1、第1章化学反应与能量转化第3节电能转化为化学能电解第1课时电解的原理课后篇素养形成必备知识基础练1.用铂电极(惰性电极)电解下列溶液时,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是()A.稀NaOH溶液B.HCl溶液C.酸性NaCl溶液D.酸性AgNO3溶液答案A解析电解稀NaOH溶液时,阳极:4OH-4e-O2+2H2O,阴极:2H2O+2e-H2+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2,故A正确;电解HCl溶液、NaCl溶液时,阳极:2Cl-2e-Cl2,阴极:2H+2e-H2、2H2O+2e-H2+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和Cl2,故B、C错误;电解AgNO3溶
2、液时,阳极:2H2O-4e-O2+4H+,阴极:Ag+e-Ag,阴极和阳极上的主要产物分别是Ag和O2,故D错误。2.用石墨棒作为阳极、铁棒作为阴极电解熔融的氯化钠,下列说法正确的是()A.石墨棒周围有大量的Na+B.铁棒质量增加C.电子通过熔融电解质由石墨棒流向铁棒D.阴极发生氧化反应答案B解析阴离子移向阳极(石墨棒),发生氧化反应:2Cl-2e-Cl2,阳离子移向阴极,发生还原反应:2Na+2e-2Na,A、D项错误,B项正确;电子不能通过熔融电解质,熔融的电解质是由于其内部自由移动的离子定向移动而导电的,C项错误。3.某校化学兴趣小组的同学在一次活动中做了一个“彩虹”实验。其装置如右图所
3、示,在一U形管中装入含有紫色石蕊溶液的Na2SO4溶液,通直流电,一段时间后U形管内会形成一个倒立的三色“彩虹”,从左到右颜色的次序是()A.蓝、紫、红B.红、蓝、紫C.红、紫、蓝D.紫、红、蓝答案C解析阳极电极反应为4OH-4e-2H2O+O2,阳极区溶液呈酸性,溶液呈红色;阴极电极反应为4H+4e-2H2,阴极区溶液呈碱性,溶液呈蓝色;中间仍为紫色石蕊溶液。4.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质的溶液,在电解的过程中,溶液pH的变化依次为升高、不变、降低的是()A.AgNO3CuCl2Cu(NO3)2B.KClNa2SO4CuSO4C.CaCl2KOHNaNO3D.HClHNO3K2SO
4、4答案B解析电解电解质溶液的类型:类型电解质溶液pH的变化放O2生酸型CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2降低放H2生碱型KCl、CaCl2升高电解电解质型CuCl2HCl升高电解H2O型NaNO3、Na2SO4、K2SO4不变KOH升高HNO3降低由上述分析可知,B项符合题意。5.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解,下列说法正确的是()A.电路中电子流向:负极dcba正极B.a、c两极产生气体的物质的量相等C.SO42-向b电极移动,Cl-向c电极移动D.通电后向乙烧杯滴入酚酞溶液d极附近会变红答案D解析电子不能通过电解质溶液,故A错误;a电极产生O2,c极产生Cl2,根
5、据电子守恒O22Cl24e-,O2和Cl2的物质的量之比为12,故B错误;阴离子向阳极移动,a电极和c电极是阳极,所以SO42-向a电极移动,Cl-向c电极移动,故C错误;d电极是阴极,电极反应为2H2O+2e-H2+2OH-,所以滴入酚酞溶液d电极附近会变红,故D正确。6.以石墨为电极电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小答案D解析以石墨为电极电解KI溶液,发生的总反应为2KI+2H2O2KOH+H2+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞
6、和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C正确;由于电解产物有KOH生成,溶液的碱性增强,所以溶液的pH增大,D错误。7.早在1807年化学家戴维用电解熔融氢氧化钠的方法制得钠:4NaOH(熔融)4Na+O2+2H2O;后来盖吕萨克用铁与熔融氢氧化钠在通电条件下也制得钠,反应原理为3Fe+4NaOHFe3O4+2H2+4Na。下列有关说法正确的是()A.戴维电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为2OH-2e-H2+O2B.戴维用电解熔融氢氧化钠法制钠(如上图),电解槽中可以用石墨为阳极,铁为阴极C.盖吕萨克法制钠的原理是利用铁的还原性比钠
7、强D.若戴维法与盖吕萨克法制得等量的钠,则两反应中转移的电子总数也相同答案B解析戴维电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为4OH-4e-O2+2H2O;盖吕萨克法制钠原理不是利用铁的还原性比钠强,实际上铁的还原性比钠弱,反应之所以能发生实质上是利用了钠的沸点较低。由题中所给电解总反应可知,利用戴维法和盖吕萨克法制得等量的钠,转移的电子总数不相同。8.将下图所示实验装置的开关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ZnabCu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点变红色答案A解析将装置中K闭合,该装置构成原电池,其中Zn电极上发生氧化反应
