人教版 (2019)第二节 电解池第2课时巩固练习

第2课时　电解原理的应用

基础过关练

题组一　氯碱工业

1.工业上电解饱和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.次氯酸的相对分子质量较小,容易扩散到细菌、病毒表面并进入菌体、病毒内部,使菌体、病毒的蛋白质、遗传物质等被氧化而导致细菌、病毒死亡。为了抑制新型冠状病毒肺炎的蔓延,确保安全复工复产,需要在电梯间、办公场所等地方使用含氯消毒剂进行消毒。氯碱工业是制备含氯消毒剂的基础。如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法中不正确的是(　　)

A.装置中出口①处的物质是氯气,出口②处的物质是氢气

B.该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过

C.装置中发生反应的离子方程式为Cl-+2H+ Cl2↑+H2↑

D.该装置是将电能转化为化学能的装置

题组二　电解精炼与电镀

3.(2020福建泉州高二上期末)下列关于电解精炼铜的说法不正确的是(　　)

A.粗铜作阳极、纯铜作阴极

B.电解质溶液中一定含有Cu2+

C.阳极反应只有Cu-2e- Cu2+

D.阴极反应只有Cu2++2e- Cu

4.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

5.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

题组三　电冶金

6.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

7.下列叙述中正确的是(　　)

①工业上用电解熔融氯化钠的方法制取钠

②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁

③用于冶炼铝的原料是氧化铝　

④加热氧化汞可以得到汞单质

A.②③④ B.①②③ C.①②④ D.①③④

题组四　综合考查电解原理的常规应用

8.(2020湖北荆门高二上期末)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

9.(2020山东德州高二上期中)利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是(　　)

A.氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到氢氧化钠溶液

B.铜的精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4

C.电镀工业中,X是待镀金属,Y是镀层金属

D.外加电流法中,Y是待保护金属

能力提升练

题组一　利用电解原理制备新物质

1.()高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4,其工作原理如图所示,两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　)

A.阳极反应为Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O

B.甲溶液可循环利用

C.离子交换膜a是阴离子交换膜

D.当电路中通过2 mol电子的电量时,会有1 mol H2生成

2.()用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是(深度解析)

A.阴极与阳极产生的气体体积之比为1∶2

B.b极的电极反应为2H2O-2e- O2↑+4H+

C.产品室中发生的反应是B(OH)3+OH- B(OH

D.每产生1 mol H3BO3,NaOH溶液增重22 g

3.(2020福建师大附中高二上期中,)一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.b为直流电源的负极

B.阴极反应式为2H++2e- H2↑

C.工作时,乙池中溶液的pH减小

D.若有1 mol离子通过A膜,理论上阳极生成5.6 mL气体

题组二　应用电化学原理治理污染

4.(2020安徽滁州高二上期末,)SO2是大气污染物,利用电化学法处理SO2的装置如图所示(已知电极M、N均为石墨烯电极,阳膜只允许H+通过)。下列说法错误的是(　　)

A.N极的电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O

B.电极M的电势比电极N的低

C.一段时间后右室稀硫酸的浓度变大

D.反应过程中,氢离子从左向右移动

5.(2020云南楚雄高三上期末,)用H2消除酸性废水中的N是一种常用的电化学方法。其反应原理如图所示,下列说法不正确的是(　　)

A.Fe3O4在该反应中作催化剂

B.Pd上发生的电极反应为H2-2e- 2H+

C.总反应为3H2+2N N2+2OH-+2H2O

D.Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)之间的相互转化起到了传递电子的作用

6.(2020湖北孝感高二上期中,)目前环境问题已有多种解决方案,垃圾是放错地方的财富,上海实行垃圾分类的措施获得一致好评。某科研小组利用惰性电极和离子交换膜对厨房垃圾发酵液进行直流电渗析法处理可得到乳酸(HA),其原理如图所示(图中HA表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。下列说法正确的是(　　)

