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2课时电解原理的应用课后篇素养形成必备知识基础练1.用石墨作为电极电解CuCl2和KCl的混合溶液,电解初期阴极和阳极析出的物质分别是()A.H2、Cl2B.Cu、Cl2C.H2、O2D.Cu、O2答案B解析溶液中的离子有Cu2+、K+、H+、Cl-及OH-五种离子,得电子能力:Cu2+H+K+,失电子能力:Cl-OH-,所以电解初期,阴极反应为:Cu2+2e-Cu,阳极反应为:2Cl-2e-Cl2,故选B。2.(2021安徽蚌埠高二统考)图甲为锌铜原电池装置,图乙为电解熔融氯化钠制备金属钠的装置。下列说法正确的是()A.甲装置中锌为负极,发
2、生还原反应;铜为正极,发生氧化反应B.甲装置中盐桥可以使反应过程中溶液保持电中性C.乙装置中铁极的电极反应为:2Na-2e-2Na+D.乙装置中B是氯气出口,A是钠出口答案B解析在原电池中活泼金属作为负极,发生氧化反应,A错误;盐桥的作用是调节电荷,使溶液中电荷守恒,B项正确;乙装置中铁作为阴极,电极反应为:2Na+2e-2Na,C错误;根据图示可知A是氯气出口,B是钠出口,D错误。3.在下列装置中,MSO4和NSO4是两种常见金属的易溶盐。当K闭合时,SO42-从右到左通过交换膜移向M极,下列分析正确的是()A.溶液中c(M2+)减小B.N的电极反应为:N-2e-N2+C.X电极上有H2产生
3、,发生还原反应D.反应过程中Y电极周围生成白色胶状沉淀答案C解析根据装置图判断可知,左边是原电池,右边是电解池。当K闭合时,根据SO42-的移向可判断M极为负极,N极为正极,Y为阳极,X为阴极,电极反应分别为负极:M-2e-M2+,正极:N2+2e-N,阳极:2Cl-2e-Cl2;阴极:2H+2e-H2,在X极(阴极)附近Al3+3OH-Al(OH)3,只有C项正确。4.欲在金属表面镀银,应把金属镀件作为电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是()A.Ag和AgCl溶液B.Ag和AgNO3溶液C.Pt和Ag2CO3溶液D.Pt和Ag2SO4溶液答案B解析电镀槽中,要求镀件作为
4、阴极,可用镀层金属作为阳极,电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液,由于A、C、D项中AgCl、Ag2CO3和Ag2SO4均为沉淀,只有B项符合要求。5.关于镀铜和电解精炼铜,下列说法中正确的是()A.都用粗铜作为阳极、纯铜作为阴极B.电解质溶液的成分都保持不变C.阳极反应都只有Cu-2e-Cu2+D.阴极反应都只有Cu2+2e-Cu答案D解析电镀时镀件作为阴极,A项错误;电解精炼铜时电解质溶液成分会改变,B项错误;电解精炼铜时,若有比铜活泼的金属杂质如锌等,则阳极还会发生Zn-2e-Zn2+的反应等,C项错误。6.用下图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为910,阳极
5、产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是()A.用石墨作为阳极,铁作为阴极B.阳极的电极反应为:Cl-+2OH-2e-ClO-+H2OC.阴极的电极反应为:2H2O+2e-H2+2OH-D.除去CN-的反应为:2CN-+5ClO-+2H+N2+2CO2+5Cl-+H2O答案D解析若铁作为阳极,则铁失电子生成Fe2+,则无法除去CN-,故铁只能作为阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl元素的化合价升高,故Cl-在阳极发生氧化反应,又已知该溶液为碱性条件,故B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,故C项正确;由于溶液是碱性条件
6、,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2+2CO2+5Cl-+2OH-,D项错误。7.用铂作为电极电解某种溶液,通电一段时间,溶液的酸性增强,并且在阳极得到0.56 L气体,阴极得到1.12 L气体(两种气体均在相同条件下测定)。由此可知溶液可能是()A.稀盐酸B.KNO3溶液C.CuSO4溶液D.稀硫酸答案D解析阳极与阴极产生的气体体积比为0.56L1.12L=12,相当于电解水,溶液酸性增强,D项符合题意。8.如图是电解饱和氯化钠溶液(含酚酞)的装置。收集有毒气体的装置省略没有画出,两电极均是惰性电极。(1)a电极的名称是。(2)电解过程中观察到的现象是。(3)鉴定N出口
