第3讲电解原理及其应用[随堂练习]讲解.pdf

《第3讲电解原理及其应用[随堂练习]讲解.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3讲电解原理及其应用[随堂练习]讲解.pdf（13页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第 3 3 讲讲电解原理及其应用电解原理及其应用1.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生反应的总反应离子方程式是:Cu2HCu2 H2,则关于该装置的有关说法正确的是()A.该装置可能是原电池,也可能是电解池B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极D.该装置只能是电解池,电解质溶液不可能是盐酸2.中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种:一是铝的工业制备、二是氯碱工业、三是金属钠的制备。下列关于这三个工业生产的描述中正确的是()A.电解法制金属钠时,负极反应式:Na eNaB.电解法生产铝时,需对铝土矿进行提纯,在提纯过程中应

2、用了氧化铝或氢氧化铝的两性C.在氯碱工业中,电解池中的阴极产生的是H2NaOH在阳极附近产生D.氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl,在电解时它们的阴极都是Cl失电子3.(2012安徽省城名校高三联考)2011年6月,云南省曲靖市发生了铬渣污染事件。在金属零件上镀铬后,既可以增加硬度,也可以有装饰的效果。如果在正确的是()A.铁制零件应该连接电源的负极B.阳极发生的电极反应为:Cr3CrCl3溶液中,在铁制零件上镀铬,镀铬的阳极不用金属铬,而采用不溶性阳极。以下说法中3e=CrC.为了增强溶液的导电性,可以向溶液中加入一些溶于水的强电解质,提高溶液的 pHD.当通过 1.5 mole时,铁制

3、零件上可沉积 78 g 铬镀层4.(2012 安徽省城名校高三联考)为京都议定书2012 年第一承诺期到期后的温室气体减排问题,世界各国都做出了不同的努力。随着新能源的开发和利用到人们的关注。(1)右图是反应 CO(g)+CH3OH这个物质逐渐进入人们的视野,越来越受2H2(g)CH3OH(g)进行过程中的能量变化曲线。曲线 a 表示不使用催化剂时反应的能量变化,曲线 b 表示使用催化剂时反应的能量变化。下列相关说法正确的是()A.该反应是吸热反应B.使用催化剂后反应热减小C.热化学方程式为CO(g)2H2(g)=CH3OH(g)H=-510kJ mol1D.热化学方程式为CO(g)2H2(g

4、)=CH3OH(g)H=-91kJ mol1CO(g)2H2(g)(2)由(1)推断CH3OH(g)在密闭容器中进行,图中曲线a代表一定条件下该反应的过程。若使曲线a 变为曲线 b,可采取的措施是()A.增大 CO 的浓度B.缩小容器的容积C.加入催化剂D.升高温度(3)由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型燃料电池,正在逐步推广使用,假定放电过程中,甲醇完全氧化产生二氧化碳被充分吸收生成CO32。该电池的负极反应的离子方程式为 ,放电过程中电池里溶液的pH 将 (填”减小”“增大”或”不变”);若有 16 克甲醇被完全氧化产生电能,并利用该过程中释放的电能电解足量的硫酸铜溶液,假设能量的利用

5、率为80%。则得到氧气的物质的量是。(4)某同学将甲醇完全燃烧生成能为(标态)。5.科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发,找出了冶炼钛的新工艺。试回答下列有关问题。(1)CO2气体通入 200 mL 0.1molL的石灰水后,得到 1 g 沉淀,则通入的1CO2的体积可TiO2直接电解法(剑桥法)生产钛是一种较先进的方法,电解质为熔融的氧化钙,原理如图所示,阴极获得钛可能发生的反应或电极反应为。阳极产物可能为。(2)SOM 技术是一种绿色环保的先进技术,阳极用金属陶瓷,并用固体氧离子隔膜将两极产物隔开,阳极通入氢气,则此时阳极产物是。课后作业课后作业(时间时间:45:45 分钟分钟满分满分:100

