高中化学 4_3_2 电解原理的应用课时作业 新人教版选修4

电解原理的应用时间：45分钟满分：100分一、选择题(每小题4分，共48分)1下列有关工业生产的叙述正确的是()A合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率B硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量C电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室D电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小1解析：本题通过对工业合成氨、制硫酸、氯碱工业、精炼铜相关知识的考查，检查同学们对化学工业生产知识的掌握情况。A项，将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率，但不能加快正反应速率；B项，是利用SO2氧化为SO3时放出的热来预热即将参加反应的SO2和O2，使其达到适宜于反应的温度，还可以冷却反应后生成的气体；C项，Cl2在阳极室产生；D项，由于阳极为粗铜，较活泼的杂质金属先溶解，故同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小。答案：D2下列描述中，不符合生产实际的是()A电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D在镀件上电镀锌，用锌作阳极2解析：本题主要考查同学们对电解原理的掌握情况，侧重考查同学们灵活运用知识，将理论知识与实际生活、生产相联系的应用能力，这是今后高考的命题方向。活泼电极(除C、Pt外的电极称活泼电极)在阳极失电子被氧化，A中铁放电，不能得到金属铝，D中阳极锌放电产生Zn2，补充Zn2，B、C中阴极不参加反应。在深刻理解电解原理的基础上，熟记电解精炼、电镀的特点及电解中物质的放电顺序，是顺利解答该类题目的关键。答案：A3将Fe片和Zn片放在盛有NaCl溶液(其中滴入酚酞)的表面皿中，如图所示，最先观察到变红的区域是()A和B和C和 D和3解析：分析甲、乙两图的特点可以判断出，甲图是原电池，乙图是电解池。甲图中的电极反应为：负极(Zn)：Zn2e=Zn2，正极(Fe)：O22H2O4e=4OH，所以甲图中附近有OH生成，先变红；乙图中Fe为阳极：Fe2e=Fe2，Zn为阴极：2H2e=H2，H2O电离出的H放电变成H2，OH增多，所以乙中附近先变红。答案：B4下列图示中关于铜电极的连接错误的是()15答案：C5下列叙述中错误的是()A电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应B原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阳极C电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应D电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气5解析：在电解池中阳极上发生氧化反应中，阴极上发生还原反应，所以A正确；原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阴极，因此B错误；电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应；电解饱和食盐水时，阴极反应为2H2e=H2，阴极区得到氢氧化钠溶液和氢气，所以选项C、D正确。答案：B6在盛有饱和Na2CO3溶液的烧杯中插入惰性电极进行电解，若温度始终不变，则通电一段时间后，下列说法中不正确的是()A溶液的pH不变B溶液中Na2CO3的物质的量不变CNa2CO3溶液的浓度不变，水解程度不变D溶液中水分子数与CO的比值将不变6解析：用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液时，其电解实质是水的电解，若温度始终不变，溶液仍然维持饱和，溶液中溶质的物质的量浓度、质量分数、溶液的pH均不变，但溶质、溶剂的质量减少，所以选项A、C、D说法正确，选项B说法错误。答案：B7化学实验小组在学习化学电源和氯碱工业相关知识后，在实验室进行实验验证。他们设计组装了如图所示装置，已知a为石墨电极；b为铁电极；c为铝电极(已除去表面氧化膜)；d为多孔石墨电极，烧杯中是足量饱和食盐水(滴有酚酞)，连好导线后，电流计指针发生明显偏转。下列判断正确的是()Ab为负极，d为阳极B一段时间后，a和d电极附近溶液变红Cb电极电极反应式为：2Cl2e=Cl2D当电解一段时间，B中出现大量白色沉淀时，停止实验，再将A中溶液倒入B中混合，充分振荡，沉淀全部消失7解析：右端装置为原电池，左端装置为电解池。在右端装置中，通入O2的电极为电池的正极，其电极反应为：O24e2H2O=4OH，所以在d电极附近，一段时间后出现红色，Al为原电池的负极，Al失去电子生成Al3，Al3与溶液中的OH反应生成白色Al(OH)3沉淀，电池总反应为：4Al3O26H2O=4Al(OH)3，a与电池的正极相连，故a为电解池的阳极，b与电池负极相连，故b为电解池的阴极，电解饱和NaCl溶液时，溶液中的Cl在a极放电生成Cl2，溶液中的H在b极放电生成H2、NaOH，根据得失电子守恒，A中产生的NaOH与B中Al3结合的OH物质的量相等，所以电解一段时间后，将A、B混合并充分振荡，Al(OH)3与NaOH反应而溶解。