1、第二节电解池第1课时电解原理基础巩固1.下列说法错误的是()。A.电解质溶液的导电过程是化学变化,而金属的导电是物理变化B.电解质溶液导电的过程,就是电解质溶液的电解过程C.电解质在任何条件下均可以导电D.电解质溶液导电过程中一定有新物质生成答案:C解析:电解质溶液导电的过程就是被电解的过程,在电解过程中发生氧化还原反应,一定有新物质生成,所以是化学变化。金属导电是靠自由电子的定向移动,无新物质生成,是物理变化。电解质只有发生电离,产生自由移动的离子才能导电,C项错误。2.下列关于电解池的叙述中不正确的是()。A.与电源正极相连的是电解池的阴极B.与电源负极相连的是电解池的阴极C.在电解池的阳
2、极发生氧化反应D.电子从外接电源的负极沿导线流入电解池的阴极答案:A解析:电解池中与电源正极相连的是电解池的阳极,与电源负极相连的是电解池的阴极,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,因此阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应。3.以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞溶液和淀粉),下列说法错误的是()。A.阴极附近溶液呈红色B.阳极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变大答案:B解析:以惰性电极电解KI溶液类似于电解NaCl溶液,阳极反应式2I-2e-I2,阴极反应式2H2O+2e-H2+2OH-,阴极逸出氢气,阴极附近溶液显碱性,使酚酞溶液变红色,A项正确;阳极生成I2,与淀粉作
3、用使溶液呈蓝色,不产生气体,B项错误,C项正确;电解生成KOH,溶液pH增大,D项正确。4.用石墨作电极电解1 molL-1 CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5 molL-1时,停止电解,要使电解质溶液恢复至原来状态,可向剩余溶液中加入下列物质中的()。A.CuSO4B.CuOC.Cu(OH)2D.CuSO45H2O答案:B解析:电解过程中的反应:阳极4OH-4e-2H2O+O2,阴极2Cu2+4e-2Cu,总反应为2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2。由以上反应可知,电解使2 mol CuSO4和2 mol H2O变成了2 mol H2SO4,同时析出铜,放出O2,溶液中每
4、生成2 mol Cu,则放出1 mol O2,故需补充CuO。5.用Pt电极电解物质的量均为0.1 mol 的Cu2+和X3+的混合溶液,阴极析出固体物质的质量m(g)与导线中通过电子的物质的量n(mol)的关系如图所示,则离子的氧化能力由大到小排列正确的是()。A.Cu2+X3+H+B.H+X3+Cu2+C.Cu2+H+X3+D.X3+H+Cu2+答案:C解析:根据图像,通电开始就有固体析出,且通过0.2 mol电子后,不再析出固体,则为Cu2+放电的结果,X3+不放电。6.将两个铂电极插入500 mL AgNO3溶液中进行电解,通电一段时间后,某一电极增重0.108 g,若电解时该电极无气
5、体生成,且不考虑离子的水解和溶液体积变化,则此时溶液中氢离子浓度为()。A.410-3 molL-1B.210-3 molL-1C.110-3 molL-1D.110-7 molL-1答案:B解析:根据4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2,得:n(H+)=n(HNO3)=n(Ag)=0.001 mol,c(H+)=210-3 molL-1。7.如图为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是在较低的阴极电位下,TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐,阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是()。A.阳极的电极反应式为2Cl-2e-Cl2B.阴极的电极反应式为TiO2+4e
6、-Ti+2O2-C.通电后,O2-、Cl-均向阴极移动D.石墨电极的质量不发生变化答案:B解析:电解质中的阴离子O2-、Cl-向阳极移动,由图示可知阳极生成O2、CO、CO2,所以电极反应为2O2-4e-O2,O2与石墨反应生成CO、CO2,A、C、D项错误,只有B项正确。8.采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是()。A.Zn与电源的负极相连B.ZnC2O4在交换膜右侧生成C.电解的总反应为2CO2+ZnZnC2O4D.通入11.2 L CO2时,转移0.5 mol电子答案:C解析:电解过程中Zn作阳极
7、,被氧化为Zn2+,所以Zn与电源的正极相连,A项错误;Zn2+透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2形成ZnC2O4,B项错误;没有给出气体所处的温度和压强,D项错误。9.用石墨棒作电极,从Na+、Cu2+、Cl-、S中选出适当离子组成电解质,电解其溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:(1)阴极放出H2,阳极放出O2,电解质是;(2)阴极析出金属,阳极放出O2,电解质是;(3)阴极放出H2,阳极放出Cl2,电解质是;(4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为421,电解质是。答案:(1)Na2SO4(2)CuSO4(3)NaCl(4)CuSO4解析:
8、用惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型,再根据阴、阳离子在电极的放电顺序判断。(1)阴极生成H2、阳极生成O2,实质为电解水,电解质可以是活泼金属的含氧酸盐,即Na2SO4。(2)实质为放氧气生酸型,电解质为不活泼金属的含氧酸盐,即CuSO4。(3)实质为放氢气生碱型(或电解盐酸,但题目中没有提供H+),电解质为活泼金属的无氧酸盐,即NaCl。(4)由阳极生成气体和转移电子的物质的量比为14可知,阳极产生的气体为O2;1 mol O2转移4 mol e-,金属与电子的物质的量之比为12,金属为+2价,即Cu2+,电解质为CuSO4。10.若阳极是石墨
9、电极,阴极是铁电极,写出电解下列电解质溶液的两电极反应式和电解总方程式。(1)KNO3溶液。阳极: ,阴极: ,电解总方程式: ;(2)MgCl2溶液。阳极: ,阴极: ,电解总方程式: ;(3)AgNO3溶液。阳极: ,阴极: ,电解总方程式: ;(4)CuCl2溶液。阳极: ,阴极: ,电解总方程式: 。答案:(1)4OH-4e-2H2O+O24H+4e-2H22H2O2H2+O2(2)2Cl-2e-Cl22H+2e-H2MgCl2+2H2OMg(OH)2+H2+Cl2(3)2H2O-4e-4H+O24Ag+4e-4Ag4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2(4)2Cl-2e-Cl
