第二節(jié)第1課時電解原理

第二節(jié)電解池第1課時電解原理基礎鞏固1.下列說法錯誤的是()。A.電解質(zhì)溶液的導電過程是化學變化,而金屬的導電是物理變化B.電解質(zhì)溶液導電的過程,就是電解質(zhì)溶液的電解過程C.電解質(zhì)在任何條件下均可以導電D.電解質(zhì)溶液導電過程中一定有新物質(zhì)生成答案:C解析:電解質(zhì)溶液導電的過程就是被電解的過程,在電解過程中發(fā)生氧化還原反應,一定有新物質(zhì)生成,所以是化學變化。金屬導電是靠自由電子的定向移動,無新物質(zhì)生成,是物理變化。A、B、D項正確。電解質(zhì)要導電只有在電離的條件下,存在自由移動的離子時才能導電,所以C項錯誤。2.用如圖所示裝置處理含NO3-的酸性廢水,裝置右側(cè)的電極反應式為2NO3-+12H++10e-N2↑+6H2O,下列說法正確的是(A.a端是直流電源的負極B.該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為電能C.電解時,H+通過離子交換膜從右側(cè)移向左側(cè)D.每轉(zhuǎn)移1mol電子,左側(cè)電極上產(chǎn)生8gO2答案:D解析:NO3-在右側(cè)Pt電極被還原生成N2,則該Pt電極是陰極,b端是直流電源的負極,A項錯誤;該裝置是電解池,將電能轉(zhuǎn)化為化學能,B項錯誤;電解時,陽離子向陰極移動,則H+從左側(cè)向右側(cè)移動,C項錯誤;左側(cè)電極是陽極,電極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑,轉(zhuǎn)移1mol電子時生成0.25molO2,其質(zhì)量為0.25mol×32g·mol-1=8g,D3.如圖裝置中發(fā)生反應的離子方程式為Zn+2H+Zn2++H2↑,下列說法錯誤的是()。A.a、b不可能是同種材料的電極B.該裝置可能是電解池,電解質(zhì)溶液為稀鹽酸C.該裝置可能是原電池,電解質(zhì)溶液為稀鹽酸D.該裝置可看作是鋅銅原電池,電解質(zhì)溶液是稀硫酸答案:A解析:若該裝置為電解池,則a、b兩電極的材料可以都為Zn,A項錯誤;在保證陽極為Zn時,該電解池的電解質(zhì)溶液可以為稀鹽酸,B項正確;在保證其中一電極的材料為Zn時,用活動性比鋅弱的導電性材料作另一電極,該原電池的電解質(zhì)溶液為稀鹽酸或稀硫酸都可以,C、D兩項正確。4.某同學將電解池工作時電子、離子遷移方向及電極種類等信息表示在圖中,下列有關(guān)分析完全正確的是()。選項ABCDa電極陽極陰極陽極陰極d電極正極正極負極負極Q離子陽離子陽離子陰離子陰離子答案:B解析:根據(jù)題圖知,該裝置有外接電源,所以屬于電解池,根據(jù)電子流向知,c是負極,d是正極,a是陰極,b是陽極,電解時,電解質(zhì)溶液中陽離子向陰極移動,陰離子向陽極移動,則Q離子是陽離子,P離子是陰離子,B項正確。5.現(xiàn)用Pt電極電解1L濃度均為0.1mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,裝置如圖,下列說法正確的是()。A.電解開始時陰極有H2放出B.電解開始時陽極上發(fā)生:Cu2++2e-CuC.整個電解過程中,SO4D.當電路中通過電子的量超過0.1mol時,此時陰極放電的離子發(fā)生了變化答案:C解析:依據(jù)放電順序陰極先放電的是Cu2+,故陰極開始析出的是Cu,陽極先放電的是Cl-,故陽極開始產(chǎn)生的是Cl2,A、B項錯誤。