A.电子从电源a极流到c极,从d极流入电源b极

B.离子交换膜B为阳离子交换膜

C.通电后,左室的pH会增大

D.c极发生的反应为2H2O-4e- O2↑+4H+

7.(双选)()用铁和石墨作电极电解酸性废水,可将废水中的P以FePO4(不溶于水)的形式除去,其装置如图所示。

下列说法中正确的是(　　)

A.若X、Y电极材料连接反了,则仍可将废水中的P除去

B.X电极为石墨,该电极上发生氧化反应

C.电解过程中Y电极周围溶液的pH变大

D.电解时废水中会发生反应:4Fe2++O2+4H++4P 4FePO4↓+2H2O

8.(2020江西吉安四校高二上期中,)用如下装置处理含KMnO4的废液,使锰元素转化为MnO2沉淀,从而消除重金属污染,下列说法错误的是(　　)

A.Mn处理完全后,实验结束时左侧可能会生成沉淀

B.右侧产生的Fe2+沉淀Mn的离子方程式为7H2O+3Fe2++Mn 3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+

C.当电路中转移6 mol e-时,可以产生87 g MnO2沉淀

D.为了增大右侧溶液的导电性可以加稀硫酸造成强酸性环境

题组三　电解原理的综合实验探究

9.(2020浙江杭州七校高二上期中,)现需设计一套实验装置来电解饱和食盐水,并测量电解产生的氢气的体积(常温下约6 mL)和检验氯气的氧化性(不应将多余的氯气排入空气中)。

(1)试从上图中选用几种必要的仪器,连成一整套装置,各种仪器接口的连接顺序(填编号)是A接　　　　　　　　,B接　　　　　　　　。 

(2)铁棒接直流电源的　　　　极;碳棒上发生的电极反应为　　　　　　　　　。 

(3)能说明氯气具有氧化性的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)假定装入的饱和食盐水为50 mL(电解前后溶液体积变化可忽略),当测得的氢气为5.6 mL(已折算成标准状况)时,常温下溶液的pH为　　　　　。 

(5)工业上采用离子交换膜法电解饱和食盐水,如下图所示,图中的离子交换膜是　　　　(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜,溶液B是　　　　　　　。 

10.()铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。

(1)在如图装置中,观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体;而装置乙中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是　                            　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)工业上使用下图装置,采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液,使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)常见的处理方法是电解法。

将含Cr2的废水通入电解槽内,用铁作阳极,在酸性环境中,加入适量的NaCl进行电解,使阳极生成的Fe2+和Cr2发生反应,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。阴极上Cr2、H+、Fe3+都可能放电。若Cr2放电,则阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　;若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,已知常温下,Cr3+Cr(OH)3Cr,则常温下阴极区溶液pH的范围为　　　　　。 

答案全解全析

基础过关练

1.C　电解饱和食盐水生成三种物质,在阴极区生成氢气和氢氧化钠,在阳极区生成氯气。

2.C　由题图可知①处的物质为电解池阳极产生的氯气,②处的物质为电解池阴极产生的氢气,A正确;题图中的离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过,能防止氯气与氢氧化钠反应,且在阴极区得到浓度较高的氢氧化钠溶液,B正确;电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-,C错误;该装置是将电能转化为化学能的装置,D正确。

3.C　电解精炼铜时,粗铜为电解池的阳极,纯铜为电解池的阴极,A正确;电解质溶液中含铜离子,铜离子在阴极上得到电子析出铜,B正确;粗铜为电解池的阳极,阳极上比金属铜活泼的金属锌、铁、镍等会先于金属铜失电子,主要发生Cu-2e- Cu2+,C错误;纯铜为电解池的阴极,电极反应为Cu2++2e- Cu,D正确。

4.A　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溶液作电镀液。

5.C　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。

6.B　金属冶炼方法选择的主要依据是金属的活泼性强弱,不活泼的金属可以用热分解法制备,如加热氧化汞得到汞;比较活泼的金属用热还原法制备,如用焦炭炼铁;活泼的金属的离子很难被其他还原剂还原,通常用电解法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属,所以用电解法得到。

