2019_2020学年高中化学课时作业23电解原理的应用含解析新人教版选修.doc

课时作业23　电解原理的应用
基础训练
1．(2019年云南省保山市模拟)下列叙述中，正确的是(　　)
①电解池是将化学能转变成电能的装置
②原电池是将电能转变成化学能的装置
③金属和石墨导电均为物理变化，电解质溶液导电是化学变化
④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理有可能实现
⑤电镀过程相当于金属的“迁移”，可视为物理变化．
A．①②③④ B．③④ C．③④⑤ D.④
解析：①电解池是将电能转变成化学能的装置，故①错误； ②原电池是将化学能转变成电能的装置，故②错误； ③金属和石墨导电均为物理变化，电解质溶液导电是化学变化，发生电能和化学能的转化，一定发生化学变化，故③正确； ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理有可能实现，如铜和稀硫酸的反应，铜为阳极被氧化，可生成硫酸铜，故④正确； ⑤电镀过程相当于金属的“迁移”，发生氧化还原反应，为化学反应，故⑤错误。
答案：B
2．(2019年烟台二中高二开学考试)电解NaCl溶液的装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．铁电极上的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．溶液中Na＋由石墨电极向铁电极移动
C．通电一段时间后，可看到铁电极附近溶液变红
D．通电一段时间后，可看到试管中溶液变蓝
解析：A.铁为阴极，不参与电极反应，在阴极上发生还原反应，H＋放电生成氢气，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故A错误；B.电解池中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，铁为阴极，溶液中Na＋向铁电极方向移动，故B正确；C. 电解氯化钠溶液，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极附近呈碱性，加入酚酞变红色，通电一段时间后，可看到铁电极附近溶液变红，故C正确；D. 石墨电极是电解池阳极，溶液中氯离子失电子生成氯气，通入淀粉碘化钾溶液中氧化碘离子为碘单质，淀粉遇碘单质变蓝，故D正确。
答案：A
3．粗铜中除含有铜以外，还含有少量锌、铁、银，在如图所示的装置中，用纯铜和粗铜分别作为两极进行电解，下列有关叙述中，正确的是(　　)

A．可检测到电解液中有Zn2＋、Fe2＋
B．可检测到电解液中有Fe3＋、Zn2＋、Ag＋
C．电解过程中，Zn、Ag沉降到阳极底部
D．通电一段时间后，取出两极，称得粗铜极减小的质量等于纯铜极增加的质量
解析：粗铜上的锌、铁、铜失电子生成Zn2＋、Fe2＋、Cu2＋，银以单质形式沉积于阳极底部形成阳极泥，A正确，B、C错误；溶液中的铜离子浓度略有减小，粗铜极减小的质量大于纯铜极增加的质量，D错误。
答案：A
4．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
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；外加电流的阴极保护法中，待保护金属接电源负极。
答案：D
5．下列变化过程均与“电”相关，其中需要通电才能进行的是(　　)
①电离 ②电解
③电镀 ④电泳
A．①②③ B．①②④
C．①③④ D．②③④
解析：电解、电镀、电泳都需要外加电源通电实现；电离不需要外加电源。
答案：D
6．如下图所示，将两烧杯用导线如下图相连，Pt、Cu、Zn、C分别为四电极，当闭合开关后，下列叙述中正确的是(　　)

A．Cu极为原电池负极
B．Cu极附近显碱性
C．C极发生氧化反应
D．电子流向为由C极流向Pt极
解析：根据金属活动性及原电池形成条件可判断出右烧杯为原电池，左烧杯为电解池。Zn极作负极，C作正极，Cu作阴极，H＋在阴极放电；Cu极附近显碱性；C极发生还原反应；电子流向为由Pt极流向C极。
答案：B
7．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(　　)
A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极
B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应
C．阴极上发生的反应是 Cu2＋＋2e－===Cu
D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
解析：根据电解原理，粗铜作阳极，比铜活泼的Zn、Fe等杂质发生氧化反应，比Cu不活泼的金属单质，如Ag等在阳极底部沉积；精铜作阴极，只发生Cu2＋＋2e－===Cu。
答案：C
8．电镀在工业上有着广泛的应用，可以镀锌、镀铜、镀金等。如利用下图所示装置可以使铜牌摇身一变为银牌，即在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法中正确的是(　　)

A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
解析：由电解原理可知，在电镀时，镀层金属作阳极，待镀金属制品作阴极。要想在铜上镀银，说明银为阳极，与电源的正极相连，B项错误；在电解液中，Ag＋向阴极移动，A项错误；阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，C项正确；将电源反接，则铜牌作阳极，由放电顺序可知，铜牌上的Cu、Ag均能溶解，铜牌不可能恢复如初，D项错误。
答案：C
提高训练
9．现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图。下列叙述错误的是(　　)

