鲁科版高中化学选修四第2节电能转化为化学能电解.docx

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鲁科版高中化学选修四第2节电能转化为化学能电解

化学·选修/化学反应原理（鲁科版）

第2节电能转化为化学能——电解

1．（2013·北京卷）用石墨电极电解CuCl2溶液（如右图）。

下列分析正确的是（　　）

A．a端是直流电源的负极

B．通电使CuCl2发生电离

C．阳极上发生的反应：

Cu2＋＋2e－===Cu

D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体

解析：

通电时，阳离子Cu2＋向阴极移动，并在阴极放电生成Cu，阴离子Cl－向阳极移动并在阳极放电生成Cl2，从而可以确定a、b分别为电源的负极和正极，故A项正确，C、D两项错误；CuCl2溶液发生电解而不是电离，故B项错误。

答案：

A

2.右图为电解饱和食盐水示意图，下列说法正确的是（　　）

A．阳极上析出氢气

B．阴极上发生氧化反应

C．电解时，溶液的pH增大

D．与电源正极相连的是电解池的阴极

解析：

A项中，阳极发生氧化反应生成氯气，故A错误；B项中，阴极发生还原反应生成氢气，故B错误；C项中，电解方程式2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，可知生成氢氧化钠，则电解时，溶液的pH增大，故C正确；D项中，与电源正极相连的是电解池的阳极，故D错误。

答案：

C

3．下列有关电解原理的应用的说法正确的是（　　）

A．氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝

B．电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，纯铜作阳极

C．电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

D．在铁制品上镀银时，铁制品与电源正极相连

解析：

电解法制铝是采用氧化铝作原料，而不是氯化铝，故A项错误；电解精炼铜，粗铜作阳极，精铜作阴极，故B项错误；电解食盐水，阴极是氢离子得电子析出氢气，电极反应式书写正确；电镀时，被镀制品作阴极，与电源负极相连，故D项错误。

答案：

C

4．如图是某同学用Cu在Fe片上镀铜的实验装置，下列说法正确的是（　　）

A．Cu2＋在A极被还原

B．溶液蓝色逐渐变浅

C．铜片连接A极，铁制品连接B极

D．A极和B极直接相连，铜片被氧化

解析：

用Cu在Fe片上镀铜时，镀件铁为阴极，连接B极，该极上是铜离子发生得电子的还原反应；镀层金属铜为阳极，连接A极，该极上是金属铜发生失电子的氧化反应，Cu－2e－===Cu2＋；电镀液是含有的镀层金属铜离子的盐，电镀液中铜离子浓度不变，所以溶液蓝色不变。

答案：

C

5．用石墨作电极电解下列溶液：

①稀H2SO4　②K2SO4溶液　③CuCl2溶液　④CuSO4溶液　⑤KOH溶液

（1）阴极、阳极都有气体产生，且体积比（相同条件下）为2∶1的是（填序号）________，其阳极的电极反应式都是__________________________________________，阴极的电极反应式都是____________，总反应的化学方程式都是______________________。

解析：

依据电解规律，电解稀硫酸、K2SO4或KOH溶液相当于电解水，产生氢气和氧气的体积比为2∶1；

答案：

①②⑤　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　4H＋＋4e－===2H2↑　2H2O

2H2↑＋O2↑

（2）阴极、阳极都有气体产生，其中溶液酸性增强的是________，碱性增强的是________（填序号）。

解析：

电解稀硫酸消耗水，c（H＋）增大，酸性增强，电解KOH溶液消耗水，c（OH－）增大，碱性增强；

答案：

①　⑤

（3）一个电极析出金属，一个电极逸出气体，且溶液酸性增强的是________（填序号），其总反应的化学方程式是

________________________________________________________________________。

解析：

依据电解规律可知，应该是“放氧生酸型”，应为硫酸铜溶液。

答案：

④　2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑

6．冶炼铜矿石所获得的铜通常含有锌、铁、镍、银、金和铂等微量杂质，俗称粗铜。

工业上通常通过电解法除去这些杂质制得精铜，以提高铜的使用价值，扩大铜的应用范围。

（几种金属的相对原子质量：

Fe－56，Ni－59，Cu－64，Zn－65，Ag－108，Au－197。

）

请完成下列问题：

（1）一般来说，电解精炼铜的初始电解质溶液里的阳离子是________，写出铜的电解精炼过程中的阴极反应式______________________________________。