7.D　活泼金属采用电解其熔融盐或氧化物的方法冶炼,不活泼金属可以采用热分解方法冶炼。①钠是活泼金属,工业上采用电解熔融氯化钠的方法冶炼钠,正确;②将钠加入氯化镁溶液中,钠先和水反应生成氢氧化钠,氢氧化钠再和氯化镁发生复分解反应生成氢氧化镁、氯化钠,所以得不到镁,错误;③铝是活泼金属,工业上采用电解氧化铝的方法冶炼铝,正确;④汞属于不活泼金属,可以采用热分解的方法冶炼,正确。

8.D　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。

9.D　氯碱工业上,用惰性电极电解饱和氯化钠溶液,阴极附近得到氢氧化钠溶液,即Y附近能得到氢氧化钠溶液,A错误;铜的精炼中,粗铜作阳极,纯铜作阴极,硫酸铜溶液作电解质溶液,B错误;电镀工业中,Y是待镀金属,X是镀层金属,C错误;外加电流法中,阴极是待保护金属,即Y是待保护金属,D正确。

能力提升练

1.C　A项,阳极发生氧化反应,电极反应为Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O,正确;B项,阴极发生还原反应,水电离出的氢离子放电生成氢气,甲溶液为浓的氢氧化钠溶液,可循环利用,正确;C项,电解池中阳离子向阴极移动,通过离子交换膜a的是Na+,故离子交换膜a为阳离子交换膜,错误;D项,阴极发生还原反应,电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,当电路中通过2 mol电子的电量时,会有1 mol H2生成,正确。

2.D　由题图可知,b极为阳极,电解时阳极上水失电子生成O2和H+,a极为阴极,电解时阴极上水得电子生成H2和OH-,原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室,溶液中c(NaOH)增大,原料室中的B(OH通过阴膜进入产品室,b极室中的氢离子通过阳膜进入产品室,B(OH和H+发生反应生成H3BO3和H2O。a、b极的电极反应分别为2H2O+2e- H2↑+2OH-、2H2O-4e- O2↑+4H+。阴极与阳极产生的气体体积之比为2∶1,A、B错误;产品室中发生的反应是B(OH+H+ H3BO3+H2O,C错误;每产生1 mol H3BO3,消耗H+ 1 mol,阴极上产生的氢气为0.5 mol即1 g,则原料室中进入a极室的Na+为1 mol即23 g,故NaOH溶液增重22 g,D正确。

规律方法　做到“三看”,正确书写电极反应式

(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定失电子(注:Fe生成Fe2+而不是生成Fe3+)。

(2)二看介质,介质是否参与电极反应。

(3)三看电解质状态,若是熔融状态,一般就是金属的电冶炼。

3.C　该装置制备高纯铬和硫酸,甲池中Cr棒上Cr3+得电子发生还原反应,则Cr棒为阴极,连接阴极的电极a为负极,则b为正极,A错误;根据分析可知,阴极反应为Cr3++3e- Cr,阳极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,B错误;甲池中的硫酸根离子通过阴膜进入乙池,丙池中生成的氢离子通过A膜进入乙池,所以导致乙池中硫酸浓度增大,溶液的pH减小,C正确;若有1 mol离子通过A膜,则丙池生成1 mol氢离子,理论上阳极生成的气体(氧气)为×1=0.25 mol,不知道气体所处状况,无法计算生成氧气的体积,D错误。

4.C　N为正极,发生还原反应,电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O,A正确;M为负极,N为正极,则电极M的电势比电极N的低,B正确;N为正极,电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O,消耗H+,生成H2O,则右室稀硫酸的浓度减小,C错误;原电池工作时,阳离子向正极移动,即氢离子从左向右移动,D正确。

5.C　Fe3O4在过程Ⅰ中为反应物,在过程Ⅱ中为生成物,所以Fe3O4是整个反应的催化剂,A正确;Pd电极上氢气失电子生成H+,电极反应为H2-2e- 2H+,B正确;电解质溶液呈酸性,则不能生成OH-,负极上生成氢离子,正极上N和氢离子反应生成氮气和水,总反应为3H2+2N+2H+ N2+4H2O,C错误;+3价Fe转化为+2价Fe得到电子、+2价Fe转化为+3价Fe失去电子,所以Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)之间的相互转化起到了传递电子的作用,D正确。

