第四章　第二节　第1课时　电解原理 试卷

第二节　电解池

第1课时　电解原理

课后·训练提升

基础巩固

1.下列说法错误的是(　　)。

A.电解质溶液的导电过程是化学变化,而金属的导电是物理变化

B.电解质溶液导电的过程,就是电解质溶液的电解过程

C.电解质在任何条件下均可以导电

D.电解质溶液导电过程中一定有新物质生成

答案:C

解析:电解质溶液导电的过程就是被电解的过程,在电解过程中发生氧化还原反应,一定有新物质生成,所以是化学变化。金属导电是靠自由电子的定向移动,无新物质生成,是物理变化。A、B、D项正确。电解质要导电只有在电离的条件下,存在自由移动的离子时才能导电,所以C项错误。

2.有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是(　　)。

A.甲中负极反应式为2H++2e-H2↑

B.乙中阳极反应式为Ag++e-Ag

C.丙中H+向石墨棒方向移动

D.丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体

答案:C

解析:由图知,甲、丙为原电池,甲中Zn为负极,负极反应式为Zn-2e-Zn2+,A项错误;丙中Fe为负极,石墨为正极,H+向正极移动,C项正确;乙、丁为电解池,乙中Ag作阳极,本身失电子,B项错误;丁中放电顺序:I->Cl-,开始时产生I2,D项错误。

3.如图装置中发生反应的离子方程式为Zn+2H+Zn2++H2↑,下列说法错误的是(　　)。

A.a、b不可能是同种材料的电极

B.该装置可能是电解池,电解质溶液为稀盐酸

C.该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸

D.该装置可看作是锌铜原电池,电解质溶液是稀硫酸

答案:A

解析:若该装置为电解池,则a、b两电极的材料可以都为Zn,A项错误;在保证阳极为Zn时,该电解池的电解质溶液可以为稀盐酸,B项正确;在保证其中一电极的材料为Zn时,用活动性比锌弱的导电性材料作另一电极,该原电池的电解质溶液为稀盐酸或稀硫酸都可以,C、D两项正确。

4.某同学将电解池工作时电子、离子迁移方向及电极种类等信息表示在图中,下列有关分析完全正确的是(　　)。

答案:B

解析:根据题图知,该装置有外接电源,所以属于电解池,根据电子流向知,c是负极,d是正极,a是阴极,b是阳极,电解时,电解质溶液中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,则Q离子是阳离子,P离子是阴离子,B项正确。

5.用惰性电极电解H2SO4、Cu(NO3)2、NaCl的混合溶液,最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是(　　)。

A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2

C.H2和O2 D.Cu和O2

答案:B

解析:由题意知,溶液中存在H+、Cu2+、Na+、S、N、Cl-、OH-,根据离子的放电顺序,阳离子为Cu2+>H+>Na+,阴离子为Cl->OH->S、N,则最初一段时间,阴极发生反应Cu2++2e-Cu,阳极发生反应2Cl--2e-Cl2↑。

6.用石墨作电极,电解1 mol·L-1下列物质的溶液,溶液的pH保持不变的是(　　)。

A.HCl B.NaOH

C.Na2SO4 D.NaCl

答案:C

解析:电解HCl溶液,阴极析出H2,阳极析出Cl2,溶液pH增大;电解NaOH溶液,相当于电解水,溶液pH增大;电解Na2SO4溶液,相当于电解水,溶液pH不变;电解NaCl溶液,阴极析出H2,阳极析出Cl2,溶液pH增大。

7.用Pt电极电解物质的量均为0.1 mol的Cu2+和X3+的混合溶液,阴极析出固体物质的质量m(g)与导线中通过电子的物质的量n(mol)的关系如图所示,则离子的氧化能力由大到小排列正确的是(　　)。

A.Cu2+>X3+>H+ B.H+>X3+>Cu2+

C.Cu2+>H+>X3+ D.X3+>H+>Cu2+

答案:C

解析:根据图像,通电开始就有固体析出,且通过0.2 mol电子后,不再析出固体,则为Cu2+放电的结果,X3+不放电。

8.用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,在电解后的电解质溶液中加适量水,就能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是(　　)。

