2019-2020年蘇教版高中化學選修4《電解池的工作原理及應用》教案.doc
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2019-2020年蘇教版高中化學選修4《電解池的工作原理及應用》教案 一、選擇題 1.電解某鹽溶液時在陰陽兩極上一定相等的是( ) A.析出金屬的物質的量 B.析出金屬的質量 C.通過的電子數目 D.放出氣體的體積 【解析】 電解池的陽極上一定不會析出金屬,A、B項不成立;陰、陽兩極若同時放出氣體,放出氣體的體積不一定相等,如用石墨電極電解食鹽水時兩極放出氣體的體積相等,若用石墨電極電解Na2SO4溶液時,陰、陽兩極放出H2、O2的體積比為2∶1,D項不符合題意。 【答案】 C 2.用惰性電極實現電解,下列說法正確的是( ) A.電解稀硫酸溶液,實質上是電解水,故溶液pH不變 B.電解稀氫氧化鈉溶液,要消耗OH-,故溶液pH減小 C.電解硫酸鈉溶液,在陰極上和陽極上析出產物的物質的量之比為1∶2 D.電解氯化銅溶液,在陰極上和陽極上析出產物的物質的量之比為1∶1 【解析】 電解稀H2SO4,實質是電解水,因溶劑減少,H2SO4濃度將增大,故溶液的pH變??;電解稀NaOH溶液,雖然OH-在陽極放電,但H+同時也在陰極放電,其實質同樣是電解水,溶液的濃度也將變大,故溶液的pH變大;電解Na2SO4溶液,其實質也是電解水,在陰極和陽極分別析出H2和O2,二者的物質的量之比為2∶1而非1∶2;電解CuCl2溶液,在陰、陽兩極上分別析出Cu和Cl2,二者的物質的量之比為1∶1。 【答案】 D 3.用惰性電極電解下列溶液一段時間后,再加入一定量的某種純凈物(方括號內物質),能使溶液恢復到原來的成分和濃度的是(多選)( ) A.AgNO3[AgNO3] B.NaOH[H2O] C.KCl[KCl] D.CuSO4[CuO] 【解析】 分析電解反應的原理,在兩極析出什么物質(固體或氣體)。相當于什么物質脫離反應體系就加入什么物質,即可使溶液完全復原。A選項,4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3,脫離反應體系的物質是4Ag+O2,相當于2Ag2O,所以應當加入適量Ag2O才能復原(加入AgNO3,會使NO3-的量增加)。B選項,2H2O2H2↑+O2↑,脫離反應體系的是2H2+O2,相當于2H2O,加入適量水可以復原。C選項,2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑,脫離反應體系的是H2+Cl2,相當于2HCl,應通入適量HCl氣體才能復原(加鹽酸時,同時也增加了水)。D選項,2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑,脫離反應體系的是2Cu+O2,相當于2CuO,加入適量CuO可以復原。 【答案】 BD 4.某同學按圖所示的裝置進行電解實驗。下列說法中不正確的是(多選)( ) A.電解過程中,銅電極上有H2產生 B.電解初期,主反應方程式為:Cu+H2SO4CuSO4+H2↑ C.電解一定時間后,石墨電極上有銅析出 D.整個電解過程中,H+的濃度不斷增大 【解析】 陽極為非惰性電極,則電極參與反應,Cu-2e-===Cu2+,陰極首先生成H2;隨時間推移,Cu2+濃度逐漸增大,H+濃度降低,故一段時間后,會析出Cu。 【答案】 BC 5.某同學想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器,用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液,通電時,為使Cl2被完全吸收制得有較強殺菌能力的消毒液,設計了如圖所示的裝置。以下對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是( ) A.a為正極,b為負極;NaClO和NaCl B.a為負極,b為正極;NaClO和NaCl C.a為陽極,b為陰極;HClO和NaCl D.a為陰極,b為陽極;HClO和NaCl 【解析】 電解飽和食鹽水的方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,NaOH在陰極區(qū)生成,Cl2在陽極區(qū)生成。按照該學生制作的豎直的家用環(huán)保型消毒裝置,若將陽極置于上方,則氯氣一生成即逸出,不能完全與NaOH作用。顯然,應將陽極置于下方,陰極置于上方,下方陽極生成的氯氣通過溶液時即可很好地被陰極生成的NaOH吸收。反應為Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。還應注意的是圖中電極a、b是電源的電極而非電解池的電極。與電解裝置上方陰極相連的a為電源的負極,則b為正極。 【答案】 B 6.已知金屬M中混有金屬P,電解精煉M,P以單質形式沉積于陽極下面的泥中,M、N組成原電池,M為正極,則M、N、P三種金屬活動性順序為( ) A.P>M>N B.N>P>M C.P>N>M D.N>M>P 【解析】 根據電解精煉銅的原理即可進行類比分析。電解精煉M,P以單質形式沉積于陽極下面的泥中,則M比P活潑;M、N組成原電池,M為正極,則N比M活潑??傊?,三種金屬活動性順序為:N>M>P。 【答案】 D 7.