人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池第2课时课时训练

这是一份人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池第2课时课时训练，共5页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

A 级·基础达标练
一、选择题
1．用铁棒和铜棒做电极，模拟在铁棒上镀铜，实验装置如图所示，下列判断正确的是( A )
A．溶液中阳离子移向b极发生还原反应
B．铜棒的材质必须用纯铜
C．电解一段时间后加Cu(OH)2固体使溶液恢复原来的浓度
D．该实验过程中电解质溶液的pH会不断减小
解析：用电解原理模拟在铁棒上镀铜，则铁为阴极，铜为阳极，即a电极为Cu，b电极为Fe，阴极上铜离子得电子析出铜单质，电解质溶液可为氯化铜、硫酸铜溶液等。电解过程中，a为阳极、b为阴极，溶液中阳离子移向b极发生还原反应生成铜，故A正确；镀层金属作阳极，即b电极常常用纯铜，但也可用混有活泼性大于Cu的金属的铜合金或用混有活泼性小于Ag的金属的铜合金等，故B错误；电镀铜时，铜在阳极失去电子进入溶液中，溶液中的铜离子在阴极得电子生成铜，理论上溶液中各离子的种类和浓度不变，电解一段时间后不需要加Cu(OH)2固体使溶液恢复原来的浓度，故C错误；该实验过程中铜在阳极失去电子进入溶液中，溶液中的铜离子在阴极得电子生成铜，溶液中的各离子的浓度不变，pH不变，故D错误。
2．(2022·广东选择性考试)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( C )
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
解析：根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
3．关于图中电化学装置，有关叙述正确的是( B )
A．装置①的石墨电极上会析出金属钠
B．装置②中随着电解的进行左边电极会产生红色的铜
C．装置③中的离子交换膜为阴离子交换膜
D．装置④的待镀铁制品应与电源正极相连
解析：装置①中阴极上金属离子放电生成单质，即金属单质在铁电极上生成，故A错误；装置②中铜离子在阴极得电子，则随着电解的进行左边电极会产生红色的铜，故B正确；装置③中右边得到浓氢氧化钠溶液，左边得到淡盐水，故钠离子向右移动，所以离子交换膜为阳离子交换膜，故C错误；装置④中，电镀池中，镀层金属作电解池阳极，待镀金属作阴极，则待镀铁制品应与电源负极相连，故D错误。
4．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( C )
A．每生成1 ml NCl3，理论上有4 ml 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NHeq \\al(＋,4)＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋
D．电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH会减小
解析：由图知，石墨电极上反应为NHeq \\al(＋,4)＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，每生产1 ml NCl3，理论上有6 ml H＋由右侧向左侧迁移，A项错误；Pt是阴极，阴极上反应为2H＋＋2e－===H2↑，不可用湿润的淀粉KI试纸检验H2，B项错误；C项正确；电解过程中，每生产1 ml NCl3，同时生成4 ml H＋，理论上有6 ml H＋由右侧向左侧迁移，右侧c(H＋)减小，pH增大，D项错误。
二、非选择题
5．某同学设计一个燃料电池(如下图所示)，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。
(1)通入氢气的电极为_负极__(填“正极”或“负极”)，该电极反应式为 H2－2e－＋2OH－===2H2O 。
(2)石墨电极为_阳极__(填“阳极”或“阴极”)，乙中总反应化学方程式为 2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ ；如果把铁电极和石墨电极交换，乙溶液左侧出现的现象是 溶液中有气泡逸出；起初产生白色沉淀，然后白色沉淀迅速转化为灰绿色，最后转化为红褐色 。
(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_减小__(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)若甲中消耗0.01 ml O2，丙中精铜增重_1.28_g__。
解析：从图中可以看出，甲池为原电池(作电源)，乙池为电解池，丙池为铜的电解精炼。甲池中，通氢气的电极为负极，通氧气的电极为正极；乙池中，Fe电极为阴极，C电极为阳极；丙池中，精铜为阴极，粗铜为阳极。
(1)通入氢气的电极为负极，负极的电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(2)石墨电极为阳极，乙中总反应化学方程式2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；如果把铁电极和石墨电极交换，乙溶液右侧发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，通过阳离子交换膜进入乙池的左侧，在乙池的左侧，发生的反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，所以乙池左侧出现的现象是溶液中有气泡逸出；起初产生白色沉淀，然后白色沉淀迅速转化为灰绿色，最后转化为红褐色。