综合上述知选项D正确。答案：D8如图乙所示是根据图甲的电解池进行电解时，某个量(纵坐标x)随时间变化的函数图像(各电解池都用石墨作电极，不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响)，这个量x表示()A各电解池析出气体的体积B各电解池阳极质量的增加量C各电解池阴极质量的增加量D各电极上放电的离子总数8解析：电解NaCl溶液时阴、阳极都产生气体，电解AgNO3溶液时阴极上产生单质银，电解CuSO4溶液时阴极上产生单质铜，所以随着电解的进行，阴极质量的增加量有如题中图乙所示的变化。答案：C9下面有关电化学的图示，完全正确的是()9解析：在CuZn原电池中，Zn为负极，选项A不正确；电解精炼铜时粗铜为阳极，精铜为阴极，选项B不正确；在铁上镀锌时，应让镀层金属锌作阳极，镀件铁作阴极，选项C不正确；电解饱和食盐水时阳极上产生Cl2，可用淀粉碘化钾溶液检验，阴极上产生的H2可用向下排空气法收集后点燃验证，生成的NaOH用酚酞检验，选项D正确。答案：D10电解Na2SO4溶液联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如下图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为12，以下说法正确的是()Aa极与电源的负极相连B产物丙为硫酸C离子交换膜d为阴离子交换膜Da电极反应式：2H2O2e=H22OH10答案：B11电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O，最后Cr3以Cr(OH)3形式除去，下列说法不正确的是()A阳极反应为Fe2e=Fe2B电解过程中溶液pH不会变化C过程中有Fe(OH)3沉淀生成D电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O被还原11解析：由题意知阳极反应为Fe2e=Fe2，阴极反应为2H2e=H2，且发生反应Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O，H浓度减小，溶液的pH会增大，从而可形成Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀。依据电极反应式和离子方程式知电路中每转移12 mol电子，有6 mol Fe被氧化，最多有1 mol Cr2O被还原。答案：B12如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。则下列说法正确的是()A电源B极是正极B(甲)(乙)装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1221C欲用(丙)装置给铜镀银，H应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液D装置(丁)中Y极附近红褐色变深，说明Fe(OH)3胶粒带正电荷12解析：由F极附近显红色知其为阴极，则电源B极是负极，从而知C、D、E、F电极生成的单质分别是O2、Cu、Cl2、H2，其物质的量之比为1222，欲用(丙)装置给铜镀银，阳极G应该是Ag；装置(丁)中Y极是阴极，若附近红褐色变深，说明Fe(OH)3胶粒带正电荷。答案：D二、非选择题(52分)13(10分)电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图表示一个电解池，装有电解质溶液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则电解池中X极上的电极反应式为_。在X极附近观察到的实验现象是_。Y电极上的电极反应式为_，检验该电极反应产物的方法是_。(2)如果用电解的方法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是_，电极反应式为_。Y电极的材料是_，电极反应式为_(杂质发生的电极反应不必写出)。13解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl2e=Cl2，阴极反应：2H2e=H2。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的KI淀粉试纸变为蓝色。(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活泼性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图可知X为阴极，Y为阳极。所以X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu22e=Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu2e=Cu2。答案：(1)2H2e=H2有气泡产生，溶液变红2Cl2e=Cl2把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色(2)纯铜Cu22e=Cu粗铜Cu2e=Cu214(10分)下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，只在c、d两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。