1、电解池的工作原理时间:45分钟满分:100分一、选择题(每小题4分,共44分)1某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中,下列有关分析完全正确的是(B)选项ABCDa电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极Q离子阳离子阳离子阴离子阴离子解析:根据题图知,该装置有外接电源,所以属于电解池,根据电子流向知,c是负极,d是正极,a是阴极,b是阳极,电解时,电解质溶液中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,则Q是阳离子,P是阴离子,故B正确。2用石墨作电极,电解下列溶液,阴、阳两极均产生气体,其体积比为21,且电解后溶液的pH增大的是(B)AKClBNaOHCNa2SO4 DH
2、2SO4解析:已知电极为惰性电极,可以通过判断溶液中离子的放电能力进行判断。A项中,电解产物分别为H2和Cl2,且体积比为11,不符合题意。B项中,电解产物为H2和O2,且体积比为21,由于实际电解的是水,故OH浓度增大,pH增大。在C、D中,电解产物也分别是H2和O2,实际电解的是水,但C项为中性溶液,pH不发生变化,D项为酸性溶液,pH减小。3根据金属活动性顺序表,Cu不能发生:Cu2H2O=Cu(OH)2H2的反应,但选择恰当的电极材料和电解质溶液进行电解,这个反应就能实现。下列四组电极和电解质溶液中,能实现该反应最为恰当的一组是(B)ABCD阳极石墨棒CuCuCu阴极石墨棒石墨棒FeP
3、t电解质溶液CuSO4溶液Na2SO4溶液H2SO4溶液CuSO4溶液解析:分析所给的化学方程式可知Cu为阳极:Cu2e=Cu2;2H2O2e=H22OH为阴极反应;C项电解质溶液H2SO4会与生成的Cu(OH)2中和,实际上不会生成Cu(OH)2;D项在Pt上镀铜,不会生成Cu(OH)2;而B项中Na2SO4溶液起增强导电性作用,可以发生电解反应Cu2H2OCu(OH)2H2。4用石墨作电极电解100 mL AgNO3溶液,通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况),则原AgNO3溶液的物质的量浓度为(B)A3 molL1 B2 molL1C1.5 molL1 D1 molL1
4、解析:阳极电极反应式为4OH4e=O22H2O;由于放电能力:AgH,阴极电极反应式依次为Age=Ag、2H2e=H2,根据阴、阳极得失电子守恒,4n(O2)n(Ag)2n(H2),4n(Ag)2,n(Ag)0.2 mol,根据Ag守恒,n(AgNO3)0.2 mol,c(AgNO3)2 molL1,故选B。5高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示。下列说法正确的是(D)A铁作阳极,电极反应式为Fe6e4H2O=FeO8HB电解时电子的流动方向为:负极Ni电极溶液Fe电极正极C若隔膜为阴离子交换膜,则OH自右向左移
5、动D电解时阳极区溶液的pH降低、阴极区溶液的pH升高,撤去隔膜混合后,与原溶液相比混合溶液的pH降低(假设电解前后溶液的体积变化忽略不计)解析:铁作阳极,电极反应式为Fe6e8OH=FeO4H2O,A项错误;电子流动不经过溶液,B项错误;OH自左向右移动,C项错误;阳极的电极反应式为Fe6e8OH=FeO4H2O,OH的浓度减小,溶液的pH降低;阴极的电极反应式为2H2O2e=2OHH2,OH的浓度增大,溶液的pH升高,电解时的总反应为Fe2H2O2OH=FeO3H2,OH的浓度减小,故混合溶液的pH降低,D项正确。6工业上常用电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱,生产装置如图所示,其中阴极和阳极
6、均为惰性电极。测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为12。下列说法正确的是(B)Aa极与电源的负极相连B产物丙为硫酸C离子交换膜d为阴离子交换膜Db极的电极反应式为4OH4e=O22H2O解析:由装置图分析可知其是电解池装置,电解硫酸钠溶液,实质是电解水。气体甲与气体乙的体积比约为12,则气体甲为氧气,气体乙为氢气。阳极上生成氧气,则a极是阳极,电极反应为2H2O4e=4HO2;阴极上生成氢气,则b极是阴极,电极反应为2H2O2e=2OHH2;在阳极室得到硫酸,在阴极室得到氢氧化钠,则c为阴离子交换膜,d为阳离子交换膜。由以上分析可知,a电极为阳极,与电源正极相连,A项错误;在阳极上生成氧
