2024-2025學(xué)年高中化學(xué)課時提升作業(yè)二十一電解原理的應(yīng)用含解析新人教版選修4

PAGE12-電解原理的應(yīng)用 (40分鐘70分)一、選擇題(本題包括10小題,每小題6分,共60分)1.(2024·濟(jì)南高二檢測)某小組為探討電化學(xué)原理,設(shè)計如圖裝置,下列敘述不正確的是 ()A.a和b不連接時,鐵片上會有金屬銅析出B.a和b用導(dǎo)線連接時,銅片上發(fā)生的反應(yīng)為Cu2++2e-CuC.無論a和b是否連接,鐵片均會溶解,溶液均從藍(lán)色漸漸變成淺綠色D.a和b分別連接直流電源正、負(fù)極,電壓足夠大時,Cu2+向銅電極移動【解析】選D。a和b不連接時,鐵片與Cu2+干脆發(fā)生置換反應(yīng),有金屬銅析出,A項正確。a和b用導(dǎo)線連接時,該裝置形成原電池,銅片作正極,鐵片作負(fù)極失去電子形成Fe2+,因此無論a和b是否連接,鐵片均會溶解,溶液均從藍(lán)色漸漸變成淺綠色,所以B、C項正確。若a和b分別連接直流電源正、負(fù)極,a作陽極,銅片失去電子生成Cu2+,Cu2+向鐵電極移動。2.下列有關(guān)工業(yè)生產(chǎn)氯氣的說法中正確的是 ()A.工業(yè)上常用電解熔融氯化鈉來生產(chǎn)氯氣B.電解飽和氯化鈉溶液可得到金屬鈉、氯氣和氫氣C.每生產(chǎn)1t氯氣同時可得1t氫氣D.電解飽和食鹽水制氯氣的工業(yè)又稱“氯堿工業(yè)”【解析】選D。工業(yè)上常用電解飽和食鹽水生產(chǎn)氯氣,A錯誤;電解飽和氯化鈉溶液可得到氫氧化鈉、氯氣和氫氣,電解熔融的氯化鈉得到金屬鈉和氯氣,B錯誤;每生產(chǎn)1mol氯氣的同時可得到1mol氫氣,所以得到1t氯氣同時肯定不會得到1t氫氣,C錯誤;電解飽和食鹽水制氯氣的工業(yè)又稱“氯堿工業(yè)”,D正確。3.(2024·宜昌高二檢測)用石墨電極電解AlCl3溶液時,下列曲線合理的是 ()【解析】選D。電解氯化鋁溶液,陽極反應(yīng):2Cl--2e-Cl2↑,陰極反應(yīng):2H2O+2e-2OH-+H2↑,Al3++3OH-Al(OH)3↓。依據(jù)反應(yīng)式可得關(guān)系式:Al3+～3Cl-～3OH-～Al(OH)3。電解過程中氯化鋁溶液的濃度變小,pH略微增大,但不會大于7,A、B均不正確,OH-不會過量,則Al(OH)3不溶解,C錯誤。4.用鉑電極(惰性)電解下列溶液時,陰極和陽極上的主要產(chǎn)物分別是H2和O2的是 ()A.稀NaOH溶液 B.HCl溶液C.酸性CuSO4溶液 D.酸性AgNO3溶液【解析】選A。A中惰性電極電解稀NaOH溶液就是電解水,分別產(chǎn)生氫氣和氧氣,正確。B中電解HCl溶液陽極是氯離子放電生成氯氣,錯誤。C中銅離子在陰極放電形成銅單質(zhì),錯誤。D中銀離子在陰極放電形成銀單質(zhì),錯誤。5.(2024·鄭州高二檢測)如圖X為電源,Y為浸透飽和食鹽水和酚酞試液的濾紙,濾紙中心滴有一滴KMnO4溶液,通電后Y中心的紫紅色色斑向d端擴(kuò)散。下列推斷正確的是 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號()A.濾紙上c點旁邊會變紅色B.Cu電極質(zhì)量減小,Pt電極質(zhì)量增大C.燒杯中溶液的pH增大D.燒杯中SO42-【解析】選A。由圖可知,該裝置為電解裝置,由通電后Y中心的紫紅色色斑向d端擴(kuò)散知,d為陽極(MnO4-向陽極移動),b為電源的正極,a為電源的負(fù)極。Y為浸透飽和食鹽水和酚酞試液的濾紙,c點H+放電,則OH-濃度增大,所以濾紙上c點旁邊會變紅色,A項正確;Cu電極上Cu2+得到電子生成Cu,Pt電極上OH-失去電子,故Cu電極質(zhì)量增大,Pt電極質(zhì)量不變,B項錯誤;Pt電極上OH-失去電子,故燒杯中溶液的pH減小,C項錯誤;Cu電極為陰極,Pt電極為陽極,燒杯中SO42-6.