1、第3讲 电解原理及其应用随堂演练巩固1.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生反应的总反应离子方程式是: ,则关于该装置的有关说法正确的是( ) A.该装置可能是原电池,也可能是电解池 B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸 C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极 D.该装置只能是电解池,电解质溶液不可能是盐酸 【解析】 总反应离子方程式是,由于反应不是自发进行的氧化还原反应,所以只能是电解池。Cu失去电子在该电解池中作阳极,电解质溶液为酸性溶液。 【答案】 C 2.中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种:一是铝的工业制备、二是氯碱工业、三是金属钠的制备。下列关于
2、这三个工业生产的描述中正确的是( ) A.电解法制金属钠时,负极反应式: Na B.电解法生产铝时,需对铝土矿进行提纯,在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性 C.在氯碱工业中,电解池中的阴极产生的是 在阳极附近产生 D.氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl ,在电解时它们的阴极都是 失电子 【解析】 A中电解池中只说阴阳极,其阴极反应为:=Na,所以A错;C中NaOH是因为阴极附近水被电解产生而生成的;D中在它们电解时都是阳极失电子。 答案：B3.(2012安徽省城名校高三联考)2011年6月,云南省曲靖市发生了铬渣污染事件。在金属零件上镀铬后,既可以增加硬度,也可以有装饰的效果。如果在
3、溶液中,在铁制零件上镀铬,镀铬的阳极不用金属铬,而采用不溶性阳极。以下说法中正确的是( ) A.铁制零件应该连接电源的负极 B.阳极发生的电极反应为:=Cr C.为了增强溶液的导电性,可以向溶液中加入一些溶于水的强电解质,提高溶液的pH D.当通过1.5 mol 时,铁制零件上可沉积78 g铬镀层 【解析】 A中,镀件应该作电镀池的阴极,所以铁制零件应该连接电源的负极,正确;B中,阴极发生的电极反应为:=Cr,错误;C中,提高溶液的pH后,电镀液中易生成沉淀,不利于电镀的进行,错误;D中,根据电极反应式:=Cr,当通过1.5 mol电子时,Cr的物质的量为0.5 mol,所以铁制零件上可沉积2
4、6 g铬镀层,错误。 【答案】 A 4.(2012安徽省城名校高三联考)为京都议定书2012年第一承诺期到期后的温室气体减排问题,世界各国都做出了不同的努力。随着新能源的开发和利用这个物质逐渐进入人们的视野,越来越受到人们的关注。 (1)右图是反应CO(g)+进行过程中的能量变化曲线。曲线a表示不使用催化剂时反应的能量变化,曲线b表示使用催化剂时反应的能量变化。下列相关说法正确的是( ) A.该反应是吸热反应 B.使用催化剂后反应热减小 C.热化学方程式为= H=-510 D.热化学方程式为= H=-91 (2)由(1)推断在密闭容器中进行,图中曲线a代表一定条件下该反应的过程。若使曲线a变为
5、曲线b,可采取的措施是( ) A.增大CO的浓度 B.缩小容器的容积 C.加入催化剂 D.升高温度 (3)由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型燃料电池,正在逐步推广使用,假定放电过程中,甲醇完全氧化产生二氧化碳被充分吸收生成。该电池的负极反应的离子方程式为 ,放电过程中电池里溶液的pH将 (填”减小”“增大”或”不变”);若有16克甲醇被完全氧化产生电能,并利用该过程中释放的电能电解足量的硫酸铜溶液,假设能量的利用率为80%。则得到氧气的物质的量是 。 (4)某同学将甲醇完全燃烧生成气体通入200 mL 0.1 的石灰水后,得到1 g沉淀,则通入的的体积可能为(标态) 。 【解析】 (1)根
6、据图示该反应是放热反应,使用催化剂后活化能降低,反应热没有变化。反应=的H=-(510-419) 正确。 (2)可逆反应中A的转化率没有变化,平衡没有移动,但反应速率加快了,只能是使用了催化剂。 (3)甲醇被氧化为是在负极反应。放电过程中消耗了下降;求氧气的物质的量可根据得失电子守恒和能量守恒计算。 气体通入石灰水生成1 g沉淀的沉淀有两种情况,当的体积量少时:直接根据1 g沉淀利用方程式求的体积,当的体积过量时要考虑生成的沉淀会部分溶解生成了碳酸氢钙。 【答案】 (1)D (2)C = 减小 0.6 mol (4)0.224 L或0.672 L 5.科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发,找出了冶
7、炼钛的新工艺。 试回答下列有关问题。 (1)直接电解法(剑桥法)生产钛是一种较先进的方法,电解质为熔融的氧化钙,原理如图所示,阴极获得钛可能发生的反应或电极反应为 。阳极产物可能为 。(2)SOM技术是一种绿色环保的先进技术,阳极用金属陶瓷,并用固体氧离子隔膜将两极产物隔开,阳极通入氢气,则此时阳极产物是 。【解析】 (1)由图中看出,阴极生成向阳极移动,而阴极得电子,结合题目信息阴极得到的产物是Ti,故阴极电极反应可能为: 。则迁移到阳极的失去电子生成但在高温下与石墨发生反应生成CO或或 CO和的混合气。 (2)若阳极通入氢气,氢气优先失去电子,与阴极迁移过来的结合生成水。 【答案】 CO或
