基础课时落实(七)　电解原理的应用

(建议用时：40分钟)

[基础过关练]

1．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

A　[电解池的阳极发生失电子的氧化反应、阴极发生得电子的还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生反应Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋移动到阴极上发生反应Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的Al不纯。]

2．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是(　　)

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色

D．电解一段时间后，将全部电解质转移到烧杯中充分搅拌后溶液呈中性

B　[电解NaCl水溶液时，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，发生反应：Cl2＋2KI===2KCl＋I2，阳极附近的溶液呈棕色；阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，由于该极H＋放电而促进了水的电离，使阴极附近的溶液中c(OH－)增大，滴入酚酞溶液，阴极附近的溶液呈红色；电解NaCl水溶液的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，最后溶液呈碱性，故正确答案为B。 ]

3．中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种：一是铝的工业制备，二是氯碱工业，三是金属钠的制备。下列关于这三种工业生产的描述中正确的是(　　)

A．电解法制金属钠时，阳极反应式：Na＋＋e－===Na

B．电解法生产铝时，需对铝土矿进行提纯，在提纯过程中应用了氧化铝或氢氧化铝的两性

C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生

D．氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl，在电解时它们的阴极都是Cl－失电子

B　[A项，阴极反应式为Na＋＋e－===Na，错误；B项，氧化铝和氢氧化铝具有两性，在分离提纯时可用NaOH溶液将其溶解，过滤除去难溶物，再将AlO转化成Al(OH)3，Al(OH)3热分解即得Al2O3，正确；C项，阴极产物为H2和NaOH，阳极产物为Cl2，错误；D项，阳极都是Cl－失电子，错误。]

4．用石墨作电极电解下列溶液一段时间后，溶液的pH均增大，再加入一定量括号内的物质，都能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　　)

A．AgNO3(AgNO3)　　 B．NaOH (H2O)

C．KCl (KCl)   D．CuSO4(CuSO4)

B　[A．电解AgNO3溶液，银离子和OH－放电，应加入氧化银恢复原样，故A错误；B．电解NaOH溶液，氢离子和OH－放电，则加入水能恢复原样，故B正确；C．电解KCl溶液，氢离子和氯离子放电，则应通入HCl恢复原样，故C错误；D．电解CuSO4溶液，铜离子和OH－放电，则一段时间后应加入氧化铜能恢复原样，故D错误。]

5．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)

A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变

C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜

D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁

D　[X电极连接电源正极是阳极，Y电极连接电源负极是阴极。氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2，A错误；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，使得溶液中Cu2＋浓度变小，B项错误；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜，C项错误；镁是活泼金属，冶炼金属镁应该电解熔融氯化镁，D项正确。 ]

6．如图甲为锌铜原电池装置，乙为电解熔融氯化钠装置。则下列说法正确的是(　　)

甲　　　　　　　　　　乙

A．甲装置中锌为负极，发生还原反应，铜为正极，发生氧化反应

B．甲装置盐桥的作用是使反应过程中ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性

C．乙装置中铁极的电极反应式为2Na－2e－===2Na＋

D．乙装置中B是氯气出口，A是钠出口

B　[甲装置为原电池，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，A错误；乙装置中铁为阴极，反应式为2Na＋＋2e－===2Na，石墨为阳极，反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A是Cl2出口，B是Na出口，C、D错误。]

7．用石墨作电极电解1 000 mL硝酸钾和硝酸铜的混合溶液，当通电一段时间后，两极都收集到112 mL气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为1 000 mL，则电解后溶液的pH为(　　)

A．4　　　B．3　　　C．2　　　D．1

C　[阳极产生氧气0.005 mol，阴极产生氢气0.005 mol。由2H2O2H2↑＋O2↑可知，阴极产生0.005 mol氢气时，阳极产生氧气0.002 5 mol；由2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑可知，产生n(H＋)＝(0.005 mol－0.002 5 mol)×4＝0.01 mol，c(H＋)＝0.01 mol·L－1，pH＝2。]

8．21世纪是钛的世纪，在800～1 000 ℃时电解TiO2可制得钛，装置如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．a为电源的正极

B．石墨电极上发生还原反应

C．阴极发生的反应为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－

D．每生成0.1 mol Ti，转移0.2 mol电子

C　[由O2－的移动方向可知，b为电源正极，A错误；石墨电极作阳极，发生氧化反应，B错误；每生成0.1 mol Ti，转移电子0.4 mol，D错误。]

9．由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，应用如图所示电解实验可制得白色的纯净的Fe(OH)2沉淀，两电极的材料分别为石墨和铁。

(1)a电极材料应为________________________________________________，

b电极的电极反应式为____________________________________________。

(2)电解液c可以是(　　)

A．纯水   B．NaCl溶液

C．NaOH溶液   D．CuCl2溶液

(3)d为苯，其作用为________________________，在加入苯之前，对c溶液应如何简单处理___________________________。

(4)为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是(　　)

A．改用稀硫酸作电解液

B．适当增大电源的电压

C．适当减小两电极间的距离

D．适当降低电解液的浓度

[解析]　(1)为制得纯净的Fe(OH)2，则阳极Fe放电生成Fe2＋，则a极材料为Fe，b电极为阴极，应为H＋放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。

(2)A项纯水不导电，B、C项H＋放电，D项Cu2＋放电。

(4)在较短时间内看到白色沉淀需增大反应速率，B、C可行。改用稀硫酸不能生成沉淀，降低电解液的浓度减慢反应速率。

[答案]　(1)Fe、2H＋＋2e－===H2↑　(2)BC　(3)隔绝空气，防止生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3　加热c，除去溶解的O2　(4)BC

