1、课时训练8海水中盐的开发和利用一、电解原理及其应用1.如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是()A.a为负极、b为正极B.a为阳极、b为阴极C.电解过程中,d电极质量增加D.电解过程中,氯离子浓度不变解析:电流从电源的正极流出,因此a为电源正极,b为负极,则c为阳极,d为阴极。电解CuCl2溶液电极反应式为:阳极(c电极):2Cl-2e-Cl2,阴极(d电极):Cu2+2e-Cu,故C项正确。答案:C2.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镍,下列叙述正确的是()(已知:氧化性Fe2+Ni2+Cu2+)A.
2、阳极发生还原反应,其电极反应式:Ni2+2e-NiB.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等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:Zn、Fe金属性比Ni强,因此Zn、Fe、Ni在阳极均发生氧化反应,其电极反应式为Zn-2e-Zn2+,Fe-2e-Fe2+,Ni-2e-Ni2+,故A项错误;电解过程中阳极溶解的是Zn、Fe、Ni,而阴极析出的只有Ni,两者质量不可能相等,B项错误;电解后溶液中存在的阳离子主要是Ni2+,其次有少量的Zn2+、Fe2+,C项错误;Cu、Pt不如Ni活泼,在阳极沉积而形成阳极泥,D项正确。
3、答案:D3.关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是()A.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈无色B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色C.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性解析:阳极反应:2Cl-2e-Cl2,因此阳极区加入KI溶液,因Cl2将I-氧化为I2,溶液呈棕色;阴极反应:2H+2e-H2,H+放电则OH-增多,溶液呈碱性,使酚酞溶液变红;电解总反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2,溶液最终呈碱性。答案:B4.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池,装有电解液a;X、
4、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题:(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞溶液,则:电解池中X极上的电极反应式是;在X极附近溶液中观察到的现象是;当电路中有0.2 mol电子通过时,X极产生气体在标准状况下的体积为 L。检验Y电极产物的方法是。写出电解的总化学反应方程式。(2)要用电解方法实现将铁片镀上一层金属铜,则:电解液a选用溶液;X电极的材料是。Y电极反应式是。已知开始时铁片与铜片的质量相同,当电路中有0.4 mol电子通过时,两极质量相差 g。解析:(1)用惰性电极电解饱和食盐水,阳极反应:2Cl-2e-Cl2;阴极反
5、应:2H+2e-H2;电解总反应式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2。与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极,所以X极为阴极,Y极为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H+,溶液呈碱性,加入酚酞溶液,X极附近溶液变为红色;由电极反应式可知,当有0.2 mol电子通过时,产生的Cl2为0.1 mol,即2.24 L;Y极产生Cl2,能使湿润的淀粉碘化钾试纸变为蓝色。(2)在金属铁上镀铜,铜作阳极,铁作阴极,电解质溶液应选择CuSO4或CuCl2溶液,阳极电极反应式为Cu-2e-Cu2+,阴极反应式为Cu2+2e-Cu,当通过0.4 mol电子时,阳极溶解和阴极析出的铜均
6、为0.2 mol,即64 gmol-10.2 mol=12.8 g,因此两极质量差为25.6 g。答案:(1)2H+2e-H2溶液变红2.24用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近Y极支管口处,试纸变蓝,说明有Cl2生成2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2(2)CuSO4FeCu-2e-Cu2+25.6二、离子交换膜法制烧碱5.下列关于离子膜电解槽电解饱和食盐水的叙述不正确的是()A.精制饱和食盐水注入阳极室B.Cl-和OH-透过阳离子膜进入阳极室C.阴极区溶液使酚酞溶液显红色D.阳极产生使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体解析:明确离子交换膜的功能是只允许阳离子和水分子通过而不允许阴离子通过,因此C
