2018-2019學年高中化學 課時分層作業(yè)5 電解池的工作原理及應用 蘇教版選修4.doc
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課時分層作業(yè)(五) 電解池的工作原理及應用 (建議用時:40分鐘) [基礎達標練] 1.能用電解原理說明的問題是( ) ①電解是把電能轉變成化學能?、陔娊馐前鸦瘜W能轉變成電能?、垭娊赓|溶液導電是化學變化,金屬導電是物理變化?、懿荒茏园l(fā)進行的氧化還原反應,通過電解的原理可以實現(xiàn)?、萑魏稳芤罕浑娊鈺r,必須導致氧化還原反應的發(fā)生 A.①②③④ B.②③⑤ C.③④ D.①③④⑤ D [本題主要考查了電解原理。從能量轉化的角度看,電解是把電能轉變成化學能的過程,故①對、②錯;電解質溶液的導電過程,必將伴隨著兩個電極上氧化還原反應的發(fā)生,同時生成新的物質,故③、⑤對;某些不能自發(fā)進行的氧化還原反應,通過電解供給電能可以實現(xiàn),故④對。所以①③④⑤選項都符合題意。故正確答案為D。] 2.如圖是電解飽和NaCl溶液的實驗裝置,其中c、d為石墨電極。則下列有關判斷中正確的是( ) A.a為正極、b為負極 B.c為陰極、d為陽極 C.電解過程中,d電極質量增加 D.電解過程中,Cl-濃度不變 A [由電子流向可知,a為正極,b為負極,c為陽極,d為陰極,c極:2Cl--2e-===Cl2↑;d極:2H++2e-===H2↑,因此,B、C、D項均錯誤。] 3.如圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實驗現(xiàn)象中正確的是( ) 【導學號:73702058】 A.逸出氣體的體積,a電極的小于b電極的 B.一電極逸出無味氣體,另一電極逸出刺激性氣味氣體 C.a電極附近呈紅色,b電極附近呈藍色 D.a電極附近呈藍色,b電極附近呈紅色 D [a、b電極分別為電解池的陰極和陽極,其電極反應分別是4H++4e-===2H2↑和4OH--4e-===O2↑+2H2O,即a電極逸出氣體體積比b電極大。a電極和b電極溶液分別顯堿性和酸性,故可以看到a電極附近呈藍色,b電極附近呈紅色。] 4.在冶金工業(yè)中,常用電解法得到鈉、鎂、鋁等金屬,其原因是( ) A.都是輕金屬 B.都是活潑金屬 C.成本低廉 D.這些金屬的化合物熔點較低 【答案】 B 5.為使反應Cu+2H2O===Cu(OH)2↓+H2↑能夠發(fā)生,下列設計方案正確的是( ) A.用銅片作負極,石墨電極作正極,氯化鈉溶液為電解質溶液構成原電池 B.用銅片作電極,外接直流電源電解硫酸銅溶液 C.用銅片作陽極,鐵片作陰極,電解硫酸鈉溶液 D.用銅片作陰、陽電極,電解稀硫酸 C [該反應為不能自發(fā)進行的氧化還原反應,必須設計為電解池才能發(fā)生。陽極為Cu放電,陰極為H+放電,即用Cu作陽極,電解質溶液中為H2O放電,選項C符合要求。] 6.關于如圖所示①、②兩個裝置的敘述,正確的是( ) 【導學號:73702059】 A.裝置名稱:①是原電池,②是電解池 B.硫酸濃度變化:①增大,②減小 C.電極反應式:①中陽極:4OH--4e-===2H2O+O2↑②中正極:Zn-2e-===Zn2+ D.離子移動方向:①中H+向陰極方向移動,②中H+向負極方向移動 B [①中有外加電源,為電解池,②為原電池,A錯誤;①中電解水,硫酸濃度增大,②中負極材料消耗硫酸,硫酸濃度減小,B正確;②中正極反應為2H++2e-===H2↑,C錯誤;②中H+向正極移動,D錯誤。] 7.下列各組中,每種電解質溶液電解時只生成氫氣和氧氣的是( ) A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B.NaOH、CuSO4、H2SO4 C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 C [電解時只生成氫氣和氧氣,則電解質所含的陽離子在金屬活動性順序表中銅之前(不包括銅),陰離子不能是簡單離子;電解HCl的方程式為:2HClCl2↑+H2↑,A選項錯;電解CuSO4溶液的方程式為:2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,B選項錯;電解NaBr的方程式為:2NaBr+2H2O2NaOH+H2↑+Br2,D選項錯。] 8.下列有關用惰性電極電解AgNO3溶液一段時間后的說法正確的是( ) A.電解過程中陰極質量不斷增加 B.電解過程中溶液的pH不斷升高 C.此時向溶液中加入適量的Ag2O固體不能使溶液恢復至電解前的狀況 D.電解后兩極產生的氣體體積比為2∶1 A [用惰性電極電解AgNO3溶液,總的電解反應式為:4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3,則陰極上析出銀,陽極上放出氧氣,A項正確,D項錯誤;由于生成HNO3,溶液的pH應不斷降低,B項錯誤;要使溶液恢復到電解前的狀況要看加入的物質在溶液中的反應:2Ag2O+4HNO3===4AgNO3+2H2O,得到的物質恰好是反應掉的物質,可使溶液恢復至電解前的狀況,C項錯誤;故選A。] 9.利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產中的應用。下列說法正確的是( ) 【導學號:73702060】 A.氯堿工業(yè)中,X電極上的反應式是4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.電解精煉銅時,Z溶液中的Cu2+濃度不變 C.在鐵片上鍍銅時,Y是純銅 D.制取金屬鎂時,Z是熔融的氯化鎂 D [X電極連接電源正極是陽極,Y電極連接電源負極是陰極。氯堿工業(yè)中陽極是Cl-放電生成Cl2,A錯誤;電解精煉銅時陽極粗銅溶解,陰極Cu2+放電析出Cu,但是粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質,使得溶液中Cu2+濃度變小,B項錯誤;鐵片上鍍銅時,陰極應該是鐵片,陽極是純銅,C項錯誤;鎂是活潑金屬,冶煉金屬鎂應該電解熔融氯化鎂,D項正確。] 10.根據(jù)如圖所示裝置回答: 【導學號:73702061】 (1)當X為Pt,Y為Fe,Z為AgNO3時,陽極反應式為___________ ____________________________________________________________, 陰極反應式為________________________________________________, 電解反應式為_________________________________________________。 (2)X為Cu,Y為Fe,Z為CuSO4時,陽極反應式為_______________ ____________________________________________________________, 陰極反應式為________________________________________________。 【解析】 電解池中與電源正極相連的是陽極(X),與電源負極相連的是陰極(Y)。 【答案】 (1)4OH--4e-===2H2O+O2↑ 4Ag++4e-===4Ag 2H2O+4AgNO34Ag+O2↑+4HNO3 (2)Cu-2e-===Cu2+ Cu2++2e-===Cu 11.從NO、SO、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等離子中選出適當?shù)碾x子組成電解質,采用惰性電極對其溶液進行電解。 【導學號:73702062】 (1)若兩極分別放出H2和O2,電解質的化學式是________。 (2)若陰極析出金屬,陽極放出氧氣,電解質的化學式為________________________________________。 (3)若兩極分別放出氣體,且體積比為1∶1,電解質的化學式為____________________________________________________________。 【解析】 題中提供的電解質離子有七種,這些離子放電的順序是:陽極:Cl->OH-(水電離出的)>(NO、SO),陰極:Ag+>Cu2+>H+>Ba2+。 (1)兩極分別放出H2和O2,即H+和OH-放電,實質是電解H2O,水中的溶質應是起導電作用,它可以是HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2中的任意一種,但不能是BaSO4。 (2)陰極析出金屬,即Ag+或Cu2+放電;陽極放出O2,即OH-放電。水中的溶質可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一種。 (3)兩極都生成氣體,且氣體體積比為1∶1,則放電的離子應是Cl-和H+。水中的溶質可以是HCl、BaCl2中的任意一種。 【答案】 (1)HNO3或H2SO4、Ba(NO3)2 (2)AgNO3或Cu(NO3)2、CuSO4 (3)HCl或BaCl2 12.工業(yè)品氫氧化鉀的溶液中含有某些含氧酸根雜質,可用離子交換膜法電解提純。電解槽內裝有陽離子交換膜(只允許陽離子通過),其工作原理如圖所示。 【導學號:73702063】 (1)該電解槽的陽極反應式是____________________________________。 (2)通電開始后,陰極附近溶液pH會增大,請簡述原因 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________。 (3)除去雜質后得氫氧化鉀溶液,液體從出口________(填寫“A”或“B”)導出。 【解析】 (1)陽極是左池,氫氧根放電;(2)H2O電離出的H+放電,同時生成OH-,OH-濃度增大;(3)K+經陽離子交換膜進入右池,右池中H2O電離出的H+放電,剩下OH-;除去雜質后得到的氫氧化鉀溶液從B口導出。 【答案】 (1)4OH--4e-===O2↑+2H2O (2)H2O電離出的H+放電,同時生成OH-,OH-濃度增大 (3)B [能力提升練] 13.氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水的原理示意圖如圖所示(電極均為石墨電極)。下列說法中正確的是( ) A.M為電子流出的一極 B.通電使氯化鈉發(fā)生電離 C.電解一段時間后,陰極區(qū)pH降低 D.電解時用鹽酸調節(jié)陽極區(qū)的pH在2~3,有利于氣體逸出 D [根據(jù)電解池中Na+的移動方向可判斷出該裝置中左側是電解池的陽極,右側是電解池的陰極,故M連接的是電源的正極,N連接的是電源的負極。