2022届高三化学一轮复习化学反应原理题型必练60电解原理的实验探究含解析
展开电解原理的实验探究
一、单选题(共17题)
1.下列说法不正确的是
A.均可通过化合反应生成
B.用惰性电极分别电解溶液,均为电解水
C.将气体分别通人紫色石蕊试液中,均出现溶液先变红后褪色
D.将铁片和铝片置于冷的浓硝酸中均发生钝化
2.用如图装置完成电解实验,对实验现象的解释或推测合理的是( )
A.a处的试纸变红 B.b电极是正极
C.a处发生的电极反应: D.b处发生的电极反应:
3.某电解池内盛有Cu(NO3)2溶液,插入两根电极,接通直流电源后,欲达到如下要求:(1)阳极质量不变;(2)阴极质量增加;(3)电解液pH减小,则应选用的电极是
A.阴阳两极都用石墨
B.铜作阳极铁作阴极
C.铁作阳极铜作阴极
D.铂作阴极铜作阳极
4.某化工厂充分利用工业废气中的CO、CO2,将氯代烃、氯碱工业和甲醇联合生产,减少了环境污染,具体流程如图。下列叙述错误的是
A.理论上每生成1molCH3OH,可得到1molC2H4Cl2
B.过程Ⅳ中的反应是C2H4+2CuCl2=C2H4Cl2+2CuCl
C.在联合生产过程中CuCl2起催化作用
D.为减少副反应的发生,过程II中的装置需使用阳离子交换膜
5.图a、b、c分别为氯化钠在不同状态下的导电实验的微观示意图(X、Y均表示石墨电极,且与直流电源连接方式相同,表示水分子)。下列说法正确的是
A.Y电极为阳极
B.能导电的装置中,Y电极产物不相同
C.NaCl是电解质,三种状态下都能导电
D.图b说明通电后发生了电离
6.某课外小组同学为探究氨氮废水的处理方法,以0.005mol/L(NH4)2SO4溶液模拟氨氮废水,设计了以下实验
实验步骤
实验现象
1.如图装置进行电解
一段时间后,检测阳极附近溶液中氨氮浓度并未显著变化
2.在氨氮废水中加入NaCl溶液,进行电解
阳极产生使湿润有色布条褪色的气体,一段时间后,氨氮检测浓度明显降低
有关叙述正确的是
A.实验1由于氨氮浓度未显著变化,装置未发生电解反应
B.实验2中的氨氮浓度降低是由于生成的氯气氧化了NH
C.氨氮浓度降低时溶液酸性减弱
D.湿润有色布条褪色是由于Cl2的漂白性
7.受新冠病毒疫情的影响,某市使用了大量漂白粉进行消毒,产生了大量污水(含Cl-),利用ECT电解水处理器处理上述污水的简化模型图如图,通电后让水垢在阴极表面析出,并采用智能清扫系统去除阴极表面的水垢;让阳极产生游离氯、臭氧等继续杀灭病毒,并防止微生物污染。下列有关说法正确的是
A.a极为阴极
B.处理污水时,Cl-移向a极,b极附近溶液的pH减小
C.阳极上产生臭氧的电极反应式为O2+2OH--2e-=O3+H2O
D.为了降低原材料成本,可将多孔铂电极a换成Fe电极
8.二茂铁[Fe(C5H5)2]可作为燃料的节能消烟剂、抗爆剂。二茂铁的电化学制备装置与原理如图所示,下列说法正确的是
A.a为电源的正极
B.电解质溶液是NaBr水溶液和DMF溶液的混合液
C.电解池的总反应化学方程式为Fe+2C5H6[Fe(C5H5)2]+H2↑
D.混合液中Na+移向阳极
9.氟离子电池因能量密度高环境友好而成为一种前景广阔的新型电池,结构如下图所示,充电时F-从电极乙流向电极甲。下列说法正确的是
A.放电时,电极乙为正极,发生还原反应
B.放电时,电极甲发生反应:
C.充电时,电极甲与外加电源的正极相连
D.充电时,导线上每通过,乙电极质量减少
10.如图是家庭自制含氯消毒剂装置(C1和C2为铅笔芯)。接通电源:C1周围产生细小气泡,C2周围无明显现象;持续通电一段时间,当C2周围产生细小气泡立即停止通电。下列说法错误的是
A.C1周围产生气泡的原因是2H2O+2e-=H2↑+2OH-
B.C2与适配器输出的正极相连
C.持续通电一段时间后,C2周围产生气泡主要成分为Cl2
D.制含氯消毒剂的总反应为NaCl+H2ONaClO+H2↑
11.《环境科学》曾刊发我国科研部门采用零价铁活化过硫酸钠(Na2S2O7其中S为+6价)去除废水中的正五价砷的研究成果,其反应机理模型如图,(NA为阿伏加德罗常数的值)下列说法正确的是
A.1 molSO4-· (自由基)中含50NA个电子
B.pH越大,越不利于去除废水中的正五价砷
C.1 mol过硫酸钠中含NA个过氧键
D.转化过程中,若共有1 mol S2O82-被还原,则参加反应的Fe为56 g
