人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池第2课时课时训练

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电解原理的应用(40分钟　70分)一、选择题(本题包括8小题，每小题7分，共56分)1．下列装置中铜电极的连接错误的是(　　)【解析】选C。铜锌原电池中，Cu作正极，A正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，连接电源的正极，纯铜作阴极，连接电源的负极，B正确；镀件上镀铜，铜作阳极，连接电源的阳极，镀件作阴极，连接电源的负极，C错误；电解氯化铜溶液，铜作阴极，石墨作阳极，若铜作阳极，则阳极失去电子的是铜而不是氯离子，D正确。2．(2021·潍坊高二检测)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　)A．阳极发生还原反应，其电极反应为Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极质量减少的量与阴极质量增加的量相等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不可能有Fe和Zn【解析】选D。阳极发生氧化反应，其电极反应式：Ni－2e－===Ni2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Zn－2e－===Zn2＋，故A错误；电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni，阴极析出的是镍，依据电子守恒，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等，故B错误；电解后，溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋，故C错误；粗镍中含有的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质中的Zn、Fe、Ni失去电子而变成离子进入电解质溶液，阳极只剩不活泼金属Cu与Pt形成阳极泥，故D正确。3．(2021·青岛高二检测)观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是(　　)【解析】选C。装置①中阳极是电极失电子或溶液中的阴离子失电子，所以不会有红色物质析出，Cu应该在阴极上析出，故A错误；电镀时，待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，所以待镀铁制品应作阴极，与电源负极相连，故B错误；氢氧燃料电池中，通入氢气的一极为负极，通入氧气的为正极，电子从负极流向正极，即由a极流向b极，故C正确；阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，避免阳极生成的氯气和阴极生成的氢氧根离子反应，故D错误。4．(2021·杭州高二检测)SiH4广泛用于微电子、光电子行业，用粗硅作原料熔融盐电源电解法制取硅烷原理如图，下列叙述正确的是(　　)A.通入H2的一极为电解池的阳极，反应式为H2－2e－===2H＋B．粗硅上反应：Si＋4H＋＋4e－===SiH4↑C．为增强导电性，使用粗硅D．该反应的总反应为Si＋2H2===SiH4【解析】选D。氢气发生还原反应，通入H2的一极为电解池的阴极，电极反应式为H2＋2e－===2H－，故A错误；粗硅为阳极，Si发生氧化反应，阴极生成的H－移向阳极生成SiH4，阳极电极反应式为Si＋4H－－4e－===SiH4↑，故B错误；粗硅中含有杂质二氧化硅而导电性不如纯硅，故C错误；Si与H2反应生成SiH4，该反应的总反应为Si＋2H2===SiH4，故D正确。5．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　)A.用石墨作阳极，铁作阴极B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2OC．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．除去CN－的反应式：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O【解析】选D。阳极要产生ClO－，铁只能作阴极，不能作阳极，否则就是铁失电子，A正确；Cl－失电子产生ClO－，电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，B正确；阴极是H＋产生H2，溶液呈碱性，电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确；pH为9～10的碱性溶液不可能有H＋参加反应，除CN－的反应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D错误。　　　【补偿训练】关于图中装置说法正确的是(　　)A.装置①中，盐桥(含有琼胶的KCl饱和溶液)中的K＋移向ZnSO4溶液B．装置②工作一段时间后，a极附近溶液的pH减小C．用装置③精炼铜时，c极为纯铜D．装置④中电子由Zn流向Fe，装置中有Fe2＋生成【解析】选C。A项，原电池中阳离子向正极移动，铜是正极，所以K＋移向CuSO4溶液，错误；B项，装置②工作一段时间后，a极与电源的负极相连是阴极，水中的氢离子放电，产生氢氧根离子，所以溶液的pH增大，错误；C项，精炼铜时，纯铜为阴极，所以c为阴极，c极为纯铜，正确；D项，活泼金属锌是负极，所以产生锌离子，而不是亚铁离子，错误；故选C。6．电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O＋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电子，最多有1 mol Cr2O被还原【解析】选B。电解时用铁作阳极，失去电子生成Fe2＋，Fe2＋将废水中的Cr2O还原为Cr3＋，A项正确；阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，溶液的pH变大，B项错误；电解过程中H＋在阴极放电，Fe2＋还原Cr2O时也消耗H＋，使溶液的pH升高，Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，C项正确；根据电极反应式Fe－2e－===Fe2＋，可知每转移12 mol e－生成6 mol Fe2＋，6 mol Fe2＋可还原1 mol Cr2O，D项正确。7．在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况下)，则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为(　　)A．