2022年高二化学4-3-2电解原理的应用(苏教版)选修4.docx

电解原理的应用
一、选择题
1．关于电解法精炼铜的以下说法正确的选项是(　　)
A．粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜为电解质溶液
B．纯铜作阳极，粗铜作阴极，硫酸铜为电解质溶液
C．电解结束后，溶液中Cu2＋浓度不变
D．电解结束后，溶液中Cu2＋浓度变大
答案：A
点拨：电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4为电解质溶液，因粗铜中活泼金属失电子形成的阳离子如Zn2＋，会逐渐代替Cu2＋。c(Cu2＋)将会有所减小。
2．以下关于铜电极的表达正确的选项是(　　)
A．铜锌原电池中铜是负极
B．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极
C．在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极
D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
答案：C
点拨：铜锌原电池中，铜不如锌活泼，铜为正极；用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极；电解稀硫酸制H2、O2时应用惰性电极，如把铜放在阳极，铜就会首先放电，阳极就不能产生氧气。
3．以下说法中，不正确的选项是(　　)
A．在冶金工业上，常用电解法得到钠、镁、铝等金属
B．在金属冶炼时，除电解法外，还有热分解、热复原等方法
C．工业上用电解氯化钠溶液的方法制钠单质
D．电解法制钠时，钠在阴极上生成
答案：C
点拨：制备Na单质，是电解熔融的氯化钠。
4．将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊试液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是(　　)

A
B
C
D
阳极
蓝
白
红
蓝
阴极
白
蓝
蓝
蓝
答案：D
点拨：题中所述装置相当于电解食盐水装置。阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2使湿润的KI淀粉变蓝。阴极：2H＋＋2e－===H2↑阴极附近溶液呈碱性石蕊试液变蓝。
5．以下列图示中关于铜电极的连接错误的选项是(　　)
答案：C
点拨：铜锌原电池中锌作负极，铜作正极，A正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，B正确；镀件上镀铜时，铜作阳极，镀件作阴极，C错误；电解氯化铜溶液时，石墨作阳极，铜作阴极，D错误。
6．学生欲完成反响Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑而设计了以下四个实验，你认为可行的是(　　)
答案：C
点拨：Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑是非自发氧化复原反响，为使该反响能发生，应采用电解装置。Cu被腐蚀，应接电源的正极作为阳极。电解质溶液选用H2SO4溶液。
7．如图两装置中，溶液体积均为200mL，开始时，电解质溶液的浓度0.1mol/L，工作一段时间后，测得导线上都通过0.02mol e－。假设不考虑溶液体积的变化，那么以下表达中正确的选项是(　　)
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．电极反响式：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
答案：D
点拨：图①为电解池，电极反响阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。图②为原电池，电极反响为正极：2H＋＋2e－===H2↑负极：Zn－2e－===Zn2＋，导线上通过0.02mol e－时①中阴极生成0.01mol Cu，阳极生成0.005mol O2；②中正极生成H2 0.01mol，负极溶解Zn 0.01mol，①中OH－放电使溶液中c(H＋)变大，pH变小，②中c(H＋)减小，pH变大。
8．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，以下表达中正确的选项是(氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　)
A．阳极发生复原反响，其电极反响式为：Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
答案：D
点拨：阳极发生氧化反响。电解后溶液中的阳离子主要为Ni2＋。根据金属原子的复原性顺序和金属阳离子的氧化性顺序知，阳极反响为：Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，Cu、Pt在该条件下不失电子，阴极反响为Ni2＋＋2e－===Ni，Fe2＋、Zn2＋在该条件下不得电子。两电极通过电量相等，但阳极减少质量与阴极增加质量不等。
9．用铂电极分别电解KCl溶液和K2SO4溶液时，都会出现的现象或实验结果是(　　)
A．溶液中K＋离子浓度都不变
B．溶液的pH都不变
C．阳极上都生成能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的无色气体
D．阴极上都生成可燃的气体
答案：D