8、,Cu电极上发生还原反应,故A正确;电子沿导线由Zna,在a上溶液中的H+得到电子,在b上溶液中的OH-失去电子,电子不能直接由ab,故B错误;该装置工作过程中,甲、乙两烧杯中的SO42-的浓度都不改变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动,故C错误;在b处溶液中的OH-失去电子,溶液呈酸性,b处滤纸不可能变红色,故D错误。9.如图为电解CaCl2溶液的实验装置,以铂为电极。电解一段时间后,将CO2持续通入该溶液中。请回答下列问题:(1)电解时,F极发生(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为;E极发生(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为;电解总反应为。(2)电解池中产生的现象
9、:;。(3)持续通入CO2发生反应的化学方程式为。答案(1)氧化2Cl-2e-Cl2还原2H2O+2e-H2+2OH-CaCl2+2H2OCa(OH)2+H2+Cl2(2)E极附近溶液呈红色E极有无色气体生成,F极有黄绿色气体生成通入少量CO2时,溶液中出现白色沉淀,继续通入CO2,白色沉淀逐渐消失(3)CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2O,CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2解析在E极上发生反应:2H2O+2e-H2+2OH-;在F极上发生反应:2Cl-2e-Cl2。电解一段时间后,通入CO2会有CaCO3沉淀生成,继续通入CO2,CaCO3沉淀溶解。关键能力提升练10.用电解法
10、制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液,电解总反应为KI+3H2OKIO3+3H2。下列说法中正确的是()A.电解时石墨是阴极B.电解时阳极上产生H2C.电解过程中阴极溶液的pH升高D.阴极电极反应:I-6e-+3H2OIO3-+6H+答案C解析电解时,铁作为阴极,石墨作为阳极,若铁作为阳极,则铁会失电子而放电,A错误;阳极发生氧化反应,I-失电子被氧化,电极反应为I-6e-+3H2OIO3-+6H+,B、D两项错误;阴极水放电,2H2O+2e-H2+2OH-,溶液的pH升高,C项正确。11.用惰性电极电解下列溶液,有关说法正确的是()稀硫酸Cu(NO3)2溶液KOH溶液NaCl溶液
11、A.电解进行一段时间后四种溶液的pH均增大B.中电解一段时间后,向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的状态C.中阳极消耗OH-,故溶液浓度变小D.中阴、阳两极上产物的物质的量之比为21答案B解析依据电解规律可知为电解水型,为放氧生酸型,为电解水型,为放氢生碱型,所以A、C错误;中电解产物为Cu和O2,所以一段时间后加适量氧化铜固体可使溶液恢复到电解前的状态,B项正确;中阳极产生Cl2,阴极产生H2,二者物质的量之比为11,D项错误。12.现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 molL-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是()A.电解开始时阴极有H2放出B.电
12、解开始时阳极反应:Cu2+2e-CuC.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时,此时阴极放电的离子发生了变化D.整个电解过程中,SO42-不参与电极反应答案D解析依据离子放电顺序可知阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,故A、B错误;由阴极电极反应Cu2+2e-Cu,n(Cu2+)=0.1mol,当电路中通过电子的量达到0.2mol时,此时Cu2+消耗完毕,之后阴极放电离子变为H+,故C错误;阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电,SO42-不参与电极反应,故D正确。13.取一张用饱和NaCl溶
13、液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作为电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色。下列说法错误的是()A.b电极是阴极B.a电极与电源的正极相连接C.电解过程中,水是氧化剂D.b电极附近溶液的pH变小答案D解析a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圆呈浅红色,说明a极附近产生了Cl2,所以a极与电源的正极相连,即a极为阳极,电极反应为2Cl-2e-Cl2,b极为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2+2OH-,所以水是氧化剂,b极附近溶液的pH增大。14.(2020山东枣庄八中高二月考)如图所示,下列叙述不正确的是()A.X为阳极,
