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第2课时 电解原理的应用
课后篇巩固提升
基础巩固
1.某同学设计如图所示装置,探究氯碱工业原理,下列说法正确的是
( )
A.石墨电极与直流电源负极相连
B.用湿润淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体,试纸变蓝色
C.氢氧化钠在石墨电极附近产生,Na+向石墨电极迁移
D.铜电极的反应式为2H++2e-H2↑
解析 若Cu电极所连的是直流电源的正极,则Cu是阳极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,不符合氯碱工业原理,故石墨电极与直流电源正极相连,A项错误;阴极(Cu极)反应为2H++2e-H2↑,阳极(C极)反应为2Cl--2e-Cl2↑,故用湿润淀粉KI试纸在石墨电极附近检验气体,试纸变蓝,发生反应Cl2+2KI 2KCl+I2,故B项错误、D项正确;Cu电极附近H+减少生成OH-,Na+向Cu电极迁移,故C项错误。
答案 D
2.下列描述中,不符合生产实际的是( )
A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极
B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极
D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极
解析 电解熔融的氧化铝制取金属铝,用碳作阳极,如果用铁作阳极,则铁失电子而消耗,故A不对。B、C、D符合生产实际,正确。
答案 A
3.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。通电时,为使Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )
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A.a为正极,b为负极;NaClO和NaCl
B.a为负极,b为正极;NaClO和NaCl
C.a为阳极,b为阴极;HClO和NaCl
D.a为阴极,b为阳极;HClO和NaCl
解析 制取消毒液的有关反应有2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,因阳极生成Cl2,阴极生成NaOH,为使二者充分反应,Cl2应在下端产生,从而推知电源b为正极,a为负极,消毒液的主要成分是NaClO和NaCl。
答案 B
4.某同学为了使反应2HCl+2Ag2AgCl+H2↑能进行,设计了下列四个方案,你认为可行的方案是( )
解析 要使反应2HCl+2Ag2AgCl+H2↑能进行,需通过电解装置来实现。B是原电池装置(Fe作原电池的负极,Ag作原电池的正极),其总反应为Fe+2HClFeCl2+H2↑;D既不是原电池,也不是电解池;A是电解池装置,但Ag连接在电源的负极上,不会溶解,其实质是电解HCl(2HClH2↑+Cl2↑);C是电解池装置,与电源正极连接的Ag失去电子(Ag-e-Ag+),产生的Ag+立即与溶液中的Cl-结合生成AgCl沉淀,溶液中的H+在阴极上获得电子产生H2(2H++2e-H2↑),其总反应为2HCl+2Ag2AgCl+H2↑。
答案 C
5.两个装置中,液体体积均为200 mL,开始工作前电解质溶液的浓度均为0.5 mol·L-1,工作一段时间后,测得有0.2 mol电子通过,若忽略溶液体积的变化,下列叙述正确的是( )
A.产生气体体积①=②
B.①中阴极质量增加,②中正极质量减小
C.电极反应式:①中阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑
②中负极:2H++2e-H2↑
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D.溶液的pH变化:①减小,②增大
解析 ①发生电解反应,阳极反应为2H2O-4e-4H++O2↑(或4OH--4e-2H2O+2O2↑),阴极反应为2Cu2++4e-2Cu;②中发生原电池反应,负极反应为Zn-2e-Zn2+,正极反应为2H++2e-H2↑。两个电池中的CuSO4和H2SO4的物质的量都是0.1 mol,当通过0.2 mol电子时两种物质正好完全反应,①生成0.05 mol O2,②生成0.1 mol H2,由此可知只有D正确。
答案 D
6.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法正确的是( )
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1 mol电子转移时,有0.1 mol Cu2O生成
解析 石墨作阴极,阴极上是溶液中的H2O反应,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,A选项正确;由电解总反应可知,Cu参加了反应,所以Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B选项错误;阳极与电源的正极相连,C选项错误;阳极反应为2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O,当有0.1 mol 电子转移时,有0.05 mol Cu2O生成,D选项错误。
答案 A
7.如图为电解饱和食盐水的简单装置,下列有关说法正确的是( )
A.电解一段时间后,向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞,呈红色
B.蛋壳表面缠绕的铁丝上发生氧化反应
C.铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
D.蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
解析 碳棒在蛋壳内,溶液中的Cl-在该极失电子被氧化生成Cl2,溶液不会呈红色,故A项错误;蛋壳表面缠绕的铁丝作阴极,H+在该极发生还原反应得到氢气,B项错误;铁丝表面生成的气体是氢气,
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不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,C项错误;蛋壳在该实验中的作用是阻止氯气与氢气及氢氧化钠溶液接触,D项正确。
答案 D
8.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中,用石墨作电极进行电解,两极上均收集到2.24 L气体(标准状况),则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为( )
A.1 mol·L-1 B.2 mol·L-1
C.3 mol·L-1 D.4 mol·L-1