下列試驗裝置符合試驗?zāi)康牡氖?()目的A.粗銅的精煉B.驗證NaCl溶液(含酚酞)的產(chǎn)物裝置目的C.在鐵制品上鍍銅D.構(gòu)成原電池裝置【解析】選B。A項中粗銅精煉時,應(yīng)讓粗銅作陽極與電源正極相連,A錯;C項中在鐵制品上鍍銅,待鍍鐵制品應(yīng)放在陰極,C錯;D中右邊燒杯中電解質(zhì)溶液應(yīng)放FeCl3溶液,左邊放FeCl2溶液,D錯。碳棒作陽極(接電源的正極),產(chǎn)生氯氣,用淀粉碘化鉀溶液檢驗,鐵棒作陰極,產(chǎn)生氫氣,收集用爆鳴試驗檢驗之,B對。7.在鐵制品上鍍上肯定厚度的鋅層,以下設(shè)計方案正確的是 ()A.鋅作陽極,鍍件作陰極,溶液中含有鋅離子B.鉑作陰極,鍍件作陽極,溶液中含有鋅離子C.鐵作陽極,鍍件作陰極,溶液中含有亞鐵離子D.鋅作陰極,鍍件作陽極,溶液中含有鋅離子【解析】選A。電鍍時,鍍層金屬作陽極,鍍件作陰極,電鍍液中含鍍層金屬陽離子。8.(2024·濰坊高二檢測)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)陽極上生成2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時,A.電解過程中溶液中有藍(lán)色沉淀生成B.陰極也產(chǎn)生2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況C.陰極增重6.4D.所得溶液的pH大于7【解析】選C。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、NO3-0.2mol。陽極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。依據(jù)題意知,陽極生成2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體,故OH-接著放電:4OH--4e-2H2O+O2↑,放出O2的體積為2.24L-1.12L=1.12L,此時電子轉(zhuǎn)移了0.2mol,消耗OH-0.2mol,即在電解過程中共轉(zhuǎn)移0.3mol電子。陰極上發(fā)生還原反應(yīng):Cu2++2e-Cu,A項錯誤;因溶液中含Cu2+0.1mol,故陰極析出銅6.4g,C項正確;此時消耗了0.22H++2e-H2↑,故標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出H20.05mol,即1.12L,B項錯誤;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項錯誤?！净犹骄俊?1)寫出題中陽極發(fā)生的電極反應(yīng)式。提示:2Cl--2e-Cl2↑,2H2O-4e-4H++O2↑。由放電依次知,陽極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;陽極生成0.1mol氣體,故H2O接著放電:2H2O-4e-4H++O2↑。(2)最終溶液的pH為________。提示:1。溶液中含Cu2+0.1mol,其共轉(zhuǎn)移電子0.2mol,同時0.1molCl-轉(zhuǎn)移了0.1mol電子,另外的0.1mol電子是0.1molOH-轉(zhuǎn)移的,此時生成0.1molH+,此后電解水,故電解后c(H+)=0.1mol·L-1,pH=1。9.Cu2O是一種半導(dǎo)體材料,基于綠色化學(xué)理念設(shè)計的制取Cu2O的電解池示意圖如圖所示,電解總反應(yīng):2Cu+H2OCu2O+H2↑,下列說法正確的是 ()