7、的气体最简单的方法是。(4)电解总反应的离子方程式为。(5)若将b电极换成铁电极,写出在电解过程中U形管底部出现的现象:。答案(1)阴极(2)两极均有气泡产生;a极区溶液变成红色;b极液面上气体为黄绿色;b极区溶液变为浅黄绿色(3)用湿润的淀粉KI试纸靠近N出口,试纸变蓝则说明是Cl2(4)2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-(5)底部有白色沉淀产生,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色解析根据电子的流向可知,a电极连接的是直流电源电子流出的一极,因此a电极是电解池的阴极,b电极为电解池的阳极,b电极产物为Cl2,检验Cl2的方法是用湿润的淀粉KI试纸靠近N出口,试纸变蓝即说明是Cl2。当将b极
8、改为铁电极时,铁失去电子变成阳离子进入溶液,与阴极放出H2后剩余的OH-结合生成Fe(OH)2沉淀,Fe(OH)2不稳定,迅速变为灰绿色,最终转化为红褐色的Fe(OH)3沉淀。关键能力提升练9.电解饱和食盐水(a为饱和食盐水),若生成4 mol的NaOH,下列说法正确的是()A.在X电极生成2 mol Cl2B.在X电极生成2 mol H2C.在Y电极生成4 mol Cl2D.NaOH在Y电极生成答案B解析由装置图可知Y为电解池的阳极,电极反应为2Cl-2e-Cl2,X为电解池的阴极,电极反应为2H+2e-H2。X电极为阴极,生成的是氢气,A项错误;由电解总反应2NaCl+2H2OH2+Cl2
9、+2NaOH可知,在X电极生成4molNaOH的同时还生成2molH2,B项正确;Y电极为电解池的阳极,由电解总反应2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH可知,生成4mol的NaOH,同时生成2mol氯气,C项错误;阴极附近氢离子放电,溶液中氢氧根离子浓度增大,NaOH在X电极生成,D项错误。10.电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染,将NO3-降解成N2的电解装置如下图所示。下列说法正确的是()A.电源的正极为b极B.电解时H+从膜右侧迁移到膜左侧C.Ag-Pt电极反应为2H2O-4e-4H+O2D.若转移的电子数为1.2041024,生成N25.6 g答案D解析根据题意分析可知,Ag-
10、Pt电极作为阴极,b极为电源负极,A项错误;阴极得电子,C项错误;阳离子向阴极移动,故质子应是由左侧向右侧迁移,B项错误;根据N原子守恒可知2NO3-N210e-,若转移电子数为1.2041024,即转移2mol电子生成0.2molN2,N2的质量为5.6g,D项正确。11.电解100 mL含c(H+)=0.30 molL-1的下列溶液,当电路中通过0.04 mol电子时,理论上析出金属质量最大的是()A.0.10 molL-1Ag+B.0.20 molL-1Zn2+C.0.20 molL-1Cu2+D.0.20 molL-1Pb2+答案C解析Cu2+、Ag+分别与H+共存时,首先放电的是Cu
11、2+和Ag+;Zn2+、Pb2+分别与H+共存时,首先放电的是H+。所以分别电解含有Zn2+和H+、Pb2+和H+的溶液时,H+先得电子生成H2,n(e-)=n(H+)=0.30molL-10.1L=0.03mol,故Zn2+、Pb2+得到的电子为0.04mol-0.03mol=0.01mol,生成的金属Zn、Pb的物质的量均为0.005mol,其质量分别为0.325g、1.035g;电解含有Ag+和H+的溶液,可得Ag的质量为0.1molL-10.1L108gmol-1=1.08g;电解含有Cu2+和H+的溶液,可得铜的质量为0.2molL-10.1L64gmol-1=1.28g,C项符合题
12、意。12.将1 L含0.4 mol CuSO4和0.4 mol NaCl的水溶液用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上得到0.3 mol铜,则在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是()A.5.6 LB.6.72 LC.13.44 LD.11.2 L答案A解析根据题意可知,阴极上0.3molCu2+得到0.6mol电子,则阳极失去电子的物质的量也应为0.6mol,根据阳极的电极反应:2Cl-2e-Cl20.4mol0.4mol0.2mol4OH-4e-2H2O+O20.2mol0.05mol则得到Cl2和O2共0.25mol,在标准状况下的体积为5.6L。13.甲、乙两个电解池均以Pt为电