8、或 CO和或CO、和的混合气(只回答出一种情况即可) (2)水课后作业夯基(时间:45分钟 满分:100分) 一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分,每小题只有一个选项符合题意) 1.下列叙述正确的是( ) A.电镀时,通常把待镀的金属制品作阳极 B.氯碱工业是电解熔融的NaCl,在阳极能得到 C.氢氧燃料电池(酸性电解质)中通入正极,电极反应为: D.下图中电子由Zn极流向Cu,盐桥中的移向溶液 【解析】 电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,A项错误;氯碱工业是电解饱和NaCl溶液,B项错误;D项中盐桥中的移向负极区域,即移向溶液,D错误;酸性介质中氢氧燃料电池的正极反应中生成的
9、要与继续反应生成水,C项正确。 【答案】 C 2.如下图四种装置中所盛有的溶液体积均为200 mL,浓度均为0.6 工作一段时间后,测得导线上均通过了0.2 mol电子,此时溶液中的pH由大到小的顺序是 ( ) A.B. C.D. 【解析】 中由于氢氧根离子放电,当导线上通过了0.2 mol电子,则n增加0.2 mol,c约为1 ;正极上氢离子放电,导线上通过了0.2 mol电子,则溶液中减少的n也为0.2 mol,根据原溶液的体积和浓度,c变为0.2 ;中锌电极参与反应,电解质溶液pH基本不发生变化;中阴极上氢离子放电,溶液渐渐呈碱性。综合以上分析,C项正确。 【答案】 C 3.(2011全
10、国卷,10)用石墨作电极电解溶液。通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的( ) A.B. C.CuOD. 【解析】 用石墨电极电解溶液,发生反应: ,电解液的恢复依据”出什么,加什么”的原则,所以要使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的CuO,C项正确。 【答案】 C 4.钢铁的腐蚀造成很大损失,有资料显示,全世界每年由于腐蚀而造成报废的钢铁高达总产量的三分之一,其中大约有三分之一不能回收利用。下图为铁闸门防止腐蚀的两种方法,下列说法中不正确的是( ) A.钢铁腐蚀主要发生的是吸氧腐蚀,其正极反应为:= B.甲图中焊接在铁闸门上的材料R可能为Zn C.乙图中措施属
11、于外加电流的阴极保护法 D.乙图中把被保护的铁闸门连接在电源的正极 【解析】 甲图中铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,锌失去电子,锌被溶解,而铁被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法;乙图中措施属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门和电源的负极相连。 【答案】 D 5.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的5.(2012第四次”淮-安联考”)用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含、的装置如下图所示(a、b为石墨电极)。下列说法中正确的是( ) A.电池工作时,正极反应式为:= B.电解时,a电极周围首先放电的是而不是说明当其他条件相同时前者的还原性强
12、于后者 C.电解时,电子流动的路径是:负极外电路阴极溶液阳极正极 D.忽略能量损耗,当电池中消耗 0.02 g 时,a极周围会产生0.71 g 【解析】 因为是酸性介质,电池工作时正极反应不会生成;电解时,电子流动的路径不可能通过溶液;当电池中消耗时,a极周围会首先产生;电解时a电极首先放电的是而不是说明当其他条件相同时的失电子能力强于即的还原性强于。 【答案】 B 6.用石墨电极电解含有一定量重水的水下列说法正确的是( ) A.相同状况下阴阳两极上产生的气体体积之比为21 B.两电极上产生气体的质量之比为81 C.相同状况下两电极上产生的气体体积之比为41 D.若两电极上产生的气体质量比为1
13、63,则与的物质的量之比为21 【解析】 电解时阴极产生氢气(含有重氢),阳极产生氧气,二者物质的量比为21,A项正确,C项错误;由于重水和普通水的比例无法知道,故两极产生的气体的质量无法知道,B项错误;和放电的机会都是均等的,若与的物质的量之比为11,则和的物质的量比为11,得到的三种气体的物质的量比为111,氧气和氢气的质量比为163,D项错误。 【答案】 A 7.(2011南京师大附中高三学情调研)如图装置()为一种可充电电池的示意图,其中的离子交换膜只允许通过,该电池放电时的化学方程式为:3KI。装置()为电解示意图,当闭合开关K时,电极X附近溶液先变红。则闭合K时,下列说法正确的是
14、( ) A.从右到左通过离子交换膜 B.电极A上发生的反应为: C.电极X上发生的反应为: D.当有0.1 mol 通过离子交换膜,X电极上产生1.12 L气体(标准状况) 【解析】 当闭合开关K时,电极X附近溶液先变红,说明该极为阴极,氢离子得电子生成氢气同时生成氢氧根离子,则电极A为负极发生失电子反应,B、C项错误;阳离子移向正极,故从左到右通过离子交换膜,A项错误;根据电子守恒,D项正确。 【答案】 D 8.用惰性电极电解一定浓度的溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol 恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH,则电解过程中转移电子的物质的量为( ) A.0.1 molB.0.