6、:100 分分)一、选择题一、选择题(本题包括本题包括 1010 小题小题,每小题每小题 5 5 分分,共共 5050 分分,每小题只有一个选项符合题意每小题只有一个选项符合题意)1.下列叙述正确的是()A.电镀时,通常把待镀的金属制品作阳极B.氯碱工业是电解熔融的NaCl,在阳极能得到C.氢氧燃料电池(酸性电解质)中Cl2O2通入正极,电极反应为:O2 4H 4e2H2OCuSO4ClD.下图中电子由 Zn 极流向 Cu,盐桥中的移向溶液1mol L 工作一段时间后,测得导线上均通过了 0.22.如下图四种装置中所盛有的溶液体积均为 200 mL,浓度均为 0.6mol 电子,此时溶液中的

7、pH 由大到小的顺序是 ()A.B.C.D.3.(2011 全国卷,10)用石墨作电极电解的()A.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CuSO4B.H2OC.CuOD.CuSO45H2O4.钢铁的腐蚀造成很大损失,有资料显示,全世界每年由于腐蚀而造成报废的钢铁高达总产量的三分之一,其中大约有三分之一不能回收利用。下图为铁闸门防止腐蚀的两种方法,下列说法中不正确的是()A.钢铁腐蚀主要发生的是吸氧腐蚀,其正极反应为:B.甲图中焊接在铁闸门上的材料R 可能为 ZnC.乙图中措施属于外加电流的阴极保护法D.乙图中把被保护的铁闸门连接在电源的正极O2 2H2O

8、 4e=4OH2Mg)的装置如下图所示(a、bClNaBr5.(2012 第四次”淮-安联考”)用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含、为石墨电极)。下列说法中正确的是()A.电池工作时,正极反应式为:O2 2H2O 4e=4OHCl 说明当其他条件相同时前者的还原性强于后者BrB.电解时,a 电极周围首先放电的是而不是C.电解时,电子流动的路径是:负极外电路阴极溶液阳极正极D.忽略能量损耗,当电池中消耗 0.02 g6.用石墨电极电解含有一定量重水H2时,a 极周围会产生 0.71 gCl2(D2O)的水(H2O)下列说法正确的是()A.相同状况下阴阳两极上产生的气体体积之比为21B.两电极上产生

9、气体的质量之比为81C.相同状况下两电极上产生的气体体积之比为41D.若两电极上产生的气体质量比为163,则D2O与H2O的物质的量之比为 217.(2011 南京师大附中高三学情调研)如图装置()为一种可充电电池的示意图,其中的离子交换膜只允许K通过,该电池放电时的化学方程式为:2K2S2 KI3K2S4)3KI。装置()为电解示意图,当闭合开关 K 时,电极 X 附近溶液先变红。则闭合 K 时,下列说法正确的是A.K从右到左通过离子交换膜B.电极 A 上发生的反应为:3I 2eI3气体(标准状况)C.电极 X 上发生的反应为:2Cl 2eCl2D.当有 0.1 molK通过离子交换膜,X

10、电极上产生8.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入 0.1 molCu(OH)2恰好使溶液恢复到电解前的浓度和 pH,则电解过程中转移电子的物质的量为A.0.1 molB.0.2 molC.0.3 molD.0.4 mol9.家蝇的雌性信息素可用芥酸(来自菜籽油)与羧酸 X 在浓 NaOH 溶液中进行阳极氧化得到。电解总反应式为:则下列说法正确的是()A.X 的结构简式为C2H5COOHB.雌性信息素可能是烯烃,但不能使溴水褪色C.电解的阳极反应式为:D.阴极的还原产物为10.500 mLC21H41COOH X 2H2O 2e和OH的混合溶液中 cC23

11、H462CO326HH2KNO3和Cu(NO3)2(NO3)mol L1用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到 22.4 L 气体(标准状况),假设电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是()(K)为 2molL1A.原混合溶液 cB.上述电解过程中共转移2 mol 电子C.电解得到的 Cu 的物质的量为 0.5 mol(H)为 2molL1D.电解后溶液中 c二、非选择题二、非选择题(本题包括本题包括 4 4 个小题个小题,共共 5050 分分)11.(12 分)如下图所示,若电解 5 min 时铜电极质量增加试回答:(1)电源电极 X 名称为。(2)pH 变化:A。