点拨：用Pt电极电解KCl溶液，反响为2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑，溶液的pH将增加，B错。用惰性电极电解K2SO4溶液，相当于电解水，K＋浓度将增加，A错。电解KCl溶液，阴极上产生H2，阳极上产生黄绿色气体Cl2，电解K2SO4溶液，阴极上产生H2，阳极上产生O2，所以C错。二者阴极均产生的可燃气体H2，D对。
10．如图装置分别通电一段时间后，溶液的质量增加的是(　　)
答案：D
点拨：A项实质是电解水，2H2O2H2↑＋O2↑，溶液质量减少。B项电解CuCl2，CuCl2Cu＋Cl2↑，溶液质量减少。C项，阳极是活性电极Cu，电极反响Cu－2e－===Cu2＋；阴极反响：Cu2＋＋2e－===Cu溶液质量无变化。D项阳极是活性电极Ag，电极反响2Ag－2e－===2Ag＋，阴极反响Cu2＋＋2e－===Cu，总反响2Ag＋Cu(NO3)22AgNO3＋Cu，溶液质量增大。
11．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下列图，电解总反响为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。以下说法正确的选项是(　　)
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生复原反响
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1mol电子转移时，有0.1mol Cu2O生成
答案：A
点拨：由电解总反响可知，Cu参加了反响，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反响，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H＋反响，电极反响为：2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反响为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1mol电子转移时，有0.05mol Cu2O生成，D选项错误。
12．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，如图是电解污水的实验装置示意图，实验用污水中主要含有可被吸附的悬浮物(不导电)。以下有关推断明显不合理的是(　　)
A．阴极的电极反响式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3
C．通电过程中会产生气泡，把悬浮物带到水面形成浮渣弃去
D．如果实验用污水导电性不良，可参加少量Na2SO4固体以增强导电性
答案：A
点拨：A项中阴极H2O电离出的H＋得电子，电极反响式为：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
二、非选择题
13．(2022·经典习题选萃)如图，X和Y均为石墨电极。(1)假设电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反响的离子方程式为________；电解过程中________(填“阴〞或“阳〞)极附近会出现红色。
(2)假设电解液为500mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极外表有红色的固态物质生成，Y电极有无色气体生成。溶液中原有溶质完全电解后，停止电解，取出X电极，洗涤、枯燥、称量，电极质量增加1.6 g。
①电解后溶液的pH为________；要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需参加一定量的________(填参加物质的化学式)。(假设电解前后溶液的体积不变)
②Y电极产生气体的体积为________L。
③请你推测原溶液中所含的酸根离子可能是________；并设计实验验证你的推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：_________
_________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑　阴(2)①1　CuO(或CuCO3)　②0.28　③硫酸根离子　取少量待测液于试管中，滴加盐酸无明显现象，继续参加氯化钡溶液，假设有白色沉淀产生，那么证明是硫酸根离子(或：硝酸根离子　取少量待测液于试管中，加热浓缩后滴加浓硫酸和铜粉，假设有红棕色气体产生，那么证明是硝酸根离子)
点拨：(1)电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，在阴极区生成NaOH，使酚酞溶液变红。
(2)蓝色溶液中可能含有Cu2＋，并且在电解过程中析出红色固体，进一步验证析出的是铜；Y电极上析出无色气体，应该是O2，电解离子方程式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。
①根据电解离子方程式得：n(H＋)＝2n(Cu2＋)＝2×＝0.05mol，故溶液中c(H＋)＝＝0.1mol·L－1，溶液的pH＝1。要使溶液恢复到以前，可以参加CuO或CuCO3。
②根据电解离子方程式得：n(O2)＝×n(Cu)＝0.0125mol，在标准状况下的体积V(O2)＝22.4 L·mol－1×0.0125mol＝0.28 L。
③溶液中存在的必须是含氧酸根离子，可以是SO或NO；然后利用实验进行检验。
14．如以下列图所示中的A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色，请填空：
(1)电源A上的a为________极。
(2)滤纸B上发生的总化学反响方程式为：________________。
