高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化第4课时巩固练习

第4课时　电解原理的应用

必备知识基础练进阶训练第一层

知识点一电解原理的应用

1.工业上电解食盐水的阴极区产物是(　　)

A．氯气    B．氢气和氯气

C．氢气和氢氧化钠    D．氯气和氢氧化钠

2．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(　　)

A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极

B．电解液的成分都保持不变

C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋

D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu

3．下列描述中，不符合生产实际的是(　　)

A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极

D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极

4．氯碱工业是制备含氯消毒剂的基础。下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图。下列说法中不正确的是(　　)

A．装置出口①处的物质是氯气

B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过

C．装置中发生反应的离子方程式为

2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑

D．该装置是将电能转化为化学能

5．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，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有铜和铂，没有锌、铁、镍

6．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

知识点二电化学有关计算

7.用惰性电极电解硫酸铜溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.01 mol，阴极无气体逸出，则阴极上析出铜的质量为(　　)

A．0.64 g    B．1.28 g

C．2.56 g    D．5.12 g

8．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 mol·L－1的氯化铜溶液，B池中加入0.1 mol·L－1的硝酸银溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是(　　)

A．2∶2∶4∶1    B．1∶1∶2∶1

C．2∶1∶1∶1    D．2∶1∶2∶1

关键能力综合练进阶训练第二层

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。

1．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

2．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯。下列叙述正确的是(　　)

A．电解时以纯铜作阳极

B．电解时阴极发生氧化反应

C．粗铜连接电源负极，其电极反应式是Cu－2e－===Cu2＋

D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥

3．在冶金工业中，钠、镁、铝等金属常用电解法得到，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

4．中学阶段介绍的电解原理的应用主要有三种：一是氯碱工业、二是电解精炼铜、三是电冶金。下列关于这三个工业生产的描述中正确的是(　　)

A．电解精炼铜时，负极反应为Cu2＋＋2e－===Cu

B．氯碱工业和电解精炼铜中，阳极都是氯离子放电放出氯气

C.在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生

D．电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐的溶液作电解质溶液

5．在标准状况下，用铂电极电解硫酸铜溶液，当阴极产生12.8 g铜时，阳极放出的气体是(　　)

A．1.12 L H2    B．1.12 L O2

C．2.24 L H2    D．2.24 L O2

6．用含少量银和锌的粗铜作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4溶液作电解液，电解一段时间后，阳极质量减少了x g，则(　　)

A．电解液质量增加x g

B．阴极质量增加x g

C．阴极质量增加b g，b>x

D．阴极质量增加b g，b<x

7．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

8．欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是(　　)

A．Ag和AgCl溶液    B．Ag和AgNO3溶液

C．Pt和Ag2CO3溶液    D．Pt和Ag2SO4溶液

9．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解反应方程式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)

A．石墨电极上产生氢气

B．铜电极发生还原反应

C．铜电极接直流电源的负极

D．当有0.1 mol电子转移时，有0.2 mol Cu2O生成

10．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4­H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)

A．待加工铝质工件为阳极

B．可选用不锈钢网作为阴极

C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al

D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

二、非选择题

11．按要求书写电极反应式和总反应方程式：

(1)用惰性电极电解MgCl2溶液

阳极反应式：________________________________________________________________；

阴极反应式：________________________________________________________________；

总反应离子方程式：__________________________________________________________。

(2)用Al作电极电解NaOH溶液

阳极反应式：________________________________________________________________；

阴极反应式：________________________________________________________________；

总反应离子方程式：__________________________________________________________。

(3)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜

阳极反应式：________________________________________________________________；

阴极反应式：________________________________________________________________；

总反应方程式：______________________________________________________________。

(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为________________________________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。

12.

电解原理在化学工业中有广泛应用。如右图所示表示一个电解池，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。

请回答下列问题：

(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极上的电极反应式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

在X极附近观察到的现象是________________________________________________________________________。

②Y电极上的电极反应式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

检验该电极反应产物的方法是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：

①X电极的材料是________，电极反应式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②Y电极的材料是________，电极反应式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(说明：杂质发生的电解反应不必写出)

第4课时　电解原理的应用

必备知识基础练

1．答案：C

解析：电解食盐水生成三种产物，在阴极区生成氢气和氢氧化钠，在阳极区生成氯气。

2．答案：D

解析：A项，镀铜时，用纯铜作阳极，镀件作阴极；B项，电解精炼铜时电解液成分改变；C项，电解精炼铜时，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。

