2020化学人教版选修4作业第四章第3节电解池综合训练解析

第3节电解池[综合训练]对应学生用书P65一、选择题1．能用电解原理说明的问题是()①电解是把电能转变成化学能②电解是化学能转变成电能③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化④一些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，必导致氧化还原反应的发生A．①②③④B．②③⑤C．③④D．①③④⑤答案D解析由电解原理知电解是将电能转化为化学能，故①对，②错；金属导电是由于内部自由电子定向移动，是物理变化，而电解质溶液导电是由于发生氧化还原反应使溶液中离子定向移动，故③⑤对；一些不能自发进行的氧化还原反应在外部条件(如电解)改变的情况下有可能实现，故④对。2．用石墨棒作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是()A．石墨棒周围有大量的Na＋B．铁棒质量增加C．电子通过熔融电解质由石墨棒流向铁棒D．阴极发生氧化反应答案B解析阴离子移向阳极(石墨棒)，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阳离子移向阴极，发生还原反应：2Na＋＋2e－===2Na，A、D两项错误，B项正确；电子不能通过熔融电解质，熔融的电解质是通过其内部自由移动的离子定向移动而导电的，C项错误。电解池的阴、阳极的判断方法(1)根据所连接的直流电源：与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。(2)根据电子流动方向：电子流向为：电源负极→阴极；阳极→电源正极。(3)根据电解质溶液中离子的定向移动方向：阴离子向阳极(原电池中为负极)移动，阳离子向阴极(原电池中为正极)移动。(4)根据两极产物判断。一般情况下，阴极上的现象是：析出金属(质量增重)或有气体(H2)放出；阳极上的现象是：有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2或电极本身质量减轻(活性电极作阳极)。3．下列描述错误的是()A．利用海水可以制取镁、溴、碘等物质B．电解精炼铜(粗铜中含少量Fe、Zn、Pt)后的溶液中，存在的金属阳离子只有Fe2＋、Zn2＋C．用惰性电极电解饱和食盐水可以制取烧碱、氯气、氢气D．在镀件上电镀铜时，电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量答案B解析海水中含有镁、溴、碘等元素，因此利用海水可以制取镁、溴、碘等物质，A项正确；电解精炼铜(粗铜中含少量Fe、Zn、Pt)后的溶液中，存在的金属阳离子除了有Fe2＋、Zn2＋外，可能还有Cu2＋，B项错误；用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极是氯离子放电，其产物是氯气；阴极是水电离出的氢离子放电，其产物是氢气和氢氧化钠，C项正确；镀铜时，镀件作阴极，铜作阳极，含有Cu2＋的溶液作电镀液，所以镀铜过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量，D项正确。4．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，故可用电解法制备高纯度的镍。下列叙述正确的是()A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量一定相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有Cu和Pt答案D解析电解时阳极应发生氧化反应，A项错误；根据金属的还原性和金属阳离子的氧化性的强弱顺序可知，阳极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，Cu、Pt在该条件下不失电子，会变为阳极泥，阴极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，Fe2＋、Zn2＋在该条件下不得电子，电解后溶液中还含有Ni2＋，C项错误，D项正确；比较两电极反应，因Zn、Fe、Ni的相对原子质量不等，当两极通过相同的电量时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不一定相等，B项错误。5．在pH＝x的下列电解质溶液中插入两个惰性电极，电解一段时间后测得溶液的pHx，则该电解质溶液可能是()A．NaOH溶液B．CuSO4溶液C．KCl溶液D．Na2SO4溶液答案B解析电解NaOH、Na2SO4溶液的本质均是电解水，前者pH增大，后者pH不变，A、D两项错误；电解KCl溶液时有KOH生成，溶液pH增大，C项错误；电解CuSO4溶液时有H2SO4生成，pH减小，B项正确。6．用石墨作电极电解0．1mol·L－1的CuSO4溶液，当有0．4mol电子通过电路时，发现阴极增重6．4g，则要使电解后的溶液恢复到电解前状态，则可向电解后的溶液中加入()A．0．1molCu(OH)2B．0．1molCuOC．0．2molCuOD．0．1molCuO和0．2molH2O答案A解析该过程转移0．4mol电子，则阳极应该生成0．1mol氧气，理论上阴极应该生成0．2mol铜，但实际上阴极生成的铜为6.4g64g·mol－1＝0．1mol，故铜离子不足，阴极生成0．1mol铜后，氢离子继续放电，生成氢气0．1mol。因此应该补充0．1molCuO和0．1molH2O，或补充0．1molCu(OH)2，A项正确。7．将两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1×10－3molOH－放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是()A．阳极上析出11．2mLO2(标准状况)B．阴极上析出32mgCuC．阴极上析出11．2mLH2(标准状况)D．阳极和阴极质量都无变化答案B解析用惰性电极电解CuSO4溶液时，阴极的电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极的电极反应式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。