2024高中化學(xué)第一章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化1.2.2電解原理的應(yīng)用精練含解析魯科版選修4

PAGEPAGE7電解原理的應(yīng)用A組1.化學(xué)在生產(chǎn)和日常生活中有著重要的應(yīng)用。下列說法正確的是()A.鐵表面鍍鋅,鐵作陽極B.工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應(yīng):2Cl--2e-Cl2↑C.電解法精煉粗銅,用精銅作陽極D.電解MgCl2飽和溶液,可制得金屬鎂解析:選項(xiàng)A,鐵作陽極,鐵要溶解,鐵應(yīng)當(dāng)作陰極。選項(xiàng)B,Cl-在陽極失電子實(shí)力大于OH-,電解飽和食鹽水時(shí),Cl-在陽極失去電子變?yōu)镃l2。選項(xiàng)C,電解法精煉粗銅,應(yīng)當(dāng)用精銅作陰極,粗銅作陽極。選項(xiàng)D,電解MgCl2飽和溶液,發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為MgCl2+2H2OMg(OH)2+Cl2↑+H2↑,不會(huì)產(chǎn)生金屬鎂,電解熔融的MgCl2能制取單質(zhì)鎂,發(fā)生的反應(yīng)為MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。答案:B2.電鍍?cè)诠I(yè)上有著廣泛的應(yīng)用,可以鍍鋅、鍍銅、鍍金等。利用如圖所示裝置可以將銅牌變?yōu)殂y牌,即在銅牌表面電鍍一層銀。下列有關(guān)說法中正確的是()A.通電后,Ag+向陽極移動(dòng)B.銀片與電源負(fù)極相連C.該電解池的陰極反應(yīng)可表示為Ag++e-AgD.當(dāng)電鍍一段時(shí)間后,將電源反接,銅牌可復(fù)原如初解析:銅牌上鍍銀,銀為陽極,Ag+向陰極移動(dòng),陰極反應(yīng)為Ag++e-Ag。由于試驗(yàn)中鍍層不行能特別勻稱致密,所以將電源反接,陽極上Cu、Ag均能溶解,銅牌不行能復(fù)原如初。答案:C3.利用電解原理制備物質(zhì)是常用的方法,某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe(OH)2的試驗(yàn)裝置(如圖所示)。通電后溶液中產(chǎn)生白色沉淀,且較長時(shí)間不變色。下列說法中正確的是()A.電源中b為正極,a為負(fù)極B.電解池中的電解液可以是NaOH溶液,但不能是NaCl溶液C.A、B兩端都必需運(yùn)用鐵作電極D.B電極發(fā)生的反應(yīng):2H2O+2e-H2↑+2OH-解析:陽極產(chǎn)生Fe2+,陰極產(chǎn)生H2,由于產(chǎn)生的H2可以排出溶解在溶液中的少量O2,故應(yīng)B極產(chǎn)生H2,所以A極為陽極,其電極材料為Fe,B極為陰極,其材料無條件限制,即a為正極,b為負(fù)極,故A、C項(xiàng)錯(cuò)誤。電解質(zhì)溶液若為NaOH溶液,電解起先階段由于溶解在溶液中的O2尚未除去,會(huì)將生成的Fe(OH)2氧化而變色;電解質(zhì)溶液若為NaCl溶液,電解初期陽極產(chǎn)生的Fe2+進(jìn)入溶液,此時(shí)不會(huì)生成Fe(OH)2,而陰極產(chǎn)生的H2可以排出溶液中溶解的少量氧氣,隨電解的進(jìn)行,溶液堿性增加,將生成Fe(OH)2,故B項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:D4.視察下列幾個(gè)裝置示意圖,有關(guān)敘述正確的是()A.裝置①工業(yè)上可用于生產(chǎn)金屬鈉,電解過程中石墨電極產(chǎn)生金屬,此法也可用于生產(chǎn)活潑金屬鎂、鋁等B.裝置②中隨著電解的進(jìn)行左邊電極會(huì)產(chǎn)生紅色的銅,并且電流表示數(shù)不斷變小C.