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第1课时 电解原理
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(2017天津理综,3)下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是( )
A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能
B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能
C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能
D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能
解析 B项、C项属于电化学反应,一定有电子转移,一定发生氧化还原反应;D项营养物质为人类提供能量的过程,是被O2氧化的过程,发生了氧化还原反应;A项光能转化成电能的过程没有新物质生成,没有发生化学反应,故选A。
答案 A
2.关于原电池、电解池的电极名称,下列说法错误的是 ( )
A.原电池中失去电子的一极为负极
B.电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极
C.原电池中相对活泼的一极为正极
D.电解池中发生氧化反应的一极为阳极
解析 根据原电池原理可知,原电池中相对活泼的一极为负极。
答案 C
3.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内物质),能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A.AgNO3[AgNO3] B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl] D.CuSO4[Cu(OH)2]
答案 B
4.用惰性电极电解某溶液时,发现两极只有H2和O2生成,则电解一段时间后,下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有( )
①该溶液的pH可能增大 ②该溶液的pH可能减小 ③该溶液的pH可能不变 ④该溶液的浓度可能增大 ⑤该溶液的浓度可能不变 ⑥该溶液的浓度可能减小
A.①②③ B.①②③④
C.①②③④⑤ D.①②③④⑤⑥
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答案 C
5.如下图所示,甲池的总反应式为N2H4+O2N2+2H2O。下列说法正确的是( )
A.甲池中负极上发生的反应为N2H4-4e-N2+4H+
B.乙池中石墨电极上发生的反应为4OH--4e-2H2O+O2↑
C.甲池溶液pH增大,乙池溶液pH减小
D.甲池中每消耗0.1 mol N2H4乙池电极上则会析出6.4 g固体
解析 分析题图知甲是燃料电池,乙是电解池,甲池中电解质溶液为氢氧化钾溶液,则负极不可能生成H+,应该是N2H4-4e-+4OH-N2+4H2O,A项错误。乙池中石墨电极是阳极,发生氧化反应,B项正确。根据甲池总反应式知生成了水,则氢氧化钾溶液的浓度变小,pH减小;乙池中阴极析出铜,阳极OH-放电,乙池的溶液pH减小,C项错误。根据各个电极通过的电量相等知N2H4~2Cu,则甲池中消耗0.1 mol N2H4时乙池电极上会析出12.8 g铜,D项错误。
答案 B
6.将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中溶液pH随时间t变化的曲线正确的是(不考虑Cl2的溶解)( )
解析 电解分为三个阶段。第一阶段(电解CuCl2溶液):阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极反应式为Cu2++2e-Cu,因Cu2+浓度减小,水解产生的H+浓度减小,溶液pH增大;第二阶段(电解CuSO4溶液):阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极反应式为2Cu2++4e-2Cu,因电解消耗OH-而使溶液中H+浓度增大,溶液pH减小;第三阶段(相当于电解水):阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极反应式为4H++4e-2H2↑,因为水被消耗,使混合溶液中H2SO4浓度增大,溶液pH减小。
答案 D
7.下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是( )
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A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
解析 电解盐酸的方程式为2HClCl2↑+H2↑,电解CuCl2的方程式为CuCl2Cu+Cl2↑,A选项错;电解CuSO4溶液的方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,B选项错;电解NaBr溶液的方程式为2NaBr+2H2O2NaOH+H2↑+Br2,D选项错。
答案 C
8.右图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是( )
A.X是负极,Y是正极
B.Pt是阴极,Cu是阳极
C.CuSO4溶液的pH逐渐减小
D.CuSO4溶液的pH不变
解析 b电极附近溶液呈红色,说明b电极处氢离子放电。电解氯化钠溶液时,阳极发生氧化反应产生氯气,阴极发生还原反应产生氢气,同时生成氢氧化钠,因此b电极是阴极,与电源的负极相连,则Y为负极,X为正极;铂电极与电源的正极相连,作阳极,铜电极作阴极;电解硫酸铜溶液时,阳极上氢氧根离子放电,CuSO4溶液的pH减小。
答案 C
9.右图为以惰性电极进行电解的装置:
(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应式和总反应方程式:
A: ,
B: ,
总反应方程式: ;
C: ,
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D: ,
总反应方程式: ;
(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为 。
解析 A、B、C、D分别发生如下反应:Cu2++2e-Cu;2Cl--2e-Cl2↑;2Ag++2e-2Ag;4OH--4e-2H2O+O2↑;由电子守恒可知在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)∶n(Cl2)∶n(Ag)∶n(O2)=2∶2∶4∶1。
答案 (1)Cu2++2e-Cu 2Cl--2e-Cl2↑ CuCl2Cu+Cl2↑ Ag++e-Ag 4OH--4e-2H2O+O2↑ 4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑
(2)2∶2∶4∶1
