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- 第四章 第一节 第2课时 化学电源 试卷 试卷 0 次下载
- 第四章 第三节 金属的腐蚀与防护 试卷 试卷 0 次下载
- 第四章 第二节 第1课时 电解原理 试卷 试卷 0 次下载
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第四章 第二节 第2课时 电解原理的应用 试卷
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这是一份第四章 第二节 第2课时 电解原理的应用，共10页。
第2课时 电解原理的应用
课后·训练提升
基础巩固
1.在给定条件下,下列选项所示的物质间转化,均能通过一步化学反应实现的是( )。
A.NaClCl2漂白粉
B.Cu2(OH)2CO3CuOCu(OH)2
C.MgCO3MgCl2溶液Mg
D.Fe3O4FeFeCl3
答案:A
解析:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,2Cl2+2Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2 +2H2O,A项正确。CuO与H2O不能直接化合生成Cu(OH)2,B项错误。电解MgCl2溶液时,阴极得不到Mg单质,C项错误。Fe与HCl反应生成FeCl2,D项错误。
2.依据下列甲、乙、丙三图,判断下列叙述不正确的是( )。
A.甲是原电池,乙是电镀装置
B.甲、乙装置中,锌极上均发生氧化反应
C.乙、丙装置中,阳极均发生氧化反应而溶解
D.丙装置中,两个铜电极质量有增有减
答案:B
解析:甲装置没有外加电源,属于原电池,乙装置存在外加电源,属于电解池,可以在锌上镀铜,A项正确;甲装置中,锌是负极,该电极上锌失电子发生氧化反应,乙装置中,锌极是阴极,该电极上发生还原反应,B项错误;乙、丙装置中,阳极均是活泼的金属电极,该电极发生氧化反应而溶解,C项正确;粗铜精炼,阳极粗铜溶解质量减小,阴极精铜上有铜析出,质量增大,D项正确。
3.欲在铁制品上镀上一定厚度的锌层,以下设计方案正确的是( )。
A.锌作阳极,铁制品作阴极,ZnSO4溶液作电镀液
B.锌作阴极,铁制品作阳极,ZnCl2溶液作电镀液
C.锌作阳极,铁制品作阴极,FeSO4溶液作电镀液
D.锌作阴极,铁制品作阳极,Fe(NO3)2溶液作电镀液
答案:A
解析:根据电镀的一般原理,镀件(铁制品)作阴极,镀层金属(锌)作阳极,含锌离子的溶液作电镀液。只有A项符合。
4.下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是( )。
A.粗铜板作阳极
B.电解时,阳极发生氧化反应,而阴极发生的反应为Cu2++2e-Cu
C.粗铜中所含的Ni、Fe、Zn等金属杂质,电解后以单质形式沉积槽底,形成阳极泥
D.电解铜的纯度可达99.95%~99.98%
答案:C
解析:电解法精炼粗铜是以粗铜为阳极,发生反应Cu-2e-Cu2+,在此以前由于Ni、Fe、Zn均比铜容易失去电子,这些金属首先失去电子变成Ni2+、Fe2+、Zn2+进入溶液。在阴极上Cu2++2e-Cu,而Ni2+、Fe2+、Zn2+得电子能力弱于Cu2+,这些金属离子不能得电子变成金属单质,最后存在于电解质溶液中,C项的说法不正确。经电解精炼铜后,铜的纯度高达99.95%~99.98%。
5.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+
B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
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
答案:D
解析:阳极发生氧化反应,其电极反应式:Ni-2e-Ni2+,Fe-2e-Fe2+, Zn-2e-Zn2+,A项错误;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,阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等,B项错误;电解后,溶液中存在的金属阳离子有Fe2+、Zn2+、Ni2+,C项错误;粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,铜和铂不失电子,沉降在电解池底部形成阳极泥,电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,D项正确。
6.渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法,其原理如图所示,电极均为惰性电极。已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-等离子。下列叙述中正确的是( )。
A.X膜是阳离子交换膜
B.通电后,海水中阴离子往b电极处移动
C.通电后,b电极上产生无色气体,溶液中出现白色沉淀
D.通电后,a电极的电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O
答案:C
