第三单元 电解的工作原理及应用.docx
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第三单元电解的工作原理及应用
第三单元 电解的工作原理及应用
一、选择题
1.如图所示的两个电解槽中,A、B、C、D均为石墨电极。
如果电解过程中共有0.02mol电子通过,下列叙述正确的是( )
A.①烧杯中A极上最多可析出铜0.64g
B.①烧杯中B极上电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.②烧杯中滴入酚酞试液,D极附近变红
D.②烧杯中C极电极反应式为4H++4e-===2H2↑
解析 A是阳极,OH-在A极上放电;②池中C电极是阳极,Cl-在C电极上放电,H+在D电极上放电,D电极周围的OH-浓度增加。
答案 C
2.(2011·浙江)以Pt为电极,电解含有0.10molM+和0.10molN3+(M+、N3+均为金属阳离子)的溶液,阴极析出金属单质或气体的总物质的量(y)与导线中通过电子的物质的量(x)的关系如图。
对离子氧化能力的强弱判断正确的是(选项中H+为氢离子)( )
A.M+>H+>N3+
B.M+>N3+>H+
C.N3+>H+>M+
D.条件不足,无法确定
解析 从图像可以看出,开始导线中通过0.1mole-时,阴极析出产物的物质的量也为0.1mol,此时应为M++e-===M,然后导线中再通过0.2mole-时,阴极又得到0.1mol产物,可见此时为H+放电,故离子的氧化物为:
M+>H+>N3+,即A项正确。
答案 A
3.(2011·湖北孝感)下列说法正确的是( )
A.以稀硫酸作电解质溶液,锌铜分别作电极构成的原电池中,锌极上有气泡生成
B.向铁棒上镀铜时,铁作阳极,氯化铜溶液作电解质溶液
C.工业上以石墨作电极电解熔融的AlCl3制取Al时,每产生1molAl,阳极就产生3.36L氯气
D.在潮湿的环境下,黄铜(锌铜合金)比纯铜更耐腐蚀
解析 以稀硫酸作电解质溶液,锌铜分别作电极,构成的原电池中,锌是负极,发生氧化反应,铜是正极,H+在正极发生还原反应,生成氢气,A项错误;向铁棒上镀铜时,应用铜作阳极,铁作阴极,B项错误;工业上不用电解熔融AlCl3的方法制取Al,而是用电解熔融Al2O3的方法,C项错误;在潮湿的环境下,黄铜中铜和锌构成原电池,锌作负极被腐蚀,铜不被腐蚀,所以黄铜比纯铜更耐腐蚀,D项正确。
答案 D
4.(2011·济南)某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,它们的物质的量之比为3:
1。
滴入几滴紫色石蕊溶液后,用石墨作电极电解该混合溶液,根据电极产物,电解过程可明显分为三个阶段。
下列叙述中不正确的是( )
A.阴极自始至终只产生H2
B.电解过程中,溶液颜色呈现红色→紫色→蓝色的变化
C.电解过程中,Na+和SO
的物质的量浓度保持不变
D.第一阶段中阴、阳两极产生的气体混合引燃后,恰好完全反应得到HCl
解析 由离子放电顺序并结合离子的数量,此电解的三个阶段具体情况如下
第一阶段:
(阳极反应式)2Cl--2e-===Cl2↑;(阴极反应式)2H++2e-===H2↑;(总反应)2HCl
H2↑+Cl2↑
第二阶段:
(阳极反应式)2Cl--2e-===Cl2↑;(阴极反应式)2H++2e-===H2↑;(总反应)2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
第三阶段:
(阳极反应式)4OH--4e-===2H2O+O2↑;(阴极反应式)2H++2e-===H2↑;(总反应)2H2O
2H2↑+O2↑。
由此可知,A、B、D正确,因电解过程中溶液体积不断减小,故c(Na+)、c(SO
)发生变化,C错。
答案 C
5.(2011·北京)已知在pH为4~5的溶液中,Cu2+几乎不水解,而Fe3+几乎完全水解。
某学生拟用电解CuSO4溶液的方法测定铜的相对原子质量。
该同学向pH=3.8的含有Fe2(SO4)3杂质的CuSO4溶液中加入适量的黑色粉末X,充分搅拌后过滤,将滤液用如图所示装置电解,其中某电极增重ag,另一电极上产生标准状况下的气体VmL。
下列说法正确的是( )
A.黑色粉末X是铁粉
B.铜电极连接电源正极
C.石墨电极上发生的反应是4OH--4e-===O2↑+2H2O
D.铜的相对原子质量的计算式是
解析 由题意可知,加入黑色粉末的目的是调节溶液的pH至4~5,从而除去杂质Fe3+,但不能引进新的杂质,故黑色粉末X不能为铁粉,可以是CuO,A项错误;由于某电极质量增加,说明是Cu2+得电子生成Cu,另一电极只可能是OH-失电子生成氧气,故铜电极不能作阳极,不能连接电源正极,B项错误,C项正确;由阴极失去电子数与阳极得到的电子数相等可计算Cu的相对原子质量:
