高中化学必修2 电解池 配套讲义及课后练习含参考答案.docx
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高中化学必修2 电解池 配套讲义及课后练习含参考答案.docx
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高中化学必修2电解池配套讲义及课后练习含参考答案
电解池
(一)
金题精讲
题一:
使用氯化钠作原料可以得到多种产品。
(1)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如图所示。
①溶液A的溶质是_______________________。
②电解饱和食盐水的离子方程式是_________________________________________。
③电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3。
用化学平衡移动原理解释盐酸的作用__________________________________________________________________。
④用惰性电极电解100mL0.1mol·L-1NaCl溶液,若阴阳两极均得到112mL气体(标准状况),则所得溶液的物质的量浓度是_____________(忽略反应前后溶液体积的变化及气体的损失)。
(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,设计了如图的装置。
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
(3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。
某同学利用上图装置,只更换一个电极,通过电解法制取较纯净的Fe(OH)2沉淀,且较长时间不变色。
该同学换上的电极材料是____(用元素符号表示),总的反应式是_____________。
题二:
金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。
(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是__________。
a.Fe2O3b.NaClc.Cu2Sd.Al2O3
(2)辉铜矿(Cu2S)可以发生反应:
2Cu2S+2H2SO4+5O2=4CuSO4+2H2O,该反应的还原剂是________。
当1molO2发生反应时,还原剂所失电子的物质的量为________mol。
向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成,该气体是_________。
(3)下图为电解冶炼银的示意图,____(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银,若b极有少量红棕色气体产生,则生成该气体的电极反应式为_____________________。
题三:
工业上可用电解NO制备NH4NO3,其工作原理如下图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是_________,说明理由:
_____________________。
自招初探
题四:
用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液,通过控制电压电解得以再生。
某同学使用石墨电极,在不同电压(x)下电解pH=1的0.1mol/L的FeCl2溶液,研究废液再生机理。
记录如下(a、b、c代表电压数值):
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
I
x≥a
电极附近出现黄色,有气泡产生
有Fe3+、有Cl2
II
a>x≥b
电极附近出现黄色,无气泡产生
有Fe3+、无Cl2
III
b>x>0
无明显变化
无Fe3+、无Cl2
(1)用KSCN检验出Fe3+的现象是________________。
(2)I中,Fe3+产生的原因可能是Cl-在阳极放电,生成的Cl2将Fe2+氧化。
写出有关反应:
___________________________________。
(3)由II推测,Fe3+产生的原因还可能是Fe2+在阳极放电,原因是Fe2+具有____性。
(4)II中虽未检验出Cl2,但Cl-在阳极是否放电仍需进一步验证。
电解pH=1的NaCl溶液做对照实验,记录如下:
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
IV
a>x≥c
无明显变化
有Cl2
V
c>x≥b
无明显变化
无Cl2
①NaCl的浓度是_________mol/L。
②IV中检测Cl2的实验方法_______________________。
③与II对比,得出的结论(写出两点):
____________________________________。
电解池
(一)
金题精讲
题一:
(1)①NaOH②2Cl-+2H2O
H2↑+Cl2↑+2OH-
③Cl2与水反应:
Cl2+H2O
H++Cl-+HClO,增大c(H+)使平衡逆向移动,减少Cl2在水中的溶解,有利于Cl2的逸出④0.1mol/L(只含NaOH)
(2)B(3)FeFe+2H2O
Fe(OH)2+H2↑
题二:
(1)bd
(2)Cu2S或硫化亚铜4H2
(3)a
+e-+2H+=NO2↑+H2O
题三:
NH3根据电子守恒,阳极得到的
的量大于阴极得到的
的量,所以需充入NH3(或从阴阳极电极反应式说明也可)
自招初探
题四:
(1)溶液变红
(2)2Cl--2e-=Cl2↑Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+(3)还原
(4)①0.2②取少量阳极附近的溶液,滴在淀粉KI试纸上,试纸变蓝
③通过控制电压,证实了产生Fe3+的两种原因都成立;通过控制电压,验证了Fe2+先于Cl-放电
电解池
(二)
金题精讲
题一:
下图所示装置中,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溶液浓度为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计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为______;
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?
