1、1课后作业 10 电解池的工作原理及应用(时间:45 分钟 满分:100 分)一、选择题(本题包括 10 小题,每小题 6 分,共 60 分,每小题只有一个选项符合题目要求)1.分析右图装置,下列说法错误的是( )A.虚线框中接直流电源,铁可能会被腐蚀B.虚线框中接灵敏电流计或接直流电源,锌都是负极C.虚线框中接灵敏电流计,该装置可将化学能转化为电能D.若电解质溶液为硫酸锌溶液并接上直流电源,该装置可用于铁皮上镀锌答案 B解析若虚线框中接直流电源,且铁连接电源正极,此时铁作阳极,则会加快铁的腐蚀,A 项正确;若虚线框中接直流电源,此时为电解池,锌是阳极或阴极,若虚线框中接灵敏电流计,锌是负极,
2、B 项错误;虚线框中接灵敏电流计,此时为原电池,可将化学能转化为电能,C 项正确;若电解质溶液为硫酸锌溶液并接上直流电源,且铁电极连接电源负极,该装置可用于铁皮上镀锌,D 项正确。2.下列关于电化学知识的说法正确的是( )A.用石墨电极电解饱和食盐水,在阳极得到氯气,阴极得到金属钠B.电解精炼铜时,阳极减少的质量不一定等于阴极增加的质量C.用石墨电极电解 FeCl3、CuCl 2的混合溶液,在阴极上依次析出 Al、Fe、CuD.用石墨电极电解 CuSO4溶液一段时间后(Cu 2+未反应完),加入适量 Cu(OH)2可以使溶液恢复至原状态答案 B解析用石墨电极电解饱和食盐水,阴极产生氢气,A 错
3、误;电解精炼铜时,阳极除铜放电外,比铜活泼的金属如 Zn、Fe 也放电,但阴极上只有 Cu2+放电,B 正确;根据金属活动性顺序可知,阴极上离子的放电顺序是 Fe3+Cu2+H+Fe2+Al3+,不会析出铁和铝,C 错误;电解 CuSO4溶液,阴极析出 Cu,阳极生成氧气,欲使溶液恢复至原状态应加入 CuO,D 错误。3.用惰性电极电解下列物质的溶液,一段时间后(溶液过量),再加入一定质量的另一种物质(括号内),溶液能与原来溶液完全一样的是( )A.CuCl2(CuSO4) B.NaOH(NaOH)C.NaCl(HCl) D.CuSO4Cu(OH)2答案 C解析电解 CuCl2溶液时,阴、阳两
4、极放电的离子分别是 Cu2+和 Cl-,所以要恢复原状需加入 CuCl2,A项错;电解 NaOH 溶液相当于电解水,要恢复原状需加水,B 项错;电解 NaCl 溶液时,阴、阳两极放电的离子分别是 H+、Cl -,故需加 HCl 才能恢复原状,C 项正确;电解 CuSO4溶液时,阴、阳两极的产物分别是 Cu、O 2,要恢复原状需加 CuO 或 CuCO3,D 项错。24.(2018河南高三适应性考试)工业上电解 NO 制备 NH4NO3,其工作原理如图所示(图中电极均为石墨电极)。下列说法错误的是( )A.a 极连接电源的负极B.阳极反应为 NO+5e-+6H+ N +H2OH+4C.总反应方程
5、式为 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3D.为使电解产物全部转化为 NH4NO3,需补充物质 A,A 是 NH3答案 B解析 a 极 NON ,N 的化合价降低,得到电子,根据电解原理,a 极应为阴极,即接电源的负极,故 AH+4正确;根据选项 A 的分析,电极 b 为阳极,电极反应式为 NO-3e-+2H2O N +4H+,故 B 错误;阴极反O-3应式为 NO+5e-+6H+ N +H2O,总反应方程式为 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,故 C 正确;根据总反应H+4方程式,生成 HNO3,为使电解产物全部转化为 NH4NO3,需要补充 NH3,D 正确。5.(20