1 mol·L－1　　　　　　　 B．2 mol·L－1C．3 mol·L－1        D．4 mol·L－1【解析】选A。电解H2SO4、CuSO4的混合液时，阳极电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极的电极反应先是Cu2＋＋2e－===Cu，后2H＋＋2e－===H2↑，由题可知两极产生的气体H2、O2各0.1 mol，O2是由H2O失去0.4 mol电子而得到，H2是由H＋得到0.2 mol电子而生成。由得失电子守恒知，还有0.2 mol电子是Cu2＋得到的，n(Cu2＋)＝0.1 mol，c(Cu2＋)＝＝1 mol·L－1。8．常温下用石墨作电极，电解100 mL 0.1 mol·L－1的Cu(NO3)2和0.1 mol·L－1的AgNO3组成的混合溶液，当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12 L时，假设溶液体积不变，下列说法正确的是(　　)A．阴极增重1.4 g    B．所得溶液pH＜1C．阴极增重0.64 g    D．所得溶液pH＞1【解析】选B。阴极可以放电的离子依次为0.01 mol Ag＋、0.01 mol Cu2＋，阳极可以放电的阴离子只有OH－；当阳极生成1.12 L O2时，电路中通过电子：n(e－)＝0.05 mol×4＝0.2 mol，此时Ag＋、Cu2＋已全部析出，质量：0.01 mol×108 g·mol－1＋0.01 mol×64 g·mol－1＝1.72 g；因为当Ag＋、Cu2＋全部析出以后，相当于电解水，H＋不再增加，所以生成的H＋所带电荷与0.01 mol Ag＋、0.01 mol Cu2＋所带电荷相等；则溶液中生成：c(H＋)＝0.3 mol·L－1，pH＜1。二、非选择题(本题包括1小题，共14分)9．电化学原理在工业生产中有着重要的作用，请利用所学知识回答有关问题。用电解的方法将硫化钠溶液氧化为多硫化物的研究具有重要的实际意义，将硫化物转变为多硫化物是电解法处理硫化氢废气的一个重要内容。如图是电解产生多硫化物的实验装置：(1)已知阳极的反应为(x＋1)S2－－2xe－===Sx＋S2－，则阴极的电极反应式是_______________________________________________________________________________________________________________________________________，当反应转移x mol电子时，产生的气体体积为________(标准状况下)。(2)将Na2S·9H2O溶于水中配制硫化物溶液时，通常是在氮气气氛下溶解。其原因是(用离子反应方程式表示)____________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)在碱性电解质溶液中，只能是水电离的H＋在阴极得电子，发生还原反应，生成H2。有x mol电子转移，产生H2 0.5x mol。(2)S2－具有较强还原性，易被空气中的氧气氧化，配制溶液时需要氮气作保护气。答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　11.2x L(2)2S2－＋O2＋2H2O===2S↓＋4OH－【补偿训练】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(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_______________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】由电解产生的氢气的体积约6 mL和检验氯气的氧化性可知，铁棒作阴极，铁棒上产生的是氢气；碳棒作阳极，从B口导出的是氯气，碳棒上发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑。答案：(1)G、F、I　D、E、C　(2)负　2Cl－－2e－===Cl2↑　(3)淀粉KI溶液变成蓝色(20分钟　30分)一、选择题(本题包括2小题，每小题5分，共10分)1．(双选)如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是(　　)A.逸出气体的体积，a电极的大于b电极的B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色【解析】选A、D。和电源的正极相连的b是阳极，电极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，呈红色；电源的负极相连的a极是阴极，电极反应：2H＋＋2e－===H2↑，呈蓝色，C错误、D正确；根据电子守恒：O2～4e－～2H2，氧气体积是氢气体积的一半，A正确；O2、H2均为无色无味的气体，B错误。2．(2021·天津高二检测)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示，下列说法正确的是(　　)已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解②氧化性：Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度)A.铁棒上发生的电极反应：2H＋＋2e－===H2↑B．电解过程中，B中NaCl溶液的质量分数将不断增大C．a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜D．若将图中a离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式将不发生改变【解析】选B。由图知，铁棒与电源负极相连是电解池的阴极，氧化性：Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度)，电极反应Ni2＋＋2e－===Ni，浓度变稀后2H＋＋2e－===H2↑，故A错误；镀镍铁棒与电源负极相连是电解池的阴极，电极反应Ni2＋＋2e－===Ni。电解过程中为平衡A、C中的电荷，A中的Na＋和C中的Cl－分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B中，这使B中NaCl溶液的质量分数不断增大，故B正确；A中的Na＋和C中的Cl－分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B中，a膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，故C错误；若将图中阳离子膜去掉，由于放电顺序Cl－＞OH－，则Cl－移向阳极放电：2Cl－－2e－===Cl2↑，电解反应总方程式会发生改变，故D错误。