_____________________________________________________________。
题二:
人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如下图所示:
①电源的负极为_________(填“A”或“B”)。
②阳极室中发生的反应依次为___________________、___________________。
③电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将______;若两极共收集到气体13.44L(标准状况),则除去的尿素为_______g(忽略气体的溶解)。
自招初探
题三:
下列对实验现象的解释或推测不合理的是()
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;……
A.a、d处:
2H2O+2e-=H2↑+2OH-
B.b处:
2Cl-–2e-=Cl2↑
C.c处发生了反应:
Fe–2e-=Fe2+
D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出
电解池
(二)
金题精讲
题一:
(1)①正②4OH--4e-=2H2O+O2↑③2.8L④16
⑤甲溶液:
甲溶液中发生的总反应:
2H2O
2H2↑+O2↑,电解后溶液中的水减少,c(NaOH)增加,碱性增大;
乙溶液:
乙溶液中发生的总反应:
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4电解后溶液产生H2SO4,溶质逐渐从CuSO4变为H2SO4,所以电解后溶液酸性变强;
丙溶液:
酸碱性没有变化,因为K2SO4是强酸强碱盐,溶液中性,电解过程中,主要是电解水,电解前后溶液的酸碱性没有变化。
(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。
题二:
①B
②2Cl--2e-=Cl2↑CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl
③不变 7.2
自招初探
题三:
B
电解池
(一)课后练习
题一:
氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱,以及生产ClO2和氯的含氧酸盐(NaClO、NaClO3)等系列化工产品。
(1)写出氯碱工业中电解饱和食盐水的离子方程式:
______________________。
(2)①室温下,0.1mol·L–1NaClO溶液的pH______0.1mol·L–1Na2SO3溶液的pH。
(填“大于”、“小于”或“等于”)已知:
H2SO3的Ka1=1.54×10–2,Ka2=1.02×10–7;HClO的Ka=2.95×10–8。
②写出一种可以证明NaHSO3溶液中
的电离程度大于
水解程度的方法:
______________。
(3)常温下,饱和氯水中,存在反应Cl2+H2O
HCl+HClO。
下列有关叙述正确的是_________(填字母)。
A.饱和氯水中只存在HClO的电离平衡
B.饱和氯水中:
c(H+)=c(Cl–)+c(ClO–)+c(OH–)
C.往饱和氯水中加水,HClO的电离程度减小
D.用氯气处理饮用水时,在夏季的杀菌效果比在冬季好
(4)氯气含量检测仪中,原电池工作原理示意图如图:
则Cl2在Pt电极放电的电极反应为____________。
(5)工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液,通过控制条件,使Fe3+水解产物聚合,形成可溶的多聚体,最终析出红棕色胶状沉淀Fe2O3·nH2O。
其中水解形成羟桥配离子的离子方程式为:
2Fe3++10H2O
[Fe(H2O)4(OH)2Fe(H2O)4]4++2H+。
欲使上述水解平衡正向移动,可采用的方法有________(填字母)。
A.加水稀释 B.加热C.加入盐酸 D.加入NaHCO3
题二:
氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH溶液的工艺流程示意图如下所示,完成下列填空:
题三:
(1)在电解过程中,与电源正极相连的电极上电极反应为______,与电源负极相连的电极附近,溶液pH______(选填“不变”、“升高”或“下降”)。