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中发生的反应为阳极：Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，因为线路中通过电子的物质的量相等，所以随着电解反应的进行，溶液中c(Cu2＋)不断减小。
(4)可通过电子守恒建立以下关系式：O2～4e－～2Cu，m(Cu)＝0.02 ml×64 g·ml－1＝1.28 g。
6．知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。
(1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是_H2__(填化学式)。
(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分NaClO，则c为电源的_负__极；该发生器中反应的总离子方程式为 Cl－＋H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))ClO－＋H2↑ 。
(3)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。如图是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。
①阳极产生ClO2的电极反应式： Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋ 。
②当阴极产生标准状况下112 mL气体时，通过阳离子交换膜的离子的物质的量为_0.01_ml__。
解析：(1)图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极、右边电极是电解池阴极，阴极上氢离子放电生成氢气，所以b气球中的气体是氢气。
(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上氢离子放电生成氢气同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气、上边电极附近有NaOH生成，上边电极生成氢气，为阴极，则c为负极、d为正极；其电池反应式为Cl－＋H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))ClO－＋H2↑。
(3)①由题意可知，氯离子放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成氢离子，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋，在阴极发生2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。②2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－生成氢气物质的量为112×10－3L÷22.4 L·ml－1＝0.005 ml，通过阳离子交换膜的离子为＋1价的离子，故通过阳离子交换膜的离子物质的量为0.01 ml。
B 级·能力提升练
一、选择题
1．在含镍酸性废水中用电解法可以实现铁上镀镍并得到氯化钠，其装置如图所示，下列叙述错误的是( B )
A．待镀铁棒为阴极
B．选用镍棒替换碳棒，镀镍效果更好
C．通电后中间隔室的NaCl溶液浓度增大
D．阳极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
解析：电解装置可实现铁棒镀镍，待镀铁棒作阴极，A项正确；碳棒作阳极为惰性电极，镍棒作阳极为活泼电极，参与电极反应，生成镍离子与OH－反应生成沉淀影响离子交换膜中离子通过，镀镍效果减弱，B项错误；溶液中Cl－向左移，Na＋向右移，中间隔室中NaCl浓度增大，C项正确；阳极发生氧化反应，溶液为NaOH溶液，OH－放电，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，D项正确。
2．水产养殖户常用电解法净化鱼池中的水，其工作原理如图所示。下列说法中正确的是( D )
A．X极是电源的负极，发生氧化反应
B．工作过程中阴极区溶液的pH逐渐减小
C．当电路中转移10 ml e－时，Ⅱ极上产生22.4 L N2
D．Ⅰ极上的电极反应式：C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋
解析：电极Ⅰ是阳极，X是电源正极，A项错误；电极Ⅱ为阴极，电极反应式为2NOeq \\al(－,3)＋10e－＋12H＋===N2＋6H2O，消耗H＋，pH变大，B项错误；由阴极反应式可知，转移10 ml电子，产生1 ml N2，温度、压强不知，气体体积不确定，C项错误；Ⅰ极(阳极)上电极反应为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，D项正确。
3．某大学科研团队，在光电催化体系中，利用双极膜处理烟气中的SO2，工作原理如下图所示，O2在电极上生成一种具有强氧化性的羟基自由基(HO·)，
下列有关说法错误的是( D )
A．该装置把电能和光能转化成化学能
B．阳极电极反应式：SO2－2e－＋4OH－===SOeq \\al(2－,4)＋2H2O
C．该装置处理标准状况下5.6 L SO2时，有0.25 ml H＋透过膜a