陽極先是Cl-放電,當Cl-消耗完畢,此時H2O電離產(chǎn)生的OH-開始在陽極放電,SO42-不參與電極反應,C項正確。由陰極反應Cu2++2e-Cu,n(Cu2+)=0.1mol,當電路中通過電子的量達到0.2mol時,此時Cu2+消耗完畢,陰極放電離子變?yōu)镠+6.用石墨作電極,電解1mol·L-1下列物質(zhì)的溶液,溶液的pH保持不變的是()。A.HCl B.NaOHC.Na2SO4 D.NaCl答案:C解析:電解HCl溶液,陰極析出H2,陽極析出Cl2,溶液pH增大;電解NaOH溶液,相當于電解水,溶液pH增大;電解Na2SO4溶液,相當于電解水,溶液pH不變;電解NaCl溶液,陰極析出H2,陽極析出Cl2,溶液pH增大。7.用Pt電極電解物質(zhì)的量均為0.1mol的Cu2+和X3+的混合溶液,陰極析出固體物質(zhì)的質(zhì)量m(g)與導線中通過電子的物質(zhì)的量n(mol)的關(guān)系如圖所示,則離子的氧化能力由大到小排列正確的是()。A.Cu2+>X3+>H+ B.H+>X3+>Cu2+C.Cu2+>H+>X3+ D.X3+>H+>Cu2+答案:C解析:根據(jù)題圖知,通電開始就有固體析出,且通過0.2mol電子后,不再析出固體,則為Cu2+放電的結(jié)果,當電子超過0.2mol時,固體質(zhì)量改變,陰極產(chǎn)生的是氫氣,故氧化能力為Cu2+>H+>X3+。8.用鉑電極電解一定濃度的下列物質(zhì)的水溶液,在電解后的電解質(zhì)溶液中加適量水,就能使溶液濃度恢復到電解前濃度的是()。A.NaCl B.Na2CO3C.CuSO4 D.K2S答案:B解析:電解NaCl溶液時陽極和陰極分別為Cl-和H+放電,相當于電解HCl,恢復原濃度需通入適量HCl氣體,A項錯誤;電解Na2CO3溶液時陽極和陰極分別為OH-和H+放電,相當于電解水,恢復原濃度需加入適量H2O,B項正確;電解CuSO4溶液時陽極和陰極分別為OH-和Cu2+放電,恢復原濃度需加入適量CuO或CuCO3等,C項錯誤;電解K2S溶液時陽極和陰極分別為S2-和H+放電,恢復原濃度需通入適量H2S氣體,D項錯誤。9.利用電化學原理還原CO2制取ZnC2O4的裝置如圖所示(電解質(zhì)溶液不參加反應),下列說法正確的是()。A.可用H2SO4溶液作電解液B.陽離子交換膜的主要作用是增強導電性C.工作電路中每流過0.02mol電子,Zn電極質(zhì)量減少0.65gD.Pb電極的電極反應式是2CO2-2e-C2O4答案:C解析:如果用H2SO4溶液作電解質(zhì)溶液,金屬鋅可以和硫酸發(fā)生反應,A項錯誤;用陽離子交換膜把陽極室和陰極室隔開,它具有選擇透過性,它允許鋅離子透過,不允許陰離子透過,B項錯誤;Zn電極為陽極,發(fā)生氧化反應,Zn-2e-Zn2+,電路中每流過0.02mol電子,消耗鋅的量為0.01mol,質(zhì)量為0.65g,C項正確;Pb電極為陰極,發(fā)生還原反應,2CO2+2e-C2O42-,D10.由于Fe(OH)2極易被氧化,所以實驗室很難用亞鐵鹽溶液與堿反應制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀。某化學社團用下圖所示裝置探究白色純凈的Fe(OH)2沉淀的制取,兩電極的材料分別為石墨和鐵。(1)a電極材料應為,電解質(zhì)溶液d可以是(填序號)。

