1、第2课时电解原理的应用课时过关能力提升一、基础巩固1.在铁制品上镀一定厚度的锌层,以下设计方案正确的是()A.锌作阳极,铁制品作阴极,溶液中含有锌离子B.锌作阴极,铁制品作阳极,溶液中含有锌离子C.锌作阳极,铁制品作阴极,溶液中含有亚铁离子D.锌作阴极,铁制品作阳极,溶液中含有亚铁离子答案:A2.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作电极,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:D3.下列描述中,不符合生产实
2、际的是()A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极答案:A4.火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等),其性能远不能达到电气工业的要求,工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时()A.粗铜接电源负极B.纯铜作阳极C.杂质都将以单质形式沉淀到池底D.纯铜片增重2.56 g,电路通过电子为0.08 mol答案:D5.将Fe片和Zn片放在盛有NaCl溶液(其中滴有酚酞)的表面皿中,如图所示。最先观察到变为红色的区域为()A.和B.和C.和D.和解析:甲是原电池,Zn作负极,Fe作
3、正极,正极上发生反应O2+2H2O+4e-4OH-,c(OH-)c(H+),呈碱性,使酚酞变红;乙池为电解池,Fe作阳极,Zn作阴极,在阴极上H+放电,产生大量OH-,区域酚酞变红。答案:B6.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()A.a为正极,b为负极;NaClO和NaClB.a为负极,b为正极;NaClO和NaClC.a为阳极,b为阴极;HClO和NaClD.a为阴极,b为阳极;HClO和NaCl解析:用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液
4、,阳极生成Cl2,阴极生成H2和NaOH溶液,为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液,一定使Cl2在下端电极产生,所以下端电极是阳极,上端电极为阴极,即a为负极,b为正极,Cl2与NaOH溶液反应生成NaCl和NaClO。答案:B7.某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。据此,下列叙述正确的是()A.铅笔端作阳极,发生还原反应B.铂片端作阴极,发生氧化反应C.铅笔端有少量的氯气产生D.a点是负极,b点是正极解析:电解实验中阳极发生氧化反应,生成氯气,阴极发生还原反应,生成氢气
5、。由电极反应式可知,在阴极生成氢氧化钠,出现红色字迹,所以铅笔作阴极,a点为电源负极。答案:D8.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应为2Cu+H2OCu2O+H2。下列说法正确的是()A.石墨电极上产生氢气B.铜电极发生还原反应C.铜电极接直流电源的负极D.当有0.1 mol电子转移时,有0.1 mol Cu2O生成解析:石墨作阴极,阴极上是溶液中的H+反应,电极反应为2H+2e-H2,A正确;由电解总反应可知,Cu参加了反应,所以Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B错误;阳极与电源的正极相连,C错误;阳极反应为2Cu+2OH-2e-Cu
6、2O+H2O,当有0.1 mol 电子转移时,有0.05 mol Cu2O生成,D错误。答案:A9.电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O72-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是()A.阳极反应为Fe-2e-Fe2+B.电解过程中溶液pH不会变化C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成D.电路中每转移12 mol e-,最多有1 mol Cr2O72-被还原解析:铁板作阳极,则阳极上Fe失电子,A正确;电解过程中c(H+)减小,c(OH-)增大,所以pH变大,B错误;溶液
7、酸性减弱,pH增大,有Fe(OH)3沉淀生成,C正确;电路中每转移12 mol e-,生成6 mol Fe2+,则有1 mol Cr2O72-被还原,D正确。答案:B10.以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是()A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率D.镀锌层破损后对铁制品失去保护作用解析:电镀过程中Zn与电源正极相连,若给原电池充电,则Zn应接电源负极,A错误;导线中通过的电子,在阴极均被Zn2+得到,所以通过的电子与锌析
8、出的物质的量成正比,B错误;只要电流恒定,阴阳极得失电子的速率不变,所以电解反应速率不变,C正确;镀锌层破损后,Zn比铁活泼,Zn作负极、Fe作正极,Fe被保护,D错误。答案:C11.化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4,同时获得氢气:Fe+2H2O+2OH-FeO42-+3H2。工作原理如图所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色FeO42-,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H2还原。(1)电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在(填“阴极室”或“阳极室”)。(2)电解过程中,须将
9、阴极产生的气体及时排出,其原因为。解析:(1)根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气,电极反应式为2H+2e-H2,铁电极发生氧化反应,电极反应式为Fe+8OH-6e-FeO42-+4H2O。溶液中的氢氧根离子减少,因此电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在阳极室;(2)根据题意Na2FeO4易被H2还原,电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,防止Na2FeO4与H2反应使产率降低。答案:(1)阳极室(2)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低12.如图所示,A、B、C三个装置中的烧杯分别盛有足量的CuCl2溶液。(1)A、B、C三个装置中属于原电池的是(填标号,下同),属于电解池的