A.NaCl B.Na2CO3

C.CuSO4 D.K2S

答案:B

解析:电解NaCl溶液时阳极和阴极分别为Cl-和H+放电,相当于电解HCl,恢复原浓度需通入适量HCl气体,A项错误;电解Na2CO3溶液时阳极和阴极分别为OH-和H+放电,相当于电解水,恢复原浓度需加入适量H2O,B项正确;电解CuSO4溶液时阳极和阴极分别为OH-和Cu2+放电,恢复原浓度需加入适量CuO或CuCO3等,C项错误;电解K2S溶液时阳极和阴极分别为S2-和H+放电,恢复原浓度需通入适量H2S气体,D项错误。

9.下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法,正确的是(　　)。

A.电解过程中阳极的质量不断增加

B.电解过程中溶液的pH不断增大

C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况

D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1

答案:C

解析:用惰性电极电解AgNO3溶液,总反应为4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3,阴极上析出Ag,阳极上放出O2,A、D两项错误;由于生成HNO3,溶液的pH减小,B项错误;要使溶液恢复到电解前的状态要加入的物质应是4Ag+O2,即应加入Ag2O,C项正确。

10.由于Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室很难用亚铁盐溶液与碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某化学社团用下图所示装置探究白色纯净的Fe(OH)2沉淀的制取,两电极的材料分别为石墨和铁。

(1)a电极材料应为　　　　, 电解液d可以是　　　(填序号)。 

①纯水　②NaOH溶液　③NaCl溶液　④CuCl2溶液

(2)c为植物油,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,在加入植物油之前,对d溶液所采取的简单处理方法及目的是　             　。 

若用其他试剂来代替植物油,试剂应具备的物理性质为　　　　　　　　。

(3)为了在较短时间内看到白色沉淀,可采取的措施是　　　　。  

A.改用稀硫酸作电解液

B.适当增大电源的电压

C.适当减小两电极间的距离

D.适当降低电解质溶液的浓度

(4)若d改为Na2SO4溶液,当电解一段时间,看到白色沉淀后,再反接电源,继续电解,除了电极上看到气泡外,另一明显的现象为                 　。  

答案:(1)Fe　②③

(2)隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被空气氧化成Fe(OH)3　加热煮沸d,除去其中溶解的O2　试剂不溶于水、密度比d的密度小

(3)BC

(4)白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变成红褐色

解析:(1)要得到Fe(OH)2沉淀,必须产生Fe2+,所以Fe作阳极。纯水导电性极差;使用CuCl2溶液,则阴极Cu2+放电,不能产生OH-,不会生成Fe(OH)2沉淀。可选用NaOH溶液或NaCl溶液。(2)植物油可有效隔绝空气,生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,不被氧化。处理d溶液,目的是除去其中溶解的O2,可加热煮沸。代替植物油的试剂应具有与植物油相似的物理性质,如不溶于水,密度比d的密度小等。(3)要在较短时间内看到白色沉淀,应增大电解液中Fe2+和OH-的浓度,可通过增大电压提高电解速率实现;不能用稀硫酸,因为它能溶解Fe(OH)2沉淀;缩小两极板间的距离,可缩短离子扩散时间,即缩短Fe2+与OH-生成Fe(OH)2沉淀的时间。(4)当电解一段时间后将电源反接,则铁作阴极,石墨作阳极,溶液中的H+和OH-放电,相当于电解水:2H2O2H2↑+O2↑,阳极生成的O2将Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3,沉淀由白色迅速变为灰绿色,最终变成红褐色。

11.如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒,Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后,发现d附近显红色。

(1)①b为电源的　　　(填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极,Z池中e为　　　　极。

②连接Y、Z池线路,电子流动的方向是d　　　　(填“”或“”)e。 

(2)①写出c极上发生的电极反应式:　　　　　　　　　　。 

②写出Y池中总反应的化学方程式:                         　。 

③写出Z池中e极上发生的电极反应式:　　　　　　　　。 

答案:(1)①负　阳　②

(2)①2Cl--2e-Cl2↑

②2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

③Cu-2e-Cu2+

解析:d极附近显红色,说明d为阴极,电极反应式为2H++2e-H2↑,c为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,Y池电解饱和NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑;直流电源中a为正极,b为负极,Z池中f为阴极,e为阳极,电极反应式分别为Cu2++2e-Cu,Cu-2e-Cu2+,电子流动方向由de。

