高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 电能转化为化学能——电解习题课件ppt

第2课时　电解原理的应用

A级 必备知识基础练

1.用石墨作为电极电解CuCl2和KCl的混合溶液,电解初期阴极和阳极析出的物质分别是 (　　)

A.H2、Cl2 B.Cu、Cl2

C.H2、O2 D.Cu、O2

2.(2021安徽蚌埠高二统考)图甲为铜锌原电池装置,图乙为电解熔融氯化钠制备金属钠的装置。下列说法正确的是(　　)

A.甲装置中锌为负极,发生还原反应;铜为正极,发生氧化反应

B.甲装置中盐桥可以使反应过程中溶液保持电中性

C.乙装置中铁极的电极反应:2Na-2e-2Na+

D.乙装置中B是氯气出口,A是钠出口

3.(2022重庆西南大学附中高二期末)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。下列说法正确的是              (　　)

A.铜的精炼中,X是粗铜,Y是纯铜

B.为增强铁的抗腐蚀性,X为Fe

C.若Z为NaCl,电解可获得Na

D.Y上发生氧化反应

4.欲在金属表面镀银,应把金属镀件作为电镀池的阴极。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

5.关于镀铜和电解精炼铜,下列说法正确的是 (　　)

A.都用粗铜作为阳极、纯铜作为阴极

B.电解质溶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

6.用下图所示装置除去含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.用石墨作为阳极,铁作为阴极

B.阳极的电极反应:Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O

C.阴极的电极反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-

D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O

7.串联电路中四个电解池分别装有0.5 mol·L-1的下列溶液,用惰性电极电解,连接直流电源一段时间后,溶液pH最小的是(　　)

A.KNO3溶液 B.NaCl溶液

C.AgNO3溶液 D.CuCl2溶液

8.如图是电解饱和氯化钠溶液(含酚酞)的装置。

收集有毒气体的装置省略没有画出,两电极均是惰性电极。

(1)a电极的名称是　　　　　。 

(2)电解过程中观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

(3)鉴定N出口的气体最简单的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)电解总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(5)若将b电极换成铁电极,写出在电解过程中U形管底部出现的现象:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

B级 关键能力提升练

9.如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是(　　)

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

10.在水中加入等物质的量的Ag+、Pb2+、Na+、S、N、Cl-,将该溶液放在用惰性电极材料作电极的电解槽中,通电片刻,则氧化产物与还原产物的质量比为(　　)

A.35.5∶108 B.16∶207

C.8∶1 D.108∶35.5

11.将1 L含0.4 mol CuSO4和0.4 mol NaCl的水溶液用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上得到0.3 mol铜,则在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是(　　)

A.5.6 L B.6.72 L

C.13.44 L D.11.2 L

12.甲、乙两个电解池均以Pt为电极且互相串联。甲池盛有AgNO3溶液,乙池盛有一定量的某盐溶液,通电一段时间后,测得甲池阴极质量增加2.16 g,乙池电极析出0.24 g金属,则乙池中溶质可能是(　　)

A.CuSO4 B.MgSO4

C.Al(NO3)3 D.Na2SO4

13.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,两端隔室中的离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　)

A.阳极的电极反应: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电子时,会有1 mol H2生成

14.(双选)如图所示,其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O。下列说法正确的是(　　)

A.甲池是电能转化为化学能的装置,乙、丙池是化学能转化为电能的装置

B.甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O

C.反应一段时间后,向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度

D.甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体

15.下图装置中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后,在c、d两电极上共收集到336 mL(标准状况)气体。请回答下列问题。

(1)直流电源中,M为　　　　极。 

(2)Pt电极上生成的物质是　　　　　　,其质量为　　　　g。 

(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为4∶　　　　　∶　　　　　∶　　　　。 

(4)AgNO3溶液的浓度　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),硫酸的浓度　　　　。 

(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%,则原有5.00%的硫酸　　　　g。 

C级 学科素养拔高练

16.钴酸锂等正极材料的发现助推了锂离子电池商业化的进程,对电池的性能起着决定性的作用。钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池,用它作电源按如图装置进行电解。通电后,a电极上一直有气泡产生;d电极附近先出现白色沉淀(CuCl),后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是(　　)

A.已知钴酸锂电池放电时总反应为

LCoO2+LixC6LiCoO2+6C,则LCoO2在负极反应,失电子

B.当外电路中转移0.2 mol电子时,电极b处有2.24 L Cl2生成

C.电极d为阴极,电解开始时的电极反应为Cu+Cl--e-CuCl

D.随着电解的进行,U形管Ⅱ中发生了如下转化CuCl+OH-CuOH+Cl-

17.如图装置所示,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙装置中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前、后溶液体积不变),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。

请回答:

(1)B极是电源的　　　　　　,一段时间后,甲装置中溶液颜色　　　　　　　,丁装置中X电极附近的颜色逐渐变浅,Y电极附近的颜色逐渐变深,这表明　　　　　　　　　　　　　　　　　　,在电场作用下向Y电极移动。 

(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为　　　　　　　　。 

(3)现用丙装置给铜件镀银,则H应该是　　　　　　　(填“镀层金属”或“镀件”),电镀液是　　　　　　　溶液。常温下,当乙装置中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL),丙装置中镀件上析出银的质量为　　　　　　,甲装置中溶液的pH　　　　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。 

(4)若将C电极换为铁,其他装置都不变,则甲装置中发生的总反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

第2课时　电解原理的应用

A级　必备知识基础练

1.B　溶液中的离子有Cu2+、K+、H+、Cl-及OH-五种离子,得电子能力:Cu2+>H+>K+,失电子能力:Cl->OH-,所以电解初期,阴极反应为Cu2++2e-Cu,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,故选B。

2.B　在原电池中活泼金属作为负极,发生氧化反应,A项错误;盐桥的作用是调节电荷,使溶液中电荷守恒,B项正确;乙装置中铁作为阴极,电极反应为2Na++2e-2Na,C项错误;根据图示可知A是氯气出口,B是钠出口,D项错误。

3.A　铜的精炼中粗铜为阳极、纯铜为阴极,X是粗铜,Y是纯铜,A正确;为增强铁的抗腐蚀性,铁应该为阴极,Y为Fe,B错误;若Z为NaCl,电解氯化钠溶液可获得氢氧化钠、氯气、氢气,C错误;Y为阴极,发生还原反应,D错误。

4.B　电镀槽中,要求镀件作为阴极,可用镀层金属作为阳极,电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液,由于A、C、D项中AgCl、Ag2CO3和Ag2SO4均为沉淀,只有B项符合要求。

5.D　电镀时镀件作为阴极,A项错误;电解精炼铜时电解质溶液成分会改变,B项错误;电解精炼铜时,若有比铜活泼的金属杂质如锌等,则阳极还会发生Zn-2e-Zn2+的反应等,C项错误。

6.D　若铁作为阳极,则铁失电子生成Fe2+,则无法除去CN-,故铁只能作为阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl元素的化合价升高,故Cl-在阳极发生氧化反应,又已知该溶液为碱性条件,故B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,故C项正确;由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。

7.C　电解KNO3溶液一段时间后,溶液仍呈中性;电解NaCl溶液一段时间后,由于产生了NaOH,溶液呈碱性;电解AgNO3溶液一段时间后,由于产生了HNO3,溶液呈酸性;电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2,Cl2溶于水生成HCl和HClO使溶液酸性增强,但其溶液酸性弱于HNO3溶液,因此pH最小的为C。

8.答案 (1)阴极

(2)两极均有气泡产生;a极区溶液变成红色;b极液面上气体为黄绿色;b极区溶液变为浅黄绿色

(3)用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近N出口,试纸变蓝则说明是Cl2

(4)2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-

(5)底部有白色沉淀产生,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色

解析 根据电子的流向可知,a电极连接的是直流电源电子流出的一极,因此a电极是电解池的阴极,b电极为电解池的阳极,b电极产物为Cl2,检验Cl2的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近N出口,试纸变蓝即说明是Cl2。当将b极改为铁电极时,铁失去电子变成阳离子进入溶液,与阴极放出H2后剩余的OH-结合生成Fe(OH)2沉淀,Fe(OH)2不稳定,迅速变为灰绿色,最终转化为红褐色的Fe(OH)3沉淀。

B级　关键能力提升练

9.C　由题图看出①处为电解池阳极产生氯气,②处为电解池阴极产生氢气,A正确;该离子交换膜只能让阳离子通过,不能让阴离子通过,能防止氯气与碱反应,且在阴极区得到浓度较高的烧碱溶液,B正确;电解饱和食盐水的离子方程式应为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-,C错误;电解装置是将电能转化为化学能的装置,D正确。

10.C　加入等物质的量的Ag+、Pb2+、Na+、S、N、Cl-,将有氯化银、硫酸铅沉淀生成,此时所得的溶液为硝酸钠溶液。电解该溶液的实质是电解水,阳极发生氧化反应得到氧气,电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极发生还原反应得到氢气,电极反应为2H++2e-H2↑,根据电子守恒得氧化产物(O2)与还原产物(H2)的物质的量之比为1∶2,则质量比为8∶1,C项正确。

11.A　根据题意可知,阴极上0.3 mol Cu2+得到0.6 mol电子,则阳极失去电子的物质的量也应为0.6 mol,根据阳极的电极反应:

 2Cl-　-　2e-　Cl2↑

 0.4 mol 0.4 mol 0.2 mol

 4OH--4e-2H2O+O2↑

 0.2 mol 0.05 mol

则得到Cl2和O2共0.25 mol,在标准状况下的体积为5.6 L。

12.A　Pt为惰性电极,电解各种盐溶液时,阳离子在阴极放电,阳离子的放电顺序为Cu2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+,若乙池中的溶质为MgSO4、Al(NO3)3或Na2SO4,电解过程中阴极不会析出金属,故乙池中的溶质只能为CuSO4。甲、乙两个电解池串联,通过各个电极的电子数相等。甲、乙两池的阴极发生的反应分别为2Ag++2e-2Ag、Cu2++2e-Cu,则存在关系式:2Ag~2e-~Cu,n(Cu)=n(Ag)==0.01 mol,故乙池中析出金属Cu的质量为m(Cu)=0.01 mol×64 g·mol-1=0.64 g,但实际上仅析出0.24 g Cu,这说明CuSO4的量不足,还发生反应:2H++2e-H2↑。

13.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H+放电生成H2,剩余OH-,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2H++2e-H2↑,当电路中通过2 mol电子时,会有1 mol H2生成,正确。

14.BD　甲池是燃料电池,是化学能转化为电能的装置,乙池、丙池是电解池,是将电能转化为化学能的装置,A项错误;在燃料电池中,在负极甲醇发生失电子的氧化反应,在碱性条件下的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O,B项正确;电解池乙池中,电解后生成H2SO4、Cu和O2,要使溶液复原可加入CuO,C项错误;甲池中根据电极反应:O2+2H2O+4e-4OH-,消耗280 mL O2(标准状况下),则转移电子0.05 mol,丙装置中,电池总反应为MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑,理论上最多产生Mg(OH)2的质量为0.025 mol×58 g·mol-1=1.45 g,D项正确。

15.答案 (1)正　(2)Ag　2.16

(3)4　1　2

(4)不变　增大

(5)45.18

解析 (1)电解5.00%的稀硫酸,实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应:2H2O2H2↑+O2↑,V(H2)∶V(O2)=2∶1。由图可知d极与c极产生的气体体积之比约为2∶1,据此可确定d极为阴极,则电源的N极为负极,M极为正极。

(2)在336 mL气体中,V(H2)=×336 mL=224 mL,则n(H2)=0.01 mol;V(O2)=×336 mL=112 mL,则n(O2)=0.005 mol。说明电路中转移了0.02 mol电子,因此在b极产生Ag的质量为0.02 mol×108 g·mol-1=2.16 g。

(3)根据前面的分析可知n(e-)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)=0.02∶0.02∶0.005∶0.01=4∶4∶1∶2。

(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池,在通电一定时间后,在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+的物质的量等于Ag电极失电子给溶液补充的Ag+的物质的量,因此AgNO3溶液的浓度不变。电解5.00%的硫酸溶液,由于其中的水发生电解,水的量减少,因此硫酸浓度增大。

(5)设原5.00%的硫酸的质量为x,电解时消耗水的质量为0.01 mol×18 g·mol-1=0.18 g,则5.00%x=5.02%(x-0.18 g),解得x=45.18 g。

C级　学科素养拔高练

16.D　LixC6中C元素为负价,根据电池总反应可知,LixC6在负极反应,则LCoO2在正极反应,得电子,故A错误;没有说明是否为标准状况,因此无法直接计算生成氯气的体积,故B错误;d电极发生的变化Cu→CuCl是氧化反应,故d极为阳极,d极反应为Cu+Cl--e-CuCl,故C错误;d电极先产生白色沉淀(CuCl),白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH),发生的反应为CuCl+OH-CuOH+Cl-,故D正确。

17.答案 (1)负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶体粒子带正电荷

(2)1∶2∶2∶2

(3)镀件　AgNO3(合理即可)　5.4 g　变小

(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+

解析 (1)将直流电源接通后,F电极附近呈红色,说明F电极是阴极,E电极是阳极,则A为电源正极,B为电源负极。甲装置中因Cu2+放电使溶液颜色变浅。丁装置中Y电极附近颜色变深,说明Fe(OH)3胶体粒子向阴极移动,即Fe(OH)3胶体粒子带正电荷。

(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2,由于电路中通过的电量相等,因此其物质的量之比为1∶2∶2∶2。

(3)乙装置中溶液pH=13,生成的n(NaOH)=

0.1 mol·L-1×0.5 L=0.05 mol,电路中通过的电子的物质的量为0.05 mol,所以丙装置中镀件上析出银的质量为0.05 mol×108 g·mol-1=5.4 g。

(4)当活泼金属为阳极时,金属先于溶液中的阴离子放电而溶解,故甲装置中发生的总反应的离子方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu。