2020-2021化學(xué)44-3-2 電解原理的應(yīng)用含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專(zhuān)精2020-2021學(xué)年化學(xué)人教版選修4課時(shí)作業(yè)：4-3-2電解原理的應(yīng)用含解析課時(shí)作業(yè)21電解原理的應(yīng)用時(shí)間：45分鐘滿(mǎn)分:100分一、選擇題（每小題4分，共48分)1．關(guān)于下列裝置說(shuō)法正確的是（B）A．裝置①中，鹽橋中的K＋轉(zhuǎn)移ZnSO4溶液B．裝置②工作一段時(shí)間后,a極附近溶液的pH增大C．用裝置③精煉銅時(shí)，c極為粗銅D．裝置④中電子由Zn流向Fe,裝置中有Fe2＋生成解析：裝置①原電池中,Zn是負(fù)極,Cu是正極,鹽橋中的陽(yáng)離子K＋移向正極，即移向硫酸銅溶液,A錯(cuò)誤；在裝置②電解池中，陰極a極是氫離子發(fā)生得電子生成氫氣的還原反應(yīng),該極附近堿性增強(qiáng),所以a極附近溶液的pH增大，B正確；用裝置③精煉銅時(shí),陽(yáng)極d極應(yīng)該是粗銅,陰極c極應(yīng)該是純銅，C錯(cuò)誤；在裝置④原電池中，電子從負(fù)極Zn流向正極Fe，在鐵電極上氫離子得電子生成氫氣,反應(yīng)實(shí)質(zhì)是金屬鋅和氫離子之間的反應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生亞鐵離子,D錯(cuò)誤。2．下列描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是（A)A．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽(yáng)極B．電解法精煉粗銅，用純銅作陰極C．電解飽和食鹽水制燒堿,用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極D．在鍍件上電鍍鋅,用鋅作陽(yáng)極解析：本題主要考查同學(xué)們對(duì)電解原理的掌握情況，側(cè)重考查同學(xué)們靈活運(yùn)用知識(shí)，將理論知識(shí)與實(shí)際生活、生產(chǎn)相聯(lián)系的應(yīng)用能力，這是今后高考的命題方向?；顫婋姌O（除C、Pt外的電極稱(chēng)活潑電極）在陽(yáng)極失電子被氧化，A中鐵放電，不能得到金屬鋁，D中陽(yáng)極鋅放電產(chǎn)生Zn2＋，補(bǔ)充Zn2＋，B、C中陰極不參加反應(yīng)。在深刻理解電解原理的基礎(chǔ)上，熟記電解精煉、電鍍的特點(diǎn)及電解中物質(zhì)的放電順序，是順利解答該類(lèi)題目的關(guān)鍵。3．將Fe片和Zn片放在盛有NaCl溶液（其中滴入酚酞）的表面皿中，如圖所示，最先觀察到變紅的區(qū)域是(B）A．Ⅰ和Ⅲ B．Ⅰ和ⅣC．Ⅱ和Ⅲ D．Ⅱ和Ⅳ解析：分析甲、乙兩圖的特點(diǎn)可以判斷出，甲圖是原電池，乙圖是電解池。甲圖中的電極反應(yīng)為：負(fù)極（Zn）：Zn－2e－=Zn2＋，正極(Fe）：O2＋2H2O＋4e－=4OH－,所以甲圖中Ⅰ附近有OH－生成,先變紅;乙圖中Fe為陽(yáng)極：Fe－2e－=Fe2＋，Zn為陰極：2H＋＋2e－=H2↑,H2O電離出的H＋放電變成H2，OH－增多，所以乙中Ⅳ附近先變紅。4．下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯(cuò)誤的是(C）5．將1L含有0。4molCu（NO3)2和0。2molKCl的水溶液用惰性電極電解一段時(shí)間后，在一個(gè)電極上析出0。3molCu,此時(shí)在另一電極上放出氣體的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為（A)A．4.48L B．6.72LC．2。8L D．3。36L解析:在一個(gè)電極（陰極）上析出0.3molCu，由Cu2＋＋2e－=Cu可知，電路中轉(zhuǎn)移了0.6mol電子;陽(yáng)極有0。2molCl－失電子,由2Cl－－2e－=Cl2↑可知，失去0.2mol電子，產(chǎn)生0。1molCl2，另外還有0.4mol電子是OH－失去的,由4OH－－4e－=2H2O＋O2↑可知，產(chǎn)生0。1molO2，因此一共產(chǎn)生0。2mol氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為4.48L。6．工業(yè)上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質(zhì)Ni的原理如圖所示.下列說(shuō)法不正確的是［已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中發(fā)生水解，②氧化性：Ni2＋(高濃度)>H＋〉Ni2＋(低濃度）］(B)A．碳棒上發(fā)生的電極反應(yīng)：4OH－－4e－=O2↑＋2H2OB．電解過(guò)程中,B室中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度將不斷減小C．為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過(guò)程中需要控制廢水的pHD．若將圖中陽(yáng)離子膜去掉,將A、B兩室合并，則電解反應(yīng)總方程式發(fā)生改變解析：陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，陰極的電極反應(yīng)式為Ni2＋＋2e－=Ni、2H＋＋2e－=H2↑,A項(xiàng)正確；由于C室中Ni2＋、H＋不斷減少，Cl－通過(guò)陰離子膜從C室移向B室,A室中OH－不斷減少，Na＋通過(guò)陽(yáng)離子膜從A室移向B室,所以B室中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度不斷增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由于H＋的氧化性大于Ni2＋(低濃度）的氧化性,所以為了提高Ni的產(chǎn)率,電解過(guò)程中需要控制廢水的pH，C項(xiàng)正確；若去掉陽(yáng)離子膜，在陽(yáng)極Cl－首先放電生成Cl2，反應(yīng)總方程式發(fā)生改變，D項(xiàng)正確。7．化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組在學(xué)習(xí)化學(xué)電源和氯堿工業(yè)相關(guān)知識(shí)后，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。他們?cè)O(shè)計(jì)組裝了如圖所示裝置，已知a為石墨電極；b為鐵電極；c為鋁電極(已除去表面氧化膜)；d為多孔石墨電極，燒杯中是足量飽和食鹽水(滴有酚酞)，連好導(dǎo)線后，電流計(jì)指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。下列判斷正確的是（D）A．b為負(fù)極，d為陽(yáng)極B．一段時(shí)間后，a和d電極附近溶液變紅C．b電極電極反應(yīng)式為：2Cl－－2e－=Cl2↑D．當(dāng)電解一段時(shí)間，B中出現(xiàn)大量白色沉淀時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，再將A中溶液倒入B中混合,充分振蕩，沉淀全部消失解析：右端裝置為原電池，左端裝置為電解池。在右端裝置中,通入O2的電極為電池的正極，其電極反應(yīng)為：O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以在d電極附近，一段時(shí)間后出現(xiàn)紅色，Al為原電池的負(fù)極，Al失去電子生成Al3＋，Al3＋與溶液中的OH－反應(yīng)生成白色Al(OH)3沉淀,電池總反應(yīng)為：4Al＋3O2＋6H2O=4Al（OH）3↓，a與電池的正極相連,故a為電解池的陽(yáng)極，b與電池負(fù)極相連，故b為電解池的陰極，電解飽和NaCl溶液時(shí)，溶液中的Cl－在a極放電生成Cl2，溶液中的H＋在b極放電生成H2、NaOH，根據(jù)得失電子守恒,A中產(chǎn)生的NaOH與B中Al3＋結(jié)合的OH－物質(zhì)的量相等,所以電解一段時(shí)間后,將A、B混合并充分振蕩，Al（OH）3與NaOH反應(yīng)而溶解.綜合上述知選項(xiàng)D正確。8．如圖乙所示是根據(jù)圖甲的電解池進(jìn)行電解時(shí)，某個(gè)量（縱坐標(biāo)x)隨時(shí)間變化的函數(shù)圖像（各電解池都用石墨作電極,不考慮電解過(guò)程中溶液濃度變化對(duì)電極反應(yīng)的影響），這個(gè)量x表示(C)A．各電解池析出氣體的體積B．各電解池陽(yáng)極質(zhì)量的增加量C．各電解池陰極質(zhì)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(shí)陰、陽(yáng)極都產(chǎn)生氣體，電解AgNO3溶液時(shí)陰極上產(chǎn)生單質(zhì)銀，電解CuSO4溶液時(shí)陰極上產(chǎn)生單質(zhì)銅，所以隨著電解的進(jìn)行，陰極質(zhì)量的增加量有如題中圖乙所示的變化.9．用石墨電極電解1L含硝酸銅和氯化鈉各0.1mol的混合溶液，當(dāng)陽(yáng)極上生成2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時(shí)，假設(shè)溶液的體積不變，下列說(shuō)法正確的是（C)A．電解過(guò)程中溶液中有藍(lán)色沉淀生成B．陰極也產(chǎn)生2。24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體C．陰極增重6。4gD．所得溶液的pH大于7解析：含硝酸銅和氯化鈉各0.1mol的混合溶液中,各離子的物質(zhì)的量分別為Cu2＋0.1mol，Na＋0.1mol、Cl－0.1mol、NOeq\o\al（－,3)0。2mol.陽(yáng)極Cl－先放電:2Cl－－2e－=Cl2↑，由于Cl－僅0.1mol，故電子轉(zhuǎn)移了0.1mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出Cl20.05mol,即1。12L。根據(jù)題意知，陽(yáng)極生成2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體,故OH－繼續(xù)放電：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑,放出O2的體積為2。24L－1。12L＝1.12L,此時(shí)電子轉(zhuǎn)移了0.2mol，消耗OH－0.2mol,即在電解過(guò)程中共轉(zhuǎn)移0。3mol電子.陰極上發(fā)生還原反應(yīng)：Cu2＋＋2e－=Cu，A項(xiàng)錯(cuò)誤；因溶液中含Cu2＋0.1mol，故陰極析出銅6.4g，C項(xiàng)正確；此時(shí)消耗了0。2mol電子，還有0.1mol電子由H＋消耗：2H＋＋2e－=H2↑,故標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出H20。05mol，即1.12L，B項(xiàng)錯(cuò)誤;需H＋0.1mol，故消耗OH－的物質(zhì)的量大于H＋的,所得溶液的pH小于7，D項(xiàng)錯(cuò)誤。10．電解Na2SO4溶液聯(lián)合生產(chǎn)硫酸和燒堿溶液的裝置如下圖所示，其中陰極和陽(yáng)極均為惰性電極。測(cè)得同溫同壓下，氣體甲與氣體乙的體積比約為12，以下說(shuō)法正確的是（B）A．a(chǎn)極與電源的負(fù)極相連B．產(chǎn)物丙為硫酸C．離子交換膜d為陰離子交換膜D．a(chǎn)電極反應(yīng)式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－11．電解法處理酸性含鉻廢水（主要含有Cr2Oeq\o\al（2－，7)）時(shí)，以鐵板作陰、陽(yáng)極，處理過(guò)程中存在反應(yīng)Cr2Oeq\o\al（2－，7）＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O,最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去，下列說(shuō)法不正確的是（B）A．陽(yáng)極反應(yīng)為Fe－2e－=Fe2＋B．電解過(guò)程中溶液pH不會(huì)變化C．過(guò)程中有Fe（OH)3沉淀生成D．電路中每轉(zhuǎn)移12mol電子，最多有1molCr2Oeq\o\al（2－,7)被還原解析：由題意知陽(yáng)極反應(yīng)為Fe－2e－=Fe2＋，陰極反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑，且發(fā)生反應(yīng)Cr2Oeq\o\al（2－,7）＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，H＋濃度減小，溶液的pH會(huì)增大,從而可形成Cr(OH)3和Fe（OH）3沉淀。依據(jù)電極反應(yīng)式和離子方程式知電路中每轉(zhuǎn)移12mol電子，有6molFe被氧化，最多有1molCr2Oeq\o\al（2－,7)被還原。12．如下圖所示的裝置，C、D、E、F、X、Y都是惰性電極。將電源接通后，向（乙)中滴入酚酞溶液,在F極附近顯紅色。則下列說(shuō)法正確的是（D)A．電源B極是正極B．(甲）(乙）裝置的C、D、E、F電極均有單質(zhì)生成，其物質(zhì)的量之比為1221C．欲用(丙)裝置給銅鍍銀，H應(yīng)該是Ag,電鍍液是AgNO3溶液D．裝置（丁)中Y極附近紅褐色變深，說(shuō)明Fe（OH)3膠粒帶正電荷解析：由F極附近顯紅色知其為陰極，則電源B極是負(fù)極，從而知C、D、E、F電極生成的單質(zhì)分別是O2、Cu、Cl2、H2，其物質(zhì)的量之比為1222，欲用(丙）裝置給銅鍍銀，陽(yáng)極G應(yīng)該是Ag；裝置（丁)中Y極是陰極,若附近紅褐色變深，說(shuō)明Fe(OH)3膠粒帶正電荷。二、非選擇題(52分）13．（12分）如圖為電解裝置，X、Y為電極材料，a為電解質(zhì)溶液。（1）若a為含有酚酞的KCl溶液，X為Fe,Y為石墨,電解一段時(shí)間后：X電極附近可觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是電極表面產(chǎn)生氣體，附近溶液變紅,寫(xiě)出Y電極的電極反應(yīng)式2Cl－－2e－=Cl2↑。（2）若要實(shí)現(xiàn)Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑，則Y電極材料是Cu，寫(xiě)出X電極的電極反應(yīng)式2H＋＋2e－=H2↑。(3）若要利用該裝置在鐵制品表面鍍上一層銀，則a為AgNO3溶液,反應(yīng)前兩電極的質(zhì)量相等，反應(yīng)后兩電極質(zhì)量相差2.16g，則該過(guò)程理論上通過(guò)電流表的電子數(shù)為0.01NA(或6.02×1021).（4）X、Y均為惰性電極，a為NaOH溶液,電解一段時(shí)間后，溶液的pH增大（填“增大”“不變”或“減小”），若要使溶液恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，可往溶液中加入H2O。解析：(1）若a為含有酚酞的KCl溶液，X為Fe，Y為石墨，X電極上氫離子得到電子生成氫氣，電極附近溶液中氫氧根離子濃度增大，遇酚酞變紅色;Y電極上氯離子失電子生成氯氣，電極反應(yīng)是2Cl－－2e－=Cl2↑。(2）要實(shí)現(xiàn)Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑，需要利用電解原理，Y電極應(yīng)是銅作陽(yáng)極,X電極上是氫離子得到電子生成氫氣，陰極電極反應(yīng)2H＋＋2e－=H2↑。(3）利用該裝置在鐵制品表面鍍上一層銀，銀作陽(yáng)極Y，鐵作陰極X，含銀離子的電解質(zhì)溶液硝酸銀溶液進(jìn)行電解,陽(yáng)極電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算電子轉(zhuǎn)移數(shù),反應(yīng)前兩電極的質(zhì)量相等，反應(yīng)后兩電極質(zhì)量相差2.16g，依據(jù)電子守恒可知，陽(yáng)極質(zhì)量減小與陰極質(zhì)量增加的質(zhì)量相同，陰極析出銀的質(zhì)量＝陽(yáng)極溶解減小的銀的質(zhì)量＝1。08g，析出銀的物質(zhì)的量＝eq\f（1.08g,108g·mol－1）＝0。01mol,則該過(guò)程理論上通過(guò)電流表的電子數(shù)為0。01NA或6。02×1021。(4)X、Y均為惰性電極，a為NaOH溶液，實(shí)質(zhì)是電解水，溶液濃度增大,溶液pH增大;氫氧根離子在陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氫離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣,故應(yīng)加入水恢復(fù)溶液濃度。14．（12分）在如圖所示的裝置中，通電5min后,銅電極的質(zhì)量增加2.16g。試回答下列問(wèn)題：(1）電源中X極為直流電源的負(fù)極。(2)溶液pH的變化情況：A增大,B減小，C不變。（均填“增大"“減小”或“不變”)（3)通電5min后，B裝置中共收集224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）氣體,溶液體積為200mL，則通電前該裝置溶液中CuSO4的物質(zhì)的量濃度為0。025_mol·L－1（設(shè)電解前后溶液體積無(wú)變化).（4）若A裝置中KCl足量且溶液的體積也是200mL,則電解后恢復(fù)至常溫，溶液的pH為13(設(shè)電解前后溶液體積無(wú)變化).解析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析出電源的正負(fù)極，進(jìn)而確定三個(gè)電解池中電極的名稱(chēng)是解題的關(guān)鍵.(1）三個(gè)裝置是串聯(lián)的電解池.電解AgNO3溶液時(shí)，Ag＋在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成Ag，所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極,則銀電極是陽(yáng)極,故Y極是電源的正極，X極是電源的負(fù)極.(2）電解KCl溶液生成KOH，溶液的pH增大;電解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液的pH減?。浑娊釧gNO3溶液，銀為陽(yáng)極,不斷溶解,Ag＋的濃度基本不變,溶液的pH不變。（3)通電5min后，C中析出0.02molAg，電路中通過(guò)0。02mol電子。B裝置中共收集0。01mol氣體,若該氣體全為氧氣，則電路中需通過(guò)0。04mol電子，與事實(shí)不符。因此,B裝置中的電解過(guò)程分為兩個(gè)階段,先電解CuSO4溶液生成O2，然后實(shí)質(zhì)是電解水，生成O2和H2，即B裝置中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設(shè)電解CuSO4溶液時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為x,電解H2O時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為y，生成H2的物質(zhì)的量為2y，則4x＋4y＝0.02mol(電子守恒），x＋3y＝0.01mol，解得x＝y(tǒng)＝0.0025mol,所以n（CuSO4）＝2×0。0025mol＝0.005mol,c(CuSO4)＝0。005mol÷0.2L＝0.025mol·L－1。（4）通電5min后，A裝置中放出0。01molH2，溶液中生成0。02molKOH,c（OH－)＝0。02mol÷0。2L＝0.1mol·L－1，pH＝13。15．(16分）如圖所示是用石墨和鐵作電極電解飽和食鹽水的裝置，請(qǐng)?zhí)羁?（1）X的電極名稱(chēng)是陽(yáng)極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為:2Cl－－2e－=Cl2↑，Y極的電極材料是Fe,檢驗(yàn)X極產(chǎn)物的方法是用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙放在X極附近，若試紙變藍(lán),說(shuō)明生成了Cl2。(2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)誤將兩種電極材料接反，導(dǎo)致X極上未收集到預(yù)期產(chǎn)物，一段時(shí)間后又將兩極的連接方式糾正過(guò)來(lái)，發(fā)現(xiàn)X極附近出現(xiàn)了白色沉淀,此沉淀是Fe（OH)2（填化學(xué)式），其形成原因是鐵作陽(yáng)極時(shí)被氧化為Fe2＋，糾正錯(cuò)誤后,這一端又變?yōu)殛帢O,2H＋＋2e－=H2↑,生成的OH－與Fe2＋結(jié)合成Fe(OH)2，該沉淀在空氣中放置，現(xiàn)象是先變灰綠色,后變紅褐色。(3)工業(yè)上電解飽和食鹽水的方法之一是將兩個(gè)電極室用離子交換膜隔開(kāi)（如圖所示），其目的是防止H2與Cl2混合發(fā)生爆炸,防止Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，使NaOH不純，陽(yáng)極室（A處）加入飽和食鹽水,陰極室（B處）加入純水（或NaOH稀溶液)，離子交換膜只許Na＋通過(guò)。解析：與電源正極