能力提升

1.利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是(　　)。

A.b为直流电源的正极

B.将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜,电极反应式不变

C.阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+

D.电解时,H+由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室

答案:C

解析:二氧化硫被氧化为硫酸根离子,所以二氧化硫所在的区为阳极区,阳极与电源正极相连,则b为电源负极,A项错误;将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜,电极反应式发生改变,B项错误;阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+,C项正确;电解时,阳离子移向阴极,所以H+由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室,D项错误。

2.载人空间站的生态系统中,要求分离人呼出的二氧化碳,同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求,同时还有燃料一氧化碳生成,该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2+2H2O+4e-2CO+4OH-。下列判断错误的是(　　)。

A.上述电化学装置相当于电解池

B.上述装置进行的总反应为2CO22CO+O2

C.反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强

D.失电子的电极发生的反应是4OH--4e-2H2O+O2↑

答案:C

解析:该电池是将电能转化为化学能,符合电解池原理,所以题述电化学装置相当于电解池,A项正确;该电池中,阴极的电极反应式为2CO2+2H2O+4e-2CO+4OH-,阳极上OH-失电子生成氧气,反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,将两个电极反应式相加即得电池总反应式:2CO22CO+O2,所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液的碱性不变,C项错误,B、D两项正确。

3.如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是(　　)。

A.该过程是电能转化为化学能的过程

B.铜电极的电极反应式为CO2+8HC+8e-CH4+8C+2H2O

C.一段时间后,①池中n(KHCO3)不变

D.一段时间后,②池中溶液的pH一定下降

答案:C

解析:该装置连接有电源,则该过程是电能转化为化学能的过程,A项正确;二氧化碳转化为甲烷的反应过程中,碳元素的化合价降低,在铜电极上发生还原反应,电极反应式为CO2+8HC+8e-CH4+8C+2H2O,B项正确;由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗,故一段时间后,碳酸氢钾的物质的量减少,C项错误;①池中的铜电极为阴极,发生还原反应,②池中的铂电极为阳极,发生氧化反应,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,该过程中有H+生成,故溶液的pH减小,D项正确。

4.将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt),用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上,经过一段时间后,两极附近滤纸的颜色分别是(　　)。

答案:D

解析:阳极上I-放电生成I2,淀粉遇I2变蓝,阴极上H+放电后,使溶液中的c(H+)<c(OH-),呈碱性,使石蕊溶液显蓝色,D项正确。

5.用惰性电极电解含0.2 mol CuSO4的溶液一段时间后,阳极上生成标准状况下4.48 L气体,欲使电解质溶液恢复到电解前的状态,应加入(　　)。

A.0.2 mol CuSO4 B.0.2 mol CuO

C.0.2 mol Cu(OH)2 D.0.2 mol CuCO3

答案:C

解析:根据阳极产生0.2 mol O2,可知溶液中有0.8 mol OH-发生反应转移电子0.8 mol,0.2 mol Cu2+得到0.4 mol电子生成0.2 mol Cu,则有0.4 mol H+发生反应生成0.2 mol H2。复原物质应加0.2 mol CuO和0.2 mol H2O即0.2 mol Cu(OH)2。

6.A、B、C为三种强电解质,它们在水中电离出的离子如下表所示:

图1所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,电极均为石墨电极。

图1

图2

接通电源,经过一段时间后,测得乙中c电极质量增大。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题。

(1)M为电源的　　　　(填“正”或“负”)极,电极b上发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)写出乙烧杯中的电池反应方程式: 　 　　　　　　　　　　　　　。 

(3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?   　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)若经过这一段时间后,要使丙恢复到原来的状态,需要进行的操作是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)负　4OH--4e-2H2O+O2↑

(2)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4

(3)能,因为硫酸铜溶液已转变为H2SO4溶液,反应变为电解水的反应

(4)向丙烧杯中加入一定量水

解析:(1)乙中c电极质量增大,则c处发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,即c电极为阴极,由此可推出b为阳极,a为阴极,M为负极,N为正极。而Cu2+只能与S结合,可以确定B为硫酸铜;由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图,可以确定A为KOH或NaOH,C为Na2SO4或K2SO4。甲中为KOH或NaOH溶液,相当于电解H2O,阳极b处为阴离子OH-放电,即4OH--4e-2H2O+O2↑。(2)乙烧杯中是电解CuSO4溶液,电池反应方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。(3)乙中铜全部析出后,电解质变为H2SO4,所以电解反应仍能继续进行。