3．答案：A

解析：电解池的阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋移动到阴极上发生反应：Fe2＋＋2e－===Fe，得到的Al不纯。

4．答案：C

解析：出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A项正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B项正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－，C项错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D项正确。

5．答案：D

解析：电解精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，电解质溶液中含有Ni2＋，则阳极发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，阴极的电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，因此，电解过程中阳极减少的质量不等于阴极增加的质量，电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，电解槽底部的阳极泥中只有铜和铂，没有锌、铁、镍。

6．答案：A

解析：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电解质溶液作电镀液。

7．答案：B

解析：用惰性电极电解硫酸铜溶液，在阳极产生的气体为氧气，由4OH－－4e－===2H2O＋O2↑知，产生0.01 mol的氧气转移0.04 mol电子，则根据Cu2＋＋2e－===Cu可推出应析出0.02 mol的铜，其质量为1.28 g。

8．答案：A

解析：由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出铜，b极上析出氯气，c极上析出银，d极上析出氧气。由得失电子守恒可得出关系式：2e－～Cu～Cl2～2Ag～O2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为2∶2∶4∶1。

关键能力综合练

1．答案：C

解析：铜牌上镀银，银片为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验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。

2．答案：D

解析：电解精炼铜时，粗铜应作阳极，纯铜作阴极，故A项错误；阳极与电池的正极相连，发生氧化反应，阴极与电池的负极相连，发生还原反应，故B项错误；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，故C项错误；金属的活动性顺序为Zn>Fe>Cu>Ag>Pt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式在阳极附近沉积下来，形成阳极泥，故D项正确。

3．答案：B

解析：金属冶炼方法的选取主要依据金属的活泼性强弱。不活泼的金属可以用热分解法制备，如加热氧化汞；比较活泼的金属用热还原性制备，如用焦炭炼铁；活泼的金属离子很难被其他还原剂还原，只能用电解法制备，由于钠、镁、铝都是活泼金属，所以只能用电解法。

4．答案：D

解析：电解精炼铜时，两极分别是阴极和阳极，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，A项错误；在氯碱工业中，阳极是Cl－放电生成氯气，电解精炼铜时，阳极主要是铜失电子，生成Cu2＋，B项错误；水中存在H2O⇌H＋＋OH－，在氯碱工业中，电解池的阴极是氢离子放电生成氢气，水的电离平衡向右移动，生成NaOH，C项错误；电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐的溶液作电解质溶液，D项正确。

5．答案：D

解析：溶液中有Cu2＋、H＋、SO及OH－四种离子，得电子能力Cu2＋>H＋，失电子能力OH－>SO，阴极反应为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，n(Cu)＝＝0.2 mol，n(O2)＝0.1 mol，在标准状况下体积为2.24 L，D项正确。

6．答案：D

解析：由于粗铜中含有Zn和Ag，在电解过程中阳极先是锌失去电子，然后是铜失去电子，Ag以单质形式形成阳极泥，而阴极一直是铜析出，在电解过程中，两极得失电子相等，所以溶解的锌和铜的物质的量之和等于析出的铜的物质的量，但由于M(Zn)>M(Cu)，且还有一部分Ag要形成阳极泥，所以阳极减少的金属的质量大于阴极析出铜的质量，即b<x，所以B、C项错误，D项正确；若阴极析出铜的质量为b g，阳极形成阳极泥的Ag的质量为m g，则电解质溶液增加的质量为(x－m－b)g，A项错误。

7．答案：A

解析：题给电解池的阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或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 e－，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2H2－4e－＋4OH－===4H2O，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以a、b、c的大小关系为c>a>b，D项错误。

8．答案：B

解析：电镀槽中，要求镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，利用其阳极溶解提供镀层金属，电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液，由于A、C、D三项中AgCl、Ag2CO3和Ag2SO4均为沉淀，只有B项符合要求。

9．答案：A

解析：由电解反应方程式可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D选项错误。

10．答案：C

解析：A项，根据电解原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。

11．答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑

Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓

Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑

(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O

6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－

2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑

(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋

6H＋＋6e－===3H2↑

2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑

(4)负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2

解析：(4)电镀时，镀件作阴极，即钢制品作阴极，接电源负极，根据阴极生成Al可知反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl。若改用AlCl3水溶液作电解液，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产物为H2。

12．答案：(1)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　有气泡产生，溶液变红

②2Cl－－2e－===Cl2↑　把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色

(2)①纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu　②粗铜　Cu－2e－===Cu2＋

解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞试液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的KI淀粉试纸变为蓝色。

(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活泼性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。