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　电解池的工作原理及应用(二)

基础巩固

1.下面是电解饱和食盐水的装置,通电一段时间后下列说法不正确的是(　　)。

A.阴极附近溶液的pH增大

B.阳极产生的气体可用湿润的淀粉碘化钾试纸检验

C.若阳极最终收集到气体4.48 L,则反应中转移电子的物质的量为0.4 mol

D.完全电解后充分混合U形管中物质,所得溶液会含有NaClO

答案:C

2.海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁,下列有关该电解过程的叙述中正确的是(　　)。

A.两个电极必须都用惰性电极

B.阳极可以用金属电极,阴极必须是惰性电极

C.电解熔融状态的氯化镁

D.电解氯化镁的水溶液

答案:C

解析:电解MgCl2获取金属镁,也就是说镁离子需要得电子,如果在水溶液中,水电离的氢离子会优先得电子,因此只能在熔融状态下进行。在阴极发生的是镁离子得到电子的反应,对电极材料没有要求,在阳极上发生失电子的反应,如果使用活性电极,活性电极会失电子,所以阳极必须用惰性电极。

3.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt,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,其电极反应式为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

答案:D

解析:根据电解原理可知,与电源正极相连的电极是阳极,阳极上失电子,发生氧化反应,A项错误。因氧化性Ni2+>Fe2+>Zn2+,故阴极反应为Ni2++2e-Ni,可见,阳极减少的质量是溶解的Zn、Fe、Ni的质量,而阴极增加的质量只是析出的Ni的质量,两者的质量是不相等的,B项错误。电解后,溶液中除留下Fe2+、Zn2+外,还有Ni2+,C项错误。阳极反应有Zn-2e-Zn2+,Fe-2e-Fe2+,Ni-2e-Ni2+,Pt为惰性金属,不放电,而Cu要在金属Ni全部转化为Ni2+后才能放电,故Cu和Pt一起落下,形成阳极泥,D项正确。

4.某地海水中主要离子的含量如下表所示,现利用“电渗析法”进行淡化,技术原理如图所示(两端为惰性电极,阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是(　　)。

A.甲室的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑

B.乙室和丁室中部分离子的浓度增大,淡水的出口为b

C.淡化过程中易在戊室形成水垢

D.通过甲室阳膜的离子的物质的量为2 mol时,戊室收集到22.4 L(标准状况下)气体

答案:D

解析:甲室的电极与电源正极相连,作阳极,阴离子发生氧化反应,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,A项正确;阴(阳)离子交换膜只允许阴(阳)离子通过,电解时,丙室中阴离子移向乙室,阳离子移向丁室,所以乙室和丁室中部分离子的浓度增大,丙室中物质主要是水,淡水的出口应为b,B项正确;开始电解时,阳极上(甲室电极)Cl-放电生成Cl2,阴极(戊室电极)上水得电子生成H2,同时生成OH-,生成的OH-和HC反应生成C,Ca2+转化为CaCO3沉淀,所以电解一段时间后戊室形成水垢,C项正确;通过甲室阳膜的阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等,当通过甲室阳膜的离子的物质的量为2mol时,转移电子在2~4mol之间,转移电子的物质的量不确定,无法计算出生成H2体积,D项错误。

5.铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:

注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

(1)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　,阴极产生的物质A的化学式为　　　　。 

答案:(1)石墨电极被阳极上产生的O2氧化

(2)4C+2H2O-4e-4HC+O2↑　H2

解析:(1)电解Al2O3时阳极有O2生成,高温下O2会氧化石墨。(2)阳极为H2O失去电子生成O2,水电离的OH-放电之后,留下H+,可以与C反应生成HC;阴极为水电离出的H+放电生成H2。

能力提升

1.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的N,模拟装置如图所示。下列说法正确的是(　　)。

A.阳极室溶液由无色变成棕黄色

B.阴极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑

C.电解一段时间后,阴极室溶液的pH升高

D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4

答案:C

解析:Fe与电源正极相连,Fe为阳极,Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+,故溶液由无色变为浅绿色,A项错误;阴极上H+发生还原反应:2H++2e-H2↑,B项错误;根据阴极上发生的电极反应知,阴极消耗H+,电解一段时间后,阴极室溶液pH升高,C项正确;电解一段时间后,阴极室溶液pH升高,阴极室溶液中的溶质可能有很多种,比如(NH4)3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、H3PO4等,D项错误。

2.利用食盐水制取ClO2的工业流程如图所示,装置①中的反应:NaCl+3H2ONaClO3+3H2↑,装置②中的反应:2NaClO3+4HCl2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O。下列关于该流程的说法不正确的是(　　)。

A.该流程中Cl2、NaCl都可以循环利用

B.装置①中H2是阴极产物

C.装置②发生的反应中,Cl2是氧化产物,NaCl是还原产物

D.为了使H2完全转化为HCl,需要向装置③中补充Cl2

答案:C

解析:2NaClO3+4HCl2NaCl+2ClO2↑+Cl2↑+2H2O,氯气是氧化产物,ClO2是还原产物,C项错误。

3.(双选)再生铅行业是我国在重视环境保护和充分利用有色金属再生资源的情况下逐步发展起来的新兴产业。从废旧铅蓄电池中回收铅的工艺如图1所示:

废铅PbONa2PbCl4Pb

图1

图2

电解原理如图2所示。下列说法正确的是(　　)。

A.阴极区电极反应式为2H++2e-H2↑

B.电解过程中阳极附近溶液的pH明显增大

C.Na2PbCl4浓度下降后,在阴极区加入PbO,可实现电解质溶液的再生使用

D.电路中流经4 mol电子,阴极可得414 g铅

答案:CD

解析:阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阳极区硫酸浓度增大,pH降低,B项错误。阴极发生的反应为PbC+2e-Pb+4Cl-,同时H+通过质子交换膜进入阴极区,阴极区形成HCl/NaCl溶液,电解后向阴极区加入PbO,可以生成PbC,A项错误,C项正确。电路中通过4mol电子时,阴极可得414g铅,D项正确。

4.如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。

请按要求回答下列问题:

(1)甲烷燃料电池的负极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)石墨(C)极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为　　　　　　 L;丙装置中阴极析出铜的质量为　　　　　　 g。 

(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2 的实验装置(如图所示)。

若用于制取漂白液,则a为电池的　　　极,电解质溶液最好采用　　　　　　 　。 

若用于制取Fe(OH)2,使用硫酸钠溶液作电解质溶液,则阳极选用　　　　作电极。 

答案:(1)CH4+10OH--8e-C+7H2O

(2)2Cl--2e-Cl2↑

(3)4.48　12.8

(4)负　饱和NaCl溶液　铁