6、18河北衡水第一中学月考)用石墨电极完成下列电解实验。实验一 实验二装置现象a、d 处试纸变蓝;b 处变红,局部褪色;c 处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生;n 处有气泡产生下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )A.a、d 处:2H 2O+2e- H2+2OH -B.b 处:2Cl -2e- Cl2C.c 处发生了反应:Fe-2e - Fe2+D.根据实验一的原理,反应初始实验二中 m 处就能析出铜答案 D解析 a、d 处试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,破坏了水的电离平衡,氢氧根离子浓度增大造成的,A 正确;b 处变红,局部褪色,说明是溶液中的氯离子放电产生
7、氯气,氯气与水反应生成的酸使 pH 试纸变红,次氯酸具有漂白性导致局部褪色,B 正确;c 处为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,C 正确;实验一中 ac 形成电解池,db 形成电解池,所以实验二中也相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极),m 为电解池的阴极,另一球朝 m 的一面为阳极(n 的背面),由于电解质溶液为稀硫酸,故反应初始阶段 m 处不会析出铜,D 错误。6.某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为 Al,其他电极均为 Cu,则( )3A.电流方向:电极 A 电极B.电极发生还原反应C.电极逐渐溶解D.电极的电极反应:Cu 2+2e- Cu答案 A解析该装置为原电池与电解池的串联
8、,根据原电池的构成原理,可知电极为负极,电极为正极,电极为阳极,电极为阴极。电子流向为电极电极,电流方向与电子流向相反,故电流方向为电极电极,A 项正确;电极为负极,发生氧化反应,B 项错误;电极为正极,Cu 2+在此被还原,C 项错误;电极为阳极,活性阳极 Cu 在此被氧化,D 项错误。7.(2018安徽 A10 联盟统考)用如下装置处理含 KMnO4的工业废液,使 Mn 元素转化为 MnO2沉淀,从而消除重金属污染,下列说法错误的是( )A.Mn 处理完全后,实验结束时左侧可能会生成沉淀O-4B.右侧产生的 Fe2+沉淀 Mn 的离子方程式为 7H2O+3Fe2+Mn 3Fe(OH)3+M
9、nO 2+5H +O-4 O-4C.当电路中转移 6 mol e-时,可以产生 87 g MnO2沉淀D.为了增大右侧溶液的导电性可以加稀硫酸造成强酸性环境答案 D解析 Mn 处理完全后,阳极生成的 Fe2+会通过阳离子交换膜进入左侧,则左侧会生成 Fe(OH)2沉淀,故O-4A 正确;右侧产生的 Fe2+在弱酸性条件下将 Mn 还原为 MnO2,本身被氧化为 Fe(OH)3,所以离子方程O-4式为:7H 2O+3Fe2+Mn 3Fe(OH)3+MnO 2+5H +,故 B 正确;根据阳极电极反应:Fe-2e - Fe2+,O-4当电路中转移 6mole-时,生成 3molFe2+,根据 Fe
10、2+沉淀 Mn 的离子方程式O-47H2O+3Fe2+Mn 3Fe(OH)3+MnO 2+5H +可知生成 1molMnO2,质量为 1mol87gmol-1=87g,故O-4C 正确;强酸性条件下,Mn 与 Fe2+反应的离子方程式为 Mn +5Fe2+8H+ Mn2+5Fe3+4H2O,故不O-4 O-4能使 Mn 元素转化为 MnO2沉淀,D 错误。8.(2018湖北八校联考)H 3BO3可以通过电解 NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图,下列叙述错误的是( )4A.M 室发生的电极反应为 2H2O-4e- O2+4H +B.N 室中: a%b%C.b 膜为阴膜,产品室发生反应