二、非选择题(本题包括1小题，共20分)3．某课外活动小组设计了如图所示装置，调节滑动变阻器，在电流强度适中的情况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关实验(此时，打开止水夹a，关闭止水夹b)。由于粗心，实验并未达到预期目的，但也看到了令人高兴的现象。请帮助他们分析并回答下列问题(图中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过)：(1)写出B装置中的电极反应式：Pt极_______________________________________________________________________________________________________________________________________；Fe极_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)写出观察到的A装置中的现象：①____________________________________________________________________________________________________________________________________；②_____________________________________________________________________________________________________________________________________；③_____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)当观察到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b，再观察C装置。若无现象，说明理由；若有现象，请写出有关反应方程式_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若想达到电解NaCl溶液的目的，应如何改进装置，请提出你的意见_______________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)据图知，Pt极是阴极，氢离子得电子，电极反应式：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；Fe极为阳极，电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋。(2)打开止水夹a、关闭止水夹b时，生成的氢气进入烧瓶，压强增大，将氨气压出，氨气将导管内空气排出后，与烧杯中水接触而开始溶解，引起A装置烧杯中的H2O倒吸进烧瓶产生红色喷泉；但由于氢气不溶于水，烧瓶中液面上升到高于左侧导管口一定程度后又逐渐下落至与导管口相平；最终烧杯中溶液呈红色，导管口有气泡(氢气)逸出。(3)关闭止水夹a、打开止水夹b，Pt极产生的氢气，会将电解质溶液压入烧杯C中，发生反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3[或4Fe2＋＋8OH－＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3↓]。(4)若想达到电解NaCl溶液的目的，应把Fe电极换成C、Pt等惰性电极或将装置中两电极调换位置等。答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑)　Fe－2e－===Fe2＋(2)①A装置烧杯中的H2O倒吸进烧瓶并产生红色喷泉　②烧瓶中液面上升到高于左侧导管口一定程度后又逐渐下落至与导管口相平　③最后烧杯中溶液呈红色，导管口有气泡逸出　(3)Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3[或4Fe2＋＋8OH－＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3↓](4)把Fe电极换成C、Pt等惰性电极(或将装置中两电极调换位置等)【补偿训练】常温下用惰性电极电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如下图中Ⅰ、Ⅱ所示(以下气体体积已换算成标准状况下的体积)，根据图中信息回答下列问题。(1)通过计算推测：①原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度。c(NaCl)＝______mol·L－1，c(CuSO4)＝______mol·L－1。②t2时所得溶液的pH＝______。(2)若用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液200 mL，经过一段时间后两极均得到224 mL气体，则原混合溶液中氯离子浓度的取值范围为______，铜离子浓度的取值范围为______________。【解析】(1)①阳极首先逸出的是Cl2，n(NaCl)＝2n(Cl2)＝2×＝0.02 mol，则c(NaCl)＝0.1 mol·L－1。阳极得到的336 mL气体中，含0.01 mol Cl2和0.005 mol O2，转移电子的物质的量：0.01 mol×2＋0.005 mol×4＝0.04 mol。此过程中阴极刚好全部析出铜，n(CuSO4)＝n(Cu)＝0.04 mol÷2＝0.02 mol，则c(CuSO4)＝＝0.1 mol·L－1。②t2时溶液中c(Na＋)＝0.1 mol·L－1，c(SO)＝0.1 mol·L－1，根据电荷守恒有：c(H＋)＝2×0.1 mol·L－1－0.1 mol·L－1＝0.1 mol·L－1，即溶液的pH＝1。(2)根据极值法可解得：阳极首先逸出的是Cl2，当氯离子放电完毕后，此时逸出的是O2，若阳极得到的224 mL气体全为Cl2时，c(Cl－)最大，其值为0.1 mol·L－1，此时转移电子的物质的量为0.02 mol；若阳极得到的224 mL气体全为O2时，c(Cl－)最小，其值为0，此时转移电子的物质的量为0.04 mol，由此可求得电解过程中转移电子的物质的量的范围介于0.02～0.04 mol之间。阴极上首先析出Cu，当铜离子放电完毕后，开始有H2逸出，当阴极产生224 mL H2时，消耗电子的物质的量为0.02 mol，因此铜离子得到电子的物质的量的范围在0～0.02 mol之间，由此可得c(Cu2＋)的范围。答案：(1)①0.1　0.1　②1(2)0＜c(Cl－)＜0.1 mol·L－10＜c(Cu2＋)＜0.05 mol·L－1