2021届高中化学同步选择性必修第一册 第4章 阶段重点突破练(七)学案

阶段重点突破练(七)

一、电解池的原理

1．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图，电解总反应为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0.1 mol Cu2O生成

答案　A

2．某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图)。通电后，溶液中产生白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法中正确的是(　　)

A．电源中a为负极，b为正极

B．电解池中的电解液不可以是NaCl溶液

C．B电极发生的反应：2H＋＋2e－===H2↑

D．A、B两端都必须使用铁作电极

答案　C

解析　为了制取Fe(OH)2，必须Fe为阳极才能产生Fe2＋，为了能较长时间观察白色，应用生成的氢气将装置中原有氧气带出，即B极产生H2，B为阴极。

3．电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O

下列说法不正确的是(　　)

A．右侧发生的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

B．电解结束时，右侧溶液中含有IO

C．电解槽内发生反应的总化学方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑

D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变

答案　D

解析　电解时左侧溶液变蓝，说明反应中I－→I2，则电极反应为2I－－2e－===I2，该极为阳极。右侧电极为阴极，发生还原反应，则应该是水放电生成H2，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解过程中阴离子OH－可通过阴离子交换膜向阳极移动，因此OH－可从右侧进入左侧，导致单质I2与OH－反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O，因此左侧溶液中产生IO，IO也可透过阴离子交换膜进入右侧。把两电极反应和I2与OH－的反应合并，可得总反应方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，则右侧产生的OH－不能进入左侧，则不会发生单质I2与OH－的反应，因此电解槽内的化学反应不同。

4．近年来，加“碘”食盐较多的使用了碘酸钾(KIO3)，碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极，以KI溶液为电解液，在一定条件下电解，反应方程式为KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。下列有关说法正确的是(　　)

A．电解时，石墨作阴极，不锈钢作阳极

B．电解时，阳极反应是I－－6e－＋3H2O===IO＋6H＋

C．溶液调节至强酸性，对生产有利

D．电解前后溶液的pH增大

答案　B

解析　由电解方程式可知：在反应中I－失去电子变为IO，因此电解时，石墨作阳极，不锈钢作阴极，A错误；由总反应方程式可知：电解时，阳极反应是I－－6e－＋3H2O===IO＋6H＋，B正确；溶液调节至强酸性，会与不锈钢电极反应，对生产不利，C错误；电解反应方程式为KI＋3H2OKIO3＋3H2↑，反应不断消耗水，但KI是强酸强碱盐，溶液始终呈中性，pH＝7，D错误。

5．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，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　阳极Fe－2e－===Fe2＋，所以溶液由无色变为浅绿色，A错误；阴极2H＋＋2e－===H2↑，B错误；电解一段时间后阴极室溶液中的溶质是(NH4)3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4，所以D错误。

二、电解池的应用

6.某同学运用电解原理实现在铁棒上镀铜，设计如图装置。下列判断不正确的是(　　)

A．a是铁

B．液体c可用硫酸铜溶液

C．该实验过程中c(Cu2＋)基本保持不变

D．b上发生反应的方程式为Cu2＋＋2e－===Cu

答案　D

解析　a为铁，发生还原反应生成铜，达到镀铜的目的，故A正确；电解质应含铜离子，可为硫酸铜等，故B正确；电镀时，阳极消耗铜，阴极析出铜，c(Cu2＋)基本保持不变，故C正确；b发生氧化反应，应为Cu－2e－===Cu2＋，故D错误。

7．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－＋2H2O===4OH－

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除去

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　阴极由H2O电离出的H＋得电子，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。

8．某兴趣小组做了“以铜为电极电解饱和食盐水”实验探究电解原理，装置如图所示。

实验现象：接通电源30 s内，阳极附近出现白色浑浊，之后变成橙黄色浑浊，此时测定溶液的pH约为10。一段时间后，试管底部聚集大量红色沉淀，溶液仍为无色。

查阅资料(已知：相同温度下CuCl的溶解度大于CuOH)：

下列说法错误的是(　　)

A．电解过程中氯离子向阳极移动

B．电解开始时阳极Cu放电生成Cu2＋

C．阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

D．随溶液pH升高CuCl逐渐转化为CuOH

答案　B

解析　据题意，阳极附近出现白色浑浊是CuCl，所以阳极Cu放电生成Cu＋，B错误。

9．图甲是利用一种微生物将废水中尿素[CO(NH2)2]的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置在图乙中的铁上镀铜。下列说法中不正确的是(　　)

A．铜电极应与Y电极相连接

B．H＋通过质子交换膜由左向右移动

C．当N电极消耗0.25 mol气体时，则铁电极增重16 g

D．M电极的电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋

答案　C

三、电化学腐蚀与防护

10．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：

下列说法不正确的是(　　)

A．在pH<4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀

B．在pH>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀

C．在pH>14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓

答案　C

解析　A项，pH<4为强酸性，发生析氢腐蚀，正确；B项，pH>6的溶液，氧气得电子，发生吸氧腐蚀，正确；C项，pH>14的溶液，氧气与水反应得电子：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，煮沸后除去了氧气，碳钢的腐蚀速率会减缓，正确。

11．下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)