15、2 mol C.0.3 molD.0.4 mol 【解析】 根据电解方程式和,若加入0.1 mol 能使溶液恢复到电解前的浓度和pH,则电解过程中相当于析出0.1 mol Cu、0.1 mol 和0.1 mol 故电解过程中转移电子的物质的量为0.1 0.4 mol。 【答案】 D 9.家蝇的雌性信息素可用芥酸(来自菜籽油)与羧酸X在浓NaOH溶液中进行阳极氧化得到。电解总反应式为: 则下列说法正确的是( ) A.X的结构简式为 B.雌性信息素可能是烯烃,但不能使溴水褪色 C.电解的阳极反应式为: D.阴极的还原产物为和 【解析】 根据原子守恒,X为丙酸项正确;烯烃都可以使溴水褪色,B项错误;
16、电解液为碱性环境,电极反应式中不能生成项错误;阴极得电子,还原产物为不是还原产物,D项错误。 【答案】 A 10.500 mL 和的混合溶液中c6 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22.4 L气体(标准状况),假设电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是( ) A.原混合溶液c为2 B.上述电解过程中共转移2 mol电子 C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol D.电解后溶液中c为2 【解析】 该混合溶液用石墨作电极电解,阳极反应式为: ,生成1 mol氧气失去4 mol电子,阴极反应先为: Cu,后为: ,生成1 mol氢气得2 mol电子,而阴阳两极得失
17、电子数相等,故得2 mol 生成1 mol铜,由电荷守恒式:ccc得c。电解后c应为4 。 【答案】 A 二、非选择题(本题包括4个小题,共50分) 11.(12分)如下图所示,若电解5 min时铜电极质量增加2.16 g,试回答: (1)电源电极X名称为 。 (2)pH变化:A ,B ,C 。 (3)通电5 min时,B中共收集224 mL气体(标准状况),溶液体积为200 mL。(设电解前后溶液不变)则通电前溶液的物质的量浓度为 。 (4)若A中KCl溶液的体积也是200 mL,电解后,溶液的pH是 (设前后体积无变化)。 【解析】 本题要注意电化学中常用的方法电子得失守恒的应用。(1)因
18、为Cu电极增重,说明溶液中的在此极析出,所以Cu极为阴极,Ag极为阳极,则与Ag极相连的Y极为电源正极,X极为电源负极。(2)电解KCl溶液时,阴极上,溶液pH增大,电解和溶液时,阳极反应为 ,溶液pH减小。电解溶液实质是电镀,溶液浓度不变,故pH不变。(3)C中铜电极增加2.16 gAg,则通过的电子为n0.02 mol,因为是串联电解池,每个电解池中通过的电子均为0.02 mol,B中阳极反应为,放出为.005 mol,阴极放出的物质的量为:0.01 mol-0.005 mol=0.005 mol,根据的物质的量推知得电子.005 mol=0.01 mol,则得电子为0.02 mol-0.