12、(3)通电 5 min时,B 中共收集 224 mL 气体(标准状况),溶液体积为 200 mL。(设电解前后溶液不变)则通电前的物质的量浓度为。(4)若 A 中 KCl 溶液的体积也是 200 mL,电解后,溶液的 pH 是12.(14 分)某课外活动小组同学用如图装置进行实验,试回答下列问题。设前后体积无变化)。CuSO4溶液(1)若开始时开关 K 与 a 连接,则 B 极的电极反应式为。(2)若开始时开关K 与 b 连接,则 B 极的电极反应式为 ,总反应的离子方程式为。有关上述实验,下列说法正确的是(填序号)。溶液中Na向 A 极移动从 A 极处逸出的气体能使湿润KI 淀粉试纸变蓝反应

13、一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度若标准状况下 B 极产生 2.24 L 气体,则溶液中转移 0.2 mol 电子(3)该小组同学认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,则可以设想用如下图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。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”或”小于”或”等于”)通过阳离子交换膜的离子数。制得的氢氧化钾溶液从出口(填写”A”“B”“C”“D”)导出。通电开始后,阴极附近溶液 pH 会增大,请简述原因。若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应式为。燃料电池所用燃料可以是氢气,也可以

14、是其他燃料,如甲醇、肼等。肼分子(NH2NH2)可以在氧气中燃烧生成氮气。和水。利用肼、氧气与 KOH 溶液组成碱性燃料电池,请写出该电池负极的电极反应式13.(12 分)惰性电极电解 NaCl 溶液或CuSO4溶液都得到三种产物 A、B、C,各物质之间的转化关系如下图所示(图中参与反应和生成的水都已略去)。已知甲是短周期元素的单质,它是日常生活中常用的包装材料。回答下列问题:(1)若电解的是 NaCl 溶液:甲与 A 反应的化学方程式是。A 与 B 反应的离子方程式是。若电解 100 mL 0.1molL NaCl 溶液,阴、阳两极各产生 112 mL 气体(标准状况),则所得溶液的 pH

15、为 (忽略反应前后溶液的体积变化及气体溶于水的影响)。(2)若电解的是1CuSO4溶液:电解时阳极的电极反应式是。一定条件下 A 与 B 发生反应,E 的化学式是加热时,A 的浓溶液可与 B 发生反应,A 的浓度随时间变化的图像正确的是。14.(12 分)(2012 安徽合肥一中高三段考)欲降低废水中重金属元素铬的毒性,可将已知:Cr2O72转化为Cr(OH)3沉淀除去。氢氧化物开始沉淀时的 pH氢氧化物沉淀完全时的 pH7.01.96.09.03.28.0Fe2Fe3Cr3(1)某含铬废水处理的主要流程如图所示:初沉池中加入的混凝剂是K2SO4 Al2(SO4)324H2O其作用为(用离子方

16、程式表示)。根据”沉淀法”和”中和反应池中发生主要反应的离子方程式是22Cr2O73HSO35H2Cr33SO44H2O法”的 原 理,向 沉 淀 池 中 加 入NaOH溶 液,此 过 程 中 发 生 主 要 反 应 的 离 子 方 程 式是、。证明Cr3沉淀完全的方法是。(2)工业 上可 用电 解法来 处理 含Cr2O72废水。实验 室利 用如 图装 置模 拟处 理含Cr2O72的废水,阳极反 应式是22Fe2eFe阴极反应式是2H2eH2。Fe2与酸性溶液中的Cr2O7反应的离子方程式是 ,得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全。用电解法处理该溶液中0.01 mol答案详情【解析】总反应离子方