世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號A.石墨電極上產(chǎn)生氫氣B.銅電極發(fā)生還原反應(yīng)C.銅電極接直流電源的負(fù)極D.當(dāng)有0.1mol電子轉(zhuǎn)移時,有0.1molCu2O生成【解析】選A。A中電解總反應(yīng)2Cu+H2OCu2O+H2↑,金屬銅失電子,說明金屬銅肯定作陽極,石墨作陰極,在陰極上是溶液中的氫離子得電子,產(chǎn)生氫氣,A正確;B中銅電極本身失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),B錯誤;C中銅電極是電解池的陽極,接直流電源的正極,C錯誤;D中反應(yīng)2Cu+H2OCu2O+H2↑失電子的量為2mol,生成氧化亞銅1mol,所以當(dāng)有0.1mol電子轉(zhuǎn)移時,有0.05molCu2O生成,D錯誤。10.已知碘鹽的主要成分是KIO3和NaCl,KIO3在工業(yè)上可用電解法制取,以石墨和鐵為電極,電解KI溶液,反應(yīng)方程式為KI+H2O→KIO3+H2↑(未配平)。下列有關(guān)說法中不正確的是 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號()A.電解時,石墨作陽極,鐵作陰極B.電解時,在陰極上產(chǎn)生氫氣C.電解前后電解質(zhì)溶液pH變大D.電解中,每轉(zhuǎn)移0.6mole-,理論上可得到0.1mol無水KIO3晶體【解析】選C。本題利用電解原理制取碘鹽中的碘酸鉀,由方程式可知,發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是I-,故應(yīng)用惰性材料作陽極,A項正確;電解池工作時,陰極上H+放電生成H2,B項正確;電解前后電解質(zhì)溶液pH不變,C項錯誤;I--16mole-,生成1molKIO3,故每轉(zhuǎn)移0.6mole-理論上可得到0.1mol無水KIO3的晶體,D項正確?！狙a償訓(xùn)練】(2024·陽江高二檢測)下圖為EFC劍橋法用固體二氧化鈦(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,陰極最終只剩下純鈦。下列說法中正確的是 ()A.陽極的電極反應(yīng)式為2Cl--2e-Cl2↑B.陰極的電極反應(yīng)式為TiO2+4e-Ti+2O2-C.通電后,O2-、Cl-均向陰極移動D.石墨電極的質(zhì)量不發(fā)生改變【解析】選B。電解質(zhì)中的陰離子O2-、Cl-向陽極移動,由圖示可知陽極生成O2、CO、CO2,所以電極反應(yīng)為2O2--4e-O2↑,O2與石墨反應(yīng)生成CO、CO2,A、C、D項錯誤,只有B項正確。二、非選擇題(本題包括1小題,共10分)11.如圖所示,回答問題:(1)下列敘述正確的是________。

