鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 电能转化为化学能——电解课时作业

电解的原理

(建议用时：40分钟)

[基础过关练]

1．如图所示装置中，属于电解池的是(　　)

A　　　　B　　　　C　　　D

C　[构成电解池时要有与外接直流电源相连的电极，A、B错误；电极插入电解质溶液或熔化的电解质中，且要形成闭合回路，C正确、D错误。]

2．下列有关电解及电解池的说法中错误的是(　　)

A．电解过程中，一定伴随着电子的转移

B．电解质溶液导电的实质是某电解质被电解的过程

C．电解池的阳极一定与直流电源的正极相连

D．电解池的阴极上一定发生失去电子的反应

D　[电解池的阴极上阳离子放电，得到电子发生还原反应。]

3．关于下图所示①②两个装置的叙述正确的是(　　)

A．装置名称：①是原电池，②是电解池

B．硫酸浓度变化：①增大，②减小

C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，②中正极：Zn－2e－===Zn2＋

D．离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动

B　[①为电解池，电解水，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，硫酸的浓度增大；②为原电池，溶液中的氢离子移向正极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，硫酸的浓度减小。]

4．下列说法正确的是(　　)

A．电解KCl溶液时，阴极上的电极方程式为K＋＋e－===K

B．电解熔融NaCl的装置中，Na＋向阳极移动、Cl－向阴极移动

C.用石墨作电极电解熔融的MgCl2，会在阴极上析出单质镁，阳极上会有气体产生

D．在电解装置中，电子从阴极通过电解液流向阳极

C　[电解KCl溶液时，根据离子的放电顺序，阴极上应该H＋得电子，即2H＋＋2e－===H2↑，A项错误；接通电源后阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，B项错误；用石墨作电极电解熔融MgCl2时，Mg2＋在阴极上得电子，被还原，得到单质Mg，Cl－在阳极失电子被氧化，得到Cl2，C项正确；电解池中，电子不能通过电极进入电解质溶液，D项错误。]

5．用铂电极(惰性电极)电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是(　　)

A．稀NaOH溶液　　　　　 B．HCl溶液

C．酸性NaCl溶液  D．酸性AgNO3溶液

A　[电解稀NaOH溶液时，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2，故A正确；电解HCl溶液、NaCl溶液时，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和Cl2，故B、C错误；电解AgNO3溶液时，阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极：Ag＋＋e－===Ag，阴极和阳极上的主要产物分别是Ag和O2，故D错误。]

6．以石墨为电极电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　)

A．阴极附近溶液呈红色　　 B．阴极逸出气体

C．阳极附近溶液呈蓝色  D．溶液的pH变小

D　[以石墨为电极电解KI溶液，发生的总反应为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，溶液的碱性增强，所以溶液的pH增大，D错误。]

7．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的CuSO4溶液和NaCl溶液的混合溶液，不可能发生的反应是(　　)

A．2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑

B．Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑

C.2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑

D．2H2O2H2↑＋O2↑

C　[CuSO4与NaCl物质的量之比为3∶1，电解的第一阶段为电解CuCl2，第二阶段可认为是电解CuSO4，第三阶段电解H2O。]

8．用惰性电极电解下列各组物质的水溶液时，发生的电极反应完全相同的是(　　)

A．NaOH、H2SO4　　　　 B．CuCl2、Cu(NO3)2

C．Na2SO4、NaCl  D．KNO3、AgNO3

A　[用惰性电极电解NaOH、H2SO4的水溶液时实质均为电解水，电极反应均相同，A正确；电解B、C两组溶液时，阳极反应不同，阴极反应相同，B、C错误；电解KNO3、AgNO3两组溶液，阳极反应相同，阴极反应不同，D错误。]

9．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，设计了四个实验，你认为可行的方案是(　　)

A　　　　　B

C　　　　　D

C　[Ag不能和HCl自发进行氧化还原反应，所以要使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，应设计成电解池，Ag失电子发生氧化反应，所以Ag做阳极，H＋得电子发生还原反应，所以电解质溶液中H＋放电，则只有C项符合条件。]

10．某生产工艺中用惰性电极电解Na2CO3溶液获得NaHCO3和NaOH，其原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．a极接外电源的负极

B．B出口为H2，C出口为NaHCO3溶液

C．阳极反应为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑

D．应选用阳离子交换膜，电解时Na＋从右侧往左侧移动

C　[根据题图所示，a极逸出O2，是溶液中水电离出的OH－失去电子发生氧化反应，故a极为阳极，应接电源的正极，A错误；阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B出口为H2，C出口为氢氧化钠溶液，B错误；A出口为NaHCO3溶液，阳极反应为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，C正确；阳极区的Na＋需要向阴极区迁移，应选用阳离子交换膜，电解时Na＋从左侧往右侧移动，D错误。]

11．(双选)500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中NO的浓度为0.6 mol·L－1，用石墨作为电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液的体积仍为500 mL，下列说法正确的是(　　)

A．原混合溶液中K＋的浓度为0.2 mol·L－1

B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子

C．电解得到Cu的物质的量为0.05 mol

D．电解后溶液中H＋的浓度为0.4 mol·L－1

AD　[用石墨作为电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后溶液中c(H＋)＝0.4 mol·L－1。]

12．从H＋、Cu2＋、Na＋、SO、Cl－五种离子中选取某些离子恰当地组成电解质，按下列要求电解。

(1)以碳棒为电极，使电解质质量减少，水量不变进行电解则采用的电解质是________________。

(2)以碳棒为电极，使电解质质量不变，水量减少进行电解，则采用的电解质是______________。

(3)以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水量都减少进行电解，则采用的电解质是________________。