A．M室发生的电极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室：a<b
C．产品室发生的反应是B(OH)4－＋H＋H3BO3＋H2O
D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体
解析：M室为阳极室，水中的氢氧根离子放电，2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A正确；N室，水中的氢离子放电，生成氢氧根离子，原料室中钠离子移动到N室，NaOH浓度增大，B正确；原料室中的B(OH)4－移向产品室，M室中生成的H＋移向产品室，二者反应生成产品，C正确；根据关系式：H3BO3～H＋～1/2H2，理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下11.2 L气体，D错误。
答案：D
10．用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　)
A．0.4 mol 　 B.0.5 mol　C．0.6 mol 　D．0.8 mol
解析：电解硫酸铜溶液时，开始发生反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，后来发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 mol氧化铜和0.1 mol水，而0.1 mol水是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2 mol电子，第一阶段转移了0.4 mol电子，即一共转移了0.6 mol电子，C项正确。
答案：C
11．(2019年辽宁朝阳市模拟)燃烧产生的尾气中含有一定量的NO，科学家们设计了一种间接电处理法除去其中NO的装置，如下图所示，它可以将NO转化为NH4＋，下列说法正确的是(　　)

A．a连接电源的正极
B．Pt电极B上发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C．当NO吸收柱中产生1 mol SO32－时，理论上处理的NO气体的体积为8.96 L(标准状况)
D．图中的离子交换膜应为阴离子交换膜
解析：根据上述分析，A为阴极，B为阳极，a连接电源的负极，故A错误；Pt电极B为阳极，发生氧化反应，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故B正确；当NO吸收柱中产生1 mol SO32－时，反应中消耗0.05 mol S2O42－，转移1 mol电子，根据得失电子守恒，处理的NO气体为 mol，标准状况下的体积为4.48 L，故C错误；根据图示，阳极区硫酸的浓度基本不变，结合电极B的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的氢离子需要向阴极区运动，离子交换膜应为阳离子交换膜，故D错误。
答案：B
12．如图两装置中，溶液体积均为200 mL，开始时，电解质溶液的浓度为0.1 mol/L，工作一段时间后，测得导线上都通过0.02 mol e－。若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是(　　)

A．同条件时产生气体体积：①＝②
B．电极上析出固体质量：①＜②
C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；
②中负极：2H＋＋2e－===H2↑
D．溶液的pH变化：①变小；②增大
解析：图①为电解池，电极反应为阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；图②为原电池，电极反应为正极：2H＋＋2e－===H2↑，负极：Zn－2e－===Zn2＋。导线上通过0.02 mol e－时，①中阴极生成0.01 mol Cu，阳极生成0.005 mol O2；②中正极生成0.01 mol H2，负极溶解0.01 mol Zn。①中OH－放电使溶液中c(H＋)增大，pH变小，②中c(H＋)减小，pH变大。
答案：D
13．(2019年湖北省四地七校期中)某温度时，使用一对石墨电极电解饱和Na2SO4溶液，当转移2mol电子时停止电解，析出Na2SO4·10H2O晶体m g，所有数据都在相同温度下测得，下列叙述正确的是(　　)
A．电解后溶液质量减少(m＋36)g
B．原溶液中Na2SO4的质量分数为
C．若其它条件不变，将石墨电极替换为铜电极，则阴极析出2 mol H2
D．若其它条件不变，将石墨电极替换为铜电极，则析出Na2SO4·10H2O晶体仍为m g
解析：石墨电极电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上生成氧气、阴极上生成氢气，所以实质上是电解水，当电解1 mol水时转移2 mol电子，所以当转移2 mol电子时生成实际上是电解1 mol水，其质量为18g。A.电解后溶液质量减少量＝电解水的质量＋析出晶体质量＝(18＋m)g，故A错误；B.析出硫酸钠的质量＝×142 g/mol＝mg，溶液质量＝(18＋m)g，溶液质量分数＝×100%＝＝，故B正确；C.若其它条件不变，将石墨电极替换为铜电极，阴极上仍然是氢离子放电生成氢气，但阳极上Cu失电子生成铜离子，阴极析出1 mol H2，故C错误；D.若其它条件不变，将石墨电极替换为铜电极，阳极上生成铜离子、阴极上生成氢气同时还有OH－生成，铜离子和OH－反应生成Cu(OH)2沉淀，其电池反应式为Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑，根据方程式知，转移2 mol电子时消耗2 mol水，则析出Na2SO4·10H2O晶体为2m g，故D错误。
答案：B
14．(2019年山西大同月考)21世纪是钛的世纪，在800 ℃～1 000 ℃时电解TiO2可制得钛，装置如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．a为电源的正极
B．石墨电极上发生还原反应
C．阴极发生的反应为：TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
D．每生成0.1 mol钛，转移电子0.2 mol
解析：由阴离子的定向移动可知石墨为阳极，则a为负极，b为正极，TiO2为阴极。A.a为电源的负极，故A错误；B.石墨为阳极，电极上发生氧化反应，故B错误；C.电解TiO2制得钛，TiO2为阴极，发生还原反应，电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，故C正确；D.Ti元素化合价由＋4价降低到0价，则每生成0.1 mol钛，转移电子0.4 mol，故D错误。
答案：C
15．由于Fe(OH)2易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱溶液反应制得纯净的Fe(OH)2沉淀。若用如图所示实验方法则可制得纯净的Fe(OH)2沉淀，已知两极材料分别是石墨和铁。