12.如图所示用铂丝作电极,电解稀的溶液,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色。(指示剂的变色范围:,酸色-红色,碱色-黄色)
则下列说法不正确的是
A.管溶液颜色由红变黄
B.管溶液颜色无明显变化
C.试管内收集的气体可用能否使带火星的木条复燃进行检验。
D.电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内观察到的现象是溶液呈红色,白色沉淀溶解
13.如图所示,a、b是两根石墨棒。下列叙述正确的是( )
A.a是正极,发生还原反应
B.b是阳极,发生氧化反应
C.往滤纸上滴加酚酞试液,a极附近颜色变红
D.稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变
14.某工厂采用如图装置处理化石燃料开采、加工过程产生的H2S废气,已知电解池中的两个电极均为惰性电极。下列说法不正确的是( )
A.电极 a 为阳极
B.若交换膜为阳离子交换膜,b 电极区会产生红褐色沉淀
C.反应池中处理H2S的反应是H2S +2Fe3+ = 2Fe2+ +S↓+2H+
D.若交换膜为质子交换膜,则NaOH溶液的浓度逐渐变大,需要定期更换
15.如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b<d。符合上述实验结果的盐溶液是( )
A.A B.B C.C D.D
16.用多孔石墨电极完成下列实验,下列解释或推断不合理的是( )
实验
现象
(i)中a、b两极均有气泡产生
(ii)中b极上析出红色固体
(iii)中b极上析出灰白色固体
A.(i)中,a电极上既发生了化学变化,也发生了物理变化
B.电解一段时间后,(i)中溶液浓度不一定会升高
C.(ii)中发生的反应为H2+Cu2+=2H++Cu↓
D.(iii)中发生的反应只可能是2Ag+Cu=2Ag++Cu2+
17.某实验小组在常温下进行电解饱和Ca(OH)2溶液的实验,实验装置与现象见下表。
序号
I
II
装置
现象
两极均产生大量气泡,b极比a极多;a极溶液逐渐产生白色浑浊,该白色浑浊加入盐酸有气泡产生
两极均产生大量气泡,d极比c极多;c极表面产生少量黑色固体;c极溶液未见白色浑浊
下列关于实验现象的解释与推论,正确的是( )
A.a极溶液产生白色浑浊的主要原因是电解过程消耗水,析出Ca(OH)2固体
B.b极产生气泡:4OH- -4e- === O2↑ +2H2O
C.c极表面变黑:Cu -2e- +2OH- === CuO +H2O
D.d极电极反应的发生,抑制了水的电离
二、填空题(共4题)
18.某兴趣小组利用电解装置,探究“铁作阳极”时发生反应的多样性,实验过程如图。
I.KCl作电解质
(1)一定电压下,按图1装置电解,现象:石墨电极上迅速产生无色气体,铁电极上无气体生成,铁逐渐溶解。5min后U形管下部出现灰绿色固体,之后铁电极附近也出现灰绿色固体。
①石墨电极上的电极反应式是___________________。
②预测图2中的实验现象:________________________
③图2与图1实验现象差异的原因是___________________。
II.KOH作电解质
(2)用图1装置电解浓KOH溶液,观察到铁电极上立即有气体生成,附近溶液变为淡紫色(FeO),无沉淀产生。
①铁电极上OH-能够放电的原因是____________________。
②阳极生成FeO的总电极反应式是________________________。
19.某同学设计下图装置进行电解饱和食盐水自制“84”消毒液。回答下列问题
(1)电解饱和食盐水时,a连接电源的_________极(填“正”或“负”)。
(2)利用该装置自制消毒液的化学反应方程式是_________。
(3)①“84”消毒液不用时需要密封保存,否则会与空气中_________发生反应,生成不稳定的物质。
②该同学利用传感技术进行某溶液中次氯酸的稳定性实验。用强光照射盛有该溶液的广口瓶,过程中溶液的pH、Cl-的浓度、瓶中氧气的体积分数变化如下图:
该同学分析数据得出的结论是_________(用化学方程式表示)。
(4)“84”消毒液不能与洁厕灵混用,也不能与消毒酒精混用,请从物质性质的角度解释“84”消毒液不能与消毒酒精混用的原因________。
20.I.如图所示,A、F为石墨电极,B、E为铁片电极。按要求回答下列问题。