Cu~2e-,O2~4e-,a/Ar(Cu)×2=V×10-3/22.4×4,Ar(Cu)=11200a/V,故D项错误。
答案 C
6.用惰性电极电解一定质量的某浓度的NaCl溶液,一段时间后停止电解,此时若加入100g36.5%的浓盐酸,所得溶液正好与原溶液完全相同,则下列说法正确的是( )
A.电解过程中,两极所得到的气体,在相同的条件下体积相等
B.电解过程中,在相同的条件下,阳极所得到的气体的体积比阴极的大
C.电解过程中转移电子的物质的量约为8mol
D.原某浓度的NaCl溶液中溶有117gNaCl
答案 C
7.(2011·湖南)如图所示的装置,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。
将电源接通后,向②中滴入酚酞溶液,在F极附近显红色。
则以下说法正确的是( )
A.电源B极是正极
B.①、②装置的C、D、E、F电极均有单质生成,相同时间内,生成各单质的物质的量之比为1:
2:
3:
2
C.欲用③装置给铜镀银,G应该是Ag,电镀液是AgNO3溶液
D.④装置中X极附近红褐色变浅,说明氢氧化铁胶粒带负电荷
解析 向②中滴入酚酞溶液,在F极附近显红色,说明F极碱性增强,其电极反应为2H++2e-===H2↑,F极为阴极,则电源B极为负极,A错;C、D、E、F电极分别生成O2、Cu、Cl2、H2,相同时间内,生成各单质的物质的量之比为1:
2:
2:
2,B错;G为阳极,为镀层金属Ag,C对;X极附近红褐色变浅,说明氢氧化铁胶粒向Y极移动,因此胶粒带正电荷,D错。
答案 C
8.用惰性电极电解NaCl与NaHCO3的混合溶液,测得溶液的pH变化如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.阳极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑
B.阴极反应式为2H++2e-===H2↑
C.0到t1时间段内,pH上升缓慢的原因是OH-+HCO
===CO
+H2O
D.t>t1时,pH上升很快的原因是CO
浓度增加,且CO
水解产生了较多的OH-
解析 本题主要考查电解池和氯碱工业。
电解NaCl与NaHCO3的混合溶液,阳极Cl-失电子,阴极H+得电子,0到t1时间段内阴极产生的OH-与HCO
反应使溶液pH上升缓慢;t>t1时因HCO
被消耗完,阴极产生的OH-使溶液pH上升很快。
答案 D
(2011·山东)下面两套实验装置,都涉及金属的腐蚀反应,假设其中的金属块和金属丝都是足量的。
请同学们仔细观察,完成9~10题。
9.下列叙述正确的是( )
A.装置①在反应过程中自始至终只生成NO2气体
B.装置②开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀
C.装置②在反应过程中能产生氢气
D.装置①在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu2+
解析 装置①中,铁首先被浓硝酸钝化,铜与浓硝酸剧烈反应,在这种条件下,铜作原电池的负极,铁作正极,反应生成红棕色的NO2。
随着反应的进行,浓硝酸逐渐变为稀硝酸,随后铁与稀硝酸反应,此时铁作负极,铜作正极,反应生成无色的NO,溶液中既有Fe3+,又有Cu2+。
因为装置②中充满氧气,一开始发生吸氧腐蚀,消耗氧气导致左边液面上升,铁与稀硫酸反应产生氢气。
答案 C
10.下列与反应原理相关的叙述不正确的是( )
A.装置①中不可能发生如下反应:
Fe+2Fe3+===3Fe2+
B.装置②在反应结束时溶液中存在Fe2+
C.装置①的溶液若换为稀硝酸,则腐蚀过程与原装置不同
D.装置②中的铁丝能发生电化学腐蚀
解析 反应后装置①溶液中含有Fe3+,有可能发生Fe与Fe3+的反应;若将装置①中的溶液换成稀硝酸,则铁不会被钝化,铁始终作负极。
装置②中,铁与稀硫酸反应的产物是Fe2+;铁在稀硫酸接触之前发生电化学腐蚀。
答案 A
二、非选择题
11.(2011·海淀模拟)请按要求回答下列问题:
(1)根据图甲回答①②。
①打开K2,闭合K1。
A极可观察到的现象是_____________________________;
B极的电极反应式为______________________________。
②打开K1,闭合K2。
A极可观察到的现象是_______________________________;
B极的电极反应式为__________________________________。
(2)根据图乙回答③④。
③将较纯净的CuSO4溶液放入如图所示的装置中进行电解,石墨电极上的电极反应式为__________________,电解反应的离子方程式为____________________________________________。