裝置③中的陽離子交換膜只允許陽離子、陰離子和小分子水通過D.裝置④的待鍍鐵制品應(yīng)與電源正極相連解析:①中石墨電極上產(chǎn)生Cl2,故A錯(cuò)誤;②中左側(cè)電極發(fā)生Cu2++2e-Cu,右側(cè)電極發(fā)生2Cl--2e-Cl2↑,電解質(zhì)CuCl2溶液的濃度減小,導(dǎo)電實(shí)力減弱,故B正確;③中陰離子不能通過陽離子交換膜,故C錯(cuò)誤;④中待鍍鐵應(yīng)與電源負(fù)極相連,故D錯(cuò)誤。答案:B5.下列有關(guān)電化學(xué)學(xué)問的描述中正確的是()A.原電池的正極和電解池的陽極均發(fā)生氧化反應(yīng)B.電解精煉銅時(shí),粗銅作陽極C.銅、鋅和稀硫酸構(gòu)成的原電池中銅為負(fù)極D.石墨作電極電解氯化鎂溶液的離子方程式為2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑解析:原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng),A錯(cuò)誤。電解精煉銅時(shí),粗銅作陽極,B正確。鋅比銅活潑,在與稀硫酸構(gòu)成的原電池中鋅作負(fù)極,C錯(cuò)誤。石墨作電極電解氯化鎂溶液的離子方程式為Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑,D錯(cuò)誤。答案:B6.串聯(lián)電路中四個(gè)電解池分別裝有0.5mol·L-1的下列溶液,用惰性電極電解,連接直流電源一段時(shí)間后,溶液pH最小的是()A.KNO3溶液 B.NaCl溶液C.AgNO3溶液 D.CuCl2溶液解析:電解KNO3溶液一段時(shí)間后,溶液仍呈中性;電解NaCl溶液一段時(shí)間后,由于產(chǎn)生了NaOH,溶液呈堿性;電解AgNO3溶液一段時(shí)間后,由于產(chǎn)生了HNO3,溶液呈酸性;電解CuCl2溶液一段時(shí)間后,由于溶液中溶解了Cl2而使溶液呈酸性,故選C項(xiàng)。答案:C7.如圖為用惰性電極電解CuCl2溶液并驗(yàn)證其產(chǎn)物的試驗(yàn)裝置,則下列說法不正確的是()A.電源a極為負(fù)極B.KI淀粉溶液會(huì)變藍(lán)色C.若加入適量CuCl2可使電解后的溶液復(fù)原原狀態(tài)D.電極Ⅰ上發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu-2e-Cu2+解析:用惰性電極電解CuCl2溶液,陽極上發(fā)生的反應(yīng)為2Cl--2e-Cl2↑,故Ⅱ?yàn)殛枠O,電源b為正極,a為負(fù)極,陰極(Ⅰ)上發(fā)生的反應(yīng)為Cu2++2e-Cu。答案:D8.利用一種新型陶瓷(能傳遞H+),實(shí)現(xiàn)了氨的電化學(xué)合成。該過程N(yùn)2和H2的轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于現(xiàn)在工業(yè)上運(yùn)用的氨合成法。對(duì)于電化學(xué)合成氨的有關(guān)敘述正確的是()A.N2在陰極上被氧化B.可選用鐵作為陽極材料C.陽極的電極反應(yīng)式是N2+6H++6e-2NH3D.該過程的總方程式是N2+3H22NH3解析:由N02N-3H3,所以N2在陰極上被還原,A錯(cuò);鐵為活潑金屬,作陽極材料會(huì)被氧化,實(shí)現(xiàn)不了合成氨這個(gè)反應(yīng),B錯(cuò);陽極電極反應(yīng)為H2-2e-2H+,陰極電極反應(yīng)為N2+6H++6e-2NH3,C錯(cuò);由題意可知總方程式為N2+3H22NH答案:D9.在鐵制品上鍍上肯定厚度的銅,用黃銅(銅鋅合金)作陽極,肯定濃度CuSO4溶液作電解液,鐵制品作陰極,通直流電一段時(shí)間后,請(qǐng)你猜一猜CuSO4溶液的顏色會(huì)變(填“深”或“淺”),緣由是,寫出電極反應(yīng)式。

