高中化學(xué)選擇性必修一課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)1-3-2電解原理的應(yīng)用

課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)六電解原理的應(yīng)用(40分鐘70分)一、選擇題(本題包括8小題,每小題5分,共40分)1.(2020·深圳高二檢測(cè))利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純,下列敘述正確的是 ()A.電解時(shí)以精銅為陽極,以CuSO4溶液為電解液B.電解時(shí)陰極發(fā)生還原反應(yīng)C.粗銅連接電源負(fù)極,其電極反應(yīng)是Cu2eCu2+D.電解結(jié)束后,電解質(zhì)溶液的濃度保持不變【解析】選B。電解時(shí)精銅為陰極,粗銅為陽極,A項(xiàng)錯(cuò)誤;溶液中Cu2+在陰極上得電子,發(fā)生還原反應(yīng),B項(xiàng)正確;粗銅應(yīng)該連接電源正極,C項(xiàng)錯(cuò)誤;陽極上Fe、Zn、Cu失電子,陰極上只有Cu2+得電子,電解結(jié)束后,電解質(zhì)溶液中的Cu2+濃度減小,D項(xiàng)錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(2020·鞍山高二檢測(cè))用含少量銀和鋅的粗銅作陽極,純銅片作陰極,CuSO4溶液作電解液,電解一段時(shí)間后,陽極質(zhì)量減少了xg,則 ()A.電解液質(zhì)量增加xgB.陰極質(zhì)量增加xgC.陰極質(zhì)量增加bg,b>xD.陰極質(zhì)量增加bg,b<x【解析】選D。由于粗銅中含有Zn和Ag,在電解過程中陽極先是鋅失去電子,然后是銅失去電子,Ag落入陽極泥;而陰極一直是銅析出。在電解過程中,兩極得失電子相等,所以溶解的鋅和銅的物質(zhì)的量之和等于析出的銅的物質(zhì)的量,但由于M(Zn)>M(Cu),且還有一部分Ag要落入陽極泥,所以陽極減少的金屬的質(zhì)量大于陰極析出銅的質(zhì)量,即b<x,所以B、C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確;若陰極析出銅的質(zhì)量為bg,陽極落入陽極泥的Ag為mg,則電解質(zhì)溶液增加的質(zhì)量為(xmb)g,A項(xiàng)錯(cuò)誤。2.(2020·徐州高二檢測(cè))若在銅片上鍍銀時(shí),下列敘述正確的是 ()①將銅片接在電源的正極上②將銀片接在電源的正極上③在銅片上發(fā)生的反應(yīng)是Ag++eAg④在銀片上發(fā)生的反應(yīng)是4OH4eO2↑+2H2O⑤需用硫酸銅溶液作為電鍍液⑥需用硝酸銀溶液作為電鍍液A.①③⑥ B.②③⑥C.①④⑤ D.②③⑤【解析】選B。在銅片上鍍銀,銅片作陰極,電極反應(yīng)式為Ag++eAg;銀片作陽極,電極反應(yīng)式為AgeAg+;電解液應(yīng)含有Ag+,故B正確。3.關(guān)于電解NaCl水溶液,下列敘述正確的是 ()A.電解時(shí)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淀粉KI溶液,溶液呈現(xiàn)藍(lán)色C.若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈現(xiàn)無色D.電解一段時(shí)間后,將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中,充分?jǐn)嚢韬笕芤撼尸F(xiàn)中性【解析】選B。電解NaCl溶液,陰極生成H2和NaOH,陽極生成Cl2?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】銅是一種重要的金屬材料,有著非常重要的應(yīng)用。下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯(cuò)誤的是 ()【解析】選C。鍍件作陰極,與電源負(fù)極相連,C選項(xiàng)錯(cuò)誤。4.(2020·邵陽高二檢測(cè))在水中加等物質(zhì)的量的Ag+、Ba2+、Na+、SQUOTE、NQUOTE、Cl,將所得溶液放在用惰性電極作電極的電解槽中,通電片刻,則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為 ()A.35.5∶108 B.16∶207C.8∶1 D.108∶35.5【解析】選C。溶液中的六種離子,有四種發(fā)生反應(yīng)生成沉淀:Ag++ClAgCl↓、Ba2++SQUOTEBaSO4↓,最后溶液就成了NaNO3溶液;而電解NaNO3溶液,實(shí)質(zhì)就是電解水,電解方程式為2H2O2H2↑+O2↑。氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為m(O2)∶m(H2)=(1mol×32g·mol1)∶(2mol×2g·mol1)=8∶1,即C項(xiàng)正確?！疽族e(cuò)提醒】解答混合離子或物質(zhì)的電解題目時(shí)容易忽略離子之間的反應(yīng),而導(dǎo)致分析電極反應(yīng)式時(shí)出錯(cuò),如本題容易忽略Ag+與Cl之間的反應(yīng)而錯(cuò)選A?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(2020·蘇州高二檢測(cè))某溶液中含有Cu2+、Fe2+、AQUOTE、Cl、NQUOTE,且濃度均為0.1mol·L1,用石墨作電極進(jìn)行電解時(shí),肯定得不到的產(chǎn)物是 ()A.Cl2B.AlC.CuD.H2【解析】選B。陰極上AQUOTE、Fe2+的放電能力弱于H+,而Cu2+的放電能力比水電離出的H+的放電能力強(qiáng),陽極上Cl放電能力強(qiáng)于OH。5.硝酸鹽是進(jìn)入地下水中最頻繁的污染物質(zhì),飲用水中的硝酸鹽會(huì)導(dǎo)致“蘭嬰”綜合癥和胃癌、結(jié)直腸癌、淋巴瘤等癌癥發(fā)病率升高。電解降解法可用于治理水體硝酸鹽污染,將NQUOTE降解成N2的電解裝置如下圖所示。下列說法正確的是 ()A.電源的正極為bB.