当有1×10－3molOH－放电时，生成标准状况下5．6mLO2，此时转移电子1×10－3mol，因溶液依然显浅蓝色，故溶液中仍有Cu2＋，则在阴极上析出Cu的质量为32×10－3g。电化学综合计算的三种常用方法(1)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)8．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH＋4，模拟装置如图所示。下列说法正确的是()A．阳极室溶液由无色变成棕黄色B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C．电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4答案C解析Fe电极与电源正极相连，则Fe作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，反应中生成Fe2＋，溶液由无色变为浅绿色，A错误；阴极上H＋得电子发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B错误；电解过程中阴极上消耗H＋，则阴极室溶液的pH升高，C正确；电解时，(NH4)2SO4溶液中NH＋4向阴极室迁移，H＋在阴极放电生成H2，阴极室溶液中的溶质可能为(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等，D错误。二、非选择题9．电化学在化学工业中有着广泛应用。(1)根据图示电化学装置，回答下列问题：①甲池通入乙烷(C2H6)一极的电极反应式为______________________________。②乙池中，若X、Y都是石墨，A是Na2SO4溶液，实验开始时，同时在两极附近溶液中各滴入几滴酚酞溶液，X极的电极反应式为________________________；一段时间后，在Y极附近观察到的现象是__________________________________。③乙池中，若X、Y都是石墨，A是足量AgNO3溶液，体积为0．2L，则Y极的电极反应式为___________________________；电解一段时间后，甲池消耗112mLO2(标准状况下)，则乙池溶液的pH为________(忽略溶液体积的变化)。(2)若要用该装置在铁质钥匙表面镀一层金属铜，CuSO4溶液作电解液，则乙池中：①X极的材料是________，电极反应式为__________________________。②Y极的材料是________，电极反应式为__________________________。(3)工业上通过电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，则阳极的电极反应式为______________________________________，阴极反应式为________________________________。答案(1)①C2H6＋18OH－－14e－===2CO2－3＋12H2O②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑电极表面产生气泡，附近溶液变红③Ag＋＋e－===Ag1(2)①铜Cu－2e－===Cu2＋②铁质钥匙Cu2＋＋2e－===Cu(3)Fe＋8OH－－6e－===FeO2－4＋4H2O2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑解析(1)①甲池中乙烷(C2H6)通入左侧电极发生氧化反应，则左侧Pt电极为负极，电解质溶液为KOH溶液，故负极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO2－3＋12H2O。②乙池中，若X、Y都是石墨，A是Na2SO4溶液，则X是阳极，发生氧化反应，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。Y是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则Y极附近观察到的现象是电极表面产生气泡，附近溶液变红。③甲池中右侧Pt电极发生的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，消耗标准状况下112mLO2(即0．005mol)时电路中转移电子的物质的量为0．005mol×4＝0．02mol。乙池中，若X、Y都是石墨，A是足量AgNO3溶液，Y极是阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。X极是阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，据得失电子守恒可知，电路中转移0．02mol电子时，X极生成0．02molH＋，则乙池溶液中c(H＋)＝0.02mol0.2L＝0．1mol·L－1，溶液pH＝1。(2)①在铁表面镀一层金属铜，X极是阳极，要用镀层金属铜作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。②Y极是阴极，要用镀件——铁质钥匙作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。(3)由图可知，Fe电极与电源正极相连，作电解池的阳极，Fe被氧化生成FeO2－4，故阳极的电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO2－4＋4H2O。Cu极与电源的负极相连，作电解池的阴极，发生还原反应析出H2，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。离子交换膜在电化学中的功能(1)常见的离子交换膜①阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。②阴离子交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。(2)离子交换膜的作用①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。②能选择性通过离子，起到平衡电荷的作用。