④实验完成后,铜电极增重ag,石墨电极上产生标准状况下的气体体积为________L。
解析 ①打开K2,闭合K1时,图甲发生原电池反应,A为负极,Zn溶解,B极:
Cu2++2e-===Cu。
②打开K1,闭合K2时,图甲发生电解反应,B为阳极,Cu-2e-===Cu2+;A为阴极,Cu2++2e-===Cu。
③图乙为电解池。
阳极(石墨):
4OH--4e-===2H2O+O2↑。
答案
(1)①锌不断溶解 Cu2++2e-===Cu ②锌棒镀上一层红色的铜 Cu-2e-===Cu2+
(2)③4OH--4e-===2H2O+O2↑ 2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+ ④
12.(2011·潍坊)如图甲、乙是电化学实验装置。
(1)若甲、乙两烧杯中均盛有NaCl溶液。
①甲中石墨棒上的电极反应式为_________________________________________________;
②乙中总反应的离子方程式为__________________________________________________;
③将湿润的淀粉KI试纸放在乙烧杯上方,发现试纸先变蓝后褪色,这是因为过量的Cl2氧化了生成的I2。
若反应中Cl2和I2的物质的量之比为5:
1,且生成两种酸,该反应的化学方程式为__________________________________________________。
(2)若甲、乙两烧杯中均盛有CuSO4溶液。
①甲中铁棒上的电极反应式为___________________________。
②如果起始时乙中盛有200mLpH=5的CuSO4溶液(25℃),一段时间后溶液的pH变为1,若要使溶液恢复到电解前的状态,可向溶液中加入________(填写物质的化学式)________g。
解析
(1)若两烧杯中均盛有NaCl溶液,则:
①甲装置为原电池,石墨棒作正极,O2放电,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-。
②乙装置为电解池,石墨棒上发生氧化反应,Fe电极不参与反应,其实质与用惰性电极电解食盐水相同,离子方程式为2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-。
③Cl2和I2的物质的量之比为51,生成HCl和HIO3。
(2)若两烧杯中均盛有CuSO4溶液,则①甲装置为原电池,铁作负极,电极反应为Fe-2e-===Fe2+。
②乙装置为电解池,电解反应为2CuSO4+2H2O电解,2Cu+2H2SO4+O2↑,根据电解方程式,从电解质溶液中析出Cu,放出O2,因此只需加入CuO(或CuCO3)即可恢复到电解前的状态。
由电解反应式可知,2H+~CuO~CuCO3,电解后n(H+)=0.1mol/L×0.2L=0.02mol,故m(CuO)=0.02mol×
g/mol×80g/mol=0.8g,m(CuCO3)=0.02mol×
×124g/mol=1.24(g)。
答案
(1)①O2+2H2O+4e-===4OH-
②2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑
③5Cl2+I2+6H2O===10HCl+2HIO3
(2)①Fe-2e-===Fe2+
②CuO(或CuCO3) 0.8(或1.24)
13.如图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4溶液的装置,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色。
(指示剂的pH变色范围:
6.8~8.0,酸色——红色,碱色——黄色)
回答下列问题。
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填编号)。
①A管溶液由红变黄 ②B管溶液由红变黄
③A管溶液不变色④B管溶液不变色
(2)写出A管中发生反应的反应式:
___________________________________________________。
(3)写出B管中发生反应的反应式:
___________________________________________________。
(4)检验a管中气体的方法是___________________________________________________。
(5)检验b管中气体的方法是____________________________________________________。