解析:A项,X膜是阴离子交换膜,错误;B项,通电后,海水中阴离子往阳极(a电极)处移动,错误;C项,通电后,由于放电能力:H+>Mg2+>Ca2+,所以H+在阴极(b电极)上放电:2H++2e-H2↑,产生无色气体,由于破坏了附近水的电离平衡,在该区域c(OH-)增大,发生反应:Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,所以溶液中还会出现白色沉淀,正确;D项,通电后,由于在溶液中的放电能力:Cl->OH-,所以在阳极发生反应:2Cl--2e-Cl2↑,错误。
7.三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO42-可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是( )。
A.通电后中间隔室的SO42-向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成
答案:B
解析:在负极区发生的电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,在正极区发生的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,故正极区pH减小,A项错误;Na+移向负极区,生成NaOH,SO42-移向正极区,生成H2SO4,B项正确;根据负极区电极反应可知C项错误;每通过1 mol 电子,有0.25 mol O2生成,D项错误。
8.某小组为研究电化学原理,设计如图装置,下列叙述不正确的是( )。
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
答案:D
解析:a和b不连接时,铁片与Cu2+直接发生置换反应,有金属铜析出,A项正确。a和b用导线连接时,该装置形成原电池,铜片作正极、铁片作负极失去电子形成Fe2+,因此无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色,所以B、C两项正确。若a和b分别连接直流电源正、负极,a作阳极,铜片失去电子生成Cu2+,Cu2+向铁电极移动,D项错误。
9.用石墨作电极电解AlCl3溶液时,如下图所示的电解变化曲线合理的是( )。
A.①④ B.②④ C.①③ D.②③
答案:A
解析:AlCl3溶液电解时发生反应:2AlCl3+6H2O2Al(OH)3↓+3H2↑+3Cl2↑,使溶液中的H+不断减少,pH增大,但pH绝对不会大于7,①正确,②错;随着电解的不断进行,Al(OH)3沉淀的量不断增加,直至AlCl3消耗完毕,Al(OH)3沉淀的量不再增加。若再继续电解,就是电解水,Al(OH)3的量不变,④正确。
10.如图所示,当线路接通时,发现M(用石蕊溶液浸润过的滤纸)a端显蓝色,b端显红色,且知甲中电极材料是锌、银,乙中电极材料是铂、铜,且乙中两电极不发生变化。回答下列问题。
(1)甲、乙分别是什么装置?
(2)写出A、B、C、D的电极名称以及电极材料和电极反应式。
答案:(1)甲为原电池,乙为电解池。
(2)
项目
电极名称
电极材料
电极反应式
A
负极
Zn
Zn-2e-Zn2+
B
正极
Ag
Cu2++2e-Cu
C
阳极
Pt
4OH--4e-2H2O+O2↑
D
阴极
Cu
2H++2e-H2↑
解析:由于a端显蓝色,可推知a端附近呈碱性,显然滤纸上水电离的H+在a端获得电子发生反应,使该端OH-浓度较大。由于锌活动性强于银,甲池为原电池,Zn作负极,Ag作正极。乙池中Cu、Pt不参与反应,则Cu作阴极,Pt作阳极。由甲池可知乙池中C极为阳极,D极为阴极,故C极为Pt,D极为Cu,显然乙池为电解池。滤纸上水电离的OH-在b端反应,b端H+浓度增大,使b端出现红色。
11.如图所示,甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L-1 AgNO3溶液,乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L-1 CuCl2溶液,A、B、C、D均为质量相同的石墨电极,如果电解一段时间后,发现A极比C极重1.9 g。
(1)电源E为 极。
(2)A极的电极反应式为 ,析出物质 mol。
(3)B极的电极反应式为 ,析出气体 mL(标准状况)。
(4)D极的电极反应式为 ,析出气体 mL(标准状况)。
(5)甲烧杯中滴入石蕊溶液, 极附近变红。
答案:(1)负 (2)Ag++e-Ag 0.025
(3)2H2O-4e-4H++O2↑ 140 (4)2Cl--2e-Cl2↑ 280 (5)B
解析:(1)电解池中,发现A极比C极重1.9 g,则A极是阴极,和电源的负极相连,即E是负极,F是正极,B是阳极,C是阴极,D是阳极。
(2)A极是阴极,电极反应式为Ag++e-Ag,析出金属银;C是阴极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,析出金属铜,A极比C极重1.9 g,设电路中转移电子的物质的量为x,则108 g·mol-1·x-642 g·mol-1·x=1.9 g,x=0.025 mol,析出金属银的物质的量是0.025 mol。
(3)B是阳极,该极上是H2O失电子,电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,电路中转移电子0.025 mol,生成氧气是0.0254 mol=0.006 25 mol,体积是0.006 25 mol×22.4 L·mol-1=0.14 L=140 mL。
(4)D是阳极,该极上的电极反应是2Cl--2e-Cl2↑,电路中转移电子0.025 mol,生成氯气是12×0.025 mol=0.012 5 mol,体积是280 mL。