7、气,电极反应为2H2O4e=4HO2,产物丙为硫酸,B项正确;产物丙为硫酸,产物丁为氢氧化钠,则c为阴离子交换膜,d为阳离子交换膜,C项错误;b电极是阴极,该电极上发生的是得电子的还原反应,D项错误。7Cu2O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:2CuH2OCu2OH2。下列说法正确的是(A)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:由总反应知失电子的为Cu,得电子的是 H2O中的H。因此Cu极为电解池的阳极,接电源的正极,石墨为阴极,接电源的负极。当有0
8、.1 mol电子转移时,应有0.05 mol Cu2O生成。故选A。8用石墨电极电解1 L含硝酸铜和氯化钠各0.1 mol的混合溶液,当阳极上生成2.24 L(标准状况)气体时,假设溶液的体积不变,下列说法正确的是(C)A电解过程中溶液中有蓝色沉淀生成B阴极也产生2.24 L(标准状况)气体C阴极增重6.4 gD所得溶液的pH大于7解析:含硝酸铜和氯化钠各0.1 mol的混合溶液中,各离子的物质的量分别为Cu2 0.1 mol, Na 0.1 mol、Cl 0.1 mol、NO 0.2 mol。阳极Cl先放电:2Cl2e=Cl2,由于Cl仅0.1 mol,故电子转移了0.1 mol,标准状况下
9、放出Cl2 0.05 mol,即1.12 L。根据题意知,阳极生成2.24 L(标准状况)气体,故OH继续放电:4OH4e=2H2OO2,放出O2的体积为2.24 L1.12 L1.12 L,此时电子转移了0.2 mol,消耗OH 0.2 mol,即在电解过程中共转移0.3 mol电子。阴极上发生还原反应:Cu22e=Cu,A项错误;因溶液中含Cu20.1 mol,故阴极析出铜6.4 g,C项正确;此时消耗了0.2 mol电子,还有0.1 mol电子由H消耗:2H2e=H2,故标准状况下放出H2 0.05 mol,即1.12 L,B项错误;需H 0.1 mol,故消耗OH的物质的量大于H的,所
10、得溶液的pH小于7,D项错误。9如下图所示,将两烧杯用导线相连,Pt、Cu、Zn、石墨棒分别为四个电极,当闭合开关后,下列叙述正确的是(A)ACu极附近OH浓度增大BCu极为电解池阳极C电子由石墨棒流向Pt极D当石墨棒上有4 mol电子转移时,Pt极上有1 mol O2生成解析:闭合开关后,右侧装置中有自发发生的氧化还原反应,是原电池,Zn作原电池的负极,石墨棒作正极,左侧装置是电解池,Cu作阴极,Pt作阳极,B错误;Cu极的电极反应为2H2e=H2,OH浓度增大,A正确;电子由电解池的阳极Pt流向原电池的正极石墨棒,C错误;Pt极的电极反应为2Cl2e=Cl2,当有4 mol电子转移时,Pt
11、极上有2 mol Cl2生成,D错误。10如下图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈红色。下列说法中不正确的是(B)AX是正极,Y是负极BX是负极,Y是正极CCuSO4溶液的pH逐渐变小DNaCl溶液的pH逐渐变大解析:根据实验现象知,b极是电解池的阴极,则Y是负极,X是正极;烧杯内电解CuSO4溶液,产物为Cu、O2和H2SO4,一段时间后溶液的酸性增强,U形管电解NaCl溶液,产物为Cl2、H2和NaOH,一段时间后溶液的碱性增强。11用Pt电极电解含有Ag、Cu2和X3各0.1 mol的溶液,阴极析出固体物质的质量m(g)与回路中通过电子的物质的量n(mol)的
12、关系如图所示。则下列氧化性强弱的判断中正确的是(A)AAgX3Cu2HX2BAgCu2X3HX2CCu2X3AgX2HDCu2AgX3HX2解析:由图像分析可知,实验开始即析出固体,当有0.1 mol电子通过时,第一阶段析出固体的质量达到最大,证明此时析出的固体是Ag;此后,继续有0.1 mol电子通过,不再有固体析出,说明X3放电生成X2;再通过0.2 mol电子时,又有固体析出,则为铜;因此,氧化性强弱顺序为AgX3Cu2;当通过电子超过0.4 mol时,固体质量不变,说明此时阴极产生的是氢气,即电解水,则氧化性强弱顺序为HX2。故氧化性强弱顺序为AgX3Cu2HX2。二、非选择题(56分
13、)12(16分)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A(填标号,下同),属于电解池的是BC。(2)A池中Zn是负极,发生氧化反应(填“氧化”或“还原”,下同),电极反应式为Zn2e=Zn2;Cu是正极,发生还原反应,电极反应式为Cu22e=Cu,A中总反应的化学方程式为ZnCu2=CuZn2。(3)B池中C是阴极,发生还原反应,电极反应为Cu22e=Cu;Pt是阳极,发生氧化反应,电极反应为2Cl2e=Cl2。B池中总反应的化学方程式为CuCl2CuCl2。(4)C池中Zn是阴极,发生还原反应,电极反应为Cu22e=Cu;C