A.Y為陰極,發(fā)生還原反應(yīng)B.X為正極,發(fā)生氧化反應(yīng)C.Y與濾紙接觸處有氧氣生成D.X與濾紙接觸處變紅(2)SO42-通過隔膜的方向是(3)銅絲X的電極反應(yīng)________________,銅絲Y的電極反應(yīng)______________,表面皿中的總反應(yīng)__________________。

【解析】由裝置圖可知:Zn極為原電池負(fù)極,發(fā)生反應(yīng)Zn-2e-Zn2+,Cu極為原電池正極Cu2++2e-Cu,X極為陽極,電極反應(yīng)為Cu-2e-Cu2+,Y極為陰極,電子反應(yīng)為2H2O+2e-H2↑+2OH-,隔膜中SO42-移向原電池的負(fù)極,表面皿中的總反應(yīng)把X和Y兩極電極反應(yīng)相加即可。答案:(1)A(2)從右往左(3)Cu-2e-Cu2+2H2O+2e-H2↑+2OH-Cu+2H2OCu(OH)2↓+H2↑ (20分鐘30分)一、選擇題(本題包括3小題,每小題6分,共18分)1.(2024·全國卷Ⅰ)最近我國科學(xué)家設(shè)計了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)扮裝置,實現(xiàn)對自然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示,其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包袱的ZnO)和石墨烯,石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+該裝置工作時,下列敘述錯誤的是 ()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號A.陰極的電極反應(yīng):CO2+2H++2e-CO+H2OB.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng):CO2+H2SCO+H2O+SC.石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低D.若采納Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性【解析】選C。依據(jù)圖中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化方式可知,該電解池的左側(cè)電極上發(fā)生還原反應(yīng)為陰極,右側(cè)電極上發(fā)生氧化反應(yīng)為陽極,故該電解池的陰極的電極反應(yīng)式為CO2+2H++2e-CO+H2O,A正確;將電解池陰、陽極電極的反應(yīng)式相加即可得到協(xié)同轉(zhuǎn)化的總反應(yīng)式:CO2+H2SCO+H2O+S,B正確;由于石墨烯為陽極,與電源的正極相連,石墨烯上的電勢高,C不正確;若采納Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,若溶液呈堿性,則會使溶液中形成沉淀,削減Fe3+/Fe2+的含量,故溶液應(yīng)呈酸性。2.(2024·肇慶高二檢測)如圖所示,某同學(xué)設(shè)計了一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理,其中乙裝置中X為陽離子交換膜。下列有關(guān)說法正確的是 ()A.反應(yīng)一段時間后,乙裝置中生成的氫氧化鈉在鐵極區(qū)B.乙裝置中鐵電極為陰極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+C.通入氧氣的一極為負(fù)極,發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O4OH-D.反應(yīng)一段時間后,丙裝置中硫酸銅溶液濃度保持不變【解析】選A。甲裝置為甲醚燃料電池,投放氧氣的一極發(fā)生還原反應(yīng),為正極,投放甲醚的一極為負(fù)極;乙裝置為電解飽和氯化鈉溶液的裝置,依據(jù)串聯(lián)電池中電子的轉(zhuǎn)移可知Fe電極為陰極,C極為陽極,丙裝置為電解精煉銅的裝置,粗銅為陽極,純銅為陰極。A項,乙裝置中鐵電極反應(yīng)為2H2O+2e-H2↑+2OH-,所以反應(yīng)一段時間后,裝置中生成的氫氧化鈉在鐵極區(qū),正確;B項,乙裝置中鐵電極反應(yīng)為2H2O+2e-H2↑+2OH-,錯誤;C項,通入氧氣的一極發(fā)生還原反應(yīng),為原電池的正極,發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-4OH-,錯誤;D項,丙裝置中,粗銅極除了銅發(fā)生氧化反應(yīng)外,活動性在銅前面的金屬也要反應(yīng),但是在純銅極,除銅離子被還原外,沒有其他離子能被還原,依據(jù)得失電子相等,可知硫酸銅溶液濃度減小,錯誤?！狙a償訓(xùn)練】1.某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置,電極Ⅰ為Al,其他均為Cu,則 ()A.電流方向:電極Ⅳ→?→電極ⅠB.電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng)C.電極Ⅱ漸漸溶解D.電極Ⅲ的電極反應(yīng):Cu2++2e-Cu【解析】選A。當(dāng)多個電化學(xué)裝置串聯(lián)時,兩電極材料活潑性相差大的作原電池,其他作電解池,由此可知圖示中左邊①②兩池組成原電池,右邊③為電解池。A項,電子移動方向:電極Ⅰ→?→電極Ⅳ,電流方向與電子移動方向相反,正確;B項,原電池負(fù)極在工作中失電子,被氧化,發(fā)生氧化反應(yīng),錯誤;C項,原電池正極為得電子一極,銅離子在電極Ⅱ上得電子,生成銅單質(zhì),該電極質(zhì)量漸漸增大,錯誤;D項,電解池中陽極為非惰性電極時,電極本身失電子,形成離子進(jìn)入溶液中,因為電極Ⅱ為正極,因此電極Ⅲ為電解池的陽極,其電極反應(yīng)式為Cu-2e-Cu2+,錯誤。2.如圖裝置所示,C、D、E、F、X、Y都是惰性電極,甲、乙中溶液的體積和濃度都相同(假設(shè)通電前后溶液體積不變),A、B為外接直流電源的兩極。將直流電源接通后,F極旁邊呈紅色。請回答: (1)B極是電源的________,一段時間后,甲中溶液顏色_______,