(1)断开K2,闭合K1时。B为___极,A的电极反应为_______,最终可观察到的现象是________。
(2)断开K1,闭合K2时。E为_____极,F极的电极反应为_____,检验F极产物的方法是___。
(3)若往U形管中滴加酚酞试液,进行(1)(2)操作时,A、B、E、F电极周围能变红的是____。
Ⅱ.如图所示,若电解5min时铜电极质量增加2.16g,B池的两极都有气体产生。
试回答:
(1)电源电极X名称为____。
(2)pH变化:A池_____, B池______, C池____。
(3)写出B池中所发生的电解反应方程式: _________。
21.用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液,通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极,在不同电压(x)下电解pH=1的0.1mol/LFeCl2溶液,研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压值:)
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
I
x≥a
电极附近出现黄色,有气泡产生
有Fe3+、有Cl2
II
a>x≥b
电极附近出现黄色,无气泡产生
有Fe3+、无Cl2
III
b>x>0
无明显变化
无Fe3+、无Cl2
(1)用KSCN溶液检验出Fe3+的现象是_______。
(2)I中,Fe3+产生的原因可能是Cl-在阳极放电,生成的Cl2将Fe2+氧化。写出有关反应的方程式__________________________。
(3)由II推测,Fe3+产生的原因还可能是Fe2+在阳极放电,原因是Fe2+具有_____性。
(4)II中虽未检测出Cl2,但Cl-在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH=1的NaCl溶液做对照实验,记录如下:
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
IV
a>x≥c
无明显变化
有Cl2
V
c>x≥b
无明显变化
无Cl2
①NaCl溶液的浓度是________mol/L。
②IV中检测Cl2的实验方法:____________________。
参考答案
1.C
【详解】
A.Fe+2FeCl3=3FeCl2,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3,因此均可通过化合反应生成,A正确;
B.放电顺序:OH->,H+>Na+,因此电解和NaOH溶液时,阳极均为OH-失去电子,阴极均为H+得到电子,都是在电解水,B正确;
C.SO2不能使酸碱指示剂褪色,C错误;
D.铁和铝在冷的浓硫酸、浓硝酸中均会钝化,D正确;
答案选C。
2.D
【分析】
由图可知,b处与电源正极相连,b为阳极,a与电源负极相连,可知铁棒为阴极,电解饱和食盐水,阴极生成氢气,阳极生成氯气,以此来解答。
【详解】
A.实验相当于电解饱和氯化钠溶液,a作为阴极,氢离子放电后浓度降低,使氢氧根浓度增大,碱性增强,故使pH试纸变蓝,故A错误;
B.b处与电源正极相连,b为阳极,故B错误;
C.a与电源负极相连,可知铁棒为阴极,电解饱和食盐水,阴极生成氢气,发生的电极反应: ,故C错误;
D.b处与电源正极相连,b为阳极,氯离子放电生成氯气,发生的电极反应:,故D正确;
故答案选:D。
3.A
【分析】
(1)阳极质量不变,则阳极为惰性电极;(2)阴极质量增加,则溶液中的Cu2+得电子生成Cu,附着在阴极表面;(3)电解液pH减小,则表明水失电子生成O2和H+。
【详解】
A.阴阳两极都用石墨,则电解时,阳极水失电子生成O2和H+,阴极生成Cu,A符合题意;
B.铜作阳极铁作阴极,阳极Cu失电子生成Cu2+进入溶液,阳极质量减轻,B不符合题意;
C.铁作阳极铜作阴极,阳极铁失电子生成Fe2+进入溶液,阳极质量减轻,C不符合题意;
D.铂作阴极铜作阳极,阳极铜失电子生成Cu2+进入溶液,阳极质量减轻,D不符合题意;
故选A。
4.A
【分析】
由联合生产流程图可知,过程II中发生反应2NaCl +2H2O2NaOH + Cl2↑+H2↑,生成的H2参与过程I,与CO2、CO反应生成CH3OH,Cl2参与过程Ⅲ,发生反应2CuCl +Cl2=2CuCl2,CuCl2进入过程IV中发生反应 2CuCl2 +C2H4 = C2H4Cl2 +2CuCl。
