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电能转化为化学能——电解
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2014海南化学)以石墨为电极,电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色 B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色 D.溶液的pH变小
答案:D
解析:惰性电极电解碘化钾溶液,阴极氢离子得电子生成氢气,同时生成氢氧化钾,因此溶液变红(碱使酚酞变红),A、B说法正确;阳极产生碘单质,碘使淀粉变蓝,C说法正确;阴极氢离子得电子生成氢气,同时生成氢氧化钾,碱性增强,D说法错误。
2.利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是( )
A.氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到氢氧化钠
B.铜的精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4
C.电镀工业中,X是待镀金属,Y是镀层金属
D.外加电流的阴极保护法中,Y是待保护金属
答案:D
解析:电解饱和食盐水时,阴极区得到H2和NaOH;铜的电解精炼时,应用粗铜作阳极、纯铜作阴极;电镀时,应以镀层金属作阳极、待镀金属作阴极。
3.(2015广西南宁模拟)一定条件下,利用如图所示装置可实现有机物的储氢,下列有关说法中正确的是( )
A.外电路电子的移动方向:A→电源→B
B.气体X在反应中通常体现还原性
C.电极D为惰性电极,E为活泼电极
D.电极D的电极反应式为C6H6+6H++6e-C6H12
答案:D
解析:A项,由图示知,电极D是苯得到电子发生还原反应生成环己烷,即该电极是电解池的阴极,所以A是电源的负极,所以外电路电子流动方向:B→电源→A,错误;B项,电极E附近OH-失去电子发生氧化反应生成O2,O2在反应中通常体现氧化性,错误;C项,若E是活泼电极,则阳极是电极先放电而得不到O2,错误。
第3题图
第4题图
4.若用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,则下表中所列各项对应关系均正确的一组是( )
选项
电源
X极
实验前U形
管中液体
混合溶液通电后
现象或结论
A
正极
Na2SO4
溶液U形管两端滴入酚酞后,a管中呈红色
B
正极
AgNO3溶液
b管中电极反应式是4OH--4e-2H2O+O2↑
C
负极
KCl和CuCl2
相同条件下,a、b两管中产生的气体总体积可能相等
D
负极
Fe(OH)3
b管中液体颜色加深
答案:C
解析:A项电解Na2SO4溶液,a为阳极,OH-失电子破坏水的电离平衡,阳极周围呈酸性,不会使酚酞变红;B项电解硝酸银溶液,a为阳极,电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,b为阴极,电极反应式为Ag++e-Ag,B项错误;C项电解KCl和CuCl2的混合溶液,先电解CuCl2,再电解KCl,随着反应的进行,继续电解则为电解水,阳极依次生成Cl2、O2,阴极依次生成Cu和H2,两极产生气体的总体积可能相等,C项正确;D项为电泳,Fe(OH)3胶粒带正电,向阴极移动,a管颜色加深。
5.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,则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
答案:B
解析:电解饱和NaCl溶液的反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,为使Cl2完全被NaOH溶液吸收,因此b端为电源的正极,a端为负极。
6.(2015山东调研)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〚导学号95380246〛
答案:D
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+2OH--2e-2H2O,石墨为正极,发生还原反应,Cl2+2e-2Cl-,故C项错误,D项正确。
7.(2015四川成都检测)如图所示,X、Y、Q、W都是惰性电极,将电源接通后,W极附近颜色逐渐加深。下列说法中不正确的是( )
A.电源的M极为正极
B.甲装置中溶液的pH减小
C.甲装置的两个电极上都有单质生成且物质的量之比为1∶1
D.欲用乙装置给铜镀银,U极应该是Ag,电镀液选择AgNO3溶液
答案:C
解析:W极附近颜色逐渐加深,说明通电时氢氧化铁胶粒移向该电极,即W连接电源的负极,则M为正极,N为负极,A项正确;通电时,甲装置中总反应为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,甲装置中溶液的pH减小,n(O2)∶n(Cu)=1∶2,B项正确,C项错误;电镀时镀层金属作阳极,即U极应该是Ag,电镀液为AgNO3溶液,D项正确。
8.(2015浙江理综)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.X是电源的负极
B.阴极的电极反应式是H2O+2e-H2+O2- CO2+2e-CO+O2-
C.总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2
D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
答案:D
解析:H2O、CO2混合气体制备H2和CO时,氢元素及碳元素的化合价降低,H2O和CO2发生还原反应,则该极为阴极,连接电源的负极,A选项正确;因电解质是金属氧化物,故该过程中可以传递O2-,则阴极反应为H2O+2e-H2+O2-,CO2+2e-CO+O2-,B选项正确;图中阳极放出的是O2,2O2--4e-O2↑,则总反应方程式为H2O+CO2H2+CO+O2,C选项正确;从总反应方程式看,阴极和阳极生成的气体的物质的量之比是2∶1,D选项错误。
9.电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法,其原理如图所示。已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、S等离子,电极为惰性电极。下列叙述中正确的是( )
A.A膜是阳离子交换膜(只允许阳离子通过)
B.通电后,海水中阴离子往b电极处运动
C.通电后,a电极的电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O
D.通电后,b电极上产生无色气体,溶液中出现少量白色沉淀〚导学号95380247〛
答案:D
解析:由电源正、负极可知a、b分别为阳、阴极,电解池阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动,所以A、B选项均错;阳极是Cl-失电子,C选项错误;阴极2H++2e-H2↑,溶液中OH-浓度增大,与Mg2+生成Mg(OH)2沉淀,D选项正确。
10.(2013天津理综)为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下:
电池:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)