（2）如果转移0.020mole－，下列说法中一定正确的是________。

①阴极质量增加0.64g　②阳极质量减少0.64g　③电解质溶液的质量保持不变　④电解质溶液的温度保持不变

解析：

电解精炼铜的电解质溶液一般为用硫酸酸化了的硫酸铜溶液，其中的阳离子是H＋和Cu2＋。

粗铜中Fe、Zn、Ni均有可能放电转化为Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋，Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋、H＋和Cu2＋中放电能力Cu2＋最强，所以在阴极上放电的只有Cu2＋，当有0.020mole－转移时阴极质量增加

×64g·mol－1＝0.64g。

Ag和Au都不能放电，只是以固态单质的形式沉积于电解槽的底部。

Fe、Zn、Ni中，有相对原子质量比Cu大的，也有相对原子质量比Cu小的，且Fe、Zn、Ni的放电能力都强于Cu，首先在阳极上被溶解，因此阳极上放电的不只是铜，阳极质量减少量不固定，电解质溶液的质量也不会保持不变。

在电解精炼铜的过程中，能量转化的形式主要是电能转化为化学能，但也有电能转化为热能，电解质溶液的温度肯定会变化。

答案：

（1）H＋和Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu　

（2）①

1．用石墨作电极电解CuSO4溶液。

通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的（　　）

A．CuSO4　　　　　　　B．H2O

C．CuO　　　　D．CuSO4·5H2O

解析：

石墨为惰性电极，电解CuSO4溶液时，阳极发生反应：

4OH－―→2H2O＋O2↑＋4e－，阴极发生反应：

2Cu2＋＋4e－―→2Cu，欲使电解液恢复到起始状态，可向溶液中加入适量的CuO。

答案：

C

2．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，设计了如右图所示的装置。

以下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NaCl

B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl

C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl

D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl

解析：

要使得Cl2被完全吸收，说明Cl2在下端产生，故下端的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故下端为电解池的阳极，与阳极相连的b则为原电池的正极，a为负极；总反应为：

2H2O＋2NaCl

H2↑＋Cl2↑＋2NaOH，生成的Cl2又被NaOH吸收，方程式为Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O，故a为原电池的负极，b为原电池的正极，消毒液的主要成分为NaClO和NaCl。

答案：

B

3．下列说法不正确的是（　　）

A．电解是化学能转变成电能

B．电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化

C．不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现

D．任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生

解析：

从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故A项错；电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故B、D两项对；某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可能实现，故C项对。

答案：

A

4．如下图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无臭气体放出。

符合这一情况的是附表中的（　　）

a极板

b极板

X电极

Z溶液

A

锌

石墨

负极

CuSO4

B

石墨

石墨

负极

NaOH

C

银

铁

正极

AgNO3

D

铜

石墨

负极

CuCl2

解析：

由a极板质量增加知溶液中阳离子在a极板生成金属析出，则a为阴极，X为负极；因B项中a极板不析出金属，C项中为正极可否定，又由b极板有无色无臭气体放出否定D项，故选A项。

答案：

A

5.右如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置．通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是（　　）

A．a电极附近呈蓝色，b电极附近出现红色

B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

C．a电极附近呈红色，b电极附近出现蓝色

D．逸出气体的体积a电极的小于b电极的

解析：

a连接电源的负极，为电解池的阴极，b连接电源的正极，为电解池的阳极，电解Na2SO4水溶液时，阳极发生的反应为：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为：

2H＋＋2e－===H2↑，或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。

a电极生成OH－离子，呈碱性，滴加石蕊呈蓝色，b电极生成H＋离子，呈酸性，滴加石蕊呈红色，故A正确，C项错误。

两极生成的气体分别为氧气和氢气，都为无色无味气体，且二者的体积比为2∶1，故B、D两项均错误。

答案：

A

6．右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关的判断正确的是（　　）

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：

电流由正极流出，即a为电源正极，b为电源负极，则c极为电解池阳极，d为电解池的阴极，电极为惰性电极，溶液中的离子放电，Cu2＋在阴极d析出，阴离子Cl－在c极上放电产生Cl2。

答案：

C

7．以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。

下列叙述正确的是（　　）

①粗铜与直流电源负极相连　②阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－―→Cu　③电路中每通过3.01×1023个电子，得到的精铜质量为16g　④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥

A．①③　　　　　　B．②④

C．③④　　　D．②③

解析：

粗铜作阳极与电源正极相连，发生反应：

Zn===Zn2＋＋2e－，Fe===Fe2＋＋2e－，Cu===Cu2＋＋2e－，Ag以单质的形式沉入电解槽形成阳极泥，①④错；阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，故通过3.01×1023个电子即0.5mol电子时，析出铜0.25mol，质量为16g，②③正确。

答案：

D

8．从NO

、SO

、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。

（1）两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是____________________________。

解析：

把离子组成为电解水型，即阳极OH－放电，阴极H＋放电。

答案：

H2SO4、HNO3、Ba（NO3）2

（2）若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可能是____________________________。

解析：

阴极析出金属，阳极产生氧气为放氧生酸型，不活泼金属的含氧酸盐符合条件。

答案：

AgNO3、Cu（NO3）2、CuSO4

（3）两极分别放出气体，且体积比为1∶1，电解质的化学式可能是________________________。

解析：

正负极产生气体体积比为1∶1，只有阴极H＋放电产生氢气，阳极Cl－放电生成氯气，故可以是HCl和BaCl2。

答案：

HCl、BaCl2

9．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_________________________________。

解析：

与电源正极相连的是阳极，电极反应为2Cl－＝Cl2↑＋2e－。

答案：

2Cl－===Cl2↑＋2e－

（2）电解之前食盐水需要精制，目的是除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO

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）

解析：

除去Mg2＋、SO

采用氢氧化钡，然后用碳酸钠除去Ca2＋和过量的Ba2＋，最后加适量的盐酸除去过量的碳酸根和氢氧根。

答案：

b、a、c

（3）如果在容积为10L的离子交换膜电解槽中，1min后在阴极可产生11.2L（标准状况）Cl2，这时溶液的c（OH－）＝________。

（设体积维持不变）

解析：

由2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑可知，n（NaOH）＝2n（H2）＝2×

＝1mol，c（OH－）＝0.1mol·L－1。

答案：

0.1mol·L－1

（4）Cl2常用于自来水的消毒杀菌，现在有一种新型消毒剂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：

Cl2

2Cl－，ClO2

Cl－，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5∶2。

答案：

5∶2

10．下图为相互串联的甲、乙两电解池．试回答：

（1）若甲电解池利用电解原理在铁上镀银，则A电极材料为______，作________（填电极名称），电极反应是__________________________________；B电极材料为________，作__________（填电极名称），电极反应是________________________，应选用的电解质溶液是__________________。

解析：

甲池是电镀池，铁作阴极，银作阳极，阴极上银离子得电子发生还原反应，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，阳极上银失电子发生氧化反应，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，电解质溶液为可溶性的硝酸银溶液。

答案：

铁　阴极　Ag＋＋e－===Ag　银　阳极　Ag－e－===Ag＋　AgNO3溶液

（2）乙电解池中若滴入少量酚酞试液，开始电解一段时间，铁极附近呈______色，C极附近呈________色。

解析：

乙是电解池，碳电极上氯离子放电生成氯气，铁电极上氢离子放电生成氢气，同时溶液中生成氢氧根离子，导致铁电极附近溶液呈碱性，酚酞试剂遇碱变红色，所以铁电极附近溶液变红色，碳电极上生成氯气，氯气是浅黄绿色气体，溶于水而使溶液呈浅黄绿色，所以C电极附近呈浅黄绿色。

答案：

红　浅黄绿色

（3）若甲电解池阴极增重4.32g，则乙槽中阳极上放出的气体在标准状况下的体积是________mL。

解析：

甲池中阴极上析出银，若甲电解池阴极增重4.32g，转移电子的物质的量＝1×4.32g/（108g/mol）＝0.04mol，乙池中阳极上生成氯气，生成1mol氯气转移电子的物质的量是2mol，当转移0.04mol电子时生成氯气的物质的量为0.02mol，则氧气体积＝0.02mol×22.4L/mol＝0.224L＝448mL。

答案：

448

（4）若乙电解池中剩余溶液仍为400mL，则电解后所得溶液中新生成溶质的物质的量浓度为________mol/L。

解析：

乙池中电池反应式为2NaCl＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2NaOH，根据氯气和氢氧化钠的关系式知，生成0.02mol氯气时同时生成0.04mol氢氧化钠，则氢氧化钠的物质的量浓度＝0.04mol/0.4L＝0.1mol/L。

答案：

0.1