M連接電源正極,是電子流入的一極,A項錯誤;氯化鈉發(fā)生電離不需要通電,B項錯誤;電解一段時間后,陰極區(qū)H+放電后,溶液中OH-濃度升高,溶液pH升高,C項錯誤;陽極區(qū)產生Cl2,因Cl2+H2OHClO+HCl,用鹽酸調節(jié)陽極區(qū)的pH在2~3時,有利于Cl2逸出,D項正確。] 14.下列敘述中正確的是( ) 【導學號:73702064】 圖一 圖二 A.Cu2O是一種半導體材料,基于綠色化學理念設計的制取Cu2O的電解池示意圖如圖一所示,石墨電極上產生氫氣,銅電極發(fā)生氧化反應 B.圖一中當有0.1 mol電子轉移時,有0.1 mol Cu2O生成 C.圖二裝置中發(fā)生反應:Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,X極是負極,Y極材料可以是銅 D.如圖二,鹽橋的作用是傳遞電荷以維持電荷平衡,F(xiàn)e3+經過鹽橋進入左側燒杯中 A [根據(jù)電解總反應:2Cu+H2O===Cu2O+H2↑可知金屬銅為陽極材料,Cu失電子發(fā)生氧化反應,石墨為陰極材料,陰極上H+得電子生成氫氣,故A正確;2 mol Cu失去2 mol電子生成1 mol Cu2O,所以當有0.1 mol電子轉移時,有0.05 mol Cu2O生成,故B錯誤;已知Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,則該原電池中Cu失電子作負極,即X為Cu,若Y為銅,會與Fe3+直接反應,故C錯誤;原電池中陽離子向正極移動,鹽橋的作用是傳遞電荷以維持電荷平衡,右側為正極,所以Fe3+在右側燒杯中不向左移動,故D錯誤。] 15.氫氧化鋰是制取鋰和鋰的化合物的原料,用電解法制備氫氧化鋰的工作原理如下圖所示: 下列敘述不正確的是( ) A.b極附近溶液的pH增大 B.a極發(fā)生的反應為2H2O-4e-===O2↑+4H+ C.該法制備LiOH還可得到硫酸和氫氣等產品 D.當電路中通過1 mol電子時,可得到2 mol LiOH D [從電解質溶液中離子的移動方向可知,石墨a是陽極,石墨b是陰極;陽極失去電子,發(fā)生氧化反應,即2H2O-4e-===O2↑+4H+,結合移動過來的SO得硫酸;陰極H+得電子放出氫氣,c(OH-)增大,溶液的pH增大,結合移動過來的Li+生成LiOH,故A、B、C均正確。由得失電子守恒可知,電路中通過1 mol電子時,得到1 mol LiOH,D錯誤。] 16.A、B、C三種強電解質,它們在水中電離出的離子如下表所示: 陽離子 Na+、K+、Cu2+ 陰離子 SO、OH- 上圖所示裝置中,甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,電極均為石墨電極。接通電源,經過一段時間后,測得乙中c電極質量增加了16 g。常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時間(t)的關系圖如上。據(jù)此回答下列問題: (1)M為電源的________極(填寫“正”或“負”),電極b上發(fā)生的電極反應為__________________________________________________________。 (2)計算電極e上生成的氣體在標準狀況下的體積________。 (3)寫出乙燒杯的電解反應式___________________________________。 (4)如果電解過程中B溶液中的金屬離子全部析出,此時電解能否繼續(xù)進行,為什么?_____________________________________________________。 (5)若經過一段時間后,測得乙中c電極質量增加了16 g,要使丙恢復到原來的狀態(tài),操作是______________________________________________。 【解析】 根據(jù)溶液pH的變化情況,可知丙為硫酸鉀或者硫酸鈉,乙為硫酸銅,甲為氫氧化鈉或者氫氧化鉀,接通電源,經過一段時間后,測得乙中c電極質量增加了16 g,則c電極為陰極,M為電源負極,b為陽極,電極反應式為4OH--4e-===2H2O+O2↑;丙中e電極為陰極,生成的氣體為氫氣,根據(jù)16 g銅單質,可以確定氫氣物質的量為0.25 mol,標準狀況下為5.6 L;乙中為電解硫酸銅溶液,電解反應式為:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4;如果電解過程中B溶液中的金屬離子全部析出,此時電解硫酸溶液,電解反應可繼續(xù)進行,實質為電解水;經過一段時間后,測得乙中c電極質量增加了16 g,丙實際上電解水,要使丙恢復到原來的狀態(tài),需要添加水,其物質的量(等于氫氣的物質的量)為0.25 mol,質量為4.5 g。 【答案】 (1)負 4OH--4e===2H2O+O2↑ (2)5.6 L (3)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4 (4)能;因為CuSO4溶液已轉變?yōu)镠2SO4溶液,反應變?yōu)殡娊馑姆磻?5)向丙燒杯中加4.5 g水- 配套講稿:
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