电解池:2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
电解过程中,以下判断正确的是( )
电池
电解池
A
H+移向Pb电极
H+移向Pb电极
B
每消耗3 mol Pb
生成2 mol Al2O3
C
正极:PbO2+4H++2e-
Pb2++2H2O
阳极:2Al+3H2O-6e-
Al2O3+6H+
D
答案:D
解析:电池中H+移向正极即PbO2电极,电解池中H+移向阴极即Pb电极,A错误;每消耗3 mol Pb转移6 mol e-,生成1 mol Al2O3,B错误;电池正极反应式为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O,电解池中阳极反应为2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+,C错误;D中电池中负极上Pb生成PbSO4使其质量增大,电解池中阴极上H+生成H2,Pb电极质量无变化,D正确。
二、非选择题(本题包括4小题,共50分)
11.(12分)
(1)(2013山东理综)右图为电解精炼银的示意图, (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
。
(2)(2014全国新课标Ⅰ)H3PO2也可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):
①写出阳极的电极反应式: 。
②分析产品室可得到H3PO2的原因:
。
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 杂质,该杂质产生的原因是 。
答案:(1)a N+2H++e-NO2↑+H2O
(2)①2H2O-4e-O2↑+4H+ ②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2P穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2 ③P H2P或H3PO2被氧化
解析:(1)电解精炼银时,粗银连接在电源正极上,作阳极,电极本身放电溶解,精银连接到电源负极上,作阴极。
由图可知,b极为电解池阴极,发生反应为Ag++e-Ag,若该电极产生红棕色气体即NO2,则应发生如下电极反应:N+2H++e-NO2↑+H2O。
(2)②中应该从闭合回路的角度,阴、阳离子的流向分析;③注意阳极反应生成O2,O2具有氧化性,H3PO2和H2P均具有还原性,二者会被O2氧化生成P。
12.(12分)(1)用电解法制取镁时,若原料氯化镁含有水时,在电解温度下,原料会形成Mg(OH)Cl,并发生电离反应:Mg(OH)ClMg(OH)++Cl-。电解时在阴极表面会产生氧化镁钝化膜,此时阴极的反应为 。写出电解熔融MgCl2制镁的化学方程式: 。
(2)最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)实现氮的固定——氨的电解法合成,大大提高了氮气和氢气的转化率。总反应为:N2+3H22NH3。则在电解法合成氨的过程中,应将H2不断地通入 (填“正”“负”“阴”或“阳”)极;在另一电极通入N2,该电极反应为 。
答案:(1)2Mg(OH)++2e-2MgO+H2↑ MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ (2)阳 N2+6H++6e-2NH3
解析:(1)阳离子在阴极得电子,分析Mg(OH)+、MgO中Mg、O元素的化合价均无变化,所以化合价降低的元素只有氢元素,即阴极还有H2生成;(2)由总反应可知生成NH3为电解池,H2失电子通入阳极,N2得电子生成NH3,可得N2+6e-2NH3,在酸性条件下用H+配平电荷。
13.(12分)(1)(2015山东理综)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li+向 (填“A”或“B”)电极迁移。
(2)(2015呼和浩特调研)氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相结合的新工艺可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中,相关物料的传输与转化关系如图所示,其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过。
①图中X是 (填化学式),比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小: 。
②写出燃料电池B中正极发生的电极反应:
。
〚导学号95380248〛
答案:(1)LiOH 2Cl--2e-Cl2↑ B
(2)①Cl2 a%<b% ②O2+2H2O+4e-4OH-
解析:(1)B极产生H2,根据反应:2H++2e-H2↑,说明B极为阴极,随着电解进行,溶液中c(H+)减小、c(OH-)增大,B极附近电解液为LiOH溶液,随着电解的进行,溶液中c(LiOH)增大。A极为阳极,电解液为LiCl溶液,电极反应:2Cl--2e-Cl2↑;在电解过程中Li+向阴极附近移动,即向B极迁移。
(2)①A中电解饱和食盐水,生成氢气、氯气、氢氧化钠,其中氢气进入燃料电池B,所以Y为H2,X为Cl2。生成的氢氧化钠也进入燃料电池做电解质,在燃料电池中通入空气的电极为正极,电极生成OH-,钠离子通过离子膜向右室扩散,所以氢氧化钠浓度变大。②正极O2得到电子生成氢氧根离子。
14.(14分)已知铅蓄电池的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,现用如图装置进行电解(电解液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题:
(1)A是铅蓄电池的 极,铅蓄电池正极反应式为 ,放电过程中电解液的密度 (填“减小”“增大”或“不变”)。
(2)Ag电极的电极反应式是 ,该电极的电极产物共 g。
(3)Cu电极的电极反应式是 ,CuSO4溶液的浓度 (填“减小”“增大”或“不变”)。
(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线,则x表示 。
a.各U形管中产生的气体的体积
b.各U形管中阳极质量的减少量
c.各U形管中阴极质量的增加量
答案:(1)负 PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O 减小
(2)2H++2e-H2↑ 0.4
(3)Cu-2e-Cu2+ 不变
(4)b
解析:根据在电解过程中铁电极质量的减少可判断A是电源的负极,B是电源的正极,电解时Ag极作阴极,电极反应式为2H++2e-H2↑,Fe作阳极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,左侧U形管中总反应式为Fe+2H+Fe2++H2↑。右侧U形管相当于电镀装置,Zn电极作阴极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,铜电极作阳极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变,根据上述分析可得答案。
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