(5)电解硝酸银溶液,在阴极上析出Ag,阳极上放出O2,产生硝酸,滴入石蕊溶液,显红色。
能力提升
1.如图X为电源,Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,通电后Y中央的紫红色色斑向d端扩散。下列判断正确的是( )。
A.滤纸上c点附近会变为红色
B.Cu电极质量减小,Pt电极质量增大
C.烧杯中溶液的pH增大
D.烧杯中SO42-向Cu电极定向移动
答案:A
解析:由图可知,该装置为电解装置,由通电后Y中央的紫红色色斑向d端扩散知,d为阳极(MnO4-向阳极移动),b为电源的正极,a为电源的负极。Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,c点H+放电,则OH-浓度增大,所以滤纸上c点附近会变红色,A项正确;Cu电极上Cu2+得到电子生成Cu,Pt电极上OH-失去电子,故Cu电极质量增大,Pt电极质量不变,B项错误;Pt电极上OH-失去电子,故烧杯中溶液的pH减小,C项错误;Cu电极为阴极,Pt电极为阳极,烧杯中SO42-向Pt电极定向移动,D项错误。
2.电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是( )。
A.阳极反应为Fe-2e-Fe2+
B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移12 mol e-,最多有1 mol Cr2O72-被还原
答案:B
解析:铁板作阳极,则阳极上Fe失电子,A项正确;电解过程中c(H+)减小,c(OH-)增大,所以pH变大,B项错误;溶液酸性减弱,pH增大,有Fe(OH)3沉淀生成,C项正确;电路中每转移12 mol e-,生成6 mol Fe2+,则有1 mol Cr2O72-被还原,D项正确。
3.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=0.6 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2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法错误的是( )。
A.原混合溶液中c(K+)为0.2 mol·L-1
B.上述电解过程中共转移0.4 mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D.电解后溶液中c(H+)为0.4 mol·L-1
答案:C
解析:石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极先后发生两个反应:Cu2++2e-Cu,2H++2e-H2↑。从阳极收集到2.24 L O2可知上述电解过程中共转移电子0.4 mol,B项正确。在阴极生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子,所以Cu2+共得到电子0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol,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,C项错误。根据电荷守恒,电解前:c(K+)+2c(Cu2+)=c(NO3-),c(NO3-)=0.6 mol·L-1,c(Cu2+)=0.2 mol·L-1,则c(K+)=0.2 mol·L-1,A项正确;电解后c(K+)+c(H+)=c(NO3-),则c(H+)=0.6 mol·L-1-0.2 mol·L-1=0.4 mol·L-1,D项正确。
4.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,如图是电解污水的实验装置示意图,实验用污水中主要含有可被吸附的悬浮物(不导电)。下列有关推断明显不合理的是( )。
A.阴极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
B.通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3
C.通电过程中会产生气泡,把悬浮物带到水面形成浮渣弃去
D.如果实验用污水导电性不良,可加入少量Na2SO4固体以增强导电性
答案:A
解析:A项中阴极反应是H2O电离出的H+得电子,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑。
5.氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合,相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是( )。
A.电解池的阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.通入空气的电极为负极
C.电解池中产生2 mol Cl2时,理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2
D.a、b、c的大小关系为a>b=c
答案:A