11、的化学原理为强酸制弱酸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 气体答案 D解析 M 室为阳极室,发生氧化反应,电极反应为 2H2O-4e- O2+4H +,故 A 正确;N 室为阴极室,溶液中水电离的 H+得电子发生还原反应生成 H2,促进水的电离,溶液中 OH-浓度增大,即 a%b%,故 B 正确;阳极室的 H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的 B(OH 穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成 H3BO3,)-4则 b 膜为阴膜,故 C 正确;每生成 1mol 产品,转移电子的物质的量为 1mol,阴极室生成 0.5mol 氢气,其标准状况下的体积为 11.2L,故
12、 D 错误。9.用如图装置电解 K2SO4溶液,同时制备 H2SO4溶液和 KOH 溶液,中装入 K2SO4溶液,下列有关分析正确的是( )A.区生成 H2SO4B.a 是阴离子交换膜C.区的 K+进入区D.区溶液的 pH 会增大答案 C解析区是阴极区,溶液中的 H+放电,故区生成的是碱,K +通过阳离子交换膜进入区,故 A、B 错误,C 对;区生成 H2SO4,溶液 pH 减小,D 错误。10.电解法处理含铬(六价铬)废水的原理如图所示,阳极区溶液中的离子反应是 Cr2 +6Fe2+14H+O2-72Cr3+6Fe3+7H2O。下列说法正确的是( )A.电解槽中 H+向阳极移动B.阳极的电极
13、反应式是:Fe-3e - Fe3+C.电解一段时间后,阴极区溶液的 pH 增大D.阳极的铁板可用石墨代替答案 C5解析电解槽中 H+向阴极移动,A 项错误;阳极的电极反应式是 Fe-2e- Fe2+,B 项错误;阴极反应为2H+2e- H2, 阴极区溶液的 pH 增大,C 项正确;阳极用 Fe 作电极,生成的 Fe2+作还原剂还原 Cr2,不可用石墨代替,D 项错误。O2-7二、非选择题(本题包括 3 小题,共 40 分)11.(8 分)如图所示,E 为浸过含酚酞的 Na2SO4溶液的滤纸。A、B 分别为铂片,压在滤纸两端,R、S为电池的电极。M、N 是用多微孔的 Ni 制成的电极,在碱溶液中
14、可视为惰性电极。G 为电流计,K 为开关。C、D 和电解槽中都充满浓 KOH 溶液。若在滤纸中央滴一滴紫色的 KMnO4溶液,将开关 K 打开,接通电源一段时间后,C、D 中有气体产生。请回答下列问题:(1)R 为 (填“正”或“负”)极。 (2)A 附近溶液的现象是 ,B 电极发生的电极反应为 。 (3)滤纸上的紫色斑点向 (填“A”或“B”)方向移动。 (4)当 C、D 中的气体产生到一定量时,切断外电源并接通开关 K,经过一段时间后,C、D 中的气体逐渐减少,C 中的电极为 (填“正”或“负”)极,电极反应式为 。 答案(1)负(2)溶液变红 4OH -4e- 2H2O+O2(3)B(4
15、)负 2H 2+4OH-4e- 4H2O解析电解 KOH 溶液就是电解水,两极分别产生 H2和 O2,因为相同条件下产生 H2的体积是 O2体积的两倍,所以 C 管中收集到的是 H2,D 管中收集到的是 O2。(1)H2是在阴极产生的,所以 M 是阴极,与之相连的 R 是电源的负极。(2)B 是电解池的阳极,A 是电解池的阴极。电解 Na2SO4溶液的实质是电解水,电解时 H+移动到A 极,得电子被还原为 H2,破坏了 A 极附近水的电离平衡,导致 A 极附近的溶液显碱性,使酚酞溶液变红。B 极上 OH-被氧化生成 O2。(3)KMnO4溶液中,紫红色的 Mn 向阳极移动。O-4(4)当 C、
