电镀铜,用铜作阳极

解析:铁作阳极时,Fe失去电子,亚铁离子的氧化性大于镁离子的,阴极上可能生成Fe,应用惰性电极电解熔融氯化镁制取金属镁,故A错误;电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极,在该电极上会析出大量的铜,电极反应为Cu2++2e-Cu,故B正确;工业上电解饱和食盐水制烧碱,溶液中阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,用阳离子交换膜阻止OH-移向阳极,在阴极可制得烧碱,故C正确;在镀件上电镀铜,用铜作阳极,电极反应为Cu-2e-Cu2+,镀件作阴极,电极反应为Cu2++2e-Cu,可溶性的铜盐溶液作电解质溶液,故D正确。

2.(2021·河北邯郸期中)粗铜中含有少量的Zn、Fe、Ag、Au等,采用电解法提纯,下列说法错误的是(　D　)

A.可用硫酸铜溶液作电解质溶液

B.粗铜与电源的正极相连

C.在精炼过程中,Ag、Au沉积于阳极底部

D.在精炼过程中,阴、阳极的质量变化量相等

解析:粗铜中含有少量的Zn、Fe、Ag、Au等,采用电解法提纯时,粗铜与电源的正极连接作阳极,精铜与电源的负极连接作阴极,以含有Cu2+的硫酸铜溶液作电解质溶液。电解时,阳极发生反应主要为Cu-2e-Cu2+,活动性比Cu强的Zn、Fe也会发生氧化反应,Zn-2e-Zn2+,Fe-

2e-Fe2+,变为金属阳离子进入溶液,而活动性比Cu弱的金属Au、Ag则沉积在阳极底部,形成阳极泥;阴极上发生反应Cu2++2e-Cu,在同一闭合回路中电子转移数目相等,可见在精炼过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量不一定相等,故选D。

3.(2021·河南安阳月考)利用太阳能电池在碱性介质中电解氨气获得高纯度氢气,装置如图所示。双极膜中水电离出H+和OH-,并在电源作用下能向两极迁移。下列说法错误的是(　C　)

A.a极为阳极

B.双极膜中H+向b极迁移

C.电流由a极经导线流向b极

D.阳极反应为2NH3+6OH--6e-N2+6H2O

解析:由图示可知,a极氨气失电子发生氧化反应生成氮气,所以a极为阳极,故A正确;电解池中阳离子向阴极移动,所以双极膜中氢离子向阴极(b极)迁移,故B正确;a极是阳极,电流与电子流向相反,应由b极经导线流向a极,故C错误;阳极失电子发生氧化反应,在碱性条件下,阳极反应为2NH3+6OH--6e-N2+6H2O,故D正确。

4.(2021·黑龙江哈尔滨月考)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池,装有电解液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题。

(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液,则:

①电解池中X电极上的电极反应为 　　　　　　　　　　　　。 

②Y电极上的电极反应为　                                。 

③该电解池的总反应是 　　　　　　　　　　　　。 

(2)如要用电镀方法在铁上镀铜,a选用CuSO4溶液,则:

①X电极的材料是　　　,电极反应是　　　　　　　　　　　　。 

②Y电极的材料是　　　,电极反应是　　　　　　　　　　　　。 

解析:(1)如图所示,该装置为电解池,若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液。①电解池中X电极与电源的负极相连,发生还原反应,所以X电极上的电极反应为2H++2e-H2↑(或2H2O+2e-H2↑+2OH-)。②电解池中Y电极与电源的正极相连,发生氧化反应,所以Y电极上的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑。③该电解池的总反应为2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH。

(2)要用该装置在铁上镀铜,a选用CuSO4溶液,则铜和电源的正极相连,发生氧化反应,电极反应是Cu-2e-Cu2+,铁和电源的负极相连,发生还原反应,电极反应是Cu2++2e-Cu。①X电极的材料是铁,电极反应是Cu2++2e-Cu。②Y电极的材料是铜,电极反应是Cu-2e-Cu2+。

答案:(1)①2H++2e-H2↑(或2H2O+2e-H2↑+2OH-)　②2Cl--

2e-Cl2↑

③2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH

(2)①铁　Cu2++2e-Cu　②铜　Cu-2e-Cu2+

能力题组

5.(2021·河北东光月考)如图为电解装置示意图。下列电解目的不能实现的是(　D　)

注:表中的粗铜含有锌、铁、镍、金、铂等杂质。

解析:由图可知,该装置为电解池,且a端接电源正极,为电解池的阳极,b为阴极,阳极失电子,阴极得电子。以碳棒为电极,电解氯化钠溶液,氯离子在阳极放电生成氯气,氢离子在阴极放电生成氢气和NaOH,故A不符合题意;镀银时,Fe为镀件,Ag为镀层金属,镀件作阴极被保护,则阳极为银,阴极为铁,电解质溶液为AgNO3溶液,故B不符合题意;电解精炼粗铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,电解质溶液为可溶性的铜盐溶液,故C不符合题意;铜作阳极,碳棒作阴极,则铜失电子生成Cu2+,得不到氧气,故D符合题意。