電解時(shí)H+從膜右側(cè)遷移到膜左側(cè)C.AgPt電極反應(yīng)為2H2O4e4H++O2↑D.若轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為1.204×1024,生成N25.6g【解析】選D。A項(xiàng),AgPt只能作陰極,b為電源負(fù)極,錯(cuò)誤;B項(xiàng),陽離子向陰極移動(dòng),故質(zhì)子應(yīng)是由左側(cè)向右側(cè)遷移,錯(cuò)誤;C項(xiàng),陰極得電子,錯(cuò)誤;D項(xiàng),根據(jù)氮原子守恒可知2NQUOTE～N2～10e,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為1.204×1024,即2mol電子生成N20.2mol,其N2的質(zhì)量為5.6g,正確。6.(2020·哈爾濱高二檢測(cè))某同學(xué)按如圖所示的裝置進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)。下列說法不正確的是 ()A.電解過程中,銅電極上有H2產(chǎn)生B.電解初期,總反應(yīng)方程式為Cu+H2SO4CuSO4+H2↑C.電解一段時(shí)間后,石墨電極上有銅析出D.整個(gè)電解過程中,H+的濃度減小【解析】選A。Cu電極為陽極,電極反應(yīng)式為Cu2eCu2+,故A項(xiàng)錯(cuò)誤。電解初期,陰極反應(yīng)為2H++2eH2↑,總反應(yīng)方程式為Cu+H2SO4CuSO4+H2↑,溶液中H+的濃度減小,故B、D兩項(xiàng)正確。電解一段時(shí)間后,溶液中Cu2+的濃度較大,此時(shí)陰極反應(yīng)為Cu2++2eCu,故C項(xiàng)正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】酸雨是世界十大環(huán)境問題之一,其罪魁禍?zhǔn)资谴髿馕廴疚颯O2和氮氧化物,利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2,并用陰極排出的溶液吸收NO2。下列說法正確的是 ()A.b為直流電源的正極B.將裝置中的陽離子交換膜換成陰離子交換膜,電極反應(yīng)式不變C.陽極的電極反應(yīng)式為SO2+2H2O2eSQUOTE+4H+D.電解時(shí),H+由陰極室通過陽離子交換膜到陽極室【解析】選C。二氧化硫被氧化為硫酸根離子,所以二氧化硫所在的區(qū)為陽極區(qū),陽極與電源正極相連,則b為電源負(fù)極,故A錯(cuò)誤;將裝置中的陽離子交換膜換成陰離子交換膜,電極反應(yīng)式發(fā)生改變,故B錯(cuò)誤;陽極的電極反應(yīng)式為SO2+2H2O2eSQUOTE+4H+,故C正確;電解時(shí),陽離子移向陰極,所以H+由陽極室通過陽離子交換膜到陰極室,故D錯(cuò)誤。7.在100mL硫酸和硫酸銅的混合液中,用石墨作電極進(jìn)行電解,兩極上均收集到2.24L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況),則原混合液中,Cu2+的物質(zhì)的量濃度為 ()A.1mol·L1 B.2mol·L1C.3mol·L1 D.4mol·L1【解析】選A。分析電解硫酸、硫酸銅混合液的陰、陽兩極的電極反應(yīng)可知,兩極產(chǎn)生的氣體分別為氫氣、氧氣各0.1mol,氧氣是由氫氧根離子失去0.4mol電子而得到,氫氣是由氫離子得到0.2mol電子而生成。由電子得失守恒知,還有0.2mol電子是銅離子得到的,則銅離子的物質(zhì)的量是0.1mol,其物質(zhì)的量濃度為QUOTE=1mol·L1?！净?dòng)探究】(1)寫出陰陽極的電極反應(yīng)式。提示:陽極OH放電,電極反應(yīng)式為4OH4eO2↑+2H2O;陰極首先Cu2+放電然后是H+放電,電極反應(yīng)為Cu2++2eCu,2H++2eH2↑。(2)電解后加入什么物質(zhì)可以使溶液恢復(fù)到電解之前,加入的物質(zhì)的質(zhì)量是多少?提示:由于電解過程中在陽極產(chǎn)生了0.1mol的O2,在陰極產(chǎn)生了0.1molH2,根據(jù)電子守恒可以判斷在陰極還產(chǎn)生0.1mol的Cu,因此復(fù)原時(shí)應(yīng)加入Cu(OH)2,根據(jù)元素守恒可以判斷其物質(zhì)的量為0.1mol,則質(zhì)量為9.8g。8.(2020·西城區(qū)高二檢測(cè))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,電流表指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。下列判斷正確的是 ()A.b為負(fù)極,d為陽極B.一段時(shí)間后,a和d電極附近溶液變紅C.b電極的電極反應(yīng)式為2Cl2eCl2↑D.電解一段時(shí)間,當(dāng)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】選D。右側(cè)裝置為原電池,左側(cè)裝置為電解池。在右側(cè)裝置中,通入O2的電極為原電池的正極,其電極反應(yīng)式為O2+4e+2H2O4OH,所以一段時(shí)間后d電極附近溶液變紅,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)式為4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3,a與電池的正極相連,故a為電解池的陽極,b與電池的負(fù)極相連,故b為電解池的陰極,電解飽和NaCl溶液時(shí),Cl在a極放電生成Cl2,H+在b極放電生成H2,故一段時(shí)間后b電極附近溶液變紅。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能被NaOH全部溶解。二、非選擇題(本題包括2小題,共30分)9.(15分)(2020·青島高二檢測(cè))電解原理在化學(xué)工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。(1)如圖,其中a是電解質(zhì)溶液,X、Y是兩塊電極板。若X、Y是惰性電極,a是CuSO4溶液,則電解時(shí)的化學(xué)方程式為