17、程式是Cu2HCr2O72时,至少得到沉淀的质量是 g。Cu2 H2,由于反应不是自发进行的氧化还原反应,所以只能是电解池。Cu 失去电子在该电解池中作阳极,电解质溶液为酸性溶液。【答案】CNa e【解析】A 中电解池中只说阴阳极,其阴极反应为:=Na,所以 A 错;C 中 NaOH 是因为阴极附近水被电解产生OH而生成的;D 中在它们电解时都是阳极Cl失电子。答案：B【解析】A 中,镀件应该作电镀池的阴极,所以铁制零件应该连接电源的负极,正确;B 中,阴极发生的电极反应为:Cr33e=Cr,错误;C中,提高溶液的pH后,电镀液中易生成Cr(OH)3沉淀,不利于电镀的进行,错误;D中,根据电3

18、极反应式:Cr3e=Cr,当通过1.5 mol 电子时,Cr 的物质的量为0.5 mol,所以铁制零件上可沉积26 g 铬镀层,错误。【答案】A【解 析】(1)根 据 图 示 该 反 应 是 放 热 反 应,使 用 催 化 剂 后 活 化 能 降 低,反 应 热 没 有 变 化。反 应C O(g)2 H2(g)CH3OH(g)=11kJ mol D正确。kJ mol 91的H=-(510-419)(2)可逆反应CO(g)2H2(g)CH3OH(g)中 A 的转化率没有变化,平衡没有移动,但反应速率加快了,只能是使用了催化剂。(3)甲醇被氧化为量守恒计算。CO32OH pH下降;求氧气的物质的量

19、可根据得失电子守恒和能是在负极反应。放电过程中消耗了(4)CO2体积,当气体通入石灰水生成 1 g 沉淀的沉淀有两种情况,当CO2的体积量少时:直接根据 1 g 沉淀利用方程式求CO2的CO2的体积过量时要考虑生成的沉淀会部分溶解生成了碳酸氢钙。【答案】(1)D (2)C(3)CH3OH 6e8OH2=CO326H2O减小 0.6 mol (4)0.224 L或 0.672 L【解析】(1)由图中看出,阴极生成O可能为:向阳极移动,而阴极得电子,结合题目信息阴极得到的产物是Ti,故阴极电极反应TiO2 4e2O CO2Ti2O2。则迁移到阳极的O失去电子生成2但在高温下与石墨发生反应生成CO

20、或或 CO 和CO2的混合气。2(2)若阳极通入氢气,氢气优先失去电子,与阴极迁移过来的O【答案】(2)水结合生成水。(1)TiO24eTi2O2 CO 或CO2或 CO 和CO2或 CO、CO2和O2的混合气(只回答出一种情况即可【解析】电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,A 项错误;氯碱工业是电解饱和NaCl 溶液,B 项错误;D 项中盐桥中的Cl移向负极区域,即移向水,C 项正确。【答案】CZnSO4溶液,D 错误;酸性介质中氢氧燃料电池的正极反应中生成的OH要与H继续反应生成(H)(H)约为 1molL1;【解析】中由于氢氧根离子放电,当导线上通过了 0.2 mol 电子,则 n增加

21、0.2 mol,c(H)(H)正极上氢离子放电,导线上通过了 0.2 mol 电子,则溶液中减少的 n也为 0.2 mol,根据原溶液的体积和浓度,c变为 0.2molL;中锌电极参与反应,电解质溶液 pH 基本不发生变化;中阴极上氢离子放电,溶液渐渐呈碱性。综合以上分析,C 项正确。【答案】C【解析】用石墨电极电解1CuSO4溶液,发生反应:2CuSO4 2H2O2Cu 2H2SO4O2,电解液的恢复依据”出什么,加什么”的原则,所以要使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的CuO,C 项正确。【答案】C【解析】甲图中铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,锌失去电子,锌被溶解,而铁被保护,