(2)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______。
(3)如果粗盐中
含量较高,必须添加钡试剂除去
,该钡试剂可以是______。
a.Ba(OH)2 b.Ba(NO3)2 c.BaCl2
由黄铜矿(主要成分是CuFeS2)炼制精铜的工艺流程示意图如下:
(1)在反射炉中,把铜精矿砂和石英砂混合加热到l000℃左右,黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物,且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。
①该过程中两个主要反应的化学方程式分别是________________、________________。
②反射炉内生成炉渣的主要成分是____________________。
(2)冰铜(Cu2S和FeS互相熔合而成)含Cu量为20%~50%。
转炉中,将冰铜加熔剂(石英砂)在1200℃左右吹入空气进行吹炼,冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O,生成的Cu2O与Cu2S反应,生成含Cu量约为98.5%的粗铜。
该过程发生反应的化学方程式分别是_______________________、_______________________。
(3)粗铜的电解精炼如图所示。
①在粗铜的电解过程中,粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)。
②在电极d上发生的电极反应式为_____________________________。
③若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,它们在电解槽中的存在形式和位置为________。
题四:
M、R都是生活中常见的金属单质,其中R是用量最多的金属,甲、乙是化合物,其中甲是黑色晶体,可由R在X中燃烧得到。
(1)M与甲在高温下反应的化学方程式是______________________________。
(2)电解法制R低价氢氧化物的装置如图。
a是4mol•L1NaCl、1mol•L1NaOH的混合溶液。
①配制a时需要除去蒸馏水中溶解的O2,常采用__________的方法。
②石墨电极应与电源的______(填“正”或“负”)极相连接,通电后,R电极附近的现象是__________________,R极的电极反应式是__________________________。
③停止实验一段时间后,在R极上部有红褐色物质产生,反应的化学方程式是______。
(3)把R的某氧化物粉末与M粉末混合后分成两等份,一份在高温下恰好完全反应后,再与足量盐酸反应;另一份直接放入足量的烧碱溶液中充分反应,前后两种情况下生成的气体质量比是a:
b,则R的氧化物的化学式是__________。
题五:
在微电子工业中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂,工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3,其电解原理如下图所示。
(1)氮化硅的化学式为________。
(2)a电极为电解池的___________(填“阴”或“阳”)极,写出该电极的电极反应式:
___________________________________;电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质,该气体的分子式是________。
题六:
现代工业生产中常用电解氯化亚铁的方法制得氯化铁溶液吸收有毒的硫化氢气体,工艺原理如图所示。
(1)则溶液M中含有的一种盐的化学式为:
。
(2)若溶液M滴加石蕊变红色,请写出反应池中发生反应的化学方程式:
。
题七:
工业上常用电解氯化亚铁的方法获得氧化剂,吸收有毒的气体。
某小组同学欲探究
1mol/LFeCl2溶液的电解产物。
(1)在配制1mol/LFeCl2溶液时,通常加入少量稀盐酸和铁粉,其原因是________________________。
(2)甲同学预测电解FeCl2溶液现象:
阳极和阴极分别有气泡生成,阳极的气体可能是________。
