高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化第3课时练习

第3课时　电解池的工作原理及应用(一)

基础巩固

1.下列关于电解池工作原理的说法中,错误的是(　　)。

A.电解池是一种将电能转化成化学能的装置

B.电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应

C.电解池工作时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应

D.电解池放电时,电极本身不会参加电极反应

答案:D

2.用石墨电极电解CuCl2溶液如图所示。下列分析正确的是(　　)。

A.a端是直流电源的负极

B.通电使CuCl2发生电离

C.阳极上发生的反应为Cu2++2e-Cu

D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体

答案:A

解析:根据溶液中离子移动的方向,Cu2+移向的一极是阴极,则a端是直流电源的负极;Cl-移向的一极是阳极,b端是直流电源的正极,A项正确。CuCl2电离的条件是溶于水或受热熔化,B项错误。阴极反应是Cu2++2e-Cu,阳极反应是2Cl--2e-Cl2↑,C、D项错误。

3.如图所示,铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里,电流表中有电流通过。下列说法正确的是(　　)。

A.锌片是负极

B.两个铜片上都发生氧化反应

C.石墨是阴极

D.两个番茄都形成原电池

答案:A

解析:根据图示可推知左侧为原电池,其中Zn作负极,Cu作正极,Cu片上发生还原反应;右侧为电解池,其中Cu为阴极,Cu片上发生还原反应,石墨为阳极,石墨上发生氧化反应。

4.用石墨作电极,电解碘化钾溶液(含有少量酚酞和淀粉)。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减小

答案:D

解析:用石墨作电极,电解碘化钾溶液,离子放电(失电子)顺序I->OH-,阳极反应式为2I--2e-I2,阳极附近溶液变蓝色;离子放电(得电子)顺序H+(水)≫K+,阴极反应式为2H++2e-H2↑,阴极有氢气逸出,阴极附近溶液中氢氧根离子浓度增大而呈碱性,溶液变红色。

5.为使反应Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑能够发生,下列设计方案正确的是(　　)。

A.用铜片作负极,石墨电极作正极,氯化钠溶液为电解质溶液构成原电池

B.用铜片作电极,外接直流电源电解硫酸铜溶液

C.用铜片作阳极,铁片作阴极,电解硫酸钠溶液

D.用铜片作阴、阳电极,电解稀硫酸

答案:C

解析:该反应为不能自发进行的氧化还原反应,必须设计为电解池才能发生。阳极为Cu放电,阴极为H+放电,即用Cu作阳极,电解质溶液中为H2O放电,C项符合要求。

6.下列有关两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溶液替换ZnSO4溶液,用石墨电极替换Cu电极

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

C.图Ⅱ,通电后向两极区溶液中滴加酚酞溶液,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

答案:B

解析:将图Ⅰ中的ZnSO4溶液替换为Na2SO4溶液,对左侧烧杯中的反应无影响,将Cu电极替换为石墨电极,仍然是锌为负极,石墨电极为正极,故并不改变总反应,A项正确。图Ⅰ中电流形成的完整过程是负极发生反应Zn-2e-Zn2+,外电路中电子经导线流向正极,正极发生反应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,B项错误。图Ⅱ中左侧是阴极区,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,故阴极区溶液显碱性,滴加酚酞溶液后,溶液变红,C项正确。图Ⅰ中左侧Zn电极为负极,故盐桥中Cl-向左侧移动,图Ⅱ中右侧石墨电极是阳极,故溶液中Cl-向右侧移动,D项正确。

7.用石墨作电极,电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示,通电后在石墨电极X和Y附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是(　　)。

A.逸出气体的体积:X电极<Y电极

B.一电极上逸出无味气体,另一电极上逸出刺激性气味气体

C.X电极附近呈红色,Y电极附近呈蓝色

D.电解一段时间后,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性

答案:D

解析:电解Na2SO4溶液实质是电解水,在Y电极上OH-放电,产生O2,Y电极附近c(H+)>c(OH-),石蕊溶液变红;在X电极上H+放电产生H2,X电极附近c(OH-)>c(H+),石蕊溶液变蓝,C项错误,D项正确;X电极上产生的氢气体积大于Y电极上产生的氧气体积,A、B项错误。

8.H3PO2可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):

(1)写出阳极的电极反应式: 　　　　　　　　　。 

(2)分析产品室可得到H3PO2的原因:  　  　　　　　　　　　。 

(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有　　　　杂质,该杂质产生的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)2H2O-4e-O2↑+4H+

(2)阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2P穿过阴膜扩散至产品室,两者反应生成H3PO2