解析 分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知,两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol,O2是由OH-失去0.4 mol电子而得到,H2是由H+得到0.2 mol电子而生成。由电子得失守恒知,还有0.2 mol电子是Cu2+得到的,故Cu2+的物质的量是0.1 mol,则Cu2+的物质的量浓度为0.1mol100×10-3L=1 mol·L-1。
答案 A
9.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池,装有电解液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题。
若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞溶液,则:
(1)电解池中X极上的电极反应式是 ,在X极附近观察到的现象是 。
(2)Y电极上的电极反应式是 ,检验该电极反应产物的方法是 。
解析 由题意或图像可知,此池为电解池,X极为阴极,Y极为阳极。电极为惰性电极,饱和NaCl溶液中存在Na+、Cl-、H+、OH-,在阴极上,H+放电能力强于Na+,故阴极上发生的电极反应为2H++2e-H2↑,因而导致X极附近有气体放出,溶液呈碱性,溶液颜色由无色变为红色;在阳极上,Cl-放电能力强于OH-,故阳极上发生的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑。
答案 (1)2H++2e-H2↑ 放出气体,溶液变红
(2)2Cl--2e-Cl2↑ 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近,试纸变蓝
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10.如图中的A为直流电源,B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸,C为电镀槽,接通电路后,发现B上的c点显红色。请填空:
(1)电源A的a为 极。
(2)滤纸B上发生的总反应方程式为 。
(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌,接通K点,使c、d两点短路,则电极e上发生的反应为 ,电极f上发生的反应为 ,槽中盛放的电镀液可以是 或 (只要求填两种电解质溶液)。
解析 (1)根据c点酚酞变红,则该极的反应为2H++2e-H2↑,即该极为阴极,与电源的负极相连,所以a点是正极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。(3)c、d两点短路后,e为阳极,反应为Zn-2e-Zn2+。阴极上镀锌,则阴极反应为Zn2++2e-Zn。电解液用含镀层离子的电解质溶液,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溶液 Zn(NO3)2溶液
能力提升
11.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,如图是电解污水的实验装置示意图,实验用污水中
主要含有可被吸附的悬浮物(不导电)。下列有关推断明显不合理的是( )
A.阴极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
B.通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3
C.通电过程中会产生气泡,把悬浮物带到水面形成浮渣弃去
D.如果实验用污水导电性不良,可加入少量Na2SO4固体以增强导电性
解析 A项中是阴极H2O电离出的H+得电子,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑。
答案 A
12.如图所示的A、B两个电解池中的电极均为金属铂,在A池中加入足量的0.05 mol·L-1的CuCl2溶液,在B池中加入足量的0.1 mol·L-1的AgNO3溶液,进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是( )
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A.2∶2∶4∶1 B.1∶1∶2∶1
C.2∶1∶1∶1 D.2∶1∶2∶1
解析 由电解原理可知:a、c为阴极,b、d为阳极。a极上析出Cu,b极上析出Cl2,c极上析出Ag,d极上析出O2。由电子守恒可得出:2e-~Cu~Cl2~2Ag~12O2,所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为2∶2∶4∶1。
答案 A
13.电解原理在化学工业中有着广泛的应用。
(1)如图,其中a是电解质溶液,X、Y是两块电极板。若X、Y是惰性电极,a是CuSO4溶液,则电解时的化学方程式为 ;通电一段时间后,向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末,电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,则电解过程中转移的电子的物质的量为 。若X、Y分别是铁和铜,a仍是CuSO4溶液,则Y极的电极反应式为 。
(2)已知+2价的铁的化合物通常具有较强的还原性,易被氧化。实验室用亚铁盐溶液与烧碱反应很难制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀,但是用电解的方法可以制得纯净的Fe(OH)2沉淀。制备装置如图所示,其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。
①a电极上的反应式为 。
②电解质溶液d最好选 (填编号)。
A.纯水 B.CuSO4溶液
C.NaOH溶液 D.H2SO4溶液
③液体c为 (填编号)。
A.四氯化碳 B.硝基苯
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C.苯 D.乙醇
解析 (1)用惰性电极电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4;通电一段时间后,向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末,电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,说明在电解的过程中刚好生成了0.2 mol Cu和0.1 mol O2,所以转移的电子的物质的量为0.4 mol。当X、Y分别是铁和铜时,Y极的电极反应式为Cu-2e-Cu2+。
(2)该小题主要考查在无氧环境下制备Fe(OH)2沉淀,所以液体c应选择密度比水小且与水不互溶的物质,故选C。
答案 (1)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4 0.4 mol Cu-2e-Cu2+
(2)①Fe-2e- Fe2+ ②C ③C
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