19、01 mol=0.01 mol,则的浓度为:.025 。 (4)A中阴极减少0.02 mol,c .1 。 【答案】 (1)负极 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 (4)13 12.(14分)某课外活动小组同学用如图装置进行实验,试回答下列问题。 (1)若开始时开关K与a连接,则B极的电极反应式为 。 (2)若开始时开关K与b连接,则B极的电极反应式为 ,总反应的离子方程式为 。 有关上述实验,下列说法正确的是(填序号) 。 溶液中向A极移动 从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝 反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度 若标准状况下B极产生2.24 L气体,则溶液中转
20、移0.2 mol电子 (3)该小组同学认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,则可以设想用如下图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。 该电解槽的阳极反应式为 。此时通过阴离子交换膜的离子数 (填”大于”或”小于”或”等于”)通过阳离子交换膜的离子数。 制得的氢氧化钾溶液从出口(填写”A”“B”“C”“D”) 导出。 通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因 。 若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应式为 。 燃料电池所用燃料可以是氢气,也可以是其他燃料,如甲醇、肼等。肼分子可以在氧气中燃烧生成氮气和水。利用肼、氧气与KOH溶液组成
21、碱性燃料电池,请写出该电池负极的电极反应式: 。 【解析】 (1)开始时开关K与a连接,组成原电池,铁为负极(B极),电极反应式为。 (2)开始时开关K与b连接,构成电解池,阳极(A极),电极反应式为,阴极(B极)电极反应式为, 总反应的离子方程式为。 电解NaCl溶液时移向阴极,即B极,错;A极为阳极,该极上放出与KI发生反应生成遇淀粉变蓝,正确;要使饱和食盐水复原,应通入适量的HCl气体,若加盐酸,原食盐水将变稀, 错;电解质溶液中不会有电子转移,错。 (3)用惰性电极电解溶液,阳极反应式为,阴极反应式为,由电子守恒可知最左边池中 减少的物质的量与最右边池中减少的物质的量相等,即减少的正、
22、负电荷数相等,为保证电解质溶液的电中性,通过阴离子交换膜的数目是通过阳离子交换膜的数目的一半,即通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。 氢氧化钾在阴极室生成(最右边),故氢氧化钾溶液从出口D导出。 由于 在阴极上放电,促进水的电离产生所以,阴极附近溶液pH会增大。 氢氧燃料电池中通的电极为正极,发生还原反应,电极反应式为。 由题给信息知,该燃料电池的总反应方程式为同时可较容易写出正极的电极反应式利用总反应方程式减去正极反应式得该电池负极反应式为。 【答案】 (3) 小于 D 放电,促进水的电离浓度增大 13.(12分)惰性电极电解NaCl溶液或溶液都得到三种产物A、B、C,各物
23、质之间的转化关系如下图所示(图中参与反应和生成的水都已略去)。已知甲是短周期元素的单质,它是日常生活中常用的包装材料。 回答下列问题: (1)若电解的是NaCl溶液: 甲与A反应的化学方程式是 。 A与B反应的离子方程式是 。 若电解100 mL 0.1 NaCl溶液,阴、阳两极各产生112 mL气体(标准状况),则所得溶液的pH为 (忽略反应前后溶液的体积变化及气体溶于水的影响)。 (2)若电解的是溶液: 一定条件下A与B发生反应,E的化学式是 ;电解时阳极的电极反应式是 。 加热时,A的浓溶液可与B发生反应,A的浓度随时间变化的图像正确的是 。 【解析】 若电解NaCl溶液,电解后溶液显碱
24、性,若电解溶液,电解后溶液显酸性；由于单质甲在两种条件下均能生成故甲是Al。(1)若电解NaCl溶液,电解时的总反应方程式为,则A是NaOH,B是是。当阴、阳两极各产生112 mL气体时,生成NaOH 0.01 mol,溶液中c(NaOH)=0.1 故溶液的pH=13。(2)若电解溶液时,电解时的总反应式为+2Cu,则A是是Cu,C是是的浓溶液与B反应的化学方程式为浓) 由于稀硫酸和铜不反应且任何一个反应都不可能是匀速的,所以只有A正确。 【答案】 (1) 13 (2) A 14.(12分)(2012安徽合肥一中高三段考)欲降低废水中重金属元素铬的毒性,可将转化为沉淀除去。 已知:氢氧化物开始
25、沉淀时的pH氢氧化物沉淀完全时的pH7.09.01.93.26.08.0 (1)某含铬废水处理的主要流程如图所示: 初沉池中加入的混凝剂是其作用为(用离子方程式表示) 。 反应池中发生主要反应的离子方程式是。根据”沉淀法”和”中和法”的原理,向沉淀池中加入NaOH溶液,此过程中发生主要反应的离子方程式是 、 。 证明沉淀完全的方法是 。 (2)工业上可用电解法来处理含废水。实验室利用如图装置模拟处理含的废水,阳极反应式是阴极反应式是。与酸性溶液中的反应的离子方程式是 ,得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全。用电解法处理该溶液中0.01 mol 时,至少得到沉淀的质量是 g。 【解析】 (1)初沉池中加入其原因是铝离子水解生成了氢氧化铝胶体,具有吸附性;反应池中生成了还有过量的沉淀池中加入NaOH溶液即将转化成沉淀,将中和;根据氢氧化物沉淀完全时的pH,可知沉淀完全时的pH为8,所以测定溶液的pH即可; (2)阳极提供的还原剂与溶液中的在酸性条件下发生氧化还原反应生成了、和再根据得失电子守恒配平。根据方程式,用电解法处理该溶液中0.01 mol 时,得到沉淀有0.02 mol 和0.06 mol Fe 。 【答案】 (1)=胶体或 =、 = 测定溶液的pH,若则证明沉淀完全 = 8.48 高考资源网w w 高 考 资源 网