【详解】
A.过程I为H2与CO2、CO反应生成CH3OH,过程中H元素的化合价由0 价升高为+1价,则每生成1 mol CH3OH转移4 mol电子,过程Ⅲ发生反应 2CuCl+Cl2 = 2CuCl2,过程IV中发生反应C2H4+2CuCl2=C2H4Cl2+2CuCl,每生成1 mol C2H4Cl2转移2 mol电子,结合过程II中发生的反应,则理论上每生成1 mol CH3OH,可得到2 mol C2H4Cl2,A错误;
B.由上述分析可知,过程Ⅳ中的反应是C2H4+2CuCl2=C2H4Cl2+2CuCl,B正确;
C.CuCl2进入过程IV反应,过程Ⅲ发生的反应主要为过程IV产生的CuCl与过程Ⅱ产生的Cl2反应生成CuCl2,实现了CuCl2的再生,故在联合生产过程中CuCl2起催化作用,C正确;
D.过程II为电解饱和NaCl溶液的过程,根据上述分析,电解过程中阳极发生氧化反应生成Cl2,阴极发生还原反应生成OH-,使用阳离子交换膜可防止Cl2和阴离子OH-通过,减少副反应,D正确;
故选A。
5.B
【详解】
A.氯离子半径大于钠离子,则图中黑球代表的离子是Cl-,b图中阴离子向X极移动,失电子生成氯气,则X为阳极,接电源正极,Y电极为阴极,与电源负极相连,故A错误;
B.bc中存在自由移动的离子,为能导电的装置,Y是阴极,图b中是Na+得电子生成Na单质,图c中是水电离的H+得电子生成H2,产物不同,故B正确;
C.是电解质,NaCl在晶体状态时离子不能自由移动,不导电,即图a不导电,故C错误;
D.图b说明通电后,电离出的离子发生了定向移动,电解质的电离不需要通电,只需要熔融状态或溶于水,故D错误;
本题答案B。
6.B
【详解】
A.实验1虽然氨氮浓度未显著变化,但有电解质溶液,所以电解了水,A错误;
B.实验2阳极产生使有色布条褪色的气体,为氯气,同时测得氨氮浓度降低,说明氯气和NH发生了反应,B正确;
C.电解生成氯气的同时阴极H+放电,而氯气与NH反应生成H+,2NH+3Cl2=N2+6Cl-+8H+,消耗3mol氯气,生成8mol氢离子,而生成3mol氯气的同时有3mol氢气生成,即同时消耗了6molH+,最终还能剩余2mol氢离子,溶液酸性增强,C错误;
D.湿润有色布条褪色是由于Cl2与水生成HClO的漂白性,氯气并没有漂白性,D错误;
综上所述答案为B。
7.C
【分析】
根据题干信息(通电后水垢在阴极表面析出)和装置图中信息可知:多孔铂电极b为阴极,与电源的负极相连,则a电极为阳极,电解含C1-的污水,则阴极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-,OH-结合Ca2+生成水垢Ca(OH)2析出,阳极通入空气,氧气在阳极上产生臭氧的反应式为O2+2OH--2e-=O3+H2O,据此分析解答。
【详解】
A.通电后水垢在阴极表面析出,则装置图中b为阴极,a为阳极,A错误;
B.处理污水时,阴离子C1-移向阳极a,阴极生成Ca(OH)2析出,则阴极b附近溶液的pH增大,B错误;
C.阳极a通入空气,O2在阳极上产生O3的反应式为:O2+2OH--2e-=O3+H2O,C正确;
D.Fe是比较活泼金属,易被阳极生成的Cl2、O3氧化,导致游离氯、臭氧减少,杀菌效果减弱,所以多孔铂电极a不能换成Fe电极,D错误;
故合理选项是C。
8.C
【分析】
由二茂铁的电化学制备装置与原理可知,与电源正极b相连的铁为电解池的阳极,铁失电子发生氧化反应生成亚铁离子,与电源负极a相连的镍为电解池的阴极,钠离子在阴极上得电子发生还原反应生成钠,钠与发生置换反应生成和氢气,与亚铁离子反应生成二茂铁和钠离子,制备二茂铁的总反应方程式为Fe+2+H2↑。
【详解】
A.由分析可知,a为电源的负极,b为电源的正极,故A错误;
B.与电源负极a相连的镍为电解池的阴极,钠离子在阴极上得电子发生还原反应生成钠,钠能与水反应,则电解质溶液不可能为NaBr水溶液,故B错误;
C.由分析可知,制备二茂铁的总反应方程式为Fe+2+H2↑,故C正确;
D.二茂铁制备过程中阴极上钠离子得电子发生还原反应生成钠,电极反应式为,Na+移向阴极,故D错误;
故选C。
【点睛】
由二茂铁的电化学制备装置与原理可知,与电源正极b相连的铁为电解池的阳极,与电源负极a相连的镍为电解池的阴极是解答关键,钠离子在阴极上得电子发生还原反应生成钠是解答难点。
