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2019-2020年高中化學 第4章 電化學基礎 第3節(jié) 電解池（第2課時）電解原理的應用習題 新人教版選修4 一、選擇題 1．關于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是(　　) A．電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉 B．若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈黃色 C．若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無色 D．電解一段時間后，將全部電解液轉移到燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性 解析：用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，發(fā)生的反應是2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，故電解一段時間后電解液呈堿性。電解時，陽極發(fā)生氧化反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，在陽極附近的溶液中滴入KI溶液時，發(fā)生反應2I－＋Cl2===2Cl－＋I2，故溶液呈黃色；陰極發(fā)生還原反應：2H＋＋2e－===H2↑，因而陰極附近的溶液呈堿性，滴入酚酞試液變紅。 答案：B 2．關于電解法精煉銅的下列說法正確的是(　　) A．粗銅作陽極，純銅作陰極，硫酸銅為電解質溶液 B．純銅作陽極，粗銅作陰極，硫酸銅為電解質溶液 C．電解結束后，溶液中Cu2＋濃度不變 D．電解結束后，溶液中Cu2＋濃度變大 解析：電解精煉銅時，粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4為電解質溶液，因粗銅中活潑金屬失電子形成的陽離子如Zn2＋，會逐漸代替Cu2＋，故c(Cu2＋)將會有所減小。 答案：A 3．某小組為研究電化學原理，設計甲、乙、丙三種裝置(C1、C2、C3均為石墨)。下列敘述正確的是(　　) A．甲、丙中是化學能轉變?yōu)殡娔埽抑惺请娔苻D變?yōu)榛瘜W能 B．C1、C2分別是陽極、陰極，鋅片、鐵片上都發(fā)生氧化反應 C．C1上和C3上放出的氣體相同，銅片上和鐵片上放出的氣體也相同 D．甲中溶液的pH逐漸升高，丙中溶液的pH逐漸減小 解析：本題考查原電池和電解池，考查考生結合實驗裝置判斷電池類型和根據(jù)電極反應式分析問題的思維能力。難度中等。 A項，甲圖為原電池，將化學能轉化為電能，乙、丙為電解池，將電能轉化為化學能；B項，C1、C2分別做電解池的陽極和陰極，原電池中Zn和Cu分別為負極和正極，分別發(fā)生氧化反應和還原反應；C項，C1和C3上均為Cl－失電子被氧化生成Cl2，甲中Cu片和丙中Fe片上均生成H2；D項，甲中不斷消耗H＋，溶液的pH升高，丙中生成NaOH溶液，pH也逐漸升高。 答案：C 4．Cu2O是一種半導體材料，基于綠色化學理念設計的制取Cu2O的電解池示意圖如圖所示，電解總反應為2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。 下列說法正確的是(　　) A．石墨電極上產生氫氣 B．銅電極發(fā)生還原反應 C．銅電極接直流電源的負極 D．當有0.1 mol電子轉移時，有0.1 mol Cu2O生成 解析：石墨作陰極，陰極上是溶液中的H＋反應，電極反應為2H＋＋2e－===H2↑，A選項正確；由電解總反應可知，Cu參加了反應，所以Cu作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應，B選項錯誤；陽極與電源的正極相連，C選項錯誤；陽極反應為2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，當有0.1 mol電子轉移時，有0.05 mol Cu2O生成，D選項錯誤。 答案：A 5．以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是(　　) A．未通電前上述鍍鋅裝置可構成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程 B．因部分電能轉化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關系 C．電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應速率 D．鍍鋅層破損后對鐵制品失去保護作用 解析：電鍍過程中Zn與電源正極相連，若給原電池充電，則Zn應接電源負極，A錯誤；導線中通過的電子，在陰極均被Zn2＋得到，所以通過的電子與鋅析出的物質的量成正比，B錯誤；只要電流恒定，陰陽極得失電子的速率不變，所以電解反應速率不變，C正確；鍍鋅層破損后，Zn比鐵活潑，Zn作負極，F(xiàn)e作正極，F(xiàn)e被保護，D錯誤。 答案：C 6．取一張用飽和NaCl溶液浸濕的pH試紙，兩根鉛筆芯作電極，接通直流電源，一段時間后，發(fā)現(xiàn)a電極與試紙接觸處出現(xiàn)一個雙色同心圓，內圓為白色，外圓呈淺紅色。下列說法錯誤的是(　　) A．b電極是陰極 B．a電極與電源的正極相連接 C．電解過程中，水是氧化劑 D．