(3)欲在电镀槽中实现在铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，那么电极e上发生的反响为________，电极f上发生的反响为________，槽中盛放的电镀液可以是________溶液或________溶液(只要求填两种电解质溶液)。
答案：(1)正
(2)2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH
(3)Zn－2e－===Zn2＋Zn2＋＋2e－===Zn
ZnSO4　Zn(NO3)2
点拨：根据c点酚酞变红，那么该极的反响为2H＋＋2e－===H2↑，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a点是正极。(2)滤纸B上发生的总反响方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。(3)c、d两点短路后，e为阳极，反响为Zn－2e－===Zn2＋。阴极上镀锌，那么阴极反响为Zn2＋＋2e－===Zn。电解液用含镀层离子的电解质，所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。
15．(2022·试题调研)工业上电解饱和食盐水能制取多种化工原料，其中局部原料可用于制备多晶硅。
(1)如图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图，电解槽阳极产生的气体是________；NaOH溶液的出口为________(填字母)；精制饱和食盐水的进口为________(填字母)；枯燥塔中应使用的液体是________。
(2)多晶硅主要采用SiHCl3复原工艺生产，其副产物SiCl4的综合利用受到广泛关注。
①SiCl4可制气相白炭黑(与光导纤维主要原料相同)，方法为高温下SiCl4与H2和O2反响，产物有两种，化学方程式为____________
________________________________________________________。
②SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用。一定条件下，在20 L恒容密闭容器中的反响：
3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)

(3)采用无膜电解槽电解饱和食盐水，可制取氯酸钠，同时生成氢气，现制得氯酸钠213.0 kg，那么生成氢气________m3(标准状况)。
答案：(1)氯气　a　d　浓硫酸
(2)①SiCl4＋2H2＋O2SiO2＋4HCl　②0.351
(3)134.4
点拨：(1)根据图示装置可知在d处参加的应是饱和食盐水，在阴极和阳极分别发生复原反响和氧化反响，即阴极和阳极产物分别是H2和Cl2，并在阴极出口a处得到NaOH溶液；阳极产生的Cl2可用浓硫酸枯燥处理。
(2)①根据信息可知白炭黑为SiO2，再据氧化复原反响原理可以写出制备气相白炭黑的反响。

16．(2022·试题调研)工业上为了处理含有Cr2O的酸性工业废水，采用下面的处理方法：
往工业废水中参加适量的NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准。请答复以下问题。
(1)两极发生的电极反响式
(2)写出Cr2O变为Cr3＋的离子方程式：__________________。
(3)工业废水由酸性变为碱性的原因是_____________________
__________________________________________________________________________________________________________________。
(4)________(填“能〞或“不能〞)改用石墨电极，原因是________________________。
答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑
(2)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
(3)H＋不断放电，Cr2O与Fe2＋反响时消耗H＋，打破了水的电离平衡，使溶液中c(OH－)>c(H＋)
(4)不能　用石墨作电极无Fe2＋产生，不能复原Cr2O
点拨：此题除铬的思路：Cr2OCr3＋Cr(OH)3↓。电解时阳极被氧化而生成Fe2＋，Fe2＋显然复原剂，将Cr2O复原为Cr3＋，本为被氧化为Fe3＋；反响式为：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。该反响消耗了溶液中的H＋，另外阳极H＋放电生成H2，又会使溶液中的OH－溶液增大。完成了工业废水从弱酸性到碱性的转变，进而发生了如下的离子反响：Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓(铬被除去)，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
电镀的妙用
电镀在工业的应用已经普及国民经济各个生产领域中，如机械制造、无线电通讯、交通运输及轻工业系统，这些工业系统中使用金属镀层的目的是多种多样的。其中应用最多的是为了防止金属制品及其组合件的腐蚀。例如，一辆解放牌载重汽车上，零部件的受镀面积可达10m2左右，其主要目的是防止金属锈蚀。一些产品使用金属镀层那么具有防护和装饰的双重目的，像自行车、钟表等。在一些特殊情况下，电镀金属层那么是为了赋予制品一定的物理、机械性能，如增加金属外表反光能力、提高外表导电能力、增加抗磨损能力、提高金属的热稳定性等。