9.C
【分析】
充电时F-从乙电极流向甲电极,则充电时,甲电极为电解池的阳极,电极反应式为Bi+3F- -3e-=BiF3,乙电极为阴极,反应式为MgF2+2e-=Mg+2F-,充电时,电解池的阳极、阴极与原电池的正极、负极对应,所以放电时,乙电极为负极,Mg失去电子结合F-生成MgF2,电极反应式为Mg+2F--2e-=MgF2,甲为正极,正极上发生还原反应:,据此分析。
【详解】
A.放电时,甲电极是正极,发生还原反应,电极乙为负极,发生氧化反应,故A错误;
B.充电时,电极甲发生氧化反应:电极反应式为:,放电时,甲电极是正极,发生还原反应:,故B错误;
C.充电时F-从乙电极流向甲电极,充电时,甲电极是阳极,与外加电源的正极相连,故C正确;
D.充电时,乙电极是阴极,由氟化镁转变为镁,电极反应为:MgF2+2e-=Mg+2F-,当导线上通过电子时,乙电极减重2mol氟原子的质量为;故D错误;
答案选C。
【点睛】
将充电时放电时的电极反应分析清晰是解本题的关键。
10.C
【分析】
电解饱和食盐水,反应方程式为:2H2O+2NaCl 2NaOH+H2↑+Cl2↑,阳极会产生氯气,阴极会产生氢气;由于H2不溶于水且不与溶液中的其他物质反应,所以会直接溢出;而氯气会与电解过程中溶液中生成的NaOH反应转变为NaClO和NaCl, 2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O所以在制备过程中几乎不会逸出;因此,C1极应当为阴极,C2极应当为阳极,据此分析解答。
【详解】
A.通过分析可知,C1极为阴极,阴极处产生了氢气,电极反应式为:2H2O+2e-=2OH-+H2↑,故A正确;
B.通过分析可知,C2极应当为阳极,与适配器输出的正极相连,故B正确;
C.持续通电一段时间后,氯化钠溶液电解完全,溶液变成次氯酸钠溶液,相当于电解水,此时C2周围产生气泡主要成分为O2,故C错误;
D.通过分析可知,电解过程中生成的氯气又会再与溶液中生成的NaOH反应转变为NaClO和NaCl,涉及的反应共有两步,分别为:2H2O+2NaCl 2NaOH+H2↑+Cl2↑和2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O,因此自制消毒剂的总反应为:H2O+NaCl NaClO+H2↑,故D正确;
故选C。
11.C
【详解】
A. 1 mol SO4−∙(自由基)中含1 mol×(16+4×8+1)NAmol−1=49NA个电子,故A错误;
B. 室温下,pH越大,亚铁离子和铁离子变为氢氧化亚铁和氢氧化铁,越有利于去除废水中的+5价砷,故B错误;
C. 过硫酸钠(Na2S2O8)中S为+6价,Na为+1价,假设含有x个O2−,含有y个O22−,则x + 2y = 8,(+1) ×2+ (+6) ×2 + ( −2)×x+( −2)×y =0,则x =6,y=1,因此1mol过硫酸钠(Na2S2O8)含NA个过氧键,故C正确;
D. 根据图示可知,1mol Fe和1mol S2O82−反应生成2mol SO42−和1mol Fe2+,该过程转移2mol电子,但是1mol Fe2+还要与0.5mol S2O82−反应变成Fe3+,因此1mol铁参加反应要消耗1.5mol S2O82−,所以共有1 mol S2O82−被还原时,参加反应的Fe,故D错误。
综上所述,答案为C。
12.C
【分析】
电解时,阳极B上氢氧根离子放电,导致阳极附近溶液呈酸性;阴极A上氢离子放电生成氢气,同时有氢氧根离子生成,氢氧根离子和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀,溶液呈中性。
【详解】
A.电解时,阳极B上氢氧根离子放电,导致阳极附近溶液呈酸性;阴极A上氢离子放电生成氢气,同时有氢氧根离子生成,氢氧根离子和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀,溶液呈中性,所以看到的现象是A管由红色变为黄色,B管不变色,故A正确;
B.由A选项,B管不变色,故B正确;
C.阴极A上氢离子放电生成氢气,不能用能否使带火星的木条复燃进行检验,故C错误;
D. 电解后溶液呈酸性,且溶液中有氢氧化镁白色沉淀生成,氢氧化镁能溶于稀硫酸,所以溶液混合时,溶液呈红色,且白色沉淀溶解,故D正确;
故选C。
【点睛】