14、u是阳极,发生氧化反应,电极反应为Cu2e=Cu2。反应过程中,溶液浓度不变(填“变大”“变小”或“不变”)。解析:(1)判断装置是原电池还是电解池,关键是看它有没有外接直流电源,有则为电解池,无则为原电池。由此可知A为原电池,B和C为电解池,且C较为特殊,实际为电镀铜的装置。(2)原电池中电极分为正极、负极,相对活泼的金属作负极失去电子发生氧化反应,相对较不活泼的金属作正极。所以A中Zn作负极失去电子被氧化,发生反应为Zn2e=Zn2;Cu为正极,电解液中阳离子在正极上得电子被还原,发生反应为Cu22e=Cu。A池中总反应为上述两个半反应的和,即ZnCu2=CuZn2。(3)电解池中规定与直
15、流电源负极相连的电极为阴极,与直流电源正极相连的电极为阳极。在外电场的作用下,溶液中的H和Cu2均移向阴极C棒,但因盐溶液中阳离子得电子能力Cu2H,因而发生还原反应Cu22e=Cu。同时溶液中失电子能力较强的Cl在阳极Pt表面被氧化,电极反应为2Cl2e=Cl2,总反应方程式为CuCl2CuCl2。(4)装置C中阳极为活性电极Cu,当阳极不是惰性电极时,电极本身会被强迫失电子而发生氧化反应Cu2e=Cu2,生成离子进入溶液,此时溶液中阴离子不能失电子。而阴极上发生还原反应Cu22e=Cu,两极反应速率相等,溶液中其他离子不发生反应,因而溶液浓度保持不变。13(12分)25 时,用石墨电极电解
16、2.0 L 0.5 molL1 CuSO4溶液。5 min后,在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成。试回答下列问题:(1)发生氧化反应的是阳极,电极反应为4OH4e=2H2OO2。(2)若电解后溶液的体积不变,则电解后溶液的pH为1。(3)若将溶液恢复到与电解前一样,则需加入0.1 mol的CuO。(4)若用等质量的两块铜片代替石墨作电极,电解后两铜片的质量相差12.8g,电解液的pH不变(填“变小”“变大”或“不变”)。解析:(1)n(CuSO4)2.0 L0.5 molL11.0 mol,而在阴极析出的Cu的物质的量为0.1 mol,故CuSO4未完全电解,阳极发生氧化反应,电极反应为4
17、OH4e=2H2OO2。(2)总反应: (3)电解后生成的0.1 mol Cu和0.05 mol O2脱离该体系,即相当于0.1 mol CuO,因此若将溶液复原,则应加入0.1 mol CuO。(4)此时为电镀池,阳极反应为Cu2e=Cu2,阴极反应为Cu22e=Cu,因此若阴极上析出6.4 g铜,则阳极溶解6.4 g铜,电解后两铜片质量差为6.4 g6.4 g12.8 g,而电解液的pH不变。14(12分)如图所示,通电5 min后,电极的质量增加2.16 g,此时CuSO4恰好完全电解。设A池中原溶液的体积为200 mL。回答下列问题:(1)F电极为正极;电极为阳极。(2)A池中电极上的
18、电极反应式为2H2O4e=4HO2。(3)通电前A池原溶液中Cu2的物质的量浓度为0.05_molL1。解析:(1)由电极的质量增加2.16 g可知,电极是电解池的阴极,电极是电解池的阳极,E电极是电源的负极,F电极是电源的正极。(2)A池中,电极上只发生反应2H2O4e=4HO2。(3)因为电极增加的质量是银的质量,即转移的电子为2.16 g108 gmol10.02 mol,由于电极上的电极反应式为Cu22e=Cu,根据电子守恒可知,原溶液中Cu2的物质的量为0.02 mol0.01 mol,则Cu2的物质的量浓度为0.05 molL1。15(16分)钠硫电池作为一种新型储能电池,其应用逐
19、渐得到重视和发展。钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物,固体Al2O3陶瓷(可传导Na)为电解质,其反应原理如图甲所示:(1)根据表中数据,请你判断该电池工作的适宜温度应控制在C(填字母)范围内。A100 以下B100300 C300350 D3502 050 物质NaSAl2O3熔点/97.81152 050沸点/892444.62 980(2)放电时,电极A为负极,电极B发生还原(填“氧化”或“还原”)反应。(3)充电时,总反应为Na2Sx=2NaxS,则阳极的电极反应式为S2e=xS。(4)若把钠硫电池作为电源,电解槽内装有KI及淀粉的溶液,如图乙
20、所示,槽内中间用阴离子交换膜隔开。通电一段时间后,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。试分析左侧溶液蓝色逐渐变浅的可能原因是右侧溶液中生成的OH通过阴离子交换膜进入左侧溶液,并与左侧溶液中的I2反应。解析:(1)原电池工作时,控制的温度应为满足Na、S为熔融状态,则温度应高于115 而低于444.6 ,只有C项符合题意。(2)放电时,Na在电极A发生氧化反应,故电极A为原电池的负极,电极B是正极,发生还原反应。(3)充电时,发生电解反应,阳极反应式为S2e=xS。(4)根据以上分析,左侧溶液变蓝色,说明生成I2,左侧电极为阳极,电极反应式为2I2e=I2,右侧电极为阴极,电极反应式为2H2O2e=H22OH,右侧I、OH通过阴离子交换膜向左侧移动,发生反应:3I26OH=IO5I3H2O,故一段时间后,蓝色变浅。