22、属于牺牲阳极的阴极保护法;乙图中措施属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门和电源的负极相连。【答案】D【解析】因为是酸性介质,电池工作时正极反应不会生成OH;电解时,电子流动的路径不可能通过溶液;当电池中消耗H2时,a 极周围会首先产生Br2;电解时 a 电极首先放电的是Br而不是Cl说明当其他条件相同时Br的失电子能力Cl 即Br的还原性强于Cl。强于【答案】B【解析】电解时阴极产生氢气(含有重氢),阳极产生氧气,二者物质的量比为 21,A 项正确,C 项错误;由于重水和普通水的比例无法知道,故两极产生的气体的质量无法知道,B 项错误;D和H放电的机会都是均等的,若D2O与H2O的物质

23、的量之比为11,则D和H的物质的量比为11,得到的三种气体的物质的量比为111,氧气和氢气的质量比为 163,D 项错误。【答案】A【解析】当闭合开关 K 时,电极 X 附近溶液先变红,说明该极为阴极,氢离子得电子生成氢气同时生成氢氧根离子,则电极A 为负极S22发生失电子反应,B、C 项错误;阳离子移向正极,故K从左到右通过离子交换膜,A 项错误;根据电子守恒,D项正确。【答案】D【解析】根据电解方程式2CuSO4 2H2O2Cu 2H2SO4O2和2H2O2H2O2,若加入 0.1 molCu(OH)2能使溶液恢复到电解前的浓度和pH,则电解过程中相当于析出0.1 mol Cu、0.1 m

24、ol。O2和 0.1 molH2故电解过程中转移电子的物质的量为0.1mol4【答案】D【解析】根据原子守恒,X 为丙酸(CH3CH2COOH)A项正确;烯烃都可以使溴水褪色,B 项错误;电解液为碱性环境,电H C项错误;阴极H得电子,还原产物为H2OH不是还原产物,D 项错误。极反应式中不能生成【答案】A【解析】该混合溶液用石墨作电极电解,阳极反应式为:4OH 4e电子,阴极反应先为:Cu22H2OO2,生成 1 mol 氧气失去 4 mol2eCu,后为:2H 2eH2,生成 1 mol 氢气得 2 mol 电子,而阴阳两极得失22(NO3)(K)2(Cu)(K)2molL1。Cue电子数

25、相等,故得 2 mol生成 1 mol 铜,由电荷守恒式:ccc得 c(H)应为 4molL1。电解后 c【答案】AAg【解析】本题要注意电化学中常用的方法电子得失守恒的应用。(1)因为 Cu 电极增重,说明溶液中的在此极析出,所以 Cu 极为阴极,Ag 极为阳极,则与 Ag 极相连的 Y 极为电源正极,X 极为电源负极。(2)电解 KCl 溶液时,阴极上2H2epH 减小。电解nH2,溶液pH增大,电解CuSO4和K2SO4溶液时,阳极反应为4OH 4e2H2OO2,溶液AgNO3溶液实质是电镀,溶液浓度不变,故 pH 不变。(3)C 中铜电极增加则通过的电子为16g(e)1082gmol1

26、0.02 mol,因为是串联电解池,每个电解池中通过的电子均为 0.02 mol,B 中阳极反应为4OH4emol,根据2H2OO2,放出O2为002mol4 0.005 mol,阴极放出H2的物质的量为:0.01 mol-0.005 mol=0.005H2的物质的量推知H得电子20.005 mol=0.01 mol,则Cu得电子为 0.02 mol-0.01 mol=0.01 mol,则001mol202L2CuSO4的浓度为:0.025molL。1(4)A 中阴极2H 2eH2H(OH)减少 0.02 mol,c002mol02L 01molL pH 13。.1【答案】(1)负极 (2)增

