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春高中化学第4章电化学基础第3节电解池(第2课时)电解原理的应用习题新人教版选修4

电化学基础 第 3 节 电解池(第 2 课时)电解原理的应用
一、选择题 1.关于电解 NaCl 水溶液,下列叙述正确的是( A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠 B.若在阳极附近的溶液中滴入 KI 溶液,溶液呈黄色 C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液呈无色 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 电解 解析: 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液, 发生的反应是 2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑ +Cl2↑, 故电解一段时间后电解液呈碱性。 电解时, 阳极发生氧化反应: 2Cl -2e ===Cl2↑, 在阳极附近的溶液中滴入 KI 溶液时,发生反应 2I +Cl2===2Cl +I2,故溶液呈黄色;阴极 发生还原反应:2H +2e ===H2↑,因而阴极附近的溶液呈碱性,滴入酚酞试液变红。 答案:B 2.关于电解法精炼铜的下列说法正确的是( )
+ - - - - -

)

A.粗铜作阳极,纯铜作阴极,硫酸铜为电解质溶液 B.纯铜作阳极,粗铜作阴极,硫酸铜为电解质溶液 C.电解结束后,溶液中 Cu 浓度不变 D.电解结束后,溶液中 Cu 浓度变大 解析:电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,CuSO4 为电解质溶液,因粗铜中活泼 金属失电子形成的阳离子如 Zn ,会逐渐代替 Cu ,故 c(Cu )将会有所减小。 答案:A 3.某小组为研究电化学原理,设计甲、乙、丙三种装置(C1、C2、C3 均为石墨)。下列叙 述正确的是( )
2+ 2+ 2+ 2+ 2+

A.甲、丙中是化学能转变为电能,乙中是电能转变为化学能 B.C1、C2 分别是阳极、阴极,锌片、铁片上都发生氧化反应 C.C1 上和 C3 上放出的气体相同,铜片上和铁片上放出的气体也相同 D.甲中溶液的 pH 逐渐升高,丙中溶液的 pH 逐渐减小 解析: 本题考查原电池和电解池, 考查考生结合实验装置判断电池类型和根据电极反应 式分析问题的思维能力。难度中等。 A 项,甲图为原电池,将化学能转化为电能,乙、丙为电解池,将电能转化为化学能;

1

B 项,C1、C2 分别做电解池的阳极和阴极,原电池中 Zn 和 Cu 分别为负极和正极,分别发生 氧化反应和还原反应;C 项,C1 和 C3 上均为 Cl 失电子被氧化生成 Cl2,甲中 Cu 片和丙中 Fe 片上均生成 H2;D 项,甲中不断消耗 H ,溶液的 pH 升高,丙中生成 NaOH 溶液,pH 也逐渐 升高。 答案:C 4.Cu2O 是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取 Cu2O 的电解池示意图如图所 电解 示,电解总反应为 2Cu+H2O=====Cu2O+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 选项 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 选 项错误;阳极与电源的正极相连,C 选项错误;阳极反应为 2Cu+2OH -2e ===Cu2O+H2O, 当有 0.1 mol 电子转移时,有 0.05 mol Cu2O 生成,D 选项错误。 答案:A 5.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 Zn 得到,所以通过的电子与锌析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:C 6.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
2+ - - + + -

)

2

说法错误的是(

)

A.b 电极是阴极 C.电解过程中,水是氧化剂

B.a 电极与电源的正极相连接 D.b 电极附近溶液的 pH 变小

解析: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,说明 a 极附近产生了 Cl2,所以 a 极与电源的正极相连,即 a 为阳极,电极反应式为 2Cl -2e ===Cl2↑,b 为阴极,电极反应式为 2H2O+2e ===H2↑+2OH ,所以 b 极附近的 pH 增大。 答案:D 7.(2015·全国大联考)Cu2O 是一种半导体材料,用作制造整流器的材料,还可以用于 制船底防污漆(杀死低级海生动物)、 农作物的杀菌剂。 在实验室里可模拟工业过程制取 Cu2O, 通电 总反应式是 2Cu+H2O=====Cu2O+H2↑,其装置如图,下列有关说法不正确的是( )
- - - -