解析:题给电解池的阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,A项正确;题给燃料电池为氢氧燃料电池,通入空气的电极为正极,B项错误;由整个电路中得失电子守恒可知,电解池中产生2 mol Cl2,理论上转移4 mol电子,则燃料电池中消耗1 mol O2,C项错误;题给燃料电池的负极反应式为2H2+4OH--4e-4H2O,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,所以a、b、c的大小关系为c>a>b,D项错误。
6.某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。
(1)X极与电源的 (填“正”或“负”)极相连,氢气从 (填“A”“B”“C”或“D”)口导出。
(2)离子交换膜只允许一类离子通过,则M为 (填“阴离子”或“阳离子”,下同)交换膜,N为 交换膜。
(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极),则电池负极的电极反应式为 。
(4)若在标准状况下,制得11.2 L氢气,则生成H2SO4的质量是 ,转移的电子数为 。
答案:(1)正 C (2)阴离子 阳离子
(3)H2+2OH--2e-2H2O
(4)49 g 6.02×1023
解析:(1)(2)题图中左边加入含少量硫酸的水,暗示左边制硫酸,即H2O在阳极发生氧化反应,使左边溶液中H+ 增多,为了使溶液呈电中性,硫酸钾溶液中的SO42- 通过M交换膜向左迁移,即M为阴离子交换膜,由此推知X为阳极,与电源正极相连,氧气从B出口导出,A出口流出硫酸;同理,右侧加入含KOH的水,说明右边制备KOH溶液,H2O在Y极发生还原反应,说明Y极为阴极,与电源负极相连,右边溶液中OH- 增多,硫酸钾溶液中K+向右迁移,N为阳离子交换膜。所以,氢气从C出口导出,D出口流出KOH溶液。(3)若将制得的氢气和氧气在氢氧化钾溶液中构成原电池,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,负极反应式为2H2+4OH--4e-4H2O。(4)n(H2)=0.5 mol,2H++2e-H2↑,得电子为1 mol,X极的反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,根据电子守恒知,生成H+的物质的量为1 mol,故生成0.5 mol H2SO4,m(H2SO4)=49 g。
7.催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
(1)催化硝化法中,用H2将NO3-还原为N2,一段时间后,溶液的碱性明显增强。则该反应离子方程式为 。
(2)电化学降解NO3-的原理如图所示,电源正极为 (填“a”或“b”);若总反应为4NO3-+4H+5O2↑+2N2↑+2H2O,则阴极反应式为 。
答案:(1)2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O
(2)a 2NO3-+12H++10e-N2↑+6H2O
解析:(1)用H2将NO3-还原为N2,一段时间后,溶液的碱性明显增强,说明该反应中生成氢氧根离子,同时还生成水,所以反应方程式为2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O。
(2)根据题给图像知,硝酸根离子得电子发生还原反应,则b为负极、a为正极,根据电解总反应式知,阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水,电极反应式为2NO3-+12H++10e-N2↑+6H2O。
第2课时 电解原理的应用
课后·训练提升
基础巩固
1.在给定条件下,下列选项所示的物质间转化,均能通过一步化学反应实现的是( )。
A.NaClCl2漂白粉
B.Cu2(OH)2CO3CuOCu(OH)2
C.MgCO3MgCl2溶液Mg
D.Fe3O4FeFeCl3
答案:A
解析:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,2Cl2+2Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2 +2H2O,A项正确。CuO与H2O不能直接化合生成Cu(OH)2,B项错误。电解MgCl2溶液时,阴极得不到Mg单质,C项错误。Fe与HCl反应生成FeCl2,D项错误。
2.依据下列甲、乙、丙三图,判断下列叙述不正确的是( )。
A.甲是原电池,乙是电镀装置
B.甲、乙装置中,锌极上均发生氧化反应
C.乙、丙装置中,阳极均发生氧化反应而溶解
D.丙装置中,两个铜电极质量有增有减
答案:B
解析:甲装置没有外加电源,属于原电池,乙装置存在外加电源,属于电解池,可以在锌上镀铜,A项正确;甲装置中,锌是负极,该电极上锌失电子发生氧化反应,乙装置中,锌极是阴极,该电极上发生还原反应,B项错误;乙、丙装置中,阳极均是活泼的金属电极,该电极发生氧化反应而溶解,C项正确;粗铜精炼,阳极粗铜溶解质量减小,阴极精铜上有铜析出,质量增大,D项正确。
3.欲在铁制品上镀上一定厚度的锌层,以下设计方案正确的是( )。
A.锌作阳极,铁制品作阴极,ZnSO4溶液作电镀液
B.锌作阴极,铁制品作阳极,ZnCl2溶液作电镀液
C.锌作阳极,铁制品作阴极,FeSO4溶液作电镀液
D.锌作阴极,铁制品作阳极,Fe(NO3)2溶液作电镀液
答案:A
解析:根据电镀的一般原理,镀件(铁制品)作阴极,镀层金属(锌)作阳极,含锌离子的溶液作电镀液。只有A项符合。
4.下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是( )。
A.粗铜板作阳极
