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第19讲电解原理及应用A组基础题组1.(2018北京海淀期末)电解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的装置如下图所示。下列说法中,不正确的是()A.阴极产生的物质A是H2B.溶液中Na+由阳极室向阴极室迁移C.阳极OH-放电,H+浓度增大,CO32-转化为HCO3-D.物质B是NaCl,其作用是增强溶液导电性2.(2018北京朝阳期末)高铁酸钠(Na2FeO4)是具有紫色光泽的粉末,是一种高效绿色强氧化剂,碱性条件下稳定,可用于废水和生活用水的处理。实验室以石墨和铁钉为电极,以不同浓度的NaOH溶液为电解质溶液,控制一定电压电解制备高铁酸钠,电解装置和现象如下:c(NaOH)阴极现象阳极现象1 molL-1产生无色气体产生无色气体,10 min内溶液颜色无明显变化10 molL-1产生大量无色气体产生大量无色气体,3 min后溶液变为浅紫红色,随后逐渐加深15 molL-1产生大量无色气体产生大量无色气体,1 min后溶液变为浅紫红色,随后逐渐加深下列说法不正确的是()A.a为铁钉,b为石墨B.阴极主要发生反应:2H2O+2e-H2+2OH-C.高浓度的NaOH溶液有利于发生Fe-6e-+8OH-FeO42-+4H2OD.制备Na2FeO4时,若用饱和NaCl溶液,可有效避免阳极产生气体3.(2017北京东城期末,11)氢氧化锂是制取锂和锂的化合物的原料,用电解法制备氢氧化锂的工作原理如下图所示:下列叙述不正确的是()A.b极附近溶液的pH增大B.a极发生的反应为2H2O-4e- O2+4H+C.该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品D.当电路中通过1 mol电子时,可得到2 mol LiOH4.如下图所示,请按要求回答下列问题。(1)打开K2,关闭K1。A为(填“正”或“负”)极,在该电极可观察到的现象是;B极的电极反应式为。(2)打开K1,关闭K2。A为(填“阴”或“阳”)极,在该电极可观察到的现象是;B极的电极反应式为;当有0.2 mol电子转移时,则析出铜的质量为g。B组提升题组5.(2017北京海淀一模,10)实验室模拟工业制备高纯铁。用惰性电极电解FeSO4溶液制备高纯铁的原理如下图所示。下列说法不正确的是()A.阴极主要发生反应:Fe2+2e- FeB.向阳极附近滴加KSCN溶液,溶液变红C.电解一段时间后,阴极附近pH减小D.电解法制备高纯铁总反应:3Fe2+ Fe+2Fe3+6.(2017北京朝阳一模,10)在一定条件下,用石墨电极电解0.5 mol/L CuSO4溶液(含H2SO4),监测到阳极附近pH随时间变化关系如下图。下列说法不正确的是()A.ab段,通电瞬间,阳离子向阴极移动B.电解过程中,阳极发生的电极反应是2H2O-4e- 4H+O2C.bc段,H+向阴极的移动速率大于其在阳极的生成速率D.bc段,pH下降过程中,阴极发生的主要电极反应是Cu2+2e- Cu7.(2018北京海淀期末)电镀行业产生的酸性含铬废水对环境有污染,其中所含的Cr()是主要污染物,可采用多种方法处理将其除去。查阅资料可知:在酸性环境下,Cr()通常以Cr2O72-的形式存在:Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+Cr2O72-的氧化能力强于CrO42-常温下,部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表:阳离子Fe3+Fe2+Cr3+开始沉淀的pH1.97.04.3沉淀完全的pH3.29.05.6.腐蚀电池法(1)向酸性含铬废水中投放废铁屑和焦炭,利用原电池原理还原Cr()。