10．某同学设计了一个燃料电池(如图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

甲　　　　　　　乙　　　　　丙

根据要求回答相关问题：

(1)通入氢气的电极为________(填“正极”或“负极”)，负极的电极反应式为__________________________________________________________________。

(2)石墨电极为________(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，________(填“铁极”或“石墨极”)区的溶液变红。

(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。精铜电极上的电极反应式为____________________________________________________________________

______________________________________________________________。

[解析]　(1)通入氢气的电极为负极；由于电解质溶液是碱性的，所以该电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。

(2)由于铁电极与电源的负极连接，所以铁电极为阴极，石墨电极为阳极；反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，溶液中的H＋在阴极(Fe电极)放电，破坏了附近的水的电离平衡，该区域的溶液显碱性，因此铁极区的溶液变红。

(3)因为粗铜中的锌等活动性比Cu强的杂质金属优先失去电子，而得到电子的只有Cu2＋，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度会减小；精铜电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。

[答案]　(1)负极　H2－2e－＋2OH－===2H2O

(2)阳极　铁极　(3)减小　Cu2＋＋2e－===Cu

[拓展培优练]

11．(易错题)利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是(　　)

A．b为直流电源的正极

B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变

C．阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋

D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室

C　[二氧化硫被氧化为硫酸根离子，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极相连，则b为电源负极，故A错误；将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式发生改变，故B错误；阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故C正确；电解时，阳离子移向阴极，所以H＋由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室，故D错误。]

12．(素养题)常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是(　　)

A．每生成1 mol NCl3，理论上有4 mol H＋经质子交换膜由右侧向左侧迁移

B．可用湿润的淀粉KI试纸检验气体M

C．石墨极的电极反应式为NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋

D．电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH会减小

C　[根据图示信息知道：石墨电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，每生成1 mol NCl3，理论上有6 mol H＋经质子交换膜由右侧向左侧迁移，A错误；Pt是阴极，在阴极上是氢离子得电子的还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，不可用湿润的淀粉KI试纸检验氢气，B错误；石墨电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，C正确；电解过程中，质子交换膜右侧溶液中发生反应：NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，但是产生的氢离子会移向阴极Pt电极，右侧溶液的pH增大，D错误。]

13．四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法不正确的是(　　)

A．N为正极

B．标准状况下制备0.75NA (CH3)4NOH，a、b两极共产生16.8 L气体

C．c、e均为阳离子交换膜

D．b极电极反应式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

B　[电解后左侧(CH3)4NOH溶液由稀变浓，说明a极发生还原反应，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，据此判断a为阴极，b为阳极，所以N为正极，故A正确；b极为OH－放电生成O2：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，标准状况下制备0.75NA (CH3)4NOH，需要阴极提供0.75 mol OH－，转移电子0.75 mol，a、b两极共产生( mol＋ mol)×22.4 L·mol－1＝12.6 L气体，故B错误，D正确；(CH3)4NOH溶液由稀变浓，说明(CH3)4N＋穿过c膜，c膜是阳离子交换膜，NaCl溶液由稀变浓，说明Na＋穿过e膜，e膜是阳离子交换膜，故C正确。]

14．下列有关2个电化学装置的叙述不正确的是(　　)

图Ⅰ

图Ⅱ

A．图Ⅰ，在不改变总反应的前提下，可用 Na2SO4 替换 ZnSO4，用石墨替换Cu棒

B．图Ⅰ，电流形成的完整过程是：负极Zn－2e－===Zn2＋，电子经导线流向正极，正极Cu2＋＋2e－===Cu

C．图Ⅱ，通电后向两极滴加酚酞，左侧变红

D．图Ⅰ，盐桥中Cl－向左侧移动，图Ⅱ，溶液中 Cl－向右侧移动

B　[A．将图Ⅰ中的ZnSO4替换为Na2SO4，对左侧区反应无影响，将Cu棒替换为石墨棒，仍然锌为负极，Cu为正极，故并不改变总反应，故A正确；B．图Ⅰ中电流形成的完整过程是：负极Zn－2e－===Zn2＋，外电路中电子经导线流向正极，正极Cu2＋＋2e－===Cu，内电路的盐桥中的阴离子移向负极，阳离子移向正极，故B错误；C．图Ⅱ中左侧区时阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ，故阴极区显碱性，加酚酞后溶液变红，故C正确；D．图Ⅰ中左侧为负极，故盐桥中Cl－向左侧移动，图Ⅱ中右侧时阳极，故溶液中Cl－向右侧移动，故D正确。]

15．常温下用惰性电极电解200 mL 氯化钠、硫酸铜的混合溶液，所得气体的体积随时间变化如图所示，根据图中信息回答下列问题。(气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化)

(1)曲线_____________________________________________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示阳极产生气体的变化。

(2)氯化钠的物质的量浓度为________，硫酸铜的物质的量浓度为________。

(3)t2时所得溶液的pH为________。

[解析]　(1)阴极上Cu2＋首先放电，故开始时，阴极上无气体生成，故Ⅱ表示阳极产生气体的变化。

(2)0～t1时间内阳极发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，n(Cl2)＝＝0.01 mol，n(NaCl)＝n(Cl－)＝2n(Cl2)＝0.02 mol，c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1；阴极上依次发生反应Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，阳极上依次发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，由图可知V(H2)＝0.672 L，V(Cl2)＝0.224 L，V(O2)＝0.448 L，由得失电子守恒可知×2＋c(Cu2＋)×0.2 L×2＝×2＋×4，解得c(Cu2＋)＝0.1 mol·L－1。

(3)由4OH－～O2～4H＋可得：n(H＋)＝×4＝0.02 mol，则溶液中的c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1。

[答案]　(1)Ⅱ　(2)0.1 mol·L－1　0.1 mol·L－1　(3)1