B.电解时,阳极发生氧化反应,而阴极发生的反应为Cu2++2e-Cu
C.粗铜中所含的Ni、Fe、Zn等金属杂质,电解后以单质形式沉积槽底,形成阳极泥
D.电解铜的纯度可达99.95%~99.98%
答案:C
解析:电解法精炼粗铜是以粗铜为阳极,发生反应Cu-2e-Cu2+,在此以前由于Ni、Fe、Zn均比铜容易失去电子,这些金属首先失去电子变成Ni2+、Fe2+、Zn2+进入溶液。在阴极上Cu2++2e-Cu,而Ni2+、Fe2+、Zn2+得电子能力弱于Cu2+,这些金属离子不能得电子变成金属单质,最后存在于电解质溶液中,C项的说法不正确。经电解精炼铜后,铜的纯度高达99.95%~99.98%。
5.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+
B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
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
答案:D
解析:阳极发生氧化反应,其电极反应式:Ni-2e-Ni2+,Fe-2e-Fe2+, Zn-2e-Zn2+,A项错误;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,阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等,B项错误;电解后,溶液中存在的金属阳离子有Fe2+、Zn2+、Ni2+,C项错误;粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,铜和铂不失电子,沉降在电解池底部形成阳极泥,电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,D项正确。
6.渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法,其原理如图所示,电极均为惰性电极。已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-等离子。下列叙述中正确的是( )。
A.X膜是阳离子交换膜
B.通电后,海水中阴离子往b电极处移动
C.通电后,b电极上产生无色气体,溶液中出现白色沉淀
D.通电后,a电极的电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O
答案:C
解析:A项,X膜是阴离子交换膜,错误;B项,通电后,海水中阴离子往阳极(a电极)处移动,错误;C项,通电后,由于放电能力:H+>Mg2+>Ca2+,所以H+在阴极(b电极)上放电:2H++2e-H2↑,产生无色气体,由于破坏了附近水的电离平衡,在该区域c(OH-)增大,发生反应:Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,所以溶液中还会出现白色沉淀,正确;D项,通电后,由于在溶液中的放电能力:Cl->OH-,所以在阳极发生反应:2Cl--2e-Cl2↑,错误。
7.三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO42-可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是( )。
A.通电后中间隔室的SO42-向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成
答案:B
解析:在负极区发生的电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,在正极区发生的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,故正极区pH减小,A项错误;Na+移向负极区,生成NaOH,SO42-移向正极区,生成H2SO4,B项正确;根据负极区电极反应可知C项错误;每通过1 mol 电子,有0.25 mol O2生成,D项错误。
8.某小组为研究电化学原理,设计如图装置,下列叙述不正确的是( )。
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
答案:D
解析:a和b不连接时,铁片与Cu2+直接发生置换反应,有金属铜析出,A项正确。a和b用导线连接时,该装置形成原电池,铜片作正极、铁片作负极失去电子形成Fe2+,因此无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色,所以B、C两项正确。若a和b分别连接直流电源正、负极,a作阳极,铜片失去电子生成Cu2+,Cu2+向铁电极移动,D项错误。
9.用石墨作电极电解AlCl3溶液时,如下图所示的电解变化曲线合理的是( )。
A.①④ B.②④ C.①③ D.②③
答案:A
解析:AlCl3溶液电解时发生反应:2AlCl3+6H2O2Al(OH)3↓+3H2↑+3Cl2↑,使溶液中的H+不断减少,pH增大,但pH绝对不会大于7,①正确,②错;随着电解的不断进行,Al(OH)3沉淀的量不断增加,直至AlCl3消耗完毕,Al(OH)3沉淀的量不再增加。若再继续电解,就是电解水,Al(OH)3的量不变,④正确。
10.如图所示,当线路接通时,发现M(用石蕊溶液浸润过的滤纸)a端显蓝色,b端显红色,且知甲中电极材料是锌、银,乙中电极材料是铂、铜,且乙中两电极不发生变化。回答下列问题。
(1)甲、乙分别是什么装置?