回答：(1)直流电源中，M为_极。(2)Pt电极上生成的物质是_，其质量为_g。(3)电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2_。(4)AgNO3溶液的浓度_，(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH_，H2SO4溶液的浓度_，H2SO4溶液的pH_。(5)若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为_g。14解析：由于是串联电路，电路中的电流是相等的，两个电解池中所消耗的电量相等。电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。因此，该电解池反应：2H2O=2H2O2，V(H2)V(O2)21。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。在336 mL气体中，V(H2)336 mL224 mL，为0.01 mol，V(O2)336 mL112 mL，为0.005 mol。说明电路上有0.02 mol e，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.021082.16(g)，即0.02 mol的Ag。则n(e)n(Ag)n(O2)n(H2)0.020.020.0050.01221。由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗的溶液中Ag的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液中补充的Ag的物质的量，因此c(AgNO3)不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的H2SO4溶液，由于其中的水发生电解，因此c(H2SO4)增大，由于c(H)增大，故溶液的pH减小。设原5.00%的H2SO4溶液质量为x，电解时消耗水0.01180.18 g，则：5.00%x5.02%(x0.18 g)，解得：x45.18 g。答案：(1)正(2)Ag2.16(3)21(4)不变不变增大减小(5)45.1815(14分)如图所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空：(1)X的电极名称是_极，发生的电极反应式为：_，Y极的电极材料是_，检验X极产物的方法是_。(2)某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致X极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现X极附近出现了白色沉淀，此沉淀是_(填化学式)，其形成原因是_，该沉淀在空气中放置，现象是_。(3)工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室用离子交换膜隔开(如图所示)，其目的是_，阳极室(A处)加入_，阴极室(B处)加入_，离子交换膜只许_通过。15解析：与电源正极相接的为电解池的阳极，与电源负极相接的为电解池的阴极，若接反则金属Fe失去电子，而产生Fe(OH)2沉淀。答案：(1)阳2Cl2e=Cl2Fe用湿润的淀粉碘化钾试纸放在X极附近，若试纸变蓝，说明生成了Cl2(2)Fe(OH)2铁作阳极时被氧化为Fe2，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H2e=H2，生成的OH与Fe2结合成Fe(OH)2先变灰绿色，后变红褐色(3)防止H2与Cl2混合发生爆炸，防止Cl2与NaOH反应生成NaClO，使NaOH不纯饱和食盐水纯水(或NaOH稀溶液)Na16(18分)某课外活动小组准备用如下图所示的装置进行实验。现有甲、乙、丙三位同学分别选择了如下表所示电极材料和电解质溶液：A电极B电极X溶液甲CuZnH2SO4乙PtPtCuCl2丙FeCu？(1)甲同学在实验中将开关K5闭合，则Zn电极上的电极反应式为_。(2)乙同学准备进行电解CuCl2溶液的实验，则电解时的总反应方程式为_；实验时应闭合的开关组合是_从下列五项中选择所有可能组合，第(3)题也在这五项中选择，均填字母序号。AK1和K2 BK1和K3CK1和K4 DK2和K3EK2和K4(3)丙同学准备在Fe上镀Cu，选择了某种盐来配制电镀液，则该盐的化学式为_，实验时，应闭合的开关组合是_。16解析：(1)甲同学在实验中将开关K5闭合，则装置为原电池，较活泼的Zn为原电池负极，电极反应式为Zn2e=Zn2。(2)乙同学用惰性电极电解CuCl2溶液，电解时的总反应方程式为CuCl2CuCl2，实验时应闭合K1和K4或K2和K3。(3)丙同学准备在Fe上镀Cu，则Fe为电镀池阴极，接电源负极，Cu为电镀池阳极，接电源正极，实验时应闭合K2和K3。应选择含有Cu2的电解质溶液为电镀液。答案：(1)Zn2e=Zn2(2)CuCl2CuCl2C或D(3)CuCl2(或CuSO4)D