10、是。(2)A池中Zn发生(填“氧化”或“还原”)反应,Cu电极反应式为。(3)B池中石墨是极,Pt极发生的电极反应为。(4)C池中Cu是极,电极反应为,反应过程中,溶液浓度(填“变大”“变小”或“不变”)。答案:(1)AB、C(2)氧化Cu2+2e-Cu(3)阴2Cl-2e-Cl2(4)阳Cu-2e-Cu2+不变13.如图中的A为直流电源,B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸,C为电镀槽,接通电路后,发现B上的c点显红色。请填空:(1)电源A的a为极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为。(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌,接通K点,使c、d两点短路,则电极e上发生的反应为,电极f上发生的反应为,
11、槽中盛放的电镀液可以是或(只要求填两种电解质溶液)。解析:(1)根据c点酚酞变红,则该极的反应为2H+2e-H2,即该极为阴极,与电源的负极相连,所以a点是正极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH。(3)c、d两点短路后,e为阳极,反应为Zn-2e-Zn2+。阴极上镀锌,则阴极反应为Zn2+2e-Zn。电解液用含镀层金属离子的电解质溶液,所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。答案:(1)正(2)2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH(3)Zn-2e-Zn2+Zn2+2e-ZnZnSO4溶液Zn(NO3)2溶液二、能力提升1.金属镍有广
12、泛的用途,粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,用电解法制备高纯度的镍,下列叙述中正确的是()A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2+2e-NiB.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt解析:本题为“电解精炼铜”的迁移应用。A项,阳极应发生氧化反应。C项,溶液中的阳离子主要为Ni2+,根据金属原子的还原性和金属阳离子的氧化顺序,阳极反应为Zn-2e-Zn2+,Fe-2e-Fe2+,Ni-2e-Ni2+,Cu、Pt在该条件下不失电子,阴极反应为Ni2+2e-Ni,Fe2+、Z
13、n2+在该条件下不得电子。比较两电极反应,因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等,当两极通过相同的电量时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。答案:D2.用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是()A.阳极反应式为4OH-4e-2H2O+O2B.通电后阴极区附近溶液的pH会增大C.K+通过交换膜从阴极区移向阳极区D.纯净的KOH溶液从b口导出解析:阳极区为粗KOH溶液,阳极上OH-失电子发生氧化反应:4OH-4e-2H2O+O2,A项正确;阴极上H2O得电子发生还原反应:2H2O+2e-H2+2OH-,阴极区附近溶液中c(OH-)增大,pH增大,
14、B项正确;电解时阳离子向阴极移动,故K+通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区,C项错误;阴极区生成KOH,故纯净的KOH溶液从b口导出,D项正确。答案:C3.如下图所示,图乙是根据图甲的电解池进行电解时某个量(纵坐标y)随时间变化的函数图像(各电解池都用石墨作电极,不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响),这个量y表示()A.各电解池析出气体的体积B.各电解池阳极质量的增加量C.各电解池阴极质量的增加量D.各电极上放电的离子总数解析:电解NaCl溶液时阴、阳极都产生气体,电解AgNO3溶液时阴极上产生单质银,电解CuSO4溶液时阴极上产生单质铜,所以随着电解的进行,阴极质量的增加量有如题中
15、图示的变化。答案:C4.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,如图是电解污水的实验装置示意图,实验用污水中主要含有可被吸附的悬浮物(不导电)。下列有关推断明显不合理的是()A.阴极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-B.通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3C.通电过程中会产生气泡,把悬浮物带到水面形成浮渣弃去D.如果实验用污水导电性不良,可加入少量Na2SO4固体以增强导电性解析:A项中阴极反应是H2O电离出的H+得电子,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2。答案:A5.如图,X和Y均为石墨电极。(1)若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水,电解反应的离子方程式为;电
16、解过程中(填“阴”或“阳”)极附近会出现红色。(2)若电解液为500 mL含A溶质的某蓝色溶液,电解一段时间,观察到X电极表面有红色的固态物质生成,Y电极有无色气体生成。溶液中原有溶质完全电解后,停止电解,取出X电极,洗涤、干燥、称量,电极质量增加1.6 g。电解后溶液的pH为;要使电解后溶液恢复到电解前的状态,需加入一定量的(填加入物质的化学式)。(假设电解前后溶液的体积不变)Y电极产生气体在标准状况下的体积为L。请你推测原溶液中所含的酸根离子可能是;并设计实验验证你的推测,写出实验的操作步骤、现象和结论:。解析:(1)电解饱和食盐水的离子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+Cl2+H2,在
17、阴极区生成NaOH,使酚酞溶液变红。(2)蓝色溶液中可能含有Cu2+,并且在电解过程中析出红色固体,进一步验证析出的是铜;Y电极上析出无色气体,应该是O2,电解离子方程式:2Cu2+2H2O2Cu+O2+4H+。根据电解离子方程式得:n(H+)=2n(Cu2+)=21.6 g64 gmol-1=0.05 mol,故溶液中c(H+)=0.05mol0.5 L=0.1 molL-1,溶液的pH=1。要使溶液恢复到以前,可以加入CuO或CuCO3。根据电解方程式得:n(O2)=12n(Cu)=0.012 5 mol,在标准状况下的体积V(O2)=22.4 Lmol-10.012 5 mol=0.28 L。溶液中存在的必须是含氧酸根离子,可以是SO42-或NO3-;然后利用实验进行检验。答案:(1)2Cl-+2H2O2OH-+Cl2+H2阴(2)1CuO(或CuCO3)0.28硫酸根离子取少量待测液于试管中,滴加盐酸无明显现象,继续加入氯化钡溶液,若有白色沉淀产生,则证明是硫酸根离子(或:硝酸根离子取少量待测液于试管中,加热浓缩后加入铜粉和浓硫酸,若有红棕色气体产生,则证明是硝酸根离子)