_________________________________;

通電一段時(shí)間后,向燒杯中的電解質(zhì)溶液中加入0.2molCuO粉末,電解質(zhì)溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH,則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為____________。若X、Y分別是鐵和銅,a仍是CuSO4溶液,則Y極的電極反應(yīng)式為_________________________________。

(2)已知+2價(jià)的鐵的化合物通常具有較強(qiáng)的還原性,易被氧化。實(shí)驗(yàn)室用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)很難制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀,但是用電解的方法可以制得純凈的Fe(OH)2沉淀。制備裝置如圖所示,其中a、b兩電極材料分別為鐵和石墨。①a電極上的反應(yīng)式為______________________________。

②電解質(zhì)溶液d最好選____________(填編號(hào))。

A.純水 B.CuSO4溶液C.NaOH溶液 D.H2SO4溶液③液體c為____________(填編號(hào))。

A.四氯化碳 B.硝基苯C.苯 D.乙醇【解析】(1)用惰性電極電解CuSO4溶液的化學(xué)方程式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4;通電一段時(shí)間后,向燒杯中的電解質(zhì)溶液中加入0.2molCuO粉末,電解質(zhì)溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH,說明在電解的過程中剛好生成了0.2molCu和0.1molO2,所以轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.4mol。當(dāng)X、Y分別是鐵和銅時(shí),Y極的電極反應(yīng)式為Cu2eCu2+。(2)該小題主要考查在無氧環(huán)境下制備Fe(OH)2沉淀,所以液體c應(yīng)選擇密度比水小且與水不互溶的物質(zhì),故選C。答案:(1)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO40.4molCu2eCu2+(2)①Fe2eFe2+②C③C10.(15分)(2020·衡水高二檢測(cè))下圖所示裝置中,甲、乙、丙三個(gè)燒杯依次分別盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,電極均為石墨電極。 接通電源,經(jīng)過一段時(shí)間后,測(cè)得丙中K2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.47%,乙中c電極質(zhì)量增加。據(jù)此回答問題:(1)電源的N端為____________極。

(2)電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

____________________________。

(3)列式計(jì)算電極b上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積:

__________________。

(4)電極c的質(zhì)量變化是____________g。

【解析】由題中信息c的電極質(zhì)量增加知:c極上析出銅,故c為陰極,d為陽極,e為陰極,f為陽極。(1)N端為正極,M端為負(fù)極,a為陰極,b為陽極。(2)甲燒杯中b極上發(fā)生反應(yīng)為4OH4e2H2O+O2↑。(3)電解K2SO4溶液實(shí)質(zhì)是電解水,設(shè)電解水的質(zhì)量為m,則100g×10.00%=(100gm)×10.47%,解得m≈4.5g,即0.25molH2O,每電解2molH2O轉(zhuǎn)移4mol電子,故整個(gè)裝置發(fā)生電極反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.5mol電子,產(chǎn)生O2的體積為V=n·Vm=QUOTE×22.4L·mol1=2.8L。(4)c極上析出銅的質(zhì)量為QUOTE×64g·mol1=16g。答案:(1)正(2)4OH4e2H2O+O2↑(3)水減少的質(zhì)量:100g×(1QUOTE)≈4.5g,生成O2的體積:QUOTE×QUOTE×22.4L·mol1=2.8L(4)16【補(bǔ)償訓(xùn)練】(2020·泉州高二檢測(cè))如圖所示,若電解5min時(shí),測(cè)得銅電極的質(zhì)量增加2.16g。試回答:(1)電源中X極是____________(填“正”或“負(fù)”)極。

(2)通電5min時(shí),B中共收集到224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體,溶液體積為200mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計(jì)),則通電前c(CuSO4)=_______________________________________mol·L1。

(3)若A中KCl溶液的體積也是200mL,則電解后溶液的c(OH)=____________mol·L1。

【解析】(1)銅極增重,說明銀在銅極析出,則銅極為陰極,X為負(fù)極。(2)C中銅極增重2.16g,即析出0.02molAg,線路中通過0.02mol電子。由4e～O2,可知B中產(chǎn)生的O2只有0.005mol,即112mL。但B中共收集到224mL氣體,說明還有112mL氣體是H2,即Cu2+全部在陰極放電后,H+接著放電產(chǎn)生了112mLH2,則通過0.01mol電子時(shí),Cu2+已完全變?yōu)镃u單質(zhì)。由2e～Cu,可知n(Cu2+)=0.005mol,則c(CuSO4)=QUOTE=0.025mol·L1。(3)由4e～4OH知,A中生成0.02molOH,c(OH)=0.1mol·L1。答案:(1)負(fù)(2)0.025(3)0.1(20分鐘30分)一、選擇題(本題包括2小題,每小題6分,共12分)11.(2020·長(zhǎng)沙高二檢測(cè))氯堿工業(yè)的一種節(jié)能新工藝是將電解池與燃料電池相結(jié)合,相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示(電極未標(biāo)出)。下列說法正確的是 ()A.電解池的陰極反應(yīng)式為2H2O+2eH2↑+2OHB.通入空氣的電極為負(fù)極C.電解池中產(chǎn)生2molCl2時(shí),理論上燃料電池中消耗0.5molO2D.a、b、c的大小關(guān)系為a>b=c【解析】選A。題給電解池的陰極反應(yīng)式為2H2O+2eH2↑+2OH,陽極反應(yīng)式為2Cl2eCl2↑,A項(xiàng)正確;題給燃料電池為氫氧燃料電池,通入空氣的電極為正極,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由整個(gè)電路中得失電子守恒可知,電解池中產(chǎn)生2molCl2,理論上轉(zhuǎn)移4mole,則燃料電池中消耗1molO2,C項(xiàng)錯(cuò)誤;題給燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為2H24e+4OH4H2O,正極反應(yīng)式為O2+4e+2H2O4OH,所以a、b、c的大小關(guān)系為c>a>b,D項(xiàng)錯(cuò)誤。12.(2020·南京高二檢測(cè))鈦及鈦合金作為重要的結(jié)構(gòu)材料和耐蝕材料,在航空、航天等諸多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。如圖為用固體二氧化鈦(TiO2)生產(chǎn)海綿鈦的裝置示意圖,其原理是在較低的陰極電位下,TiO2(陰極)中的氧解離進(jìn)入熔融鹽,陰極最后只剩下純鈦。下列說法中正確的是 ()A.陽極的電極反應(yīng)式為2Cl2eCl2↑B.陰極的電極反應(yīng)式為TiO2+4eTi+2O2C.通電后,O2、Cl均向陰極移動(dòng)D.石墨電極的質(zhì)量不發(fā)生變化【解析】選B。電解池的陽極是O2發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),生成O2等氣體,電極反應(yīng)式為2O24eO2↑,故A錯(cuò)誤;電解池的陰極是TiO2,電極本身得電子發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為TiO2+4eTi+2O2,故B正確;電解池中,陰離子均移向陽極,故C錯(cuò)誤;石墨電極會(huì)和陽極上產(chǎn)生的O2反應(yīng)生成CO、CO2,則電極本身被消耗,質(zhì)量減小,故D錯(cuò)誤。二、非選擇題(本題包括1小題,共18分)13.下圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極,電極c、d都是石墨電極。通電一段時(shí)間后,在c、d兩極上共收集到336mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體?；卮?(1)直流電源中,M為____________極。

(2)Pt電極上生成的物質(zhì)是____________,其質(zhì)量為____________g。

(3)電源輸出電子的物質(zhì)的量與電極b、c、d分別生成的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2∶____________∶____________∶______