(3)设计实验Ⅰ验证上述猜测,实验装置和现象如下:
序号
实验装置
阳极实验现象
阴极
实验Ⅰ
电压1.5V电解1mol/LFeCl2溶液,pH=4.9
阳极表面没有气泡生成;阳极附近溶液逐渐变浑浊,颜色变成黄绿色;最终石墨电极表面附有少量红褐色固体。
没有观察到气泡生成,铜电极表面有银灰色金属光泽的固体析出。
已知:
Fe(OH)3开始沉淀时pH=1.5,完全沉淀时pH=2.8。
甲同学取阳极附近浑浊液于试管中,滴加KSCN溶液,没有明显变化,但是滴加少量盐酸后,溶液变成_______色,说明阳极未发现_______生成,产物是Fe(OH)3。
(4)乙同学推测阴极未产生气体的原因可能与溶液的酸性强弱有关,设计如下对比实验:
电解不同pH的1mol/LFeCl2溶液。
实验
序号
pH
阳极
阴极
是否有气泡产生
湿润淀粉碘化钾试纸是否变蓝
电极附近溶液颜色变化
是否有气泡产生
电极表面是否出现镀层
实验
Ⅱ
2.4
无
未变色
黄绿色,
少量浑浊
无
有
实验
Ⅲ
-0.4
无
未变色
黄绿色,
无浑浊
有
无
由实验Ⅱ、Ⅲ得出的结论是________________________。
(5)实验Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ均未观察到Cl2产生,乙同学继续实验探究,猜测可能是电压对实验的影响,设计对比实验如下:
不同电压下电解1mol/LFeCl2溶液
实验
序号
电压
(V)
阳极
阴极
是否有气泡产生
湿润淀粉碘化钾试纸是否变蓝
电极附近溶液颜色变化
是否有气泡产生
电极表面是否出现镀层
实验
Ⅳ
3
无
未变色
缓慢变成黄绿色,有浑浊
少量
有,约1min
实验
Ⅴ
6
少量
变蓝
很快变成黄绿色,有浑浊
大量
有,迅速
①实验Ⅴ中阳极产生的Cl2将Fe2+氧化为Fe3+,有关反应方程式是_____________。
②实验Ⅳ和Ⅴ中,阴极都有镀层出现,阴极的电极反应式是______________。
(6)根据Ⅰ~Ⅴ实验探究,电解时影响离子放电顺序的因素有(写出两点):
____________________________。
题八:
芒硝化学式为Na2SO4·10H2O,无色晶体,易溶于水,是一种分布很广泛的硫酸盐矿物。
该小组同学设想,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,用如图所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠,无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念。
(1)该电解槽的阳极反应式为____________________。
此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
(2)制得的氢氧化钠溶液从出口(填“A”、“B”、“C”或“D”)____导出。
(3)通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因:
_________________。
(4)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池,则电池负极的电极反应式为_______________________。
已知H2的燃烧热为285.8kJ·mol-1,则该燃料电池工作产生36gH2O时,理论上有___________kJ的能量转化为电能。
电解池
(一)
课后练习参考答案
题一:
(1)2Cl–+2H2O
2OH–+H2↑+Cl2↑
(2)①大于
②用pH试纸(或pH计)测定NaHSO3溶液的酸碱性,测得溶液的pH<7
(3)B(4)Cl2+2Ag++2e–=2AgCl(5)A、B、D
解析:
(1)电解饱和食盐水的离子方程式:
2Cl–+2H2O
2OH–+H2↑+Cl2↑。
(2)①次氯酸根的水解大于亚硫酸根,故0.1mol·L–1NaClO溶液的pH大于0.1mol·L–1Na2SO3溶液的pH;②用pH试纸(或pH计)测定NaHSO3溶液的酸碱性,测得溶液的pH<7,说明NaHSO3溶液中
的电离程度大于
的水解程度。