10.如图,p、q为直流电源的两极,A由+2价金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B极,同时C、D产生气泡。
试回答:
(1)p为 极,A极发生了 反应。
(2)C为 极,试管里收集到的气体是 ;D为 极,试管里收集到的气体是 。
(3)C极的电极反应式是 。
(4)当反应进行一段时间后,A、B电极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)当电路中通过0.004 mol电子时,B电极上沉积金属X为0.128 g,则此金属的摩尔质量为 。
解析 (1)接通电源,X沉积于B极,说明B为阴极,则A为阳极,故q为负极,p为正极,A上发生氧化反应。
(2)右电解池中,C为阳极,C试管内得O2,D为阴极,D试管内得H2。
(4)A极:X-2e-X2+,B极:X2++2e-X,两极附近pH不变。
(5)设X的摩尔质量为M g·mol-1,则
X2+ + 2e- X
2 mol M g
0.004 mol 0.128 g
得M=64。
答案 (1)正 氧化 (2)阳 氧气 阴 氢气
(3)2H2O-4e-4H++O2↑
(4)不变 (5)64 g·mol-1
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能力提升
11.(2017全国Ⅱ,11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析 A项,根据题意“铝表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜”,即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝,因此待加工铝质工件为阳极,A正确;B项,阴极上电极材料本身不反应,只传导电流可以选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,C错误;D项,电解过程中阴离子移向阳极,即SO42-向阳极移动,D项正确。
答案 C
12.将如图所示实验装置中的K闭合,下列判断正确的是( )
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c(SO42-)增大
D.片刻后可观察到滤纸b点变红色
解析 A项,K闭合后,Zn作原电池的负极,Cu作原电池的正极,Cu电极上发生还原反应;B项,电子流向是由负极到正极,但a→b这一环节是溶液中的离子导电,电子并没沿此路径流动;C项,SO42-浓度基本保持不变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动;D项,滤纸a点是阴极,H+放电,溶液中OH-浓度增大,显碱性,则滤纸a点变红色,b点OH-放电,溶液呈酸性,不会观察到变红色。
答案 A
13.重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过):
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制备原理:2CrO42-(黄色)+2H+Cr2O72-(橙色)+H2O。
(1)通电后阳极室产生的现象为 ;
其电极反应式是 。
(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4CrO42-+4H2O2Cr2O72-+4OH-+2H2↑+O2↑,若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4,t min后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2,则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为 ;此时电路中转移电子的物质的量为 。
解析 (1)阳极发生氧化反应,溶液中氢氧根离子失去电子生成氧气和水。(2)直接设K2CrO4和K2Cr2O7物质的量分别为x、y,则钾原子的物质的量为2x+2y,铬原子物质的量为x+2y,依据两原子个数比为3∶2,可求出两物质的物质的量之比为2∶1;根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2 mol,又t min后两物质的物质的量之比为2∶1,则铬酸钾为0.1 mol,重铬酸钾为0.05 mol,根据化学方程式可知,生成0.05 mol的重铬酸钾的反应中转移电子为0.05×2 mol。
答案 (1)阳极产生无色气体,溶液由黄色逐渐变为橙色 4OH--4e-O2↑+2H2O(或2H2O-4e-O2↑+4H+) (2)2∶1 0.1 mol
14.A、B、C三种强电解质,它们在水中电离出的离子如下表所示:
阳离子
Na+、K+、Cu2+
阴离子
SO42-、OH-
上图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,电极均为石墨电极。接通电源,经过一段时间后,测得乙中c电极质量增加了16 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间(t)的关系图如上。据此回答下列问题:
(1)M为电源的 (填“正”或“负”)极,电极b上发生的电极反应为 。
(2)计算电极e上生成的气体在标准状况下的体积 。
(3)写出乙烧杯的电解总反应: 。
(4)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出,此时电解能否继续进行,为什么? 。
(5)要使丙恢复到原来的状态,操作是 。
解析 (1)根据乙中c极质量增加说明乙为硫酸铜溶液,c电极为阴极,M为电源负极,再依据pH的变化情况,可知丙为硫酸钾或者硫酸钠,甲为氢氧化钠或者氢氧化钾,甲、丙都是电解水。b为阳极,电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑。(2)丙中e电极为阴极,生成的气体为氢气,根据16 g铜单质,结合电子守恒可以确定氢气物质的量为0.25 mol,标准状况下为5.6 L。(3)乙中为电解硫酸铜溶液,电解总反应式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。(4)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出,
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若继续电解则为电解硫酸溶液,电解反应可继续进行,其实质为电解水。(5)要使丙恢复到原来的状态,需要添加水,其物质的量(等于氢气的物质的量)为0.25 mol,质量为4.5 g。
答案 (1)负 4OH--4e-2H2O+O2↑
(2)5.6 L
(3)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4
(4)能,因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应实质变为电解水的反应
(5)向丙烧杯中加4.5 g水
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