20192020学人教版化学选修四导学同步练习第4章第3节电解池解析

第四章第三节基础巩固1．欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是(B)A．Ag和AgCl溶液B．Ag和AgNO3溶液C．Fe和AgNO3溶液D．Pt和Ag2SO4溶液解析：电镀槽中，要求镀件作阴极，可用镀层金属作阳极，电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液，A、D项中AgCl和Ag2SO4均为沉淀，只有B项符合要求。2．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，设计了如下所示的四个实验方案，你认为可行的方案是(C)解析：由题意知，以盐酸作电解质溶液，Ag作阳极，设计成电解池可实现该反应。3．下列关于电解池的叙述中，正确的是(D)A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动D．相同时间内，阳离子在阴极上得到电子与阴离子在阳极上失去电子的总数相等解析：电解池的电解质溶液中是离子定向移动形成电流，故A项错；电解池中的电子流向是由电源的负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流回电源的正极，故B项错；在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，故C项错。4．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是(D)A．电解时以精铜作阳极B．电解时阴极发生氧化反应C．粗铜连接电源负极，其电极反应式是：Cu－2e－===Cu2＋D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥解析：电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，故A错误；阳极与电池的正极相连，发生氧化反应，阴极与电池的负极相连，发生还原反应，故B错误；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，故C错误；金属的活动性顺序为ZnFeCuAgPt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式在阳极附近沉积下来，故D正确。5．在水中加入等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO2－4、NO－3、Cl－，该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量之比为(C)A．35.5︰108B．16︰207C．8︰1D．108︰35.5解析：所得溶液为NaNO3的水溶液，通电后，水电离产生的OH－、H＋在两极上反应，氧化产物为O2，还原产物为H2，其质量之比为32︰(2×2)＝8︰1。6．将两个铂电极插入500mLCuSO4(aq)中进行电解，通电一段时间后，某一电极上增重0.064g(设电解时无H2放出，且不考虑水解和溶液体积的变化)，此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为(B)A．1×10－3mol·L－1B．4×10－3mol·L－1C．2×10－3mol·L－1D．1×10－7mol·L－1解析：由于最后溶液的H＋主要由电解CuSO4溶液产生，所以要计算c(H＋)，可依据电解的离子方程式2Cu2＋＋2H2O=====通电2Cu＋O2↑＋4H＋进行解题。题中电极增重0.064g必为阴极反应生成Cu所致，即n(Cu)＝0.064g÷64g·mol－1＝0.0010mol，然后依据离子方程式中各物质之间的化学计量数之比，求出生成的c(H＋)。2Cu2＋＋2H2O=====通电2Cu＋O2↑＋4H＋2mol4mol0.0010molc(H＋)×0.50Lc(H＋)＝4mol×0.0010mol2mol×0.50L＝4.0×10－3mol·L－1。7．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(D)A．用石墨作阳极，铁作阴极B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2OC．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O解析：A.阳极要产生ClO－，则铁只能作阴极，不能作阳极，否则就是铁失电子，A正确；B.阳极是Cl－失电子产生ClO－，电极反应式为：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，B正确；C.阴极是H＋产生H2，碱性溶液，故阴极的电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确；D.溶液为碱性，方程式应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－。选D。8．(2019·山东潍坊)电解在化工生产、金属冶炼及科学研究等方面有重要应用。(1)工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。纯净氧化铝的熔点很高(约2045℃)，在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)在1000℃左右就可以得到熔融体。①写出电解时阳极的电极反应式：__2O2－－4e－===O2↑__。②电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是__石墨电极被阳极上产生的氧气氧化__。(2)电解食盐水是氯碱工业的基础。①电解所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为__NaOH__、__Na2CO3__。电解时，阴极反应的主要产物是__NaOH和H2__。②电解时用盐酸控制阳极区的pH在2～3，用必要的文字和反应方程式说明原因：__Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大H＋和Cl－浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失__。(3)Cu2O是半导体材料，工业上常用电解法制取。电解装置如下图所示。电解装置中采用离了交换膜控制阳极区OH－的浓度而制备纳米Cu2O。该离子交换膜是__阴__(填“阴”或“阳”)离子交换膜，阳极生成Cu2O的电极反应式为__2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O__。解析：(1)①由电解装置可知，阳极上氧离子失去电子，电极反应2O2－－4e－===O2↑；②阳极上产生氧气，石墨电极被阳极上产生的氧气氧化，故电解过程中作阳极的石墨易消耗。