A.该实验符合绿色化学的设计理念 B.图中的虚线框内需连接直流电源,且正极与石墨相连 C.CuO 高温加热分解也可以得到 Cu2O D.上述装置中,阳极的电极反应式是 2Cu+2OH -2e ===Cu2O+H2O 解析:利用电解反应制取 Cu2O 时,铜被氧化,应用铜作阳极,连直流电源的正极;石 墨是电解池的阴极,与电源的负极相连。 答案:B 8.如下图所示是根据图甲的电解池进行电解时某个量(纵坐标 x)随时间变化的函数图 象(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
- -

x 表示

(

)

A.各电解池析出气体的体积

3

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图 示的变化。 答案:C 9.某溶液中含有溶质 NaCl 和 H2SO4,它们的物质的量之比为 3∶1。用石墨作电极电解 溶液时,根据电极产物,可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( A.阴极只析出 H2 C.电解最后阶段为电解水
+ -

)

B.阳极先析出 Cl2,后析出 O2 D.溶液 pH 不断增大,最后为 7
2-

解析:电解质溶液中,n(Na )∶n(Cl )∶n(SO4 )=3∶3∶1,开始电解产生 H2 和 Cl2, 同时生成 OH 中和 H2SO4,且生成 OH 多,最后相当于电解水,因而 pH>7,阴极只生成 H2。 三个阶段分别为电解 HCl、NaCl、H2O。 答案:D 10.(2015·山东 19 所名校调研)某兴趣小组设计如图实验装置。实验时,先断开 K2, 闭合 K1,两极均有气泡产生;一段时间后,断开 K1,闭合 K2,发现电流表 指针偏转。下列 有关描述正确的是 ( )
- -

A.断开 K2,闭合 K1 时,铜电极为阳极 B.断开 K2,闭合 K1 时,石墨电极附近溶液变红 C.断开 K1,闭合 K2 时,铜电极发生还原反应 D.断开 K1,闭合 K2 时,石墨电极作正极 解析:由题意断开 K2,闭合 K1 时,两极均有气泡生成,确定电源左侧为正极,右侧为 负极,石墨为阳极,Cu 为阴极,阳极的电极反应为 2Cl -2e ===Cl2↑,不能使酚酞变红, 故 A、B 选项都错;断开 K1,闭合 K2 时,形成原电池,Cu 为负极,发生氧化反应,H2-2e +2OH ===2H2O,石墨为正极,发生还原反应,Cl2+2e ===2Cl ,故 C 项错误,D 项正确。 答案:D 二、非选择题
4
- - - - - -

11.如图所示中的 A 为直流电源,B 为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸,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 上的 a 为________极。 (2)滤纸 B 上发生的总化学反应方程式为: ______________________________________。 (3)欲在电镀槽中实现在铁上镀锌,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________, 槽中盛放的电镀液可以是________溶液或 ________溶液(只要求填两种电解质溶液)。 解析: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 电解 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+2H2O=====H2↑+ Cl2↑+2NaOH。(3)c、d 两点短路后,e 为阳极,反应为 Zn-2e ===Zn 。阴极上镀锌,则 阴极反应为 Zn +2e ===Zn。 电解液用含镀层离子的电解质, 所以可用 ZnSO4 溶液或 Zn(NO3)2 溶液等。 答案:(1)正 电解 (2)2NaCl+2H2O=====H2↑+Cl2↑+2NaOH (3)Zn-2e ===Zn ZnSO4 Zn(NO3)2 12.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的电极反应式为________________________。 (2)电解之前食盐水需要精制,目的是除去粗盐中含有的 Ca 、Mg 、SO4 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,1 min 内在阳极可产生 11.2 L(标准状 况)Cl2,这时溶液的 pH 是(设体积维持不变)________________________。 解析:(1)与电源正极相连的电极为阳极,Cl 放电。
5
- 2+ 2+ 2- - 2+ 2+ - - 2+ + -

Zn +2e ===Zn

2+



(2)为了除尽杂质,除杂剂要稍过量,所以要考虑后加的试剂能够将前面加入的过量试 剂也除去,最后加入的物质可依靠其特性如挥发性而除去。 电解 (3)由 2NaCl+2H2O=====2NaOH+Cl2↑+H2↑可知:

n(NaOH)=2n(Cl2)=2× c(OH-)=c(NaOH)=


11.2 L -1=1 mol, 22.4 L·mol

1 mol =0.1 mol/L 所以溶液的 pH=13。 10 L


答案:(1)2Cl -2e ===Cl2↑ (2)bac (3)13 13.25 ℃时,用石墨电极电解 2.0 L 0.5 mol·L 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________极,电极反应为_______________________。 (2)若电解后溶液的体积不变,则电解后溶液的 pH 为________。 (3)若将溶液恢复到与电解前一样,则需加入________mol 的________。 (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________g, 电解 液的 pH________(填“变小”、“变大”或“不变”)。 64 g -1 解析:(1)n(CuSO4)=2.0 L×0.5 mol·L =1.0 mol,而在阴极析出的 Cu 为 -1 64 g·L =0.1 mol,故 CuSO4 未完全电解,阳极发生氧化反应,电极反应为 4OH -4e ===2H2O+O2↑。 (2)总反应: 电解 2CuSO4+2H2O=====2Cu 2 0.1 mol 2 0.1 mol + O2↑ + 2H2SO4 2 0.1 mol 1 0.05 mol 2 0.1 mol
- - -1

CuSO4 溶液。5 min 后,在一个石

0.1 mol×2 + -1 所以电解后 c(H )= =0.1 mol·L 。 2.0 L 故 pH=-lg0.1=1。 (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:Cu-2e ===Cu ,阴极:Cu +2e ===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 g+6.4 g=12.8 g,而电解液 的 pH 不变。 答案:(1)阳 4OH -4e ===2H2O+O2↑
- - - 2+ 2+ -

6

(2)1 (3)0.1 CuO (4)12.8 不变 14.(2015·温州中学测试)右图由莫菲滴管改装成的微型电解装置。 (1)若用该装置来电解含 3 mol NaCl 和 1 mol H2SO4 的混合溶液,已 知 a、b 两极均为石墨。当从导管口收集到 44.8 L(标准状况下)氢气时, 阳极生成的气体及对应的物质的量________。 (2)若 b 极是铜锌合金,a 极是纯铜,电解质溶液中含有足量的 Cu , 通电一段时间后,若 b 极恰好全部溶解,此时 a 极质量增加 7.68 g,溶 液质量增加 0.03 g,则合金中 Cu、Zn 的物质的量之比为________。 解析:(1)生成 44.8 L H2,转移 4 mol 电子,则阳极将生成 1.5 mol Cl2 和 0.25 mol O2。 (2)a 极增加 7.68 g Cu,其物质的量为 0.12 mol,由得失电子守恒可知,b 极 Cu、Zn 的物质的量之和为 0.12 mol,溶液中部分 Cu 变成 Zn ,即: Cu
2+ 2+ 2+ 2+



Zn

2+

Δm 1 g

64 g

65 g

溶液质量增加 0.03 g,可知 Zn 的物质的量为 0.03 mol,所以 Cu、Zn 的物质的量之比 为 0.09∶0.03,即 3∶1。 答案:(1)1.5 mol Cl2,0.25 mol O2 (2)3∶1 15.(2015·江门模拟)蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置,有一种蓄电池在充电 放电 ― →Fe(OH)2+Ni(OH)2,用该蓄电池电解(阴、阳极 充电 和放电时发生的反应是 NiO2+Fe+2H2O― 均为惰性电极)M(NO3)x 溶液时,若此蓄电池工作一段时间后消耗 0.36 g 水。 (1)电解时,电解池的阳极应连接________(填序号)。 A.NiO2 C.Fe(OH)2 B.Fe D.Ni(OH)2

(2)电解 M(NO3)x 溶液时某一极质量增加了 m g,金属 M 的相对原子质量的计算式为 ________(用 m、x 表示)。 (3)此蓄电池电解含有 0.01 mol CuSO4 和 0.01 mol NaCl 的混合溶液 100 mL,转移相同 量的电子时,阳极产生气体________L(标准状况),电解后溶液加水稀释至 1 L,溶液的 pH 为________。 解析:(1)电解池的阳极应连原电池的正极,故连 NiO2。 (2)蓄电池工作时,消耗 0.36 g 水,通过 0.02 mol 电子,由电子守恒知 =0.02,M =50mx。
7

mx M

(3)通过电子 0.02 mol,首先产生 0.005 mol Cl2,转移电子的物质的量为 0.01 mol, 0.02 mol-0.01 mol - - 然后发生 4OH -4e ===2H2O+O2↑, 产生 O2 为 =0.0025 mol, V 气=(0.002 4 5 mol+0.005 mol)×22.4 L/mol=0.168 L。产生 n(H )=0.0025 mol×4=0.01 mol,c(H
+ +

)=0.01 mol/L,pH=2。 答案:(1)A (2)50mx (3)0.168 2

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