丁中X極旁邊的顏色漸漸變淺,Y極旁邊的顏色漸漸變深,這表明_______,

在電場作用下向Y極移動。(2)若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質(zhì)生成時,對應(yīng)單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為________。

(3)現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀,則H應(yīng)當(dāng)是________(填“鍍層金屬”或“銅件”),電鍍液是________溶液。當(dāng)乙中溶液的pH是13時(此時乙溶液體積為500mL),丙中鍍件上析出銀的質(zhì)量為________,甲中溶液的pH________(填“變大”“變小”或“不變”)。

(4)若將C電極換為鐵,其他裝置都不變,則甲中發(fā)生總反應(yīng)的離子方程式是____________。

【解析】(1)F極旁邊呈紅色,說明F是陰極,E是陽極,則A為正極,B為負(fù)極。甲中因Cu2+放電使溶液顏色變淺。丁中Y極旁邊顏色變深,說明Fe(OH)3膠粒向陰極移動,即Fe(OH)3膠粒帶正電荷。(2)C、D、E、F的電極產(chǎn)物分別為O2、Cu、Cl2、H2,由于電路中通過的電量相等,所以其物質(zhì)的量之比為1∶2∶2∶2。(3)乙中溶液pH=13,生成n(NaOH)=0.1mol·L-1×0.5L=0.05mol,電路中通過的電子的物質(zhì)的量為0.05mol,所以丙中鍍件上析出銀的質(zhì)量為0.05mol×108g5.4g。(4)當(dāng)活潑金屬作陽極時,金屬先于溶液中的陰離子放電而溶解,故甲中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu2+Fe2++Cu。答案:(1)負(fù)極變淺氫氧化鐵膠體粒子帶正電荷(2)1∶2∶2∶2(3)銅件AgNO35.4g變小(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+【方法規(guī)律】解答有關(guān)電解問題的步驟(1)首先要判定是否為電解池,有外接直流電源則為電解池,否則不是電解池。(2)對于電解池,首先要考慮陽極材料,若為惰性電極,溶液中的陰離子被氧化;若為活潑金屬電極,則被氧化的是電極本身。(3)若溶液中的陰、陽離子有多種,則依據(jù)離子放電依次判定什么離子先放電,什么離子后放電,并寫出電極反應(yīng)式。(4)依據(jù)電極反應(yīng)式解答相關(guān)問題。3.(2024·邢臺高二檢測)ClO2是一種高效平安的殺菌消毒劑。用氯化鈉電解法生成ClO2的工藝原理示意圖如下圖,發(fā)生器內(nèi)電解生成ClO2。下列說法正確的是 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號()A.a氣體是氯氣,b氣體是氫氣B.氯化鈉電解槽內(nèi)每生成2mola氣體,轉(zhuǎn)移2mole-C.ClO2發(fā)生器中陰極的電極反應(yīng)式為ClO3-+2H++e-ClO2↑+H2D.為使a、b氣體恰好完全反應(yīng),理論上每生產(chǎn)1molClO2須要補充44.8Lb氣體(【解析】選C。由圖中信息可知,電解食鹽水時,陽極生成氯酸鈉,陰極生成氫氣,所以a為氫氣;氯酸鈉與鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成二氧化氯和氯氣,所以b為氯氣。A.a氣體是氫氣,b氣體是氯氣,A不正確;B.氯化鈉電解槽內(nèi)每生成2mol氫氣,轉(zhuǎn)移4mole-,B不正確;C.ClO2發(fā)生器中發(fā)生的反應(yīng)是2ClO3-+4H++2Cl-2ClO2+Cl2↑+2H2O,電解時,陰極的電極反應(yīng)式為ClO3-+2H++e-ClO2↑+H2O,C正確;D.由C的分析可知,為使a、b氣體恰好完全反應(yīng),理論上每生產(chǎn)1molClO2須要補充2.5molCl2,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下其體積為56二、非選擇題(本題包括1小題,共12分)4.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,電解一段時間后:X電極旁邊可視察到的試驗現(xiàn)象是________,寫出Y電極的電極反應(yīng)式__

__。

(2)若要實現(xiàn)Cu+H2S