16、D 中的气体产生到一定量时,切断外电源并接通开关 K,此时装置变为燃料电池。经过一段时间,C、D 中的气体逐渐减少,H 2和 O2反应生成水,在碱性条件下,C 中 H2发生氧化反应。612.(14 分)太阳能电池可用作电解的电源(如图)。(1)若 c、d 均为惰性电极,电解质溶液为硫酸铜溶液,电解过程中,c 极先无气体产生,后又生成气体,则c 极为 极,在电解过程中,溶液的 pH (填“增大”“减小”或“不变”),停止电解后,为使溶液恢复至原溶液应加入适量的 。 (2)若 c、d 均为铜电极,电解质溶液为氯化钠溶液,则电解时,溶液中氯离子的物质的量将 (填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)
17、若用石墨、铁作电极材料,可组装成一个简易污水处理装置。其原理是:加入试剂调节污水的 pH在 5.06.0 之间。接通电源后,阴极产生的气体将污物带到水面形成浮渣,起到浮选净化作用;阳极产生的有色物质具有吸附性,吸附污物而沉积,起到凝聚净化作用。该装置中,阴极的电极反应为 ;阳极区生成的有色物质是 。 答案(1)阴 减小 CuO 和 H2O(2)不变(3)2H+2e- H2 Fe(OH) 3解析(1)用惰性电极电解硫酸铜溶液,c 极上先无气体生成,后又产生气体,说明 c 极为阴极(先生成Cu,后生成 H2),电解 CuSO4溶液会生成 H2SO4,溶液的 pH 减小。电解过程分两个阶段:第一阶段
18、,阴极生成 Cu,阳极生成 O2,溶液中减少的相当于 CuO;第二阶段,阴极生成 H2,阳极生成 O2,溶液中减少的是 H2O。(2)若 c、d 为铜电极时,阳极:Cu-2e - Cu2+,电解质溶液中 Cl-不放电,故其物质的量不变。(3)若用石墨、铁作电极材料,阴极产生气体,阴极发生的反应只能是 2H+2e- H2,阳极生成有色物质,则阳极为铁放电,Fe-2e - Fe2+,最终生成 Fe(OH)3。13.(18 分).次磷酸(H 3PO2)是一种精细磷化工产品,具有较强还原性。H 3PO2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)
19、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 。 7.现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽,用氯碱工业中的离子交换膜技术,利用电解 Na2SO4溶液生产 NaOH 溶液和 H2SO4溶液。(1)a 膜为 。 (2)Na2SO4溶液应从 (用图中字母表示)加入。 (3)从 A 口出来的产品是 。 .MnO 2可作超级电容器材料。用惰性电
20、极电解 MnSO4溶液可制得 MnO2,其阳极的电极反应式是 。 答案.(1)2H 2O-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O-2H3PO2(3)P H 2P 或 H3PO2被氧化O3-4 O-2.(1)阴离子交换膜(2)F(3)H2SO4溶液.Mn 2+2H2O-2e- MnO2+4H+解析.(1)阳极是水电离出的 OH-放电,电极反应式为 2H2O-4e- O2+4H +;(3)阳极室内可能有部分 H2P 或 H3PO2失电子发生氧化反应,导致生成物中混有 P 。O-2 O3-4.惰性电极电解 Na2SO4溶液,阳极电解得到 O2和 H+,阴极电解得到 H2和 OH-。离子交换膜将电解槽分为 3 个区域,Na 2SO4溶液从中间区域 F 加入,Na +通过阳离子交换膜 b 移向阴极室,S 通过O2-4阴离子交换膜 a 移向阳极室,这样即可得到 NaOH 溶液和 H2SO4溶液。阳极室和阴极室在电解开始时只需分别加入少量 H2SO4溶液和 NaOH 溶液,以增强溶液的导电性而又不带入杂质。.电解池中阳极上发生失去电子的氧化反应,根据题意用惰性电极电解 MnSO4溶液可制得 MnO2,阳极是 Mn2+放电,其电极反应式为 Mn2+2H2O-2e- MnO2+4H+。