6.D　根据题图可知,右室加入垃圾发酵液,在浓缩室得到HA浓溶液,说明右室中的阴离子通过离子交换膜B进入浓缩室,d极为阴极,电极反应为2H2O+4e- 2OH-+H2↑,c极为阳极,电极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑,生成的H+通过离子交换膜A进入浓缩室。电子从电源负极b极流到d极,从c极流入电源正极a极。

7.CD　根据题意分析,X电极材料为铁,Y电极材料为石墨,若X、Y电极材料连接反了,铁就不能失电子变为离子,也就不能生成FePO4,A项错误;Y电极材料为石墨,该电极发生还原反应,B项错误;电解过程中Y电极上发生的反应为O2+4e-+4H+ 2H2O,氢离子浓度减小,溶液的pH变大,C项正确;铁在阳极失电子变为Fe2+,通入的氧气把Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+与P反应生成FePO4,D项正确。

8.D　Fe2+与Mn反应生成的Fe3+通过阳离子交换膜进入左侧与KOH反应生成Fe(OH)3沉淀,A正确;Fe2+有强还原性,Mn有强氧化性,二者发生氧化还原反应的离子方程式为7H2O+3Fe2++Mn 3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+,B正确;根据阳极反应Fe-2e- Fe2+,当电路中转移6 mol e-时,生成了3 mol Fe2+,根据Fe2+与Mn反应的离子方程式可知生成了1 mol MnO2,MnO2沉淀的质量为1 mol×87 g/mol=87 g,C正确;强酸性条件下,Mn与Fe2+反应的离子方程式为Mn+5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H2O,不能使锰元素转化为MnO2沉淀,D错误。

9.答案　(1)G→F→I　D→E→C　(2)负　2Cl--2e- Cl2↑

(3)淀粉-KI溶液变蓝　(4)12　(5)阳离子　NaOH溶液

解析　(1)产生的氢气的体积用排水量气法测量,常温下H2的体积约6 mL,所以选I不选H,导管是短进长出,所以A接G;用装有淀粉-KI溶液的洗气瓶检验氯气时,导管要长进短出,所以B接D,氯气要进行尾气处理,则E接C。

(2)题中电解饱和食盐水实验中铁棒应为阴极,连接电源负极,碳棒为阳极,连接直流电源的正极,碳棒上发生的电极反应为2Cl--2e- Cl2↑。

(3)氯气具有氧化性,能氧化碘离子生成碘单质,碘单质遇到淀粉变蓝色,使淀粉-KI溶液变蓝说明氯气具有氧化性。

(4)因电解饱和食盐水的方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,当产生的H2的体积为5.6 mL(折算成标准状况)时,其物质的量为=2.5×10-4 mol,生成氢氧化钠的物质的量为5×10-4 mol,所以溶液中NaOH的物质的量浓度为=0.01 mol/L,则常温下氢离子的浓度为 mol/L=1×10-12 mol/L,溶液的pH=12。

(5)氢气在阴极上生成,则b为阴极,a为阳极,阳离子向阴极移动,则离子交换膜允许阳离子通过,所以题图中的离子交换膜为阳离子交换膜;溶液B是NaOH溶液。

10.答案　(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化

(2)阳极反应为4OH--4e- O2↑+2H2O,使c(H+)增大,从而导致反应2Cr+2H+ Cr2+H2O发生

(3)Cr2+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O　

Cr2+6e-+14H+ 2Cr3++7H2O　8<pH<10

解析　(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强;由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化。

(3)酸性环境中阳极生成的Fe2+和Cr2发生反应,其离子方程式为Cr2+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O。阴极上若Cr2放电,则阴极的电极反应式为Cr2+6e-+14H+ 2Cr3++7H2O;阴极上若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,根据题意,若生成Cr(OH)3则10-6 mol·L-1<c(OH-)<10-4 mol·L-1,则阴极区溶液pH的范围为8<pH<10。