下列关于焦炭的说法正确的是(填字母序号)。a.作原电池的正极b.在反应中作还原剂c.表面可能有气泡产生.电解还原法向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体,以Fe为电极电解,经过一段时间,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成排出,从而使废水中铬含量低于排放标准。装置如图所示:(2)A极连接电源的极,A极上的电极反应式是。(3)电解开始时,B极上主要发生的电极反应为2H+2e-H2,此外还有少量Cr2O72-在B极上直接放电,该反应的电极反应式为。(4)电解过程中,溶液的pH不同时,通电时间(t)与溶液中Cr元素去除率的关系如下图所示。由图知,电解还原法应采取的最佳pH范围为。a.24b.46c.610解释曲线和曲线去除率低的原因:。8.(2017北京西城一模,27)以黄铜矿(主要成分为二硫化亚铁铜CuFeS2)为原料,用Fe2(SO4)3溶液作浸取剂提取铜,总反应的离子方程式是CuFeS2+4Fe3+ Cu2+5Fe2+2S。(1)该反应中,Fe3+体现性。(2)上述总反应的原理如下图所示。负极的电极反应式是。(3)一定温度下,控制浸取剂pH=1,取三份相同质量的黄铜矿粉末分别进行如下实验:实验操作2小时后Cu2+浸出率/%加入足量0.10 molL-1 Fe2(SO4)3溶液78.2加入足量0.10 molL-1 Fe2(SO4)3溶液,通入空气90.8加入足量0.10 molL-1 Fe2(SO4)3溶液,再加入少量0.000 5 molL-1 Ag2SO4溶液98.0对比实验、,通入空气,Cu2+浸出率提高的原因是。由实验推测,在浸取Cu2+过程中Ag+作催化剂,催化原理是:.CuFeS2+4Ag+ Fe2+Cu2+2Ag2S.Ag2S+2Fe3+ 2Ag+2Fe2+S为证明该催化原理,进行如下实验:a.取少量黄铜矿粉末,加入少量0.000 5 molL-1 Ag2SO4溶液,充分混合后静置。取上层清液,加入稀盐酸,观察到溶液中,证明发生反应。b.取少量Ag2S粉末,加入溶液,充分混合后静置。取上层清液,加入稀盐酸,有白色沉淀,证明发生反应。(4)用实验的浸取液电解提取铜的原理如图所示:电解初期,阴极没有铜析出。用电极反应式解释原因:。将阴极室的流出液送入阳极室,可使浸取剂再生,再生的原理是。答案精解精析A组基础题组1.DA项,由图分析可知,阴极室H+得到电子生成H2,所以物质A为H2;B项,Na+为阳离子,可以通过阳离子交换膜向阴极移动;C项,阳极室OH-放电生成O2,同时c(H+)增大,与CO32-结合生成HCO3-;D项,若B是NaCl,则阴极室产物为氢氧化钠和氯化钠的混合液,与题干不符,所以B应为NaOH,增强溶液的导电性。2.DA项,制备高铁酸钠需要铁在阳极放电,发生氧化反应,即a为铁钉,b为石墨;B项,电解池的阴极为阳离子放电,水电离的H+放电能力强于Na+,故阴极的电极反应为2H2O+2e-H2+2OH-;C项,观察实验现象,碱性越强,越易生成FeO42-,故高浓度的NaOH溶液有利于发生Fe-6e-+8OH-FeO42-+4H2O;D项,若选用饱和NaCl溶液,在阳极Cl-放电能力强于OH-,会更容易产生气体。3.D根据离子的移动方向可推出,石墨a是阳极,石墨b是阴极;a极发生氧化反应,即2H2O-4e- O2+4H+,H+结合SO42-得硫酸;b极H+得电子放出氢气,c(OH-)增大,溶液的pH增大,OH-结合Li+生成LiOH;由得失电子守恒知,电路中通过1 mol电子时,得到1 mol LiOH。4.答案(1)负A极金属不断溶解Cu2+2e- Cu(2)阴A极上有红色金属析出Cu-2e- Cu2+6.4解析(1)打开K2,关闭K1,形成原电池,A为负极,锌不断溶解,Zn-2e- Zn2+;B为正极,发生还原反应生成铜,电极反应式为Cu2+2e- Cu。