(1)a电极材料为________，其电极反应式为_______________。
(2)电解液d可以是纯水、NaCl溶液、NaOH溶液与CuCl2溶液中的________溶液，此时白色沉淀在电极上生成；也可以是其中的________溶液，此时白色沉淀在两极之间的溶液中生成。
(3)液体c为苯，其作用是____________________，在加入苯之前，对溶液进行加热处理的目的是___________________________。
(4)为了在较短时间内看到白色沉淀，可以采取的合理措施有________(填序号)。
①改用稀硫酸作电解液　　②适当增大两极间电压
③适当缩小两极板间距离 ④适当降低电解液的温度
(5)若d改为硫酸钠溶液，当电解一段时间看到白色沉淀后，再反接电源继续电解，除了在电极上看到气泡外，另一明显现象是____________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)a极连接电源的正极，为电解池的阳极，在阳极发生氧化反应。为获得Fe2＋，应用铁作阳极，在此极上铁原子失去电子变为Fe2＋。
(2)若用NaOH溶液作电解液，则Fe2＋立即与OH－结合，在阳极上生成白色沉淀；若用NaCl溶液作电解液，则在阴极是H＋得到电子产生H2，由于H＋的浓度减小，OH－的浓度相对增大，OH－向阳极移动，与在阳极生成而向阴极移动的Fe2＋结合为白色沉淀。
(3)由于Fe(OH)2极易被空气中的O2氧化，为防止此反应发生，在电解液上面覆盖一层苯(汽油也可)以隔绝空气。在加苯前，将溶液煮沸，驱赶溶解在水中的O2。
(4)电解的速率与电压成正比，与两极间距离成反比；若加稀硫酸则沉淀溶解，若降低温度则离子迁移速率减慢，均不利于沉淀生成。
(5)将电解液改为硫酸钠溶液，在生成白色沉淀后，若反接电源，则阳极是石墨，为惰性电极，结果与电解水相同，在阳极产生O2，将Fe(OH)2氧化为红褐色的Fe(OH)3。
答案：(1)铁　Fe－2e－===Fe2＋
(2)NaOH　NaCl
(3)隔绝空气，防止Fe(OH)2被空气氧化　赶走电解液中溶解的氧气
(4)②③
(5)白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变为红褐色
探究创析
16．(2019年云南省保山市模拟)请按要求回答下列问题。
(1)根据图1回答①②：①打开K2，闭合K1。
A电极可观察到的现象________________；B极的电极反应式__________________。
②打开K1，闭合K2。
A电极可观察到的现象是__________________；B极的电极反应式为__________________。
(2)根据图2回答③④：
③将较纯净的CuSO4溶液放入下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a g，石墨电极产生标准状况下的气体体积________L。

解析：(1)①若断开K2，闭合K1，形成原电池反应，Zn为负极，锌被氧化而不断溶解，Cu为正极，发生还原反应生成铜，电极方程式为Cu2＋＋2e－===Cu；②若断开K1，闭合K2，为电镀池，Cu为阳极，被氧化，发生Cu－2e－===Cu2＋，Zn为阴极，发生还原反应，锌极镀上一层红色的铜。
(2)③电镀时，石墨为阳极，发生氧化反应，电极方程式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，生成氧气，铜为阴极，总反应式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋；④铜电极增重a g，n(Cu)＝mol，转移mol电子，由4OH－－4e－===2H2O＋O2↑可知，生成n(O2)＝×mol，则体积为×mol×22.4 L/mol＝0.175a L。
答案：(1)①锌不断溶解　Cu2＋＋2e－===Cu
②锌极镀上一层红色物质　Cu－2e－===Cu2＋
(2)③4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
④0.175a

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