(3)A.饱和氯水中不只存在HClO的电离平衡,还存在水的电离平衡,错误;B.饱和氯水中据质子守恒c(H+)=c(Cl–)+c(ClO–)+c(OH–),正确;C.往饱和氯水中加水,HClO的电离程度增大,错误;D.用氯气处理饮用水时,在夏季次氯酸分解快,效果差,错误;答案选B。
(4)Cl2为正极,故在Pt电极放电的电极反应:
Cl2+2Ag++2e–=2AgCl。
(5)A.加水稀释,平衡正向移动,正确;B.加热平衡向吸热方向移动,水解吸热,故正确;C.加入盐酸增大产物浓度,平衡逆向移动,错误;D.加入NaHCO3与氢离子反应,平衡正向移动,正确;故答案选ABD。
题二:
(1)2Cl--2e-=Cl2↑升高
(2)Ca2++
═CaCO3↓、Mg2++2OH-═Mg(OH)2↓(3)ac
解析:
(1)电解食盐水,与正极相连为阳极,生成氯气,该电极反应为2Cl--2e-═Cl2↑,与电源负极相连为阴极,生成氢气和NaOH,生成碱,所以pH升高。
(2)Ca2+、Mg2+等杂质与碳酸钠、NaOH反应转化为沉淀,离子反应分别为Ca2++
═CaCO3↓、Mg2++2OH-═Mg(OH)2↓。
(3)添加钡试剂除去
,注意不能引入新的杂质,选Ba(NO3)2会引入杂质硝酸根离子,所以选ac。
题三:
(1)①2CuFeS2+O2
Cu2S+2FeS+SO22FeS+3O2
2FeO+2SO2
②FeSiO3
(2)2Cu2S+3O2
2Cu2O+2SO22Cu2O+Cu2S
6Cu+SO2↑
(3)①c②Cu2++2e-=Cu
③Au、Ag以单质形式沉积在c(阳极)下方,Fe以Fe2+的形式进入电解液中
解析:
(1)①黄铜矿与空气反应生成Cu2S、FeS,根据化合价升降相等配平,反应方程式为:
2CuFeS2+O2
Cu2S+2FeS+SO2;FeS和氧气反应生成FeO,根据化合价升降相等,配平方程式为:
2FeS+3O2
2FeO+2SO2。
②二氧化硅在高温下与FeO反应生成FeSiO3,所以生成炉渣的主要成分为:
FeSiO3。
(2)Cu2S被氧气氧化生成二氧化硫和Cu2O:
2Cu2S+3O2
2Cu2O+2SO2;Cu2O与Cu2S反应:
2Cu2O+Cu2S
6Cu+SO2↑。
(3)①c连电源正极,d连电源的负极;故c为阳极,d为阴极;粗铜板应放在阳极,即c。
②d阴极发生还原反应,阴极上铜离子得电子生成Cu,则方程式为:
Cu2++2e-=Cu。
③Au、Ag比较稳定,不反应,以单质形式沉积在c(阳极)下方,Fe失去电子变成Fe2+的形式进入电解液中。
题四:
(1)8Al+3Fe3O4
4Al2O3+9Fe
(2)①煮沸②负生成白色沉淀Fe-2e+2OH=Fe(OH)2↓
③4Fe(OH)2+O2+2H2O═4Fe(OH)3(3)FeaOb
解析:
(1)根据题意和图示内容,R是用量最多的金属,可知R是金属铁,甲是黑色晶体,可推知甲是四氧化三铁,能将铁的氧化物中的铁置换出来的反应原理是铝热反应原理,故答案为:
8Al+3Fe3O4
4Al2O3+9Fe。
(2)①氢氧化亚铁的制取,必须避开空气中的氧气,加热煮沸溶液能将溶液中的气体物质除去,故答案为:
煮沸;②电解法制取氢氧化亚铁时,金属铁必须作阳极,在该电极上,金属铁失电子,所以石墨作阴极,石墨电极应与电源的负极相连,在阳极附近生成的亚铁离子会和氢氧根反应生成氢氧化亚铁白色沉淀,故答案为:
负;生成白色沉淀;Fe-2e+2OH=Fe(OH)2↓;③氢氧化亚铁沉淀很容易被空气氧化为氢氧化铁,反应的化学方程式是:
4Fe(OH)2+O2+2H2O═4Fe(OH)3。
(3)生成的氢气质量比是a:
b,也就是物质的量之比为a:
b,第一份在高温下恰好完全反应后,再与足量盐酸反应,则Fe+2HCl=FeCl2+H2↑,设产生的氢气物质的量为a,则消耗金属铁的物质的量为a,另一份直接放入足量的烧碱溶液中充分反应,即2Al+6H2O+2NaOH=2Na[Al(OH)4]+3H2↑,产生的氢气物质的量为b,则消耗金属铝的量为
,在铁的氧化物和金属铝的反应中,设反应为:
FexOy+Al→Al2O3+Fe,根据原子守恒,金属铁的物质的量为a,则x=a,金属铝的物质的量为
时,则氧化铝中的氧原子物质的量为b,即y=b,故答案为:
FeaOb。
题五:
(1)Si3N4
(2)阳
+3F--6e-=NF3+4H+F2
解析:
(1)氮化硅中N的非金属性强于Si,Si显+4价,故N显-3价,故氮化硅的化学式为:
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