13、极且互相串联。甲池盛有AgNO3溶液,乙池盛有一定量的某盐溶液,通电一段时间后,测得甲池阴极质量增加2.16 g,乙池电极析出0.24 g金属,则乙池中溶质可能是()A.CuSO4B.MgSO4C.Al(NO3)3D.Na2SO4答案A解析Pt为惰性电极,电解各种盐溶液时,阳离子在阴极放电,阳离子的放电顺序为Cu2+H+Al3+Mg2+Na+,若乙池中的溶质为MgSO4、Al(NO3)3或Na2SO4,电解过程中阴极不会析出金属,故乙池中的溶质只能为CuSO4。甲、乙两个电解池串联,通过各个电极的电子数相等。甲、乙两池的阴极发生的反应分别为2Ag+2e-2Ag、Cu2+2e-Cu,则存在关系式
14、:2Ag2e-Cu,n(Cu)=12n(Ag)=122.16g108gmol-1=0.01mol,故乙池中析出金属Cu的质量为m(Cu)=0.01mol64gmol-1=0.64g,但实际上仅析出0.24gCu,这说明CuSO4的量不足,还发生反应:2H+2e-H2。14.用惰性电极电解法制备硼酸H3BO3或B(OH)3的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是()A.阴极与阳极产生的气体体积比为12B.b极的电极反应为2H2O-2e-O2+4H+C.产品室中发生的反应是H+B(OH)4-B(OH)3+H2OD.每增加1 mol H3BO3产品,NaOH
15、溶液增重44 g答案C解析由图可知,b电极为阳极,电解时阳极上水发生反应生成O2和H+,a电极为阴极,电解时阴极上水发生反应生成H2和OH-,原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室,溶液中c(NaOH)增大,原料室中B(OH)4-通过阴膜进入产品室,b极室中氢离子通过阳膜进入产品室,B(OH)4-与H+发生反应生成H3BO3:H+B(OH)4-B(OH)3+H2O,C正确;a、b电极反应式分别为2H2O+2e-H2+2OH-、2H2O-4e-O2+4H+,A、B错误;理论上每生成1mol产品,b极生成1molH+、a极生成0.5molH2,移动1molNa+,NaOH溶液增重23g-1g=22g,
16、D错误。15.如图所示,其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O。下列说法正确的是()A.甲池是电能转化为化学能的装置,乙、丙池是化学能转化为电能的装置B.甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2OC.反应一段时间后,向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度D.甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生2.90 g固体答案B解析甲池是燃料电池,是化学能转化为电能的装置,乙池、丙池是电解池,是将电能转化为化学能的装置,A项错误;在燃料电池中,在负极甲醇发生失电子的氧化反应,在碱性条
17、件下的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O,B项正确;电解池乙池中,电解后生成H2SO4、Cu和O2,要使溶液复原应加入CuO,C项错误;甲池中根据电极反应:O2+2H2O+4e-4OH-,消耗280mLO2(标准状况下),则转移电子0.05mol,丙装置中,电池总反应为MgCl2+2H2OMg(OH)2+Cl2+H2,理论上最多产生Mg(OH)2的质量为0.025mol58gmol-1=1.45g,D项错误。16.下图装置中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后,在c、d两电极上共收集到336 mL(标准状态)气体。请回答下列问题。(
18、1)直流电源中,M为极。(2)Pt电极上生成的物质是,其质量为g。(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2。(4)AgNO3溶液的浓度(填“增大”“减小”或“不变”,下同),硫酸的浓度。(5)若硫酸的质量分数由5.00%变为5.02%,则原有5.00%的硫酸g。答案(1)正(2)Ag2.16(3)2121(4)不变增大(5)45.18解析(1)电解5.00%的稀硫酸,实际上是电解其中的水。因此在该电解池中发生反应:2H2O2H2+O2,V(H2)V(O2)=21。由图可知d极与c极产生的气体体积之比约为21,据此可确定d极为阴极,则电源的N极为负极,M极为正