(xx年江蘇單科)鎳鎘(Ni—Cd)可充電電池在現代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質溶液為KOH溶液,其充、放電按下式進行: Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2 有關該電池的說法正確的是( ) A.充電時陽極反應: Ni(OH)2+OH--e-===NiOOH+H2O B.充電過程是化學能轉化為電能的過程 C.放電時負極附近溶液的堿性不變 D.放電時電解質溶液中的OH-向正極移動 【解析】 因為陽極發(fā)生氧化反應,即化合價由低價態(tài)轉化為高價態(tài),所以A正確;充電過程是由電能轉化為化學能的過程,所以B不正確;因放電時的原電池負極Cd失去電子后,又與附近的OH-結合成Cd(OH)2,導致OH-濃度降低,故C不正確;因原電池的電解質溶液的陰離子移向負極,故D不正確。 【答案】 A 8.如圖兩個電解槽中,,A、B、C、D均為石墨電極。如果電解過程中共有0.02 mol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0.64 g B.甲燒杯中B極上電極反應式4OH--4e-===2H2O+O2↑ C.乙燒杯中滴入酚酞試液,D極附近變紅 D.乙燒杯中C極上電極反應式為4H++4e-===2H2↑ 【解析】 首先根據與電源正負極的連接判斷出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↑,從而破壞水的電離平衡產生大量OH-,使酚酞變紅色。 【答案】 C 9.用惰性電極電解飽和食鹽水,當電源供給0.2 mol電子時停止通電,若此溶液體積為2 L,則所得電解液中氫氧根離子濃度為( ) A.1 molL-1 B.0.2 molL-1 C.0.1 molL-1 D.0.01 molL-1 【解析】 由2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑知,當電路中轉移2 mol e-時生成2 mol NaOH,所以有n(NaOH)=0.2 mol,即c(OH-)==0.1 molL-1。 【答案】 C 10.以鐵為陽極、銅為陰極,對足量的NaOH溶液進行電解。一段時間后得到2 mol Fe(OH)3沉淀,此時共消耗的水的物質的量為( ) A.2 mol B.3 mol C.4 mol D.5 mol 【解析】 電極反應式為: 陽極:Fe-2e-===Fe2+ 陰極:2H++2e-===H2↑ 沉淀反應為Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3 整個過程的總反應方程式可寫為: 4Fe+10H2O+O24Fe(OH)3+4H2↑ 故得到2 mol Fe(OH)3沉淀,共消耗水5 mol。 【答案】 D 二、非選擇題 11.如圖為電解水的實驗裝置示意圖,用兩個碳棒電解水(滴入少量石蕊試液)時,閉合開關S后: (1)此時A管內生成________氣,B管內生成________氣。 (2)試寫出電解水的化學方程式:______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)一段時間后,兩極周圍顏色變化是__________________________________。通電過程中,A極、B極各發(fā)生何種化學反應?________________、________________。 【解析】 根據圖示,A連接到原電池的負極上,是陰極,B是陽極;根據電解原理,電解水時,陽極發(fā)生氧化反應,陰極發(fā)生還原反應,因此陽極產生氧氣,陰極產生氫氣;即A極產生氫氣后,剩下OH-,A極周圍溶液顯堿性,石蕊試液變藍,同理,B極周圍顯酸性,石蕊試液顯紅色。 【答案】 (1)氫 氧 (2)2H2O2H2↑+O2↑ (3)A附近變藍,B附近變紅 A發(fā)生還原反應 B發(fā)生氧化反應 12.按下圖所示的裝置進行電解,在通電一段時間后,鐵電極的質量增加。 (1)寫出甲杯中兩極發(fā)生的電極反應式。 陰極:______________________。 陽極:______________________。 (2)寫出甲杯中發(fā)生反應的化學方程式____________________________________。 (3)C—C—Fe—Ag 4個電極上析出或溶解物質的物質的量之比是______________。 【解析】 鐵電極的質量增加,說明鐵電極是陰極。則銀電極是陽極,左碳電極是陰極,右碳電極是陽極。裝置甲是硫酸銅溶液的電解池,裝置乙是鐵上鍍銀的電鍍池。有關電極反應式為: 甲 陰極:2Cu2++4e-===2Cu 陽極:4OH--4e-===2H2O+O2↑ 乙 陽極:Ag-e-===Ag+ 陰極:Ag++e-===Ag 若將電子轉移數定為“4e-”,4個電極上析出或溶解物質的物質的量之比顯而易見。 【答案】 (1)2Cu2++4e-===2Cu 4OH--4e-===2H2O+O2↑ (2)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑ (3)2∶1∶4∶4 13.(xx年珠海高二質檢)電解原理在化學工業(yè)中有廣泛應用。如右圖所示表示一個電解池,裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板,通過導線與直流電源相連。