(3)P　H2P或H3PO2被阳极产生的O2氧化

解析:(1)阳极发生氧化反应,在反应中H2O失去电子,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+。(2)H2O放电产生H+,H+进入产品室,原料室的H2P穿过阴膜扩散至产品室,两者发生反应:H++H2PH3PO2。(3)如果撤去阳膜,H2P或H3PO2可被阳极产生的O2氧化。

能力提升

1.某研究小组在电压为24 V时进行如下实验,电解3分钟后,发现下列现象。

下列说法正确的是(　　)。

A.①中小灯泡微亮是因为Ca(OH)2是弱电解质

B.对比①和②,白色浑浊的出现与电极材料无关

C.对比①和③,白色浑浊是由于OH-迁移到阳极使Ca(OH)2沉淀析出

D.阳极附近白色沉淀的成分可能是CaCO3

答案:D

解析:①中小灯泡微亮是因为Ca(OH)2在水中溶解度小,实质上Ca(OH)2溶于水完全电离,属于强电解质,A项错误。对比①和②,电极材料不同,白色浑浊的出现可能与材料有关。对于①阳极上溶液中OH-失去电子,发生氧化反应,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,O2可能与石墨电极发生反应产生CO2,CO2与溶液中Ca(OH)2反应产生CaCO3白色沉淀,B项、C项错误,D项正确。

2.(双选)用惰性电极电解足量下列溶液,一段时间后,再加入一定质量的另一种物质(括号内),溶液能与原来溶液完全一样的是(　　)。

A.CuCl2(CuCl2溶液)

B.NaOH(H2O)

C.NaCl(HCl气体)

D.CuSO4[Cu(OH)2]

答案:BC

解析:电解氯化铜溶液时,阳极放出氯气,阴极生成金属铜,所以应加氯化铜固体使电解质溶液复原,A项错误。电解NaOH溶液时,阳极产生氧气,阴极产生氢气,本质为电解水,所以应加水使电解质溶液复原,B项正确。电解氯化钠溶液时,阳极产生氯气,阴极产生氢气,所以应加氯化氢使电解质溶液复原,C项正确。电解硫酸铜溶液时,阳极产生氧气,阴极产生金属铜,所以应加氧化铜使电解质溶液复原,D项错误。

3.(双选)将如图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是(　　)。

A.Cu电极上发生还原反应

B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C.片刻后甲池中c(S)增大

D.片刻后可观察到滤纸a点处变红色

答案:AD

解析:A项,K闭合后,Zn作原电池的负极,Cu作原电池的正极,Cu电极上发生还原反应;B项,电子流向为Zn→a、b→Cu,a、b之间无电子流动;C项,甲池中S浓度基本保持不变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动;D项,滤纸a点处位于阴极区,H2O电离出的H+放电,溶液中OH-浓度增大,显碱性,故滤纸a点处变红色。

4.KIO3可采用电解法制备,装置如图所示。下列叙述正确的是(　　)。

A.通电后阴极的电极反应式2H2O+2e-2OH-+H2↑

B.电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+,其迁移方向是从右到左

C.电解过程中阳极附近pH增大

D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的KIO3生成

答案:A

解析:根据装置图可知惰性电极b与电源的负极连接,作阴极,阴极上阳离子放电,由于溶液中离子放电能力H+>K+,所以阴极的电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,A项正确;电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+,其迁移方向是从左到右,B项错误;在电解过程中,阳极上发生反应I2-10e-+12OH-2I+6H2O,阳极区c(OH-)逐渐降低,溶液的pH减小,C项错误;根据阳极的电极反应式可知,每转移10mol电子,反应产生2molKIO3,则转移1mol电子时,产生0.2mol的KIO3,D项错误。

5.如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒,Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后,发现d附近溶液显红色。

(1)①b为电源的　　　　(填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极。 

②Z池中e为　　　　极。 

③连接Y、Z池线路,电子流动的方向是d　　　　(用“→”或“←”填空)e。 

(2)①写出c极的电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②写出Y池中总反应的化学方程式: 　 　　　　　　　　　　　　　。 

③写出Z池中e极的电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)①负　②阳　③←

(2)①2Cl--2e-Cl2↑　②2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑　③Cu-2e-Cu2+

解析:d极附近溶液显红色,说明d为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,c为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,Y池电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑;直流电源中a为正极,b为负极,Z池中f为阴极,e为阳极,f极、e极的电极反应式分别为Cu2++2e-Cu、Cu-2e-Cu2+,电子流动方向由e→d。