解析:用黃銅作陽極,發(fā)生的反應(yīng)有Zn-2e-Zn2+,Cu-2e-Cu2+,陰極上發(fā)生的反應(yīng)為Cu2++2e-Cu,兩極上通過的電量相等,因此陽極上進(jìn)入溶液中的Cu2+比陰極上發(fā)生反應(yīng)的Cu2+少,Zn2+沒有顏色,CuSO4濃度減小,溶液顏色會(huì)變淺。答案:淺用黃銅作陽極,依據(jù)放電依次和電荷守恒,鋅先放電,有多少鋅進(jìn)入溶液就有等物質(zhì)的量的銅從原CuSO4溶液中析出,CuSO4溶液的濃度變小陽極:Zn-2e-Zn2+,Cu-2e-Cu2+,陰極:Cu2++2e-CuB組1.如圖兩個(gè)電解槽中,A、B、C、D均為石墨電極。假如電解過程中共有0.02mol電子通過,下列敘述中正確的是()A.甲燒杯中A極上最多可析出銅0.64gB.甲燒杯中B極上電極反應(yīng)式為4OH--4e-2H2O+O2↑C.乙燒杯中滴入酚酞溶液,D極旁邊變紅D.乙燒杯中C極上電極反應(yīng)式為4H++4e-2H2↑解析:首先依據(jù)與電源正負(fù)極的連接推斷出A、C為陽極,而B、D為陰極,甲電解池中,A極發(fā)生4OH--4e-2H2O+O2↑,B極發(fā)生Cu2++2e-Cu,而乙電解池中C極發(fā)生2Cl--2e-Cl2↑,而D極發(fā)生2H++2e-H2↑,最終溶液呈堿性,能使酚酞變紅色。答案:C2.用鉑電極電解CuSO4和KNO3的混合溶液500mL,經(jīng)過一段時(shí)間后,兩極均得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2L的氣體,則原混合溶液中CuSO4的物質(zhì)的量濃度為()A.0.5mol·L-1B.0.8mol·L-1C.1.0mol·L-1D.1.5mol·L-1解析:陽極電極反應(yīng)式為4OH--4e-2H2O+O2↑,失去電子的物質(zhì)的量=n(O2)×4=11.2L22.4L·mol-1×4=2mol;陰極電極反應(yīng)式為Cu2++2e-Cu,2H++2e-H2↑,陰極發(fā)生還原反應(yīng)得到電子的物質(zhì)的量=n(Cu2+)×2+n(H2)×2=n(Cu2+)×2+11.2L22.4L·mol-1×2,兩電極物質(zhì)得失電子數(shù)相等,即2mol=n(Cu2+)×2+11.2L22.4L·mol-答案:C3.CuI是一種不溶于水的白色固體,它可以由反應(yīng):2Cu2++4I-2CuI↓+I2而得到。如圖所示裝置中,a、b都是惰性電極,通電一段時(shí)間后,下列說法中正確的是()A.若a極變紅,則在Pt電極上:2I--2e-I2,淀粉遇碘變藍(lán)B.若b極變紅,則在Pt電極上:4OH--4e-2H2O+O2↑,O2將I-氧化為I2,淀粉遇碘變藍(lán)C.若a極變紅,則在Cu電極上:2Cu+4I--4e-2CuI↓+I2,淀粉遇碘變藍(lán)D.若b極變紅,則在Cu極上:Cu-2e-Cu2+,Cu2+顯藍(lán)色解析:若a極變紅,則a極為陰極,b極為陽極,Pt極為陰極,Cu極為陽極,X為負(fù)極,Y為正極。在Pt電極上反應(yīng)為2H++2e-H2↑,A錯(cuò);在Cu極上反應(yīng)為2Cu+4I--4e-2CuI↓+I2,淀粉遇碘變藍(lán),C正確。若b極變紅,則b為陰極,a、Pt為陽極,X、Y分別為正極、負(fù)極,實(shí)現(xiàn)不了生成CuI的反應(yīng),B、D錯(cuò)。答案:C4.如圖所示的裝置,C、D、E、F、X、Y都是惰性電極。將電源接通后,向乙中滴入酚酞溶液,在F極旁邊顯紅色。則以下說法中不正確的是()A.電源B極是正極B.甲、乙裝置的C、D、E、F電極均有單質(zhì)生成,其物質(zhì)的量之比為1∶2∶2∶2C.欲用丙裝置給銅鍍銀,G應(yīng)當(dāng)是Ag,電鍍液選AgNO3溶液D.裝置丁中X極旁邊紅褐色變淺,說明氫氧化鐵膠粒帶正電荷解析:接通電源后都是電解池。電解NaCl溶液時(shí)陽極:2Cl--2e-Cl2↑,陰極:2H++2e-H2↑,由乙中現(xiàn)象可知F為陰極,E為陽極,所以B為電源的負(fù)極,A為電源的正極,A錯(cuò)誤;電解CuSO4溶液,陽極(C)反應(yīng):4OH--4e-O2↑+2H2O,陰極(D)反應(yīng):2Cu2++4e-2Cu,由電子守恒可知C、D、E、F電極上生成的單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1∶2∶2∶2,B正確;X極旁邊紅褐色變淺,說明氫氧化鐵膠粒向陰極移動(dòng),膠粒帶正電荷,D正確。答案:A5.如圖所示,A為電源,B為浸透飽和食鹽水和酚酞溶液的濾紙,濾紙中心滴有一滴KMnO4溶液,C、D為電解槽,其電極材料及電解質(zhì)溶液如圖所示。(1)關(guān)閉K1,打開K2,通電后,B的KMnO4紫紅色液滴向c端移動(dòng),則電源b端為極,通電一段時(shí)間后,濾紙d端的電極反應(yīng)式是。