請回答下列問題: (1)若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實驗開始時,同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液,則: ①電解池中X極上的電極反應式為__________________________________________ ______________________________。 在X極附近觀察到的現象是________________________。 ②Y電極上的電極反應式是__________________,檢驗該電極反應產物的方法是________________________________________________________________________。 (2)如果用電解方法精煉粗銅,電解液a選用CuSO4溶液,則: ①X電極的材料是________,電極反應式是______________________________________ __________________________________。 ②Y電極的材料是________,電極反應式是______________________________________ _________________________________。 (說明:雜質發(fā)生的電解反應不必寫出) 【解析】 (1)用惰性電極電解飽和食鹽水時,陽極反應:2Cl--2e-===Cl2↑;陰極反應:2H++2e-===H2↑。與電源正極相連的為陽極,反之為陰極。所以X為陰極,Y為陽極。X極在反應過程中消耗了H2O電離出的H+,溶液呈堿性,加入酚酞試液變成紅色;Y極產生Cl2,能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變?yōu)樗{色。 (2)電解精煉Cu時,用含雜質的Cu為陽極,純Cu為陰極。反應過程中陽極上的Cu以及比Cu活潑的金屬失去電子,成為離子,進入溶液,活潑性比Cu差的金屬形成陽極泥;在陰極只有Cu2+能得電子成為單質,其他較活潑的金屬對應的離子不能得電子。根據裝置圖,X為陰極,Y為陽極。所以,X電極的材料是純銅,電極反應式為Cu2++2e-===Cu;Y電極的材料是粗銅,電極反應式為Cu-2e-===Cu2+。 【答案】 (1)①2H++2e-===H2↑ 放出氣體,溶液變紅 ②2Cl--2e-===Cl2↑ 把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極附近,試紙變藍色 (2)①純銅 Cu2++2e-===Cu?、诖帚~ Cu-2e-===Cu2+ 14.2008年9月25日“神舟七號”載人航天飛船發(fā)射升空,9月27日我國航天員首次出艙進行太空行走,9月28日飛船安全返回,“神舟七號”載人航天飛行取得圓滿成功。鋁合金以質輕、穩(wěn)定性好等優(yōu)點廣泛應用于航空航天事業(yè)。在鋁合金表面形成一層較厚的氧化膜,是其在空氣中穩(wěn)定存在的關鍵。其形成原理是以鋁件與另一種材料為電極,以某種溶液作電解質溶液進行電解,通電后在鋁件與電解質溶液的接觸面上逐漸形成一層氫氧化鋁薄膜,薄膜的某些部位存在著小孔,電流從小孔中通過并產生熱量使氫氧化鋁分解,從而使鋁件表面形成一層較厚的氧化膜。 某校課外興趣小組的同學根據上述原理,以鋁件和鐵棒為電極,以一定濃度的碳酸氫鈉溶液為電解質溶液進行實驗,如右圖所示。 (1)鋁件放在________(填“X”或“Y”)極。 (2)鋁件表面形成氫氧化鋁的電極反應式是__________________________。 (3)電解過程中,必須使電解質溶液的pH保持相對穩(wěn)定(不能太大,也不能太小)的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)用碳酸氫鈉溶液作電解質溶液,而不用碳酸鈉溶液作電解質溶液,其理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【解析】 (1)要生成氫氧化鋁,必須先生成鋁離子,所以鋁件應放在陽極,發(fā)生氧化反應,失電子變成陽離子。鐵棒放在陰極。電子總是從電源的負極流出,所以裝置中Y極為陰極(鐵),X極為陽極。(2)碳酸氫鈉溶液呈堿性,陽極發(fā)生反應:Al-3e-===Al3+,Al3++3HCO3-===Al(OH)3↓+3CO2↑;陰極發(fā)生反應:2H++2e-===H2↑。(3)要使鋁件表面生成一層較厚的氧化膜,則不能使溶液溶解氧化鋁和氫氧化鋁,從氧化鋁和氫氧化鋁的兩性角度考慮,須使電解質溶液的pH保持相對穩(wěn)定。 【答案】 (1)X (2)Al+3HCO3--3e-===Al(OH)3+3CO2↑[或Al-3e-===Al3+,Al3++3HCO3-===Al(OH)3↓+3CO2↑] (3)氧化鋁和氫氧化鋁都是兩性化合物,如果溶液的酸性或堿性過強,都會使所形成的氧化鋁薄膜溶解 (4)碳酸氫鈉的作用之一是中和陰極區(qū)溶液中過量的OH-:HCO3-+OH-===CO32-+H2O,有利于控制酸堿性,另外,碳酸氫鈉的水解程度小于碳酸鈉的水解程度,堿性也比碳酸鈉溶液的弱- 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- 電解池的工作原理及應用 2019 2020 年蘇教版 高中化學 選修 電解池 工作 原理 應用 教案
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