本题考查了电解原理,根据各个电极上发生的电极反应及溶液的酸碱性来分析解答,注意A管中不仅有氢气生成,还产生白色沉淀,为易错点。
13.D
【详解】
左边装置能自发的进行氧化还原反应,属于原电池,右边是电解池,锌易失电子作负极,铜作正极,则a是阳极,b是阴极;
A.a是阳极,阳极上失电子发生氧化反应,选项A错误;
B.b是阴极,阴极上得电子发生还原反应,选项B错误;
C.a电极上氯离子放电生成氯气,b电极上氢离子放电生成氢气,同时b电极附近还生成氢氧根离子,导致碱性增强,所以b极附近颜色变化,选项C错误;
D.左边装置中,负极上锌失电子生成锌离子,正极上氢离子得电子生成氢气,所以硫酸根离子不参加反应,则其物质的量不变,选项D正确;
答案选D。
14.D
【分析】
根据图像,电极a有三价铁离子生成,则a为电解池的阳极,b为电解池阴极;三价铁离子在反应池中与硫化氢发生氧化还原反应,还原产物二价铁离子可再进入电解池中放电。
【详解】
A. 根据分析,a为电解池的阳极,A正确;
B. 若交换膜为阳离子交换膜,三价铁离子会向阴极移动,与氢氧根离子反应生成红褐色氢氧化铁沉淀,B正确;
C. 三价铁离子在反应池中与硫化氢发生氧化还原反应,方程式为H2S +2Fe3+ = 2Fe2+ +S↓+2H+,C正确;
D. 若交换膜为质子交换膜,则NaOH溶液的浓度逐渐变小,D错误;
故答案选D。
15.D
【分析】
依据装置图分析电极名称a为阳极,b为阴极,c为阳极,d为阴极,结合电解原理,溶液中离子放电顺序分析判断电极反应,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,说明阴极上溶液中金属离子在阴极析出金属单质,对选项分析判断。
【详解】
根据装置图分析电极名称a为阳极,b为阴极,c为阳极,d为阴极,结合电解原理,溶液中离子放电顺序分析判断电极反应,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,说明阴极上溶液中金属离子在阴极析出金属单质;
A. X为MgSO4,阴极电极反应为溶液中氢离子放电,无金属析出;Y为CuSO4,溶液中阴极上铜离子得到电子析出金属,故A错误;
B. X为AgNO3,阴极电极反应为溶液中银离子放电,电极反应为:Ag++e−=Ag,Y为Pb(NO3)2,阴极上溶液中氢离子放电,无金属析出,故B错误;
C. X为FeSO4,阴极是溶液中氢离子得到电子生成氢气,无金属析出,Y为Al2 (SO4)3,阴极上是氢离子放电无金属析出,故C错误;
D. X为CuSO4,阴极是溶液中铜离子析出,电极反应Cu2++2e−=Cu,Y为AgNO3,阴极电极反应为溶液中银离子放电,电极反应为:Ag++e−=Ag,依据电子守恒Cu∼2Ag,增重d>b,符合题意,故D正确。
答案选D。
【点睛】
本题考查阳离子在电解池阴极的放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
16.D
【详解】
A.阴极b极反应:2H++2e-=H2↑产生氢气发生了化学过程,氢气又被吸附在多孔石墨电极中发生了物理变化,故A正确;
B.(i)为电解池,a、b两极均产生气泡即相当于电解水,如果原溶液是饱和溶液则电解一段时间后c(NaNO3)不变,如果原溶液是不饱和溶液,则电解一段时间后c(NaNO3)增大,故B正确;
C.取出b放到(ii)中即硫酸铜溶液中析出红色固体,说明b产生的氢气吸附在多孔石墨电极中将铜置换出来,反应为:Cu2++H2=Cu+2H+,故C正确;
D.(ii)中取出b,则b表面已经有析出的铜,所以放到(iii)中析出白色固体即Ag,可能是铜置换的、也可能是b产生的氢气吸附在多孔石墨电极中置换,则可能发生反应为:2Ag++Cu=Cu2++2Ag和2Ag++H2=2Ag+2H+,故D错误;
故答案为D。
17.C
【详解】
A、a极为电解池的阳极,氢氢根离子放电生成氧气与电极C反应生成二氧化碳,二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙,该白色浑浊为碳酸钙,加入盐酸有二氧化碳产生,而不是析出Ca(OH)2固体,故A错误;
B、b极是阴极,水电离产生的氢离子放电生成氢气,而不是氢氧根离子放电,生成氧气,故B错误;
C、c极为阳极,表面产生少量黑色固体,是铜放电生成的氧化铜,所以c极表面变黑:Cu-2e-+2OH-═CuO+H2O,故C正确;