b電極附近溶液的pH變小 解析：a電極與試紙接觸處出現(xiàn)一個雙色同心圓，內圓為白色，外圓呈淺紅色，說明a極附近產生了Cl2，所以a極與電源的正極相連，即a為陽極，電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，b為陰極，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以b極附近的pH增大。 答案：D 7．(xx全國大聯(lián)考)Cu2O是一種半導體材料，用作制造整流器的材料，還可以用于制船底防污漆(殺死低級海生動物)、農作物的殺菌劑。在實驗室里可模擬工業(yè)過程制取Cu2O，總反應式是2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，其裝置如圖，下列有關說法不正確的是(　　) A．該實驗符合綠色化學的設計理念 B．圖中的虛線框內需連接直流電源，且正極與石墨相連 C．CuO高溫加熱分解也可以得到Cu2O D．上述裝置中，陽極的電極反應式是2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O 解析：利用電解反應制取Cu2O時，銅被氧化，應用銅作陽極，連直流電源的正極；石墨是電解池的陰極，與電源的負極相連。 答案：B 8．如下圖所示是根據(jù)圖甲的電解池進行電解時某個量(縱坐標x)隨時間變化的函數(shù)圖象(各電解池都用石墨作電極，不考慮電解過程中溶液濃度變化對電極反應的影響)，這個量x表示 (　　) A．各電解池析出氣體的體積 B．各電解池陽極質量的增加量 C．各電解池陰極質量的增加量 D．各電極上放電的離子總數(shù) 解析：電解NaCl溶液時陰、陽極都產生氣體，電解AgNO3溶液時陰極上產生單質銀，電解CuSO4溶液時陰極上產生單質銅，所以隨著電解的進行，陰極質量的增加量有如題中圖示的變化。 答案：C 9．某溶液中含有溶質NaCl和H2SO4，它們的物質的量之比為3∶1。用石墨作電極電解溶液時，根據(jù)電極產物，可明顯分為三個階段。下列敘述不正確的是(　　) A．陰極只析出H2 B．陽極先析出Cl2，后析出O2 C．電解最后階段為電解水 D．溶液pH不斷增大，最后為7 解析：電解質溶液中，n(Na＋)∶n(Cl－)∶n(SO)＝3∶3∶1，開始電解產生H2和Cl2，同時生成OH－中和H2SO4，且生成OH－多，最后相當于電解水，因而pH>7，陰極只生成H2。三個階段分別為電解HCl、NaCl、H2O。 答案：D 10．(xx山東19所名校調研)某興趣小組設計如圖實驗裝置。實驗時，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產生；一段時間后，斷開K1，閉合K2，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉。下列有關描述正確的是 (　　) A．斷開K2，閉合K1時，銅電極為陽極 B．斷開K2，閉合K1時，石墨電極附近溶液變紅 C．斷開K1，閉合K2時，銅電極發(fā)生還原反應 D．斷開K1，閉合K2時，石墨電極作正極 解析：由題意斷開K2，閉合K1時，兩極均有氣泡生成，確定電源左側為正極，右側為負極，石墨為陽極，Cu為陰極，陽極的電極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，不能使酚酞變紅，故A、B選項都錯；斷開K1，閉合K2時，形成原電池，Cu為負極，發(fā)生氧化反應，H2－2e－＋2OH－===2H2O，石墨為正極，發(fā)生還原反應，Cl2＋2e－===2Cl－，故C項錯誤，D項正確。 答案：D 二、非選擇題 11．如圖所示中的A為直流電源，B為浸透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙，C為電鍍槽，接通電路后，發(fā)現(xiàn)B上的c點顯紅色，請?zhí)羁眨? (1)電源A上的a為________極。 (2)濾紙B上發(fā)生的總化學反應方程式為：______________________________________。 (3)欲在電鍍槽中實現(xiàn)在鐵上鍍鋅，接通K點，使c、d兩點短路，則電極e上發(fā)生的反應為________，電極f上發(fā)生的反應為________，槽中盛放的電鍍液可以是________溶液或________溶液(只要求填兩種電解質溶液)。 解析：根據(jù)c點酚酞變紅，則該極的反應為2H＋＋2e－===H2↑，即該極為陰極，與電源的負極相連，所以a點是正極。(2)濾紙B上發(fā)生的總反應方程式為2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。(3)c、d兩點短路后，e為陽極，反應為Zn－2e－===Zn2＋。陰極上鍍鋅，則陰極反應為Zn2＋＋2e－===Zn。電解液用含鍍層離子的電解質，所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。 答案：(1)正 (2)2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH (3)Zn－2e－===Zn2＋　Zn2＋＋2e－===Zn ZnSO4　Zn(NO3)2 12．現(xiàn)在工業(yè)上主要采用離子交換膜法電解飽和食鹽水制取H2、Cl2、NaOH。請回答下列問題： (1)在電解過程中，與電源正極相連的電極的電極反應式為________________________。 (2)電解之前食鹽水需要精制，目的是除去粗鹽中含有的Ca2＋、Mg2＋、SO等雜質離子，使用的試劑有： a．Na2CO3溶液 b．Ba(OH)2溶液 c．稀鹽酸 其合理的加入順序為________(填試劑序號)。 (3)如果在容積為10 L的離子交換膜電解槽中，1 min內在陽極可產生11.2 L(標準狀況)Cl2，這時溶液的pH是(設體積維持不變)________________________。 解析：(1)與電源正極相連的電極為陽極，Cl－放電。 (2)為了除盡雜質，除雜劑要稍過量，所以要考慮后加的試劑能夠將前面加入的過量試劑也除去，最后加入的物質可依靠其特性如揮發(fā)性而除去。 (3)由2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑可知： n(NaOH)＝2n(Cl2)＝2＝1 mol， c(OH－)＝c(NaOH)＝＝0.1 mol/L所以溶液的pH＝13。 答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ (2)bac (3)13 13．25 ℃時，用石墨電極電解2.0 L 0.5 molL－1 CuSO4溶液。5 min后，在一個石墨電極上有6.4 g Cu生成。 試回答下列問題： (1)發(fā)生氧化反應的是________極，電極反應為_______________________。 (2)若電解后溶液的體積不變，則電解后溶液的pH為________。 (3)若將溶液恢復到與電解前一樣，則需加入________mol的________。 (4)若用等質量的兩塊銅片代替石墨作電極，電解后兩銅片的質量相差________g，電解液的pH________(填“變小”、“變大”或“不變”)。 解析：(1)n(CuSO4)＝2.0 L0.5 molL－1＝1.0 mol，而在陰極析出的Cu為＝0.1 mol，故CuSO4未完全電解，陽極發(fā)生氧化反應，電極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。 (2)總反應： 2CuSO4＋2H2O2Cu?。2↑?。?H2SO4 2 2 2 1 2 0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol 0.05 mol 0.1 mol 所以電解后c(H＋)＝＝0.1 molL－1。 故pH＝－lg0.1＝1。 (3)電解后生成的0.1 mol Cu和0.05 mol O2脫離該體系，即相當于0.1 mol CuO，因此若將溶液復原，則應加入0.1 mol CuO。 (4)此時為電鍍池，陽極：Cu－2e－===Cu2＋，陰極：Cu2＋＋2e－===Cu，因此若陰極上析出6.4 g銅，則陽極溶解6.4 g銅，電解后兩銅片質量差為6.4 g＋6.4 g＝12.8 g，而電解液的pH不變。 答案：(1)陽　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (2)1 (3)0.1　CuO (4)12.8　不變 14．(xx溫州中學測試)右圖由莫菲滴管改裝成的微型電解裝置。 (1)若用該裝置來電解含3 mol NaCl和1 mol H2SO4的混合溶液，已知a、b兩極均為石墨。當從導管口收集到44.8 L(標準狀況下)氫氣時，陽極生成的氣體及對應的物質的量________。 (2)若b極是銅鋅合金，a極是純銅，電解質溶液中含有足量的Cu2＋，通電一段時間后，若b極恰好全部溶解，此時a極質量增加7.68 g，溶液質量增加0.03 g，則合金中Cu、Zn的物質的量之比為________。 解析：(1)生成44.8 L H2，轉移4 mol電子，則陽極將生成1.5 mol Cl2和0.25 mol O2。 (2)a極增加7.68 g Cu，其物質的量為0.12 mol，由得失電子守恒可知，b極Cu、Zn的物質的量之和為0.12 mol，溶液中部分Cu2＋變成Zn2＋，即： Cu2＋　～　Zn2＋　　Δm 64 g 65 g 1 g 溶液質量增加0.03 g，可知Zn的物質的量為0.03 mol，所以Cu、Zn的物質的量之比為0.09∶0.03，即3∶1。 答案：(1)1.5 mol Cl2,0.25 mol O2 (2)3∶1 15．(xx江門模擬)蓄電池是一種可以反復充電、放電的裝置，有一種蓄電池在充電和放電時發(fā)生的反應是NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2，用該蓄電池電解(陰、陽極均為惰性電極)M(NO3)x溶液時，若此蓄電池工作一段時間后消耗0.36 g水。 (1)電解時，電解池的陽極應連接________(填序號)。 A．NiO2　　　　　　　　 B．Fe C．Fe(OH)2 D．Ni(OH)2 (2)電解M(NO3)x溶液時某一極質量增加了m g，金屬M的相對原子質量的計算式為________(用m、x表示)。 (3)此蓄電池電解含有0.01 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液100 mL，轉移相同量的電子時，陽極產生氣體________L(標準狀況)，電解后溶液加水稀釋至1 L，溶液的pH為________。 解析：(1)電解池的陽極應連原電池的正極，故連NiO2。 (2)蓄電池工作時，消耗0.36 g水，通過0.02 mol電子，由電子守恒知＝0.02，M＝50mx。 (3)通過電子0.02 mol，首先產生0.005 mol Cl2，轉移電子的物質的量為0.01 mol，然后發(fā)生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，產生O2為＝0.0025 mol，V氣＝(0.002 5 mol＋0.005 mol)22.4 L/mol＝0.168 L。產生n(H＋)＝0.0025 mol4＝0.01 mol，c(H＋)＝0.01 mol/L，pH＝2。 答案：(1)A (2)50mx (3)0.168　2