7、l-和OH-不能透过离子交换膜。A正确,B不正确。答案:B6.电解饱和食盐水,当阴极附近有0.8 mol氢氧化钠生成时,导线中通过的电子的物质的量是()A.0.16 molB.0.2 molC.0.4 molD.0.8 mol解析:由2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2知每生成2 mol NaOH转移2 mol e-,故有0.8 mol NaOH生成,导线中就有0.8 mol e-通过。答案:D7.现在工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水制取H2、Cl2、NaOH。请回答下列问题:(1)在电解过程中,与电源正极相连的电极上所发生的电极反应式为。(2)电解之前食盐水需要精制,目的是除
8、去粗盐中Ca2+、Mg2+、S等杂质离子,使用的试剂有:a.Na2CO3溶液,b.Ba(OH)2溶液,c.稀盐酸,其合理的加入顺序为(填试剂序号)。(3)如果在容积为10 L的离子交换膜电解槽中,在阴极产生11.2 L(标准状况)H2,这时溶液的pH是(设体积维持不变)。(4)Cl2常用于自来水的消毒杀菌,现有一种新型消毒剂ClO2,若它们在杀菌过程中的还原产物均为Cl-,消毒等量的自来水,所需Cl2和ClO2的物质的量之比为。解析:(1)电解时,与电源正极相连的电极为阳极,溶液中的氯离子失去电子发生氧化反应。(2)为使杂质离子Ca2+、Mg2+、S等全部除尽,需加入稍过量的Ba(OH)2溶液
9、,而除去Ba2+,则需要加入稍过量的Na2CO3溶液,过滤后再加入盐酸除去C并调节溶液的pH。(3)由2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2可知,n(NaOH)=2n(H2)=2=1 mol,c(OH-)=0.1 molL-1,故溶液的pH=13。(4)Cl22Cl-,ClO2Cl-,当两者得电子数相等时,消毒能力相当,此时两者物质的量之比为52。答案:(1)2Cl-2e-Cl2(2)bac(3)13(4)52(建议用时:30分钟)1.下列关于氯碱工业产品的说法正确的是()A.产量越多越好B.依据用户的需求量而定C.多产烧碱少产氯气D.多产氯气少产烧碱答案:B2.氯碱工业中关于电极材料的
10、选用,下列说法合理的是()A.两极可用任意可导电固体材料B.阳极必须用惰性电极C.阴极必须用惰性电极D.石墨阳极比金属阳极更节电解析:阳极必须用惰性电极,因为氯碱工业是利用直流电使溶液中的Cl-放电产生Cl2,若为活泼电极,则电极本身失去电子,代替了Cl-放电。答案:B3.海水制盐的主要方法是()A.分馏法B.蒸发法C.电渗析法D.电解法解析:海水制盐的方法主要是蒸发法。答案:B4.NaCl是从海水中提取出来的一种重要物质,除了作为调味品以外,它还是一种重要的化工原料。下列产品或物质能以NaCl为主要原料制取的是()金属钠氯气烧碱盐酸纯碱A.B.C.D.解析:电解熔融的氯化钠可制得金属钠和氯气
11、;氯碱工业(电解饱和食盐水)可制得氯气、氢气和烧碱,进而可由氢气和氯气反应制得HCl,HCl溶于水即得盐酸;侯氏制碱法利用NaCl制取纯碱。答案:D5.海洋是一个巨大的化学资源宝库,下列有关海水综合利用的说法正确的是()A.海水中含有钾元素,只需经过物理变化就可以得到钾单质B.海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化C.从海水中可以得到NaCl,电解熔融NaCl可制备Cl2D.利用潮汐发电是将化学能转化为电能解析:A项海水中钾元素以K+形式存在,生成钾单质必然发生化学变化;B项海水蒸发制海盐是物理变化;C项2NaCl(熔融)2Na+Cl2;D项,利用潮汐发电是将动能转化为电能。答案:C6.下列有
12、关工业生产的叙述正确的是()A.合成氨生产过程中将NH3液化分离,可加快正反应速率,提高N2、H2的转化率B.硫酸工业中,在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量C.电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法,可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室D.电解精炼铜时,同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小解析:在合成氨工业中,使氨冷却液化,降低NH3浓度,平衡向正反应方向移动可提高N2、H2的转化率,但其反应速率减小,A项不正确;在硫酸工业中,在接触室安装热交换器是为了控制反应温度使催化剂保持最佳活性,B项不正确;电解饱和食盐水时阳极室产生Cl2,阴极室产生H2,显然C项不
13、正确;由于粗铜中含有Fe、Zn等活泼金属,它们比Cu易失电子,而在它们失电子的同时,阴极仍有Cu析出,故D项是正确的。答案:D7.某食盐溶液中含有Ca2+、Mg2+等杂质离子,现设计如下实验,采用常见的试剂,精制食盐溶液。回答下列问题:(1)简述用常见试剂除去食盐溶液中杂质离子的方法,写出试剂、操作和有关反应的离子方程式。(2)检验提纯后的食盐溶液中是否含有S的方法是。(3)从食盐溶液中得到NaCl晶体的操作方法是。解析:NaCl溶液中Ca2+和Mg2+可分别转化为CaCO3和Mg(OH)2除去,因此可分别加入Na2CO3和NaOH溶液进行除杂;过量的Na2CO3和NaOH可选择HCl调整。N