A．图①，放置于干燥空气中的铁钉不易生锈

B．图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀

C．图②，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀

D．图③，若金属M比Fe活泼，可防止钢铁输水管腐蚀

答案　C

解析　与电源正极相连作阳极，活泼金属作阳极时，金属失电子易被腐蚀，所以若将钢闸门与电源的正极相连，则会加快钢闸门的腐蚀，故C错误。

四、串联电路的综合

12．二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，用二甲醚燃料电池电解甲基肼(CH3—NH—NH2)制氢的装置如图所示，其中X、Y、M、N均为惰性电极。下列说法正确的是(　　)

A．M极的电极反应式为CH3—NH—NH2＋12OH－－10e－===CO＋N2↑＋9H2O

B．若忽略水的消耗与生成，甲中电解质溶液的pH减小，乙中电解质溶液的pH增大

C．乙中的交换膜是阴离子交换膜，OH－透过交换膜向N极移动

D．理论上，当生成6.72 L H2时，消耗CH3OCH3的质量为2.3 g

答案　A

13．以CH4、O2、熔融Na2CO3组成的燃料电池电解制备N2O5，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．石墨1为电池负极，Pt2为电解池阳极

B．石墨2上的电极反应为：O2＋2CO2－4e－===2CO

C．阳极的电极反应为：N2O4＋H2O－2e－===N2O5＋2H＋

D．每制得1 mol N2O5，理论上消耗标况下2.8 L的CH4

答案　D

14．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的相关问题，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

请按要求回答相关问题：

(1)甲烷燃料电池负极电极反应式是_____________________________________________。

(2)石墨电极(C)的电极反应式为________________________________________________。

(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体体积为______L。

(4)铜丝a处在开始一段时间的现象为_____________________________________________；

原因是________________________________________________________________________。

答案　(1)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O

(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　(3)4.48　(4)溶液变红　由于2H＋＋2e－===H2↑，水的电离平衡正向移动，使溶液显碱性，酚酞遇碱变红

15．如图所示装置，C、D、E、F都是惰性电极，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：

(1)电源电极A名称为________。

(2)写出C和F的电极名称，以及电极反应式。

C：________________________________________________________________________，

F：________________________________________________________________________。

(3)若装置中通过0.02 mol电子时，通电后甲池溶液体积为200 mL，则通电后所得的H2SO4溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。

(4)若装置中通过0.02 mol电子时，丁池中电解足量R(NO3)x溶液时，某一电极析出了a g金属R，则金属R的相对原子质量的计算公式为________(用含a、x的代数式表示)。

(5)现用丙池给铜件镀银，则H应该是________(填“铜件”或“银”)。

答案　(1)正极　(2)阳极，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　阴极，2H＋＋2e－===H2↑　(3)0.05　(4)50ax

(5)铜件

解析　(1)C、D、E、F都是惰性电极，A、B为外接直流电源的两极，将直流电源接通后，F电极附近呈红色，说明F电极附近OH－浓度增大，溶液呈碱性，则F为阴极，所以C、E、G、I为阳极，D、F、H、J为阴极，A为正极、B为负极，C电极上OH－放电、D电极上Cu2＋放电、E电极上Cl－放电、F电极上H＋放电。(2)C为阳极，F为阴极，根据放电顺序书写电极反应式。(3)根据电解方程式：2CuSO4＋2H2OO2↑＋2Cu＋2H2SO4，结合c＝计算即可。(4)由得失电子守恒可知，电解R(NO3)x溶液时，某一极析出了a g金属R，结合Rx＋＋xe－===R进行计算。(5)电镀装置中，镀层金属必须作阳极，镀件作阴极，电镀液含有镀层金属阳离子。

16．下图是一个电化学过程的示意图，回答下列问题：

(1)甲池是____________装置，乙装置中电极A的名称是________。

(2)甲装置中通入甲烷的电极反应式为_____________________________________________，

乙装置中电极B(Ag)的电极反应式为_______________________________________________，

丙装置中D极的产物是________(写化学式)。

(3)一段时间后，当丙池中产生112 mL(标准状况)气体时，均匀搅拌丙池，所得溶液在25 ℃时的pH＝________(已知：氯化钠溶液足量，电解后溶液体积为500 mL)。若要使丙池恢复电解前的状态，应向丙池中通入______________________(写化学式)。

答案　(1)原电池　阳极

(2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　Ag＋＋e－===Ag　H2和NaOH　(3)12　HCl

解析　(1)由图可知，甲装置为燃料电池，是原电池，通入燃料的电极为负极，通入氧气的电极为正极，与电池正极相连的电极A为阳极，B为阴极，C为阳极，D为阴极。

(2)甲装置中由于电解质为KOH溶液，负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，乙、丙装置为电解池，B极反应式为Ag＋＋e－===Ag，D极发生反应为2H＋＋2e－===H2↑，由于D极消耗了H＋，破坏了水的电离平衡，最终在D极产生大量NaOH溶液，故D极产物为H2和NaOH。

(3)在丙装置中，阳极C发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极D发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，n(气体)＝0.112 L÷22.4 L·mol－1＝0.005 mol，所以转移的电子的物质的量为n(e－)＝0.005 mol，c(OH－)＝0.005 mol÷0.5 L＝0.01 mol·L－1，c(H＋)＝10－12 mol·L－1，pH＝12，n(NaOH)＝n(HCl)＝0.005 mol，所以若要使丙池恢复电解的状态，应向丙池中通入HCl气体0.005 mol。