新课标选修4第四章电化学--电解原理及其应用--教师版(带详解)

电解原理及其应用1/6电解原理及其应用一、选择题(每小题4分，每小题有1～2个正确选项，共40分)1．有关电解原理的说法正确的是()①电解是把电能转变成化学能②电解是把化学能转变成电能③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生A．①②③④B．②③⑤C．③④D．①③④⑤答案：D解析：本题考查电解原理，清楚电解是把电能转变为化学能，故①正确、②错误；电解质溶液导电是靠阴、阳离子定向移动而实现的，即是一个电解过程，故是化学变化，金属导电是电子定向移动而产生电流，是物理变化，故③正确；电解是加强条件下进行的氧化还原反应，是不能自发进行的，故④正确。2．根据金属活动性顺序表，Cu不能发生Cu＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑的反应。但选择恰当电极材料和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四组电极和电解液中，能实现该反应最为恰当的是()ABCD阳极石墨棒CuCuCu阴极石墨棒石墨棒FePt电解液CuSO4溶液Na2SO4溶液H2SO4溶液H2O答案：B解析：本题考查一些不能自发进行的氧化还原反应实现的条件，可以用电解方法，Cu作阳极时，自身失电子，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A项不符合；B项，Na2SO4溶液起增强导电性作用，电解总反应为Cu＋2H2O=====电解Cu(OH)2＋H2↑，符合题意；C项，电解液H2SO4会与生成的Cu(OH)2发生中和反应，实际上不会生成Cu(OH)2，不符合；D项，H2O导电能力不强，不符合。3．如图所示的两个装置中，溶液的体积均为200mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.1mol/L。工作一段时间后，测得导线中均通过0.02mol电子。若不考虑盐的水解和溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是A．产生气体的体积：①②B．溶液的pH变化：①增大，②减小C．电极上析出固体物质的质量：①②D．电极反应式：①的阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，②的负极：2H＋＋2e－===H2↑答案：C解析：本题考查电解原理和原电池知识。①为电解池，②为原电池。①电极反应：阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，②电极反应：正极：2H＋＋2e－===H2↑，负极：Zn－2e－===Zn2＋，D项错误；由电极反应式可知产生气体的体积②①，A项错误；溶液pH变化为①减小、②增大，B项错误；①中电极上析出Cu，②中无固体析出，故析出固体质量①②，C项正确。4．右图为用直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是()A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色答案：D解析：以石墨为电极电解Na2SO4溶液时，阳极(b极)：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极(a极)：4H＋＋4e－===2H2↑，则a极附近溶液显碱性，b极附近溶液显酸性，滴加石蕊溶试液后a极附近溶液呈蓝色，b极附近溶液呈红色。5．四个电解装置如图所示，调节电压，使电路中始终通过1A的电流。通电相同的时间后，四个装置中产生气体最多的是()答案：B解析：D项为电镀装置，不产生气体。A项的实质是电解水，C项属混合电解型——电解质和水均发生电解，在相同电量下，A项产生的气体多于C项，因为在C项中，阴极上析出的是Ag。B项是电解食盐水，在相同的电量下，产生的气体是A项的43倍。电解原理及其应用2/66．如图所示的装置中，通电后可观察到Cu极溶解，下列说法中正确的是()A．a极是直流电源的正极B.Fe极是阳极C.Pt极产生的气体体积是Ag极产生气体体积的2倍D．硫酸铜溶液的浓度不变答案：AD解析：通电后可观察到Cu极溶解，根据电极材料及电解质溶液，可知右池为电镀池，Cu电极一定为电镀池的阳极，a为电源的正极，b为电源的负极，A项正确；B项中Fe极是阴极；C项中Pt极产生气体(O2)的体积是Ag极产生气体(H2)体积的12，C项错误；D项中由于右边的池为电镀池，CuSO4溶液的浓度不变，D正确。7．某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。如图所示，滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是()A．铅笔端作阳极，发生还原反应B．铂片端作阴极，发生氧化反应C．铅笔端有少量的氯气产生D．a点是负极，b点是正极答案：D解析：这是一个按照电解饱和食盐水原理设计的趣味实验，根据原理可知电极反应式为：阴极，2H＋＋2e－===H2↑(发生还原反应)；阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑(发生氧化反应)。若要出现“黑笔写红字”的现象，必须是铅笔作阴极，这样铅笔附近产生的OH－会使酚酞变红，因此与铅笔相连的a点是直流电源的负极。8．将0.2molAgNO3、0.4molCu(NO3)2、0.6molKCl溶于水，配成100mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，若在一极析出0.3molCu，此时在另一极上产生的气体体积(标准状况)为()A．4.48LB．5.6LC．6.72LD．7.84L答案：B解析：解答此题很容易出现的错误是根据溶液中存在的离子及放电顺序直接计算，实际上把三种物质溶于水后，AgNO3和KCl之间发生反应，KCl剩余0.4mol。与放电有关的离子有：0.4molCu2＋、0.4molCl－及H＋、OH－，阴极发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，生成0.3molCu时，通过电子0.6mol；阳极先发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，当0.4molCl－放电时，通过电子0.4mol，生成Cl20.2mol，阳极再发生反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，根据阴、阳两极通过电子数相等得，再通过0.2mol电子时，生成0.05molO2，所以阳极共生成气体0.25mol，即体积为5.6L(标准状况)。故B项正确。9．烧杯A中盛放0.1mol/L硫酸，烧杯B中盛放0.1mol/LCuCl2溶液(两种溶液均足量)，装置如下图所示，下列说法不正确的是()A．A为原电池，B为电解池B．A为电解池，B为原电池C．当烧杯A中产生0.1mol气体时，烧杯B中产生气体的物质的量也为0.1molD．一段时间后，烧杯A中溶液的pH增大答案：B解析：构成A装置的是活动性不同的两个电极、电解质溶液且两极形成了闭合回路，很显然A装置为原电池，且A为B的电解提供电能。电极反应分别为：烧杯A中2H＋＋2e－===H2↑(正极)，Fe－2e－===Fe2＋(负极)；烧杯B中Cu2＋＋2e－===Cu(阴极)，2Cl－－2e－===Cl2↑(阳极)，因此只有B错。10．用下图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是()答案：C解析：X为正极，电解Na2SO4溶液时，实质是电解水，a端的电极为阳极，OH－放电，a端c(H＋)c(OH－)，滴加酚酞溶液不变色，A错；X为正极，电解AgNO3溶液时，b端的电极为阴极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，B错；X为负极，a端的电极为阴极，Fe(OH)3胶体粒子带有正电荷向a端移动，a端液体颜色加深，D错。选项电源X极通电前U形管中液体通电后现象及结论A正极Na2SO4溶液U形管两端滴入酚酞溶液后，a端呈红色B正极AgNO3溶液b端电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C负极KCl和CuCl2混合溶液相同条件下，a、b两端产生的气体总体积有可能相等D负极Fe(OH)3胶体和导电液b端液体颜色加深电解原理及其应用3/6二、非选择题11．(16分)如下图为持续电解含一定CaCl2水溶液的装置(以铂为电极)，A为电流表。电解一段时间t1后，将CO2持续通入电解液中。(1)电解时，F极发生______反应，电极反应式为：________，E极发生________反应，电极反应式为：________，电解总反应式为：____________________________________________________。(2)电解池中产生的现象：①________________________________；②________________________________；③________________________________。答案：(1)氧化2Cl－－2e－===Cl2↑还原2H＋＋2e－===H2↑2Cl－＋2H2O=====电解2OH－＋H2↑＋Cl2↑(2)①通电后E极处溶液呈红色②通电时，E极、F极均有气体生成③通CO2时，溶液中先出现白色沉淀继续通CO2沉淀又消失解析：溶液中含有Ca2＋、H＋、Cl－、OH－，通电时，Ca2＋、H＋移向阴极，由于H＋放电能力比Ca2＋强，在E极上发生反应：2H＋＋2e－===H2↑；Cl－、OH－移向阳极，Cl－在阳极放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，电解至t1后，溶液中OH－浓度增大，通入CO2后会有CaCO3沉淀生成。12．(10分)如下图所示，常温下电解5min后，铜电极质量增加2.16g。试回答：(1)电源电极X名称为________(填“正极”或“负极”)。(2)电解池B中阳极的电极反应式是______________________。(3)若A中KCl溶液的体积是200mL，电解后溶液的pH＝________(忽略电解前后溶液体积的变化)。若要使电解后的溶液恢复到与电解前完全相同，应加入________。答案：(1)负极(2)Ag－e－===Ag＋(3)13氯化氢解析：铜电极质量增加，铜电极为阴极，X即为负极；则电解池B中银为阳极，电极反应式是Ag－e－===Ag＋；析出2.16g银，电路中通过的电子为0.02mol；A中阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，通过的电子为0.02mol，则生成0.02mol氢氧根离子，氢氧根离子浓度为0.02mol/0.2L＝0.1mol/L，pH为13；要使电解后的溶液恢复到与电解前完全相同，应通入0.02mol氯化氢。13．(14分)分别回答下列问题：(1)从H＋、Na＋、Cu2＋、Cl－、SO2－4中选出两种离子组成电解质，按下列要求进行电解(使用惰性电极)，用电解质的化学式填空：(只写一种即可)①电解过程中溶液颜色变浅且水量不变___________；②电解过程中电解质的量不变，水量减少____________；③电解过程中两极析出气体的体积比为1∶1__________。(2)①用惰性电极电解CuSO4溶液，若阴极上有1.6gCu析出，则阳极上产生的气体在标准状况下的体积为________。②用铂电极电解0.02mol/LCuSO4溶液，直到Cu完全析出，所得溶液中氢离子浓度为________。(忽略溶液体积的变化)。答案：(1)①CuCl2②H2SO4或Na2SO4③HCl或NaCl(2)①0.28L②0.04mol/L解析：(1)惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型。①水量不变应为电解电解质型，②水量减少，电解质的量不变，则为电解水型，③两极都产生气体，且气体体积比为1∶1，应为放氢气生碱型或电解电解质型。(2)①2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋2H2SO4128g22.4L1.6gV128g∶1.6g＝22.4L∶VV＝0.28L②由2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋2H2SO4可知，铜完全析出，生成硫酸的物质的量与电解前硫酸铜的物质的量相等，即c(H2SO4)＝c(CuSO4)＝0.02mol/L，所以c(H＋)＝0.04mol/L。电解原理及其应用4/614．(20分)某兴趣小组的同学用下图所示