(2)打开K1,关闭K2,形成电解池,B为阳极,电极反应式为Cu-2e- Cu2+;A为阴极,电极反应式为Cu2+2e- Cu,该极上析出金属铜,当有0.2 mol电子转移时,析出铜的质量为 6.4 g。B组提升题组5.C依据题意和装置图可知,电解硫酸亚铁溶液阴极生成铁,阳极生成Fe3+,电解的总反应方程式是3Fe2+ Fe+2Fe3+;阴极的电极反应式是Fe2+2e- Fe,电解一段时间后,阴极附近Fe2+的浓度降低,酸性减弱,pH增大;阳极的电极反应式是Fe2+-e- Fe3+,因此阳极附近滴加硫氰化钾溶液后溶液变红。6.CA项,通电后形成电解池,在电解质溶液中阳离子移向阴极;B项,阳极上H2O失去电子发生氧化反应,电极反应为2H2O-4e- 4H+O2;C项,bc段溶液的pH减小,则c(H+)增大,所以氢离子的生成速率大于移动速率;D项,Cu2+的得电子能力强于H+,所以bc 段阴极主要发生反应Cu2+2e- Cu。7.答案(1)ac(2)正Fe-2e-Fe2+(3)Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3+7H2O(4)b曲线的pH较小,此时Cr()被还原生成的Cr3+难以生成Cr(OH)3沉淀,仍以Cr3+形式存在于溶液中,导致去除率较低;曲线的pH较大,铬元素主要以CrO42-形式存在,其氧化能力弱于Cr2O72-,Cr()难以被还原继而生成沉淀,导致去除率较低解析(1)铁屑与焦炭形成原电池,铁作负极,焦炭作正极,主要是Cr2O72-在正极得到电子,因为溶液显酸性,H+也可能在正极得到电子生成氢气,所以焦炭表面可能有气泡。(2)B极生成氢气,因此是阴极,所以A为阳极,连接电源正极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+。(3)B极是阴极,得到电子发生还原反应,因为是酸性环境,则电极反应式为Cr2O72-+6e-+14H+2Cr3+7H2O。(4)由图知,pH=4和pH=6时去除率高,因此电解还原法应采取的最佳pH范围为46。8.答案(1)氧化(2)CuFeS2-4e- Fe2+2S+Cu2+(3)通入O2后,发生反应4Fe2+O2+4H+ 4Fe3+2H2O,c(Fe2+)降低,c(Fe3+)升高,总反应的平衡正向移动a.无明显现象b.pH=1的0.10 molL-1Fe2(SO4)3(4)Fe3+e- Fe2+ Fe2+在阳极失电子生成Fe3+:Fe2+-e- Fe3+,SO42-通过阴离子交换膜进入阳极室,Fe2(SO4)3溶液再生解析(1)在反应CuFeS2+4Fe3+ Cu2+5Fe2+2S中,Fe3+转化为Fe2+,铁元素化合价降低,Fe3+作氧化剂,表现氧化性;(2)观察图像知,CuFeS2在负极失去电子,被氧化,负极的电极反应式是CuFeS2-4e- Fe2+2S+Cu2+;(3)对比实验、,通入空气后,发生反应4Fe2+O2+4H+ 4Fe3+2H2O,c(Fe2+)降低,c(Fe3+)升高,总反应的平衡正向移动,故Cu2+浸出率提高;a.若发生反应,则上层清液中无Ag+,加入稀盐酸,溶液中无明显现象;b.若要发生反应,则需加入Fe3+,根据实验可知,应加入pH=1的0.10 molL-1Fe2(SO4)3溶液。取上层清液,加入稀盐酸,有白色沉淀,说明上层清液中含有Ag+,可证明发生了反应;(4)由于Fe3+的得电子能力强于Cu2+,因此电解初期溶液中的Fe3+在阴极得到电子生成Fe2+;阴极室的流出液中含有Fe2+,将流出液送入阳极室后,Fe2+在阳极失电子生成Fe3+:Fe2+-e- Fe3+,SO42-通过阴离子交换膜进入阳极室,Fe2(SO4)3溶液再生。
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