D、d极为阴极,是水电离产生的氢离子放电生成氢气,促进了水的电离,故D错误;
答案选C。
【点睛】
明确电解时两个电极发生的反应是解本题关键。解答本题需要注意结合现象分析。本题的易错点为A,白色沉淀如果是氢氧化钙,与盐酸应该没有气体放出。
18. 石墨电极上迅速产生无色气体,铁电极上无气体生成,铁逐渐溶解 盐桥的存在阻碍了OH-向阳极迁移,避免灰绿色固体生成 c(OH-)增大,反应速率加快(更容易放电)
【详解】
I.KCl作电解质
(1)①石墨电极上是氢离子放电,产生氢气,电极反应式是,故本题答案为:;
②图2中纯铁做阳极,石墨做阴极,所以石墨电极上迅速产生无色气体,铁电极逐渐溶解,无气体产生, 故本题答案为:石墨电极上迅速产生无色气体,铁电极上无气体生成,铁逐渐溶解;
③图2的装置存在盐桥,阻碍了OH-向阳极迁移,避免灰绿色固体生成,故本题答案为:盐桥的存在阻碍了OH-向阳极迁移,避免灰绿色固体生成;
II.KOH作电解质
(2)①在电解池中,氢氧根向阳极移动,铁电极上c(OH-)增大,反应速率加快(更容易放电),故本题答案为:c(OH-)增大,反应速率加快(更容易放电);
②阳极上铁失电子,生成FeO,电极反应式为,故本题答案为:。
【点睛】
本题以铁为阳极发生反应的多样性探究实验考查电解原理的应用,明确电解原理为解题的关键,注意掌握常见元素化合物的性质。
19.负 NaCl+H2ONaClO+H2↑ CO2 2HClO2HCl + O2↑ 酒精有一定的还原性,次氯酸钠具有强氧化性,二者发生氧化还原反应(可能生成乙醛、乙酸、二氧化碳等产物),从而失去杀菌消毒的能力。
【分析】
(1)电解时,阳极上阴离子得到电子被还原,阴极上阳离子得到电子发生还原反应,结合电解目的分析连接方式;
(2)根据电极产物和电解原理书写反应方程式;
(3)①根据酸性H2CO3>HClO分析发生的反应;
②根据微粒浓度变化分析分解产物,然后结合质量守恒定律可得反应的化学方程式;
(4)根据“84”消毒液和酒精的成分及性质分析不能混用的原因。
【详解】
(1)电解时,阳极上Cl-失去电子发生氧化反应产生Cl2,阴极上溶液中水电离产生的H+得到电子变为H2逸出,同时得到的OH-与Na+形成NaOH,为了使阳极上产生Cl2与阴极得到的NaOH溶液充分反应产生NaClO,应该与b电解连接的电极产生Cl2,与a电极连接的电极产生H2,所以产生H2的电极为阴极,则电源电极a为负极,b为正极;
(2)电解时,阴极上产生H2、NaOH,阳极上产生Cl2,阳极上产生Cl2再与阴极上产生的NaOH发生反应产生NaCl、NaClO、H2O,因此自制消毒液的总化学反应方程式是:NaCl+H2ONaClO+H2↑;
(3)①“84”消毒液主要成分是NaClO,不用时需要密封保存,否则会由于物质的酸性:H2CO3>HClO,NaClO与空气中CO2发生复分解反应:NaClO+CO2+H2O=Na2CO3+HClO,反应产生的HClO不稳定,光照分解产生HCl和O2,导致失效;
②根据图示可知:随着光照条件的进行,溶液中c(H+)、c(Cl-)增加,O2的体积分数增加,说明HClO不稳定,光照分解产生HCl和O2,反应方程式为2HClO2HCl + O2↑;
(4)根据“84”消毒液主要成分是NaClO,具有强的氧化性,而75%酒精溶液的主要的成分是乙醇,具有一定的还原性,二者混合使用会发生氧化还原反应,可能生成乙醛、乙酸、二氧化碳等产物,从而失去杀菌消毒的能力,因此“84”消毒液不能与消毒酒精混用。
【点睛】
本题以环境消毒剂“84”消毒液的制取为线索,考查了电解原理在的应用、物质的性质、使用方法等知识,体现了化学知识的实用性,体现了学以致用的教学理念。
20.负 O2+4e-+2H2O=4OH- 溶液中有红褐色沉淀生成 阴 2Cl--2e-=Cl2↑ 用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F极,试纸变蓝,证明是氯气 AE 负极 变大 变小 不变 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,2H2O2H2↑+O2↑
【详解】