14、发生氧化反应B.电子沿ZnYXCu路径流动C.Na+移向Y,X电极上Cu失电子生成Cu2+D.Y与滤纸接触处变红答案B解析该装置中,左边装置是原电池,Zn易失电子作为负极、Cu作为正极,右边装置是电解池,X为阳极、Y为阴极,阳极上电极反应为Cu-2e-Cu2+,阴极反应为2H2O+2e-2OH-+H2。X与原电池的正极相连为阳极,阳极失电子发生氧化反应,故A正确;电子从原电池负极锌流出经导线流向阴极Y,电子又从阳极X流出经导线流向正极铜,电子不能通过X与Y之间的电解质溶液,故B错误;通过以上分析知,Y是阴极,阳离子钠离子与氢离子都向阴极移动,X电极是Cu,Cu失电子生成Cu2+,故C正确;Y为
15、阴极,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2,生成了碱,所以Y与滤纸接触处变红,故D正确。15.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中NO3-的浓度为0.6 molL-1,用石墨作为电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液的体积仍为500 mL,下列说法正确的是()A.原混合溶液中K+的浓度为0.1 molL-1B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子C.电解得到Cu的物质的量为0.05 molD.电解后溶液中H+的浓度为0.4 molL-1答案D解析用石墨作为电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应为2H2O
16、-4e-O2+4H+,阴极先后发生两个反应:Cu2+2e-Cu,2H+2e-H2。从收集到O2为2.24L可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子,而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子,所以Cu2+共得到0.4mol-0.2mol=0.2mol电子,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(NO3-),c(K+)+c(H+)=c(NO3-),不难算出电解前c(K+)=0.2molL-1,电解后溶液中c(H+)=0.4molL-1。16.整合有效信息书写电极反应。(1)硫化氢的转化是资源利用和
17、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。将用烧碱溶液吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2-2e-S、(n-1)S+S2-Sn2-。写出电解时阴极的电极反应:。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,该反应的离子方程式为。(2)电解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)2H2O+2e-H2+2OH-Sn2-+2H+(n-1)S+H2S(2)NH3根据电解总反应:8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多,应补充NH3解析
18、(1)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Sn2-,Sn2-可以理解为(n-1)S+S2-,加入稀硫酸可生成S单质和H2S气体。(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知,阴极反应为3NO+15e-+18H+3NH4+3H2O,阳极反应为5NO-15e-+10H2O5NO3-+20H+,电解总反应为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3。学科素养拔高练17.如图所示,A为电源,B为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,C、D为电解槽,其电
19、极材料及电解质溶液如图所示。(1)关闭K1,打开K2,通电后,B的KMnO4紫红色液滴向c端移动,则电源b端为极,通电一段时间后,滤纸d端的电极反应为。(2)已知C装置中溶液的溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3,且均为0.1 mol,打开K1,关闭K2,通电一段时间后,阴极析出固体的质量m(g)与通过电子的物质的量n(mol)的关系如图所示。则Cu2+、X3+、H+氧化性由强到弱的顺序是。(3)D装置中溶液是稀硫酸,则石墨电极端从开始至一段时间后的实验现象是。答案(1)负2H+2e-H2(2)Cu2+H+X3+(3)在石墨电极一端开始时有无色无味气体产生;一段时间后有红色物质析出解析(1)当打开K2、关闭K1时,A、B形成了一个电解池,由于紫红色的MnO4-向c端移动,从而可以确定c为电解池的阳极,a为电源的正极,则b为电源的负极。因此电解池中H+和K+向阴极d移动,由于H+放电能力强,故d端的电极反应为2H+2e-H2。(2)由通过电子的物质的量与阴极析出固体质量的关系图示可以看出,当通过超过0.2mol电子时,阴极析出固体质量不再发生变化,说明此过程中放电的为H+,而通过0.2mol电子时,溶液中某金属阳离子完全放电。再结合Cu2+和X3+的电荷数,可以确定通过0.2mol电子时,放电的为Cu2+,故Cu2+、H+、X3+的氧化性顺序为Cu2+H+X3+。