(2)已知C裝置中溶液的溶質(zhì)為Cu(NO3)2和X(NO3)3,且均為0.1mol,打開K1,關(guān)閉K2,通電一段時(shí)間后,陰極析出固體質(zhì)量m(g)與通過電子的物質(zhì)的量n(mol)關(guān)系如圖所示。則Cu2+、X3+、H+氧化性由強(qiáng)到弱的依次是。

(3)D裝置中溶液是稀硫酸,則石墨電極端從起先至一段時(shí)間后的試驗(yàn)現(xiàn)象是。

解析:(1)當(dāng)打開K2,關(guān)閉K1時(shí),B形成了一個(gè)電解池,由于紫紅色的MnO4-向c端移動(dòng),從而可以確定c為電解池的陽極,a為電源的正極,b為電源的負(fù)極。因此電解池中H+和K+向陰極d移動(dòng),由于H+放電實(shí)力強(qiáng)。故d端的電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑(2)由通過電子的物質(zhì)的量與陰極析出固體質(zhì)量圖示可以看出,當(dāng)通過超過0.2mol電子時(shí),陰極析出固體質(zhì)量不再發(fā)生改變,說明此過程中放電的為H+,而通過0.2mol電子時(shí),溶液中某金屬陽離子完全放電。再結(jié)合Cu2+和X3+的電荷數(shù),可以確定通過0~0.2mol電子時(shí),放電的為Cu2+,故Cu2+、H+、X3+的氧化性依次為Cu2+>H+>X3+。答案:(1)負(fù)2H++2e-H2↑(2)Cu2+>H+>X3+(3)在石墨電極一端起先時(shí)有無色無味氣體產(chǎn)生;一段時(shí)間后有紅色物質(zhì)析出6.如下圖所示,甲燒杯中盛有100mL0.50mol·L-1AgNO3溶液,乙燒杯中盛有100mL0.25mol·L-1CuCl2溶液,A、B、C、D均為質(zhì)量相同的石墨電極,假如電解一段時(shí)間后,發(fā)覺A極比C極重1.9g,則(1)電源E為極,F為極。

(2)A極的電極反應(yīng)式為,析出物質(zhì)mol。

(3)B極的電極反應(yīng)式為,析出氣體mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

(4)C極的電極反應(yīng)式為,析出物質(zhì)mol。

(5)D極的電極反應(yīng)式為,析出氣體mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

(6)甲燒杯中滴入石蕊溶液,極旁邊變紅,假如接著電解,在甲燒杯中最終得到溶液。

解析:由電解一段時(shí)間后A極比C極重,可知A極上有Ag析出,C極上有Cu析出,若A極上析出銀的物質(zhì)的量為n(Ag),則C極上析出Cu的物質(zhì)的量為12n(Ag),有關(guān)系式108g·mol-1·n(Ag)-64g·mol-1·n(Ag)×12=1.9g,n(Ag)=0由此可知,兩電解池內(nèi)的電解質(zhì)均是足量的,分別寫出A、B、C、D四個(gè)電極的電極反應(yīng)。A極:Ag++e-Ag;B極