27、大减小不变(3)0.025molL (4)13【解析】(1)开始时开关 K 与 a 连接,组成原电池,铁为负极(B 极),电极反应式为Fe2e(2)开始时开关 K 与 b 连接,构成电解池,阳极(A 极),电极反应式为2Cl 2e1Fe2。,阴极(B 极)电极反应式为Cl2Cl22H 2eH2,总反应的离子方程式为2Cl 2H2O2OH H2。Cl Cl2I INa电解 NaCl 溶液时移向阴极,即 B 极,错;A 极为阳极,该极上放出2与 KI 发生反应生成22遇淀粉变蓝,正确;要使饱和食盐水复原,应通入适量的 HCl 气体,若加盐酸,原食盐水将变稀,错;电解质溶液中不会有电子转移,错。(3

28、)用 惰 性 电 极 电 解K2SO44OH 4e溶 液,阳 极 反 应 式 为2H2OO2,阴 极 反 应 式 为2H2eH2,由电子守恒可知最左边池中OH减少的物质的量与最右边池中H减少的物质的量相等,即减2SO4少的正、负电荷数相等,为保证电解质溶液的电中性,通过阴离子交换膜的半,即通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。氢氧化钾在阴极室生成(最右边),故氢氧化钾溶液从出口D 导出。数目是通过阳离子交换膜的K数目的一OH 所以,阴极附近溶液 pH 会增大。H由于在阴极上放电,促进水的电离产生氢氧燃料电池中通O2的电极为正极,发生还原反应,电极反应式为O2 2H2O 4e4O

29、H。由题给信息知,该燃料电池的总反应方程式为N2H4O2N22H2O同时可较容易写出正极的电极反应式O2 2H2O 4eN2H44OH利 用 总 反 应 方 程 式 减 去 正 极 反 应 式 得 该 电 池 负 极 反 应 式 为N24e 4OH4H2O。(1)Fe2e【答案】Fe2(2)2H2e(3)4OH 4eH22Cl 2H2O2OH H2Cl2 OH放电,促进水的电离浓度增大2H2OO2小于HO2 2H2O 4e4OHN2H44e 4OHN24H2O【解析】若电解 NaCl 溶液,电解后溶液显碱性,若电解生成CuSO4溶液,电解后溶液显酸性；由于单质甲在两种条件下均能H2故甲是 Al

30、。(1)若电解 NaCl 溶液,电解时的总反应方程式为2NaCl 2H2O2NaOH H2Cl2,则 A是 NaOH,B 是Cl2C是H2。当阴、阳两极各产生112 mL 气体时,生成 NaOH 0.01 mol,溶液中mol L1+2Cu,则 A 是浓)故溶液的 pH=13。(2)若电解CuSO4是溶液时,电解时的总反应式为2CuSO4 2H2O2H2SO4O2H2SO4B是Cu,C是O2ESO2 A的 浓 溶 液 与B反 应 的 化 学 方 程 式 为Cu 2H2SO4(CuSO4 SO2【答案】(1)2H2O由于稀硫酸和铜不反应且任何一个反应都不可能是匀速的,所以只有 A 正确。2Al

31、2NaOH 2H2OClClO H2O2NaAlO23H213Cl2 2OH(2)ASO24OH 4eO22H2O【解析】(1)初沉池中加入K2SO4 Al2(SO4)324H2O其原因是铝离子水解生成了氢氧化铝胶体,具有吸附性;反33H CrCr应池中生成了还有过量的沉淀池中加入 NaOH 溶液即将转化成沉淀,将H中和;根据氢氧化物沉淀完全时的 pH,可知Cr3沉淀完全时的 pH 为 8,所以测定溶液的 pH 即可;2233Cr OH O(2)阳极提供的还原剂Fe与溶液中的27在酸性条件下发生氧化还原反应生成了Cr、Fe和2再根据得失电子守恒配平。根据方程式,用电解法处理该溶液中0.01 molCr2O72时,得到沉淀有 0.02 molCr(OH)3和 0.06 mol Fe(OH)3。【答案】(1)Cr3Al33H2O=Al(OH)3(Al33H2O)3H胶体或Al(OH)33H3OH=Cr(OH)3、HOH=H2O测定溶液的 pH,若pH 8则证明Cr3沉淀完全=(2)Cr2O726Fe214H2Cr36Fe37H2O 8.48