①純水②NaOH溶液③NaCl溶液④CuCl2溶液(2)c為植物油,其作用是,在加入植物油之前,對d溶液所采取的簡單處理方法及目的是

。

若用其他試劑來代替植物油,試劑應具備的物理性質(zhì)為。

(3)為了在較短時間內(nèi)看到白色沉淀,可采取的措施是。

A.改用稀硫酸作電解質(zhì)溶液B.適當增大電源的電壓C.適當減小兩電極間的距離D.適當降低電解質(zhì)溶液的濃度(4)若d改為Na2SO4溶液,當電解一段時間,看到白色沉淀后,再反接電源,繼續(xù)電解,除了電極上看到氣泡外,另一明顯的現(xiàn)象為

。

答案:(1)Fe②③(2)隔絕空氣,防止生成的Fe(OH)2被空氣氧化成Fe(OH)3加熱煮沸d,除去其中溶解的O2試劑不溶于水、密度比d的密度小(3)BC(4)白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色,最后變成紅褐色解析:(1)要得到Fe(OH)2沉淀,必須產(chǎn)生Fe2+,所以Fe作陽極。純水導電性極差;使用CuCl2溶液,則陰極Cu2+放電,不能產(chǎn)生OH-,不會生成Fe(OH)2沉淀?？蛇x用NaOH溶液或NaCl溶液。(2)植物油可有效隔絕空氣,生成的Fe(OH)2沉淀能較長時間保持白色,不被氧化。處理d溶液,目的是除去其中溶解的O2,可加熱煮沸。代替植物油的試劑應具有與植物油相似的物理性質(zhì),如不溶于水,密度比d的密度小等。(3)要在較短時間內(nèi)看到白色沉淀,應增大電解質(zhì)溶液中Fe2+和OH-的濃度,可通過增大電壓提高電解速率實現(xiàn);不能用稀硫酸作電解質(zhì)溶液,因為它能溶解Fe(OH)2沉淀;縮小兩極板間的距離,可縮短離子擴散時間,即縮短Fe2+與OH-生成Fe(OH)2沉淀的時間。(4)當電解一段時間后將電源反接,則鐵作陰極,石墨作陽極,溶液中的H+和OH-放電,相當于電解水:2H2O2H2↑+O2↑,陽極生成的O2將Fe(OH)2氧化為Fe(OH)3,沉淀由白色迅速變?yōu)榛揖G色,最終變成紅褐色。11.如圖裝置,X是直流電源。Y池中c、d為石墨棒,Z池中e、f是質(zhì)量相同的銅棒。接通電路后,發(fā)現(xiàn)d附近顯紅色。(1)①b為電源的(填“正”“負”“陰”或“陽”,下同)極,Z池中e為極。

②連接Y、Z池線路,電子流動的方向是d(填“”或“”)e。

(2)①寫出c極上發(fā)生的電極反應式:。

②寫出Y池中總反應的化學方程式:

。

③寫出Z池中e極上發(fā)生的電極反應式:。

答案:(1)①負陽②(2)①2Cl--2e-Cl2↑②2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑③Cu-2e-Cu2+解析:d極附近顯紅色,說明d為陰極,電極反應式為2H++2e-H2↑,c為陽極,電極反應式為2Cl--2e-Cl2↑,Y池電解飽和NaCl溶液的總反應方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑;直流電源中a為正極,b為負極,Z池中f為陰極,e為陽極,電極反應式分別為Cu2++2e-Cu,Cu-2e-Cu2+,電子流動方向由de。能力提升1.(雙選)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為直流電源的負極B.將裝置中的陽離子交換膜換成陰離子交換膜,電極反應式不變C.陽極的電極反應式為SO2+2H2O-2e-SO42-D.電解時,H+由陰極室通過陽離子交換膜到陽極室答案:AC解析: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為電源負極,A項正確;將裝置中的陽離子交換膜換成陰離子交換膜,電極反應式發(fā)生改變,B項錯誤;陽極的電極反應式為SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+,C項正確;電解時,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2.載人空間站的生態(tài)系統(tǒng)中,要求分離人呼出的二氧化碳,同時需要提供氧氣。某電化學裝置利用太陽能轉(zhuǎn)化的電能可以實現(xiàn)上述要求,同時還有燃料一氧化碳生成,該電化學裝置中得電子的電極發(fā)生的反應是2CO2+2H2O+4e-2CO+4OH-。下列判斷錯誤的是()。A.上述電化學裝置相當于電解池B.上述裝置進行的總反應式為2CO22CO+O2C.反應結(jié)束后該電化學裝置中的電解質(zhì)溶液堿性增強D.失電子的電極發(fā)生的反應是4OH--4e-2H2O+O2↑答案:C解析:該電池是將電能轉(zhuǎn)化為化學能,符合電解池原理,所以題述電化學裝置相當于電解池,A項正確;該電池中,陰極的電極反應式為2CO2+2H2O+4e-2CO+4OH-,陽極上OH-失電子生成氧氣,反應為4OH--4e-2H2O+O2↑,將兩個電極反應式相加即得電池總反應式:2CO22CO+O2,所以反應結(jié)束后該電化學裝置中的電解質(zhì)溶液的堿性不變,C項錯誤,B、D兩項正確。3.(雙選)如圖是CO2經(jīng)電催化還原為CH4的裝置示意圖。下列說法不正確的是()。A.該過程是電能轉(zhuǎn)化為化學能的過程B.銅電極的電極反應式為CO2+8HCO3-+8e-CH4+8CO32C.一段時間后,①池中n(KHCO3)不變D.一段時間后,②池中溶液的pH一定增大答案:CD解析:該裝置連接有電源,則該過程是電能轉(zhuǎn)化為化學能的過程,A項正確;二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應過程中,碳元素的化合價降低,在銅電極上發(fā)生還原反應,電極反應式為CO2+8HCO3-+8e-CH4+8CO32-+2H2O,B項正確;由于①池溶液中的碳酸氫根離子被消耗,故一段時間后,碳酸氫鉀的物質(zhì)的量減少,C項錯誤;①池中的銅電極為陰極,發(fā)生還原反應,②池中的鉑電極為陽極,發(fā)生氧化反應,電極反應式為2H2O-4e-O2↑+4H+,該過程中有H+生成,故溶液的pH4.將一直流電源的正、負極(電極材料為Pt),用玻璃片分別壓在一張用食鹽水、碘化鉀、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的濾紙上,經(jīng)過一段時間后,兩極附近濾紙的顏色分別是()。選項ABCD陽極藍白紅藍陰極白藍藍藍答案:D解析:陽極上I-放電生成I2,淀粉遇I2變藍,陰極上H+放電后,使溶液中的c(H+)<c(OH-),呈堿性,使石蕊溶液顯藍色,D項正確。5.用惰性電極電解含0.2molCuSO4的溶液一段時間后,陽極上生成標準狀況下4.48L氣體,欲使電解質(zhì)溶液恢復到電解前的狀態(tài),應加入()。A.0.2molCuSO4 B.0.2molCuOC.0.2molCu(OH)2 D.0.2molCuCO3答案:C解析:根據(jù)陽極產(chǎn)生0.2molO2,可知溶液中有0.8molOH-發(fā)生反應,轉(zhuǎn)移電子0.8mol,0.2molCu2+得到0.4mol電子生成0.2molCu,則有0.4molH+發(fā)生反應生成0.2molH2。復原物質(zhì)應加0.2molCuO和0.2molH2O,即0.2molCu(OH)2。6.A、B、C為三種強電解質(zhì),它們在水中電離出的離子如下表所示:陽離子Na+、K+、Cu2+陰離子SO42-圖1所示裝置中,甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,電極均為石墨電極。圖1圖2接通電源,經(jīng)過一段時間后,測得乙中c電極質(zhì)量增大。常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時間t的關(guān)系如圖2所示。據(jù)此回答下列問題。(1)M為電源的(填“正”或“負”)極,電極b上發(fā)生的電極反應為。

(2)寫出乙燒杯中的電池反應方程式:

。

(3)如果電解過程中B溶液中的金屬離子全部析出,此時電解能否繼續(xù)進行,為什么?

。

(4)若經(jīng)過這一段時間后,要使丙恢復到原來的狀態(tài),需要進行的操作是。

答案:(1)負4OH--4e-2H2O+O2↑(2)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4(3)能,因為硫酸銅溶液已轉(zhuǎn)變?yōu)镠2SO4溶液,反應變?yōu)殡娊馑姆磻?4)向丙燒杯中加入一定量水解析:(1)乙中c電極質(zhì)量增大,則c處發(fā)生的電極反應為Cu2++2e-Cu,即c電極為陰極,由此可推出b為陽極,a為陰極,M為負極,N為正極。而Cu2+只能與SO42-結(jié)合,可以確定B為硫酸銅;由常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時間t的關(guān)系圖,可以確定A為KOH或NaOH,C為Na2SO4或K2SO4。甲中為KOH或NaOH溶液,相當于電解H2O,陽極b處為陰離子OH-放電,即4OH--4e-2H2O+O2↑。(2)乙燒杯中是電解CuSO4溶液,電池反應方程式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。(3)乙中銅全部析出后