基础课时落实(六)　电解池的工作原理

(建议用时：25分钟)

[基础过关练]

1．用石墨作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是(　　)

A．石墨电极周围有大量的钠离子

B．铁棒质量增加

C．电子通过熔融电解质流向铁棒

D．阴极发生氧化反应

B　[氯离子移向阳极，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；钠离子移向阴极，发生还原反应：2Na＋＋2e－===2Na。]

2．下列说法中正确的是(　　)

A．电解氯化铜溶液就是氯化铜的电离

B．电解氯化铜溶液是化学变化，不通电也能发生

C．氯化铜溶液是电解质

D．电解是最强的氧化还原手段，不能自发进行的氧化还原也可以发生

D　[A．电解氯化铜溶液是通过外加直流电源使溶液中的阴阳离子定向移动，并在电极上发生氧化还原反应的过程；氯化铜的电离是指氯化铜变成铜离子和氯离子的过程，故A错误；B．电极氯化铜溶液需要外加直流电源，故B错误；C． 氯化铜溶液是混合物，电解质是指在熔融状态或在水溶液中导电的化合物，故C错误；D． 电解反应是在外加电源强迫下的氧化还原反应，不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现，故D正确。]

3．将直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是(　　)

D　[阳极据放电顺序发生的电极反应为2I－－2e－===I2，I2遇淀粉变蓝；阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，使石蕊溶液变蓝。]

4．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是(　　)

A．该装置可能是原电池，也可能是电解池

B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极

C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸

D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸

B　[铜和盐酸或稀硫酸不能自发地进行氧化还原反应，铜和硝酸能自发地进行氧化还原反应，但生成的气体是氮氧化物而不是氢气，所以该反应只能是电解池反应而不是原电池反应，该装置只能构成电解池不能构成原电池；该电解池中，铜作阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得电子发生还原反应，所以该电解池的阳极必须是铜电极，故答案选B。]

[拓展培优练]

5．如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是(　　)

A．该过程是电能转化为化学能的过程

B．铜电极的电极反应式为CO2＋8HCO＋8e－===CH4＋8CO＋2H2O

C．一段时间后，①池中n(KHCO3)不变

D．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降

C　[该装置连接有电源，则该过程是电能转化为化学能的过程，A项正确；二氧化碳转化为甲烷的反应过程中，碳元素的化合价降低，在铜电极上发生还原反应，电极反应式为CO2＋8HCO＋8e－===CH4＋8CO＋2H2O，B项正确；由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗，故一段时间后，碳酸氢钾的物质的量减少，C项错误；①池中的铜电极为阴极，发生还原反应，②池中的铂电极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，该过程中有H＋生成，故溶液的pH下降，D项正确。]

6．(素养题)载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－。下列判断错误的是(　　)

A．上述电化学装置相当于电解池

B．上述装置进行的总反应为2CO2===2CO＋O2

C．反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强

D．失电子的电极发生的反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2

C　[该电池是利用电能转化为化学能，符合电解池原理，所以题述电化学装置相当于电解池，故A正确；该电池中，阴极的电极反应式为2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－，阳极上OH－失电子生成氧气，得失电子数相同条件下，将两个电极反应式相加即得电池总反应式：2CO2===2CO＋O2，故B正确；阴极反应生成的OH－在阳极完全反应，电池总反应为2CO2===2CO＋O2，所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液的碱性不变，故C错误；阳极上OH－失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2，故D正确。]

7．某化学兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合K时，观察到电流表的指针发生了偏移。

请回答下列问题：

(1)乙装置的名称是____________；Zn为____________极。

(2)写出电极反应：Cu极：__________；石墨棒极：________。

(3)当甲中产生0.1 mol气体时，乙中产生的气体在标准状况下的体积应为_____________。

(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，闭合K一段时间后，乙中溶液的颜色___________(填“变深”、“变浅”或“无变化”)。

(5)若乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，闭合K一段时间后，甲中溶液的pH将___________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)；乙中溶液的pH将___________。

甲　　　　　　乙

[解析]　(1)由图中的铜、锌两种电极和电解质稀硫酸和闭合电路知：该装置为原电池，Zn活泼，则Zn作负极，Cu作正极，则乙装置为电解池，石墨棒极与负极相连为阴极，Pt极与正极相连为阳极。

(2)甲装置为原电池，Cu极为正极，正极上氢离子得电子，正极上的反应为：2H＋＋2e－===H2↑，乙装置为电解池，石墨棒极与负极相连为阴极，阴极上铜离子得电子，则电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。

(3)根据原电池、电解池中电子守恒，当甲中产生0.1 mol气体时，甲中2H＋＋2e－===H2↑，则转移0.2 mol电子，连接电源负极的石墨棒极为电解池的阴极，转移0.2 mol电子，根据Cu2＋＋2e－===Cu，乙中析出铜的物质的量为0.1 mol，电解池的阳极上发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，则生成气体为0.1 mol，其在标准状况下的体积为2.24 L。

(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，则为电镀池，阳极铜失电子生成铜离子，阴极铜离子得电子生成铜单质，则溶液中铜离子的浓度不变，所以溶液的颜色不变。

(5)甲中发生的反应为Zn与氢离子的反应，反应消耗氢离子，则pH增大，乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，则乙中电解NaCl溶液生成氢氧化钠，所以溶液的pH增大。

[答案]　(1)电解池　负

(2)2H＋＋2e－===H2↑　Cu2＋＋2e－===Cu

(3)2.24 L

(4)无变化

(5)增大　增大

8．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：

图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。

图1　　　　　　　　图2

接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题：

(1)M为电源的________(填“正”或“负”)极，电极b上发生的电极反应为______________________________________________________________。

(2)写出乙烧杯中的电池反应方程式： ____________________________

_____________________________________________________________。

(3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？____________________________________________________________

_____________________________________________________________。

(4)若经过这一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是

________________________________________________________________。

[解析]　(1)乙中c电极质量增加，则c处发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，即c电极为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。而Cu2＋只能和SO结合，可以确定B为硫酸铜；由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定A为KOH或NaOH，C为Na2SO4或K2SO4。甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(2)乙烧杯中是电解CuSO4溶液，电池反应方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。(3)乙中铜全部析出后，电解质变为H2SO4，所以电解反应仍能继续进行。

[答案]　(1)负　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

(2)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4

(3)能，因为硫酸铜溶液已转变为硫酸溶液，反应变为电解水的反应

(4)向丙烧杯中加入一定量水