19、极。(2)在336mL气体中,V(H2)=23336mL=224mL,则n(H2)=0.01mol;V(O2)=13336mL=112mL,则n(O2)=0.005mol。说明电路中转移了0.02mol电子,因此在b极产生Ag的质量为0.02mol108gmol-1=2.16g。(3)根据前面的分析可知n(e-)n(Ag)n(O2)n(H2)=0.020.020.0050.01=22121。(4)由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池,在通电一定时间后,在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+的物质的量等于Ag电极失电子给溶液补充的Ag+的物质的量,因此AgNO3溶液的浓度不变
20、。电解5.00%的硫酸溶液,由于其中的水发生电解,水的量减少,因此硫酸浓度增大。(5)设原5.00%的硫酸的质量为x,电解时消耗水的质量为0.01mol18gmol-1=0.18g,则:5.00%x=5.02%(x-0.18g),解得x=45.18g。学科素养拔高练17.钴酸锂等正极材料的发现助推了锂离子电池商业化的进程,对电池的性能起着决定性的作用。钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池,用它作电源按如图装置进行电解。通电后,a电极上一直有气泡产生;d电极附近先出现白色沉淀(CuCl),后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是()A.已知钴酸锂电池放电时总反应为Li1-
21、xCoO2+LixC6LiCoO2+6C,则Li1-xCoO2在负极反应,失电子B.当外电路中转移0.2 mol电子时,电极b处有2.24 L Cl2生成C.电极d为阴极,电解开始时的电极反应为Cu+Cl-e-CuClD.随着电解的进行,U形管中发生了如下转化CuCl+OH-CuOH+Cl-答案D解析LixC6中C元素为负价,根据电池总反应可知,LixC6作为负极,则Li1-xCoO2在正极反应,得电子,故A错误;没有说明是否为标准状况,因此无法直接计算生成氯气的体积,故B错误;d电极发生的变化CuCuCl是氧化反应,故d极为阳极,d极反应为Cu+Cl-e-CuCl,故C错误;d电极先产生白色
22、沉淀(CuCl),白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH),发生的反应为CuCl+OH-CuOH+Cl-,故D正确。18.某学习小组将“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理,根据图示回答下列问题(图示中的电极均为石墨)。(1)图1中,电解一段时间后,气球b中的气体是(填化学式),U形管(填“左”或“右”)边的溶液变红。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器,电解可制备84消毒液的有效成分,则c为电源的极;该发生器中反应的离子方程式为。(3)二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色气体,是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。下图是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。阳极产生ClO2的电
23、极反应为。当阴极产生标准状况下112 mL气体时,通过阳离子交换膜的离子的物质的量为。答案(1)H2右(2)负Cl-+H2OClO-+H2(3)Cl-5e-+2H2OClO2+4H+0.01 mol解析(1)图1中,根据电子流向可知,左边电极是电解池阳极,右边电极是电解池阴极,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电生成氢气,同时阴极附近产生NaOH。(2)要制取84消毒液,应创造氯气和氢氧化钠反应生成NaClO的环境,为了使反应更充分,则下面电极生成氯气,上面电极附近有NaOH生成,则上面电极为阴极,c为电源负极,d为电源正极。(3)依据题干信息,阳极上Cl-被氧化为ClO2,根据电子守恒和电荷守恒可写出电极反应。电极上得到或失去一个电子,电解质溶液中必然有一个阳离子通过阳离子交换膜,因此当阴极产生标准状况下112mL气体时,通过阳离子交换膜的离子的物质的量为0.01mol。