[解析]　首先把阴、阳离子两两组合成物质，根据离子放电顺序判断：(1)为电解电解质型；(2)为电解水型；(3)为放氧生酸型和放氢生碱型。

[答案]　(1)HCl、CuCl2

(2)H2SO4、Na2SO4、NaHSO4　

(3)CuSO4、NaCl

13．如图所示装置为在直流电源的作用下电解CuSO4溶液的装置，其中A、B为石墨电极，a、b为电源的两极，当接通电源，通电一段时间后，将B电极取出，洗干净并干燥后称量，其质量增加了3.2 g，则：

(1)a电极为电源的________极。

(2)写出电极反应式：A极______________，B极________________。

(3)若使反应后的溶液恢复到原来状态，则应该加入________，加入________g。

[解析]　B电极质量增加，则B电极为电解池的阴极，阴极发生还原反应，铜离子得到电子转化为铜单质，阴极与电源的负极相连，因此b电极为电源的负极、a电极为电源的正极。A电极为电解池的阳极，发生氧化反应，水失去电子转化为氧气和氢离子。应补充氧化铜使电解质溶液恢复到原来状态，阴极析出的铜的质量为3.2 g，而氧化铜中铜的质量分数为80%，因此需要补充的氧化铜的质量为4.0 g。

[答案]　(1)正　(2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

2Cu2＋＋4e－===2Cu 　(3)CuO　4.0

14．如图是两种溶液进行电解的装置。电极A是由金属M制成的，M的硝酸盐的化学式为M(NO3)2，B、C、D都是铂电极，P、Q是电池的两极，电路接通后，试回答下列问题：

0．5 mol·L－1 M(NO3)2　0.5 mol·L－1 Na2SO4

甲　　　　　　　　乙

(1)电极B上有金属M沉淀出来：电极反应式为___________________，同时电极C产生________，电极反应式为_________________________，电极D产生________，电极反应式为______________________。

(2)电池中P是________极，Q是________极。

(3)A极上电极反应式为___________________________。

[解析]　电极B上有金属M沉淀出来说明B是阴极，A是阳极，则乙池中电极C是阳极，D是阴极；对应的电极P是正极，电极Q是负极；乙中的电解质溶液为硫酸钠溶液，所以在C电极上有氧气产生，D电极上有氢气产生。

[答案]　(1)M2＋＋2e－===M　氧气　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　氢气　2H＋＋2e－===H2↑

(2)正　负

(3)M－2e－===M2＋

[拓展培优练]

15．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列说法正确的是(　　)

甲池　　　乙池

A．甲池中负极上发生的反应为N2H4－4e－===N2＋4H＋

B．乙池中石墨电极上发生的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小

D.甲池中每消耗0.1 mol N2H4乙池电极上则会析出6.4 g 固体

B　[分析题图知甲是燃料电池，乙是电解池，甲池中电解质溶液为氢氧化钾溶液，则负极不可能生成H＋，应该是N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，A项错误；乙池中石墨电极是阳极，发生氧化反应，B项正确；根据甲池总反应式知生成了水，则氢氧化钾溶液的浓度变小，pH减小；乙池中阴极析出铜，阳极OH－放电，乙池的溶液pH减小，C项错误；根据各个电极通过的电量相等知N2H4～2Cu，则甲池中消耗0.1 mol N2H4时乙池电极上会析出12.8 g铜，D项错误。]

16．某实验小组模拟“人工树叶”的电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和某种燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(　　)

A．该装置将化学能转化为光能和电能

B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移

C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原

D．a电极上的电极反应式为3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O

B　[由装置图可知，该装置为电解池，A项错误；b电极连接电源的正极，作阳极，在电解池中H＋向a极(阴极)区移动，B项正确；b电极上发生的是H2O→O2的氧化反应，每生成1 mol O2转移4 mol电子，a电极上发生反应CO2→C3H8O，C3H8O中碳元素的化合价是－2，每消耗3 mol CO2转移18 mol电子，故生成1 mol O2消耗 mol CO2，C项错误；a电极上发生还原反应3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。]

17．钠硫电池作为一种新型储能电池，其应用逐渐得到重视和发展。钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na＋)为电解质，其反应原理如图甲所示：

甲　　　　　　　　　　乙

(1)根据表中数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在________(填字母)范围内。

A．100 ℃以下　　　 B．100～300 ℃

C．300～350 ℃  D．350～2 050 ℃

(2)放电时，电极A为________极，电极B发生________(填“氧化”或“还原”)反应。

(3)充电时，总反应为Na2Sx===2Na＋xS，则阳极的电极反应式为_____________________________。

(4)若把钠硫电池作为电源，电解槽内装有KI及淀粉的混合溶液，如图乙所示，槽内中间用阴离子交换膜隔开。通电一段时间后，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。试分析左侧溶液蓝色逐渐变浅的可能原因是___________________。

[解析]　(1)原电池工作时，控制的温度应满足Na、S为熔融状态，则温度应高于115 ℃而低于444.6 ℃，只有C项符合题意。

(2)放电时，Na在电极A发生氧化反应，故电极A为原电池的负极，电极B是正极，发生还原反应。

(3)充电时，发生电解反应，阳极反应式为S－2e－===xS。

(4)根据以上分析，左侧溶液变蓝色，说明生成I2，左侧电极为阳极，电极反应式为2I－－2e－===I2，右侧电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，右侧I－、OH－通过阴离子交换膜向左侧移动，发生反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O，故一段时间后，蓝色逐渐变浅。

[答案]　(1)C　(2)负　还原　(3)S－2e－===xS

(4)右侧溶液中生成的OH－通过阴离子交换膜进入左侧溶液，并与左侧溶液中的I2反应