(6)电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_____________________________________________。
解析 本题考查电解原理和气体检验,意在考查考生化学用语、书写能力和实验能力。
根据图可以确定,A极为阴极,B极为阳极。
A极H+放电,A极附近OH-增加,溶液碱性增强,A极附近溶液变黄色,同时Mg2+与OH-结合生成Mg(OH)2沉淀;B极OH-放电,使得溶液中H+增加,B极附近溶液显酸性,溶液仍为红色。
电解后,将电解液倒入烧杯中,A极附近生成的Mg(OH)2与B极附近生成的H2SO4反应,生成MgSO4,即沉淀溶解,溶液呈红色。
根据上述分析,a中收集的是氢气,b中收集的是O2。
答案
(1)①④
(2)2H++2e-===H2↑(或写2H2O+2e-===2OH-+H2↑),Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
(3)4OH--4e-===2H2O+O2↑(或写2H2O-4e-===4H++O2↑)
(4)用拇指按住管口,取出试管,靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有蓝色火焰
(5)用拇指按住管口,取出试管,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内会复燃
(6)溶液呈红色,白色沉淀溶解(或大部分溶解)
14.如图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。
(1)接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4浓度为10.47%,乙中c电极质量增加。
据此回答问题:
①电源的N端为__________极;
②电极b上发生的电极反应为________________________________________________________________________;
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积:
___________________________________________________________;
④电极c的质量变化是__________g;
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化,简述其原因:
甲溶液:
_____________________________________________;
乙溶液:
_____________________________________________;
丙溶液:
_____________________________________________。
(2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?
解析
(1)据装置图可知:
此图为串联电路,在甲、丙中实质为电解水,乙中电解CuSO4溶液(2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4),因乙中c电极质量增加(有Cu析出),则c为阴极,d为阳极。
丙中e为阴极,f为阳极,电源N端为正极;由于b为阳极,其电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑。
在丙中,由于水的电解使K2SO4的浓度由10%―→10.47%,设电解的水质量(减少的水)为x,则有100g×10.00%=(100g-x)×10.47%,解出x=100g-95.5g=4.5g,甲、乙电解的水质量相等,2H2O
2H2↑+O2↑
2mol22.4L
V(O2)
V(O2)=2.8L。
电极c上反应为Cu2++2e-===Cu,质量变化为
×4×
×64g·mol-1=16g。
在电解前后,甲溶液因NaOH溶液浓度增大,碱性增强。
(2)乙中铜全部析出后,溶液为稀H2SO4,可继续电解。
答案
(1)①正 ②4OH--4e-===2H2O+O2↑
③水减少的质量:
100g×(1-
)=4.5g,
生成O2的体积:
×
×22.4L·mol-1=2.8L
④16 ⑤碱性增强,因为电解后,水量减少溶液中NaOH浓度增大
酸性增强,因为阳极上OH-生成O2,溶液中H+浓度增加
酸碱性强弱没有变化,因为K2SO4是强酸强碱盐,浓度增加不影响溶液的酸碱性
(2)能继续进行,因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应也就变为水的电解反应
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