10、2Cu2+2e-CuCuCl2Cu+Cl2能力提升1.设NA为阿伏加德罗常数的值。用石墨棒作电极电解CuSO4溶液,一段时间后,需加入98 g Cu(OH)2固体才能使电解质溶液复原,则这段时间整个电路中转移的电子为()。A.2 molB.4 molC.8NA个D.NA个答案:B解析:由于阳极石墨电极是惰性电极,电极本身不放电,电解质溶液中减少的部分在电极上附着或逸出。98 g Cu(OH)2的物质的量为1 mol,加入Cu(OH)2才能使电解质溶液复原,则在阴极析出1 mol Cu和1 mol H2,在阳极析出了1 mol O2,所以转移电子的物质的量为4 mol。2.把分别盛有熔融的氯化钾
11、、氯化镁、氧化铝的三个电解池串联,用直流电源电解一段时间后,理论上在某一极析出钾、镁、铝的质量之比为()。A.123B.321C.632D.1343答案:D解析:三个电解池串联,每个电极上通过的电子的物质的量相等。K+e-,Mg2+2e-,Al3+3e-。设通过的电子的物质的量为1 mol,则分别得到K、Mg、Al为1 mol、 mol、 mol,其质量分别为1 mol39 gmol-1=39 g、 mol24 gmol-1=12 g、 mol27 gmol-1=9 g,析出K、Mg、Al的质量之比为39129=1343。3.(双选)500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)
12、=0.6 molL-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法错误的是()。A.原混合溶液中c(K+)为0.2 molL-1B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 molD.电解后溶液中c(H+)为0.4 molL-1答案:BC解析:石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为4OH-4e-2H2O+O2,阴极先后发生两个反应:Cu2+2e-Cu,2H+2e-H2。从阳极收集到2.24 L O2可知上述电解过程中共转移电子0.4 mol,B项
13、错误。在阴极生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子,所以Cu2+共得到电子0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为 0.1 mol,C项错误。根据电荷守恒,电解前:c(K+)+2c(Cu2+)=c(N),c(N)=0.6 molL-1,c(Cu2+)=0.2 molL-1,则c(K+)=0.2 molL-1,A项正确;电解后c(K+)+c(H+)=c(N),则c(H+)=0.6 molL-1-0.2 molL-1=0.4 molL-1,D项正确。4.H3PO2可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴
14、膜分别只允许阳离子、阴离子通过):(1)写出阳极的电极反应式:。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因:。(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有杂质,该杂质产生的原因是。答案:(1)2H2O-4e-O2+4H+(2)阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2P穿过阴膜扩散至产品室,两者反应生成H3PO2(3)PH2P或H3PO2被阳极产生的O2氧化解析:(1)阳极发生氧化反应,在反应中H2O失去电子,电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+。(2)H
15、2O放电产生H+,H+进入产品室,原料室的H2P穿过阴膜扩散至产品室,两者发生反应:H+H2PH3PO2。(3)如果撤去阳膜,H2P或H3PO2可被阳极产生的O2氧化。5.锰、硫、氮的化合物在人类生产、生活中有重要作用。(1)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2,其阳极的电极反应式是。MnO2是碱性锌锰电池的正极材料,已知碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2,碱性锌锰电池放电时,正极的电极反应式是。(2)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如
16、图所示的电解池(装置未画全)的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2-2e-S,(n-1)S+S2-写出电解时阴极的电极反应式:。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成。(3)利用电解法由NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是,说明理由:。答案:(1)Mn2+2H2O-2e-MnO2+4H+MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-(2)2H2O+2e-H2+2OH-+2H+(n-1)S+H2S(3)NH3根据总反应8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多,应补充NH3解析:(
17、1)Mn的化合价从+2价升到+4价,发生氧化反应,则阳极电极反应式为Mn2+2H2O-2e-MnO2+4H+。碱性锌锰电池中,MnO2作为正极,发生还原反应,其电极反应式为MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-。(2)电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水溶液中的H+放电生成H2。由题给反应可知,阳极区生成了可看作(n-1)S+S2-,加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。(3)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知:阴极反应式为3NO+18H+15e-3N+3H2O,阳极反应式为5NO+10H2O-15e-5N+20H+,总反应式为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3。