(1)断开K2,闭合K1时,左端U形管没有外接直流电源,则形成原电池,相对活泼的电极为负极,则B为负极,电极反应为Fe-2e- =Fe2+;A为正极,发生吸氧腐蚀,电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。两电极产物反应生成Fe(OH)2,然后发生4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,最终可观察到的现象是溶液中有红褐色沉淀生成。答案为:负;O2+4e-+2H2O=4OH-;溶液中有红褐色沉淀生成;
(2)断开K1,闭合K2时,右端U形管形成电解池,与电源正极相连的F极为阳极,则E为阴极;在F极,Cl-失电子生成Cl2,电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑,检验F极产物Cl2,可使用湿润的淀粉碘化钾试纸,具体方法是:用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F极,试纸变蓝,证明是氯气。答案为:阴;2Cl--2e-=Cl2↑;用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F极,试纸变蓝,证明是氯气;
(3)若往U形管中滴加酚酞试液,进行(1)(2)操作时,A极反应为 O2+4e-+2H2O=4OH-,B极反应为Fe-2e- =Fe2+,E极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑,F极反应为2Cl--2e-=Cl2↑,则电极周围能变红的是AE。答案为:AE;
Ⅱ.电解5min时,铜电极质量增加2.16g,则Cu电极为阴极,Ag电极为阳极,与它相连的电源Y电极为正极,X电极为负极。A池中,左端Pt电极为阴极,右端Pt电极为阳极,电池反应为2KCl+2H2O2KOH+Cl2↑+H2↑;B池中,左端Pt电极为阴极,右端Pt电极为阳极,电池反应为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,2H2O2H2↑+O2↑(B池的两极都有气体产生,所以有后一反应发生);C池中,Cu电极反应Ag++e- =Ag,Ag电极反应Ag-e- =Ag+。
(1)依上面分析,电源电极X名称为负极。答案为:负极;
(2)从上面分析可知,pH变化:A池变大, B池变小, C池不变。答案为:变大;变小;不变;
(3)由分析知,B池中所发生的电解反应方程式:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,2H2O2H2↑+O2↑。答案为:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,2H2O2H2↑+O2↑。
【点睛】
审题时,我们一定要关注细节,否则易发生错误。如电解CuSO4、K2SO4的混合溶液,我们很容易想到电解CuSO4:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,但易忽视2H2O2H2↑+O2↑。题中信息“B池的两极都有气体产生”告诉我们,还应有另一在阴极产生气体的反应发生,仔细分析,只能为电解水。
21.(1)溶液变为血红色;(2)2Cl--2e-=Cl2↑;2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-;
(3)还原(4)①0.2 ②取少量阳极附近的溶液,滴在淀粉KI试纸上,试纸变蓝
【详解】
试题分析:(1)检验铁离子的试剂是硫氰酸钾溶液,用KSCN溶液检测出Fe3+的现象是溶液变红色;
(2)依据电解原理,氯离子在阳极失电子生成氯气,电极反应为:2Cl--2e-=Cl2↑,氯气具有氧化性,氧化亚铁离子生成铁离子,溶液变黄色,反应的离子方程式为:2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-;
(3)由Ⅱ推测,Fe3+产生的原因还可能是Fe2+在阳极放电,元素化合价升高,依据氧化还原反应分析Fe2+具有还原性;
(4)①电解pH=1的0.1mol/L FeCl2溶液,电解pH=1的NaCl溶液做对照试验,探究氯离子是否放电,需要在Cl-浓度相同的条件下进行,所以氯化钠溶液的浓度为0.2mol/L;②依据检验氯气的实验方法分析,取少量阳极附近的溶液,滴在淀粉碘化钾试纸上,试纸变蓝色证明生成氯气,否则无氯气生成。
考点:考查电解原理、铁的化合物。
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