14、aCl溶液中的S可选用盐酸酸化的氯化钡溶液证明。NaCl溶解度受温度的影响小,因此从NaCl溶液中得到NaCl晶体一般采用蒸发结晶。答案:(1)试剂:Na2CO3、HCl和NaOH操作:向溶液中加入足量的NaOH溶液,然后再加入足量的Na2CO3溶液;过滤,取滤液,向滤液中加入适量的稀盐酸。离子方程式:Mg2+2OH-Mg(OH)2Ca2+CCaCO3C+2H+CO2+H2O;OH-+H+H2O(2)取少量溶液置于试管中,向溶液中加入足量的稀盐酸,然后加入几滴BaCl2溶液,若产生白色沉淀说明有S,若不产生白色沉淀说明无S(3)蒸发结晶8.铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答:(1)工业冶炼
15、铝的化学方程式是。(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是。(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如下图所示。该电解槽的阳极反应式是。通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因。除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口(填“A”或“B”)导出。解析:(3)中根据电解原理,阳极应是OH-失电子,所以电极反应式为4OH-4e-2H2O+O2,而阴极为H+放电,促进水的电离,使OH-浓度增大,所以pH增大。根据阳离子交换膜的特点,K+可从阳极区进入阴极区和OH-组成KOH,从而可在阴极区得到纯的KOH,故液体
16、应从B口导出。答案:(1)2Al2O3(熔融)4Al+3O2(2)2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2(3)4OH-4e-2H2O+O2H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大B9.用U形管、石墨电极、低碳钢电极、铅蓄电池和导线等组装电解槽,电解饱和食盐水(电解是成功的)。回答下列问题:(1)石墨电极上的气态产物是,低碳钢电极上的气态产物是。(2)NaOH生成于(填“阳极区”或“阴极区”)。请对你的判断作出简要的解释。(3)如果将铅蓄电池的正、负极对调后再连接,电解的化学方程式是。解析:在电解池中,石墨是惰性电极,它用作电解池的阳极,接电源的正极;低碳钢是活性电极,它用作电解池的阴极,接电源
17、的负极。电解装置如下图所示。饱和NaCl溶液中有Na+和H+两种阳离子,H+放电能力较强;有OH-和Cl-两种阴离子,Cl-放电能力较强。电极反应式如下:石墨电极(阳极):4Cl-4e-2Cl2低碳钢电极(阴极):4H2O+4e-2H2+4OH-或2H+2e-H2在电解的过程中,阴极区生成OH-,溶液里的Na+受电场力的作用移向阴极区,在阴极区生成了NaOH。将铅蓄电池的正、负极对调后再连接,石墨电极(惰性电极)变成了阴极,低碳钢电极(活性电极)变成了阳极,电极反应式如下:石墨电极(阴极):4H2O+4e-2H2+4OH-低碳钢电极(阳极):2Fe-4e-2Fe2+电解总化学反应方程式:Fe+
18、2H2OFe(OH)2+H2。答案:(1)Cl2(或氯气)H2(或氢气)(2)阴极区OH-在阴极区生成,溶液里的Na+移向阴极区,OH-与Na+在阴极形成了NaOH(3)Fe+2H2OFe(OH)2+H210.氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下:依据上图完成下列填空:(1)工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质,精制过程发生反应的离子方程式为。(2)如果粗盐中S含量较高,必须添加钡试剂除去S,该钡试剂可以是(选填“a”“b”或“c”)。a.Ba(OH)2b.Ba(NO3)2c.BaCl2(3)在隔膜法电解食盐水时,电解槽分隔为阳极区和阴极区,防止Cl2与NaOH反应;采用无隔膜电
19、解冷的食盐水时,Cl2与NaOH充分接触,产物仅是NaClO和H2,相应的化学方程式为。解析:(1)精制过程中,加入Na2CO3除去Ca2+(Ca2+CCaCO3);加入NaOH除去Mg2+Mg2+2OH-Mg(OH)2,由于Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3的溶解度,所以Mg2+与OH-、C混合时,主要生成Mg(OH)2沉淀。(2)除去S应选择Ba2+,如加入Ba(NO3)2,溶液中会引入杂质N,而加入BaCl2或Ba(OH)2均不会增加新的杂质。(3)如无隔膜会发生如下反应:Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,电解食盐水溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2,两反应的化学方程式相加得NaCl+H2ONaClO+H2。答案:(1)Ca2+CCaCO3、Mg2+2OH-Mg(OH)2(2)ac(3)NaCl+H2ONaClO+H2