(2)写出A、B、C、D的电极名称以及电极材料和电极反应式。
答案:(1)甲为原电池,乙为电解池。
(2)
项目
电极名称
电极材料
电极反应式
A
负极
Zn
Zn-2e-Zn2+
B
正极
Ag
Cu2++2e-Cu
C
阳极
Pt
4OH--4e-2H2O+O2↑
D
阴极
Cu
2H++2e-H2↑
解析:由于a端显蓝色,可推知a端附近呈碱性,显然滤纸上水电离的H+在a端获得电子发生反应,使该端OH-浓度较大。由于锌活动性强于银,甲池为原电池,Zn作负极,Ag作正极。乙池中Cu、Pt不参与反应,则Cu作阴极,Pt作阳极。由甲池可知乙池中C极为阳极,D极为阴极,故C极为Pt,D极为Cu,显然乙池为电解池。滤纸上水电离的OH-在b端反应,b端H+浓度增大,使b端出现红色。
11.如图所示,甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L-1 AgNO3溶液,乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L-1 CuCl2溶液,A、B、C、D均为质量相同的石墨电极,如果电解一段时间后,发现A极比C极重1.9 g。
(1)电源E为 极。
(2)A极的电极反应式为 ,析出物质 mol。
(3)B极的电极反应式为 ,析出气体 mL(标准状况)。
(4)D极的电极反应式为 ,析出气体 mL(标准状况)。
(5)甲烧杯中滴入石蕊溶液, 极附近变红。
答案:(1)负 (2)Ag++e-Ag 0.025
(3)2H2O-4e-4H++O2↑ 140 (4)2Cl--2e-Cl2↑ 280 (5)B
解析:(1)电解池中,发现A极比C极重1.9 g,则A极是阴极,和电源的负极相连,即E是负极,F是正极,B是阳极,C是阴极,D是阳极。
(2)A极是阴极,电极反应式为Ag++e-Ag,析出金属银;C是阴极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,析出金属铜,A极比C极重1.9 g,设电路中转移电子的物质的量为x,则108 g·mol-1·x-642 g·mol-1·x=1.9 g,x=0.025 mol,析出金属银的物质的量是0.025 mol。
(3)B是阳极,该极上是H2O失电子,电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,电路中转移电子0.025 mol,生成氧气是0.0254 mol=0.006 25 mol,体积是0.006 25 mol×22.4 L·mol-1=0.14 L=140 mL。
(4)D是阳极,该极上的电极反应是2Cl--2e-Cl2↑,电路中转移电子0.025 mol,生成氯气是12×0.025 mol=0.012 5 mol,体积是280 mL。
(5)电解硝酸银溶液,在阴极上析出Ag,阳极上放出O2,产生硝酸,滴入石蕊溶液,显红色。
能力提升
1.如图X为电源,Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,通电后Y中央的紫红色色斑向d端扩散。下列判断正确的是( )。
A.滤纸上c点附近会变为红色
B.Cu电极质量减小,Pt电极质量增大
C.烧杯中溶液的pH增大
D.烧杯中SO42-向Cu电极定向移动
答案:A
解析:由图可知,该装置为电解装置,由通电后Y中央的紫红色色斑向d端扩散知,d为阳极(MnO4-向阳极移动),b为电源的正极,a为电源的负极。Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,c点H+放电,则OH-浓度增大,所以滤纸上c点附近会变红色,A项正确;Cu电极上Cu2+得到电子生成Cu,Pt电极上OH-失去电子,故Cu电极质量增大,Pt电极质量不变,B项错误;Pt电极上OH-失去电子,故烧杯中溶液的pH减小,C项错误;Cu电极为阴极,Pt电极为阳极,烧杯中SO42-向Pt电极定向移动,D项错误。
2.电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是( )。
A.阳极反应为Fe-2e-Fe2+
B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移12 mol e-,最多有1 mol Cr2O72-被还原
答案:B
解析:铁板作阳极,则阳极上Fe失电子,A项正确;电解过程中c(H+)减小,c(OH-)增大,所以pH变大,B项错误;溶液酸性减弱,pH增大,有Fe(OH)3沉淀生成,C项正确;电路中每转移12 mol e-,生成6 mol Fe2+,则有1 mol Cr2O72-被还原,D项正确。
3.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=0.6 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2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法错误的是( )。
A.原混合溶液中c(K+)为0.2 mol·L-1
B.上述电解过程中共转移0.4 mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D.电解后溶液中c(H+)为0.4 mol·L-1
答案:C