6.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+)(　C　)

A.阳极发生还原反应,其电极反应为Ni2++2e-Ni

B.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+

C.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等

D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Pt

解析:阳极发生氧化反应,其电极反应为Ni-2e-Ni2+,Fe-2e-Fe2+,Zn-2e-Zn2+,故A错误;电解后,溶液中存在的阳离子有H+、Fe2+、Zn2+、Ni2+,故B错误;电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni,阴极析出的是镍,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,故C正确;粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,作阳极,铜和铂不失电子沉降在电解池底部形成阳极泥,故D错误。

7.(2021·河北张家口月考)现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽。用氯碱工业中的离子交换膜技术原理,可电解Na2SO4溶液生产NaOH溶液和H2SO4溶液。下列说法中不正确的是(　 C  )

A.b是阳离子交换膜,允许Na+通过

B.从A口出来的是H2SO4溶液

C.阴极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑

D.Na2SO4溶液从F口加入

解析:电解饱和Na2SO4溶液时,阳极是OH-放电生成氧气,阴极是H+放电生成氢气,即B为氧气,C为氢气,由于装置中放置了离子交换膜,在两极分别生成NaOH和H2SO4,需在阳极一侧放置阴离子交换膜,只允许通过阴离子,在阴极一侧放置阳离子交换膜,只允许通过阳离子。阴极生成氢气和OH-,在阴极一侧放置阳离子交换膜,只允许通过阳离子,生成NaOH,故A正确;氢氧根离子在阳极放电产生的气体是氧气,同时生成氢离子,则阳极附近生成硫酸,则从A口出来的是H2SO4溶液,故B正确;阴极H+放电生成氢气,电极反应为2H++2e-H2↑,故C不正确;

NaOH在阴极附近生成,硫酸在阳极附近生成,则Na2SO4溶液从F口加入,故D正确。

8.(2021·吉林长春月考)三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池,其电解法制备过程如下:用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5,加入适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO-,把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是(　C　)

A.可用铁作阳极材料

B.电解过程中阳极附近溶液的pH升高

C.阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑

D.制备1 mol Ni2O3时,外电路中通过了1 mol电子

解析:电解过程中产生的氯气是氯离子失电子发生氧化反应得到的,铁作阳极时铁失电子发生氧化反应,阳极没有Cl2生成,不能把二价镍氧化为三价镍,A项错误;阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,Cl2在弱碱性条件下生成ClO-,故电解过程中阳极附近溶液的pH降低,B项错误,C项正确;由Ni2+-e-Ni3+可知,1 mol二价镍全部转化为三价镍时,外电路中通过了1 mol电子,则制备1 mol Ni2O3时,有2 mol二价镍转化为三价镍,外电路中通过了2 mol电子,D项错误。

9.(2022·山东薛城期中)合理开发利用能源具有重要意义。回答下列问题。

(1)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理如图所示,NH3被氧化为常见无毒物质。

①电极b的名称是　　　　              　　,电子的流动方向为　　　　　　　　　　　　　　。 

②电极a的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

③电池工作时,理论上反应消耗NH3与O2的物质的量之比为

　　　　。 

(2)氯碱工业以电解饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图是离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图,图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

①电解饱和食盐水的离子方程式为                          

                                                     　。 

②饱和食盐水从图中　　      (填“a”“b”“c”或“d”,下同)位置补充,氢氧化钠溶液从图中　　位置流出。 

③离子交换膜的作用为                                            

                                                     　。 

解析:(1)①电极b通入氧气,氧气得电子发生还原反应,电极b是正极,电极a是负极,电子由负极经导线流入正极,则电子的流动方向为由电极a经导线流向电极b。②电极a上NH3失电子被氧化为常见无毒物质氮气,电极a的电极反应为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。③电池工作时,NH3中的N元素化合价由-3升高为0,O2中的O元素化合价由0降低为-2,根据得失电子守恒,理论上反应消耗NH3与O2的物质的量之比为4∶3。(2)①电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气、氯气,反应的离子方程式是2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。②阳极氯离子失电子生成氯气,所以饱和食盐水从图中a位置补充,阴极发生反应2H2O+

2e-H2↑+2OH-,所以氢氧化钠溶液从图中d位置流出。③阳离子交换膜只允许阳离子通过,离子交换膜的作用为阻止OH-进入阳极室与Cl2发生副反应2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O,并阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

答案:(1)①正极　由电极a经导线流向电极b

②2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O

③4∶3

(2)①2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-

②a　d

③阻止OH-进入阳极室,与Cl2发生副反应2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+

H2O,并阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