(2)①食盐溶液中混有Mg2＋和Ca2＋，可以利用过量NaOH溶液除去Mg2＋，利用过量Na2CO3溶液除去Ca2＋；电解时，阴极反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极反应的主要产物是NaOH和H2；②电解时用盐酸控制阳极区的pH在2～3，用必要的文字和反应方程式说明原因：Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大H＋和Cl－浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失。(3)用阴离子交换膜控制电解液中阳极区OH－的浓度而制备纳米Cu2O。在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电极本身发生失电子的还原反应，在碱性环境下，金属铜失去电子的电极反应为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O。9．某课外活动小组的同学用如图装置进行实验，C、D、E、F均为石墨电极，一段时间后在C电极表面有铜析出，试回答下列问题。(1)A为电源的__负__极；(2)E的电极反应式为：__2H＋＋2e－===H2↑__；(3)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为__2︰1︰2︰2__；(4)在常温下，现用丙装置给铁镀铜，则H电极材料应该是__铜__，当丙中铁表面析出铜的质量为3.2g时，乙中溶液的c(OH－)为__0.1mol·L－1__(假设溶液体积为1L，且饱和食盐水足量)；(5)已知甲中硫酸铜溶液足量，在电解一段时间后向甲中加入适量__CuO或CuCO3固体__可以使溶液恢复到原来的浓度。解析：(1)由已知C电极表面有铜析出，则C电极发生的电极反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，则C为阴极，从而得知：A为负极，B为正极，D、F均为阳极，E为阴极。(2)由(1)可得知E为阴极，又知乙装置中的溶液为饱和食盐水，溶液中存在Na＋、Cl－、H＋和OH－，由放电顺序可知E的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑。(3)由前面分析可知D为阳极，则其电极反应式为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；F为阳极，其电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，装置为三个电解池串联，因此各个电极上得失电子数目与线路中转移电子数均相同。假设线路中转移了2mol电子，则由以上电极反应式可知C、D、E、F电极上分别会产生1mol铜、0.5mol氧气、1mol氢气、1mol氯气，其物质的量之比为：2︰1︰2︰2。(4)H电极与电源的正极相连，则H为电镀池的阳极，其电极材料应为镀层金属，即为铜；3.2g铜的物质的量为0.05mol，又知丙中铁表面发生的反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，则得到0.05mol铜需0.1mol电子，又知E的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，得到的电子也为0.1mol，可得以下关系：2H＋～2e－～2OH－，0.1mol0.1mol所以反应后乙中溶液c(OH－)＝0.1mol·L－1。(5)由题可知甲中的电池反应为2CuSO4＋2H2O=====通电2Cu＋2H2SO4＋O2↑。则应加入适量的CuO或CuCO3固体。能力提升1．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得溶液中加入0.1molCu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子(D)A．0.1molB．0.2molC．0.3molD．0.4mol解析：由电解CuSO4溶液的化学方程式2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋2H2SO4知，电解过程中只析出Cu和放出O2，故电解后加入CuO就可以复原。但本题提示加入0.1molCu(OH)2可以复原，说明电解过程中不仅有CuSO4被电解，还有H2O被电解。0.1molCu(OH)2相当于0.1molCuO和0.1molH2O，由电子守恒0.1molCuO～0.1molCu～0.2mole－，0.1molH2O～0.1molH2～0.2mole－，即共计0.4mole－。2．关于下列四个装置图的说法，正确的是(D)A．①装置中阴极处产生的气体能够使湿润的淀粉KI试纸变蓝B．②装置中待镀铁制品应与电源正极相连C．③装置中电子由b极流向a极D．④装置中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应解析：A项，电极反应式分别为阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极产生的Cl2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝；B项，电镀装置中待镀铁制品(镀件)应与电源负极相连接；C项，氢氧燃料电池工作时，负极上通入的H2失电子，电子由a极流向b极；D项，氯碱工业中阳极产生Cl2，阴极附近溶液中生成NaOH，为防止Cl2与NaOH发生反应Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，工业上常采用离子交换膜法电解装置。3．我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站。为循环利用人体呼出的CO2并提供氧气，我国科学家设计了一种装置(如图所示)，实现“太阳能→电能→化学能”转化，总反应为2CO2===2CO＋O2，下列有关说法不正确的是(D)A．该装置属于电解池B．X极发生氧化反应，Y极发生还原反应C．人体呼出的水蒸气参与Y极反应：CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－D．X极每产生标准状况下22.4L气体，有2mol的OH－从Y极移向X极解析：A项，该装置实现“太阳能—电能—化学能”转化，将电能转化为化学能的装置为电解池，正确；B项，根据图中电子的流向“X→Y”可知，X极为阳极，失电子发生氧化反应，Y为阴极，得电子，发生还原反应，正确；C项，Y为阴极，根据总反应可知，阴极为CO2得电子，生成CO，电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，正确；D项，X极为阳极，OH－放电生成氧气，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，生成1molO2，阳极有4molOH－放电，根据溶液电中性原理，X电极区阴离子减少，则会有4molOH－从Y极透过阴离子交换膜移向X极，使得溶液保持电中性，错误。4．(2019·山东临沂)常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是(C)A．每生成1molNCl3，理论上有4molH