解析:石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极先后发生两个反应:Cu2++2e-Cu,2H++2e-H2↑。从阳极收集到2.24 L O2可知上述电解过程中共转移电子0.4 mol,B项正确。在阴极生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子,所以Cu2+共得到电子0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol,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,C项错误。根据电荷守恒,电解前:c(K+)+2c(Cu2+)=c(NO3-),c(NO3-)=0.6 mol·L-1,c(Cu2+)=0.2 mol·L-1,则c(K+)=0.2 mol·L-1,A项正确;电解后c(K+)+c(H+)=c(NO3-),则c(H+)=0.6 mol·L-1-0.2 mol·L-1=0.4 mol·L-1,D项正确。
4.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,如图是电解污水的实验装置示意图,实验用污水中主要含有可被吸附的悬浮物(不导电)。下列有关推断明显不合理的是( )。
A.阴极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
B.通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3
C.通电过程中会产生气泡,把悬浮物带到水面形成浮渣弃去
D.如果实验用污水导电性不良,可加入少量Na2SO4固体以增强导电性
答案:A
解析:A项中阴极反应是H2O电离出的H+得电子,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑。
5.氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合,相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是( )。
A.电解池的阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.通入空气的电极为负极
C.电解池中产生2 mol Cl2时,理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2
D.a、b、c的大小关系为a>b=c
答案:A
解析:题给电解池的阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,A项正确;题给燃料电池为氢氧燃料电池,通入空气的电极为正极,B项错误;由整个电路中得失电子守恒可知,电解池中产生2 mol Cl2,理论上转移4 mol电子,则燃料电池中消耗1 mol O2,C项错误;题给燃料电池的负极反应式为2H2+4OH--4e-4H2O,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,所以a、b、c的大小关系为c>a>b,D项错误。
6.某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。
(1)X极与电源的 (填“正”或“负”)极相连,氢气从 (填“A”“B”“C”或“D”)口导出。
(2)离子交换膜只允许一类离子通过,则M为 (填“阴离子”或“阳离子”,下同)交换膜,N为 交换膜。
(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极),则电池负极的电极反应式为 。
(4)若在标准状况下,制得11.2 L氢气,则生成H2SO4的质量是 ,转移的电子数为 。
答案:(1)正 C (2)阴离子 阳离子
(3)H2+2OH--2e-2H2O
(4)49 g 6.02×1023
解析:(1)(2)题图中左边加入含少量硫酸的水,暗示左边制硫酸,即H2O在阳极发生氧化反应,使左边溶液中H+ 增多,为了使溶液呈电中性,硫酸钾溶液中的SO42- 通过M交换膜向左迁移,即M为阴离子交换膜,由此推知X为阳极,与电源正极相连,氧气从B出口导出,A出口流出硫酸;同理,右侧加入含KOH的水,说明右边制备KOH溶液,H2O在Y极发生还原反应,说明Y极为阴极,与电源负极相连,右边溶液中OH- 增多,硫酸钾溶液中K+向右迁移,N为阳离子交换膜。所以,氢气从C出口导出,D出口流出KOH溶液。(3)若将制得的氢气和氧气在氢氧化钾溶液中构成原电池,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,负极反应式为2H2+4OH--4e-4H2O。(4)n(H2)=0.5 mol,2H++2e-H2↑,得电子为1 mol,X极的反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,根据电子守恒知,生成H+的物质的量为1 mol,故生成0.5 mol H2SO4,m(H2SO4)=49 g。
7.催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
(1)催化硝化法中,用H2将NO3-还原为N2,一段时间后,溶液的碱性明显增强。则该反应离子方程式为 。
(2)电化学降解NO3-的原理如图所示,电源正极为 (填“a”或“b”);若总反应为4NO3-+4H+5O2↑+2N2↑+2H2O,则阴极反应式为 。
答案:(1)2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O
(2)a 2NO3-+12H++10e-N2↑+6H2O
解析:(1)用H2将NO3-还原为N2,一段时间后,溶液的碱性明显增强,说明该反应中生成氢氧根离子,同时还生成水,所以反应方程式为2NO3-+5H2N2+2OH-+4H2O。
(2)根据题给图像知,硝酸根离子得电子发生还原反应,则b为负极、a为正极,根据电解总反应式知,阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水,电极反应式为2NO3-+12H++10e-N2↑+6H2O。
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