D．该装置中总反应方程式：2SO2＋O2＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2H2SO4
解析：根据图示知，该装置为电解池，将电能转化为化学能，左侧电极为SO2转化为SOeq \\al(2－,4)的过程，S元素化合价升高，失电子，作阳极，H2O电离出的OH－经过阴离子交换膜(膜b)进入阳极室，电解池右侧是阴极室，H2O电离出的H＋经过阳离子交换膜(膜a)进入阴极室，氧气在阴极得电子被还原为羟基自由基。该装置为电解池，是将电能和光能转化为化学能，A正确；由图示结合分析知，阳极SO2结合OH－转化为SOeq \\al(2－,4)，对应电极反应为：SO2－2e－＋4OH－===SOeq \\al(2－,4)＋2H2O，B正确；当阳极处理1 ml SO2时，则电路中转移2 ml电子，阴极O2得电子，根据电极反应O2＋2e－＋2H＋===2HO·，知可形成2 ml HO·，2 ml HO·可氧化1 ml SO2，故实际阳极和阴极处理SO2量相等，则当有5.6 L SO2被处理时，实际阳极处理的n(SO2)＝eq \f(\f(5.6 L,22.4 L/ml),2)＝0.125 ml，则电路中转移电子＝2n(SO2)＝2×0.125 ml＝0.25 ml，根据电荷守恒知有0.25 ml H＋经过膜a进入阴极，C正确；由图示知，阴极室发生如下反应：O2＋2e－＋2H＋===2HO·、2HO·＋SO2===2H＋＋SOeq \\al(2－,4)，则阴极室总反应为：O2＋SO2＋2e－===SOeq \\al(2－,4)，阳极反应为：SO2－2e－＋4OH－===SOeq \\al(2－,4)＋2H2O，故该装置总反应方程式为：2SO2＋O2＋4OH－eq \(=====,\s\up7(通电))2SOeq \\al(2－,4)＋2H2O，D错误。
4．基于甲烷蒸汽重整工业制氢面临着大量的“碳排放”，我国科技工作者发明了一种电化学分解甲烷的方法，从而实现了碳和水的零排放方式生产氢气。电化学反应机理如下图所示。下列判断正确的是( B )
A．上述电化学装置中电解质可使用水溶液
B．阳极反应：CH4－4e－＋2O2－===CO2＋2H2
C．O2－既是阴极的生成物，也是阴极的反应物
D．理论上阳极生成1.5 ml气体，电路中转移8 ml电子
解析：O2－在水中不存在，A错误；由Ni—YSZ电极上生成CO2可知，该电极为阳极，是CH4失电子生成CO2，B正确；CO2＋O2－===COeq \\al(2－,3)，该反应不是阴极反应，阴极反应为COeq \\al(2－,3)＋4e－===C＋3O2－，C错误；阳极不仅生成氧化产物CO2，还生成还原产物H2，由阳极反应可知，理论上阳极生成1.5 ml气体(即0.5 ml CO2和1 ml H2)，转移2 ml电子，D错误。
5．采用电渗析法从含NH4NO3的废水中获得化工产品的装置如图所示(不考虑氨水、硝酸挥发)阳膜、阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过。
下列说法不正确的是( A )
A．电子从b极流入C(2)极，经交换膜流向a极
B．Ⅰ、Ⅲ室最终获得的产品分别为浓硝酸、浓氨水
C．C(1)极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
D．若100 mL氨水浓度净增2 ml·L－1，则转移0.2 ml电子
解析：由图可知，NOeq \\al(－,3)、OH－由Ⅱ室向Ⅰ室迁移，C(1)极为阳极，a极为正极；NHeq \\al(＋,4)、H＋由Ⅱ室向Ⅲ室迁移，C(2)极为阴极，b极为负极。电子只在导线上迁移，不能在电解质溶液中迁移，A项错误；C(1)极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，获得硝酸，C(2)极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，获得氨水，B、C两项正确；若100 mL氨水浓度净增2 ml·L－1，则n(NH3·H2O)＝0.1 L×2 ml·L－1＝0.2 ml，由2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑和NHeq \\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O可知，e－～OH－～NH3·H2O，即n(e－)＝0.2 ml，D项正确。
二、非选择题
6．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气和烧碱等化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空：
(1)电解饱和食盐水的离子方程式为 2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 。
(2)氢氧化钠溶液从图_d__(填“a”“b”“c”或“d”)位置流出。
(3)有一种节能的氯碱工业新工艺，将电解池与燃料电池相组合，相关流程如图所示(电极未标出)。
通入氢气的电极的反应式为 H2＋2OH－－2e－===2H2O ，燃料电池中阳离子的移动方向_从左向右__(填“从左向右”或“从右向左”)。电解池中产生2 ml Cl2，理论上燃料电池中消耗O2的物质的量为_1_ml__。a、b、c的大小关系为_c＞a＞b__。
解析：(1)电解饱和食盐水，溶液中的氯离子在阳极失电子生成氯气，氢离子在阴极得到电子生成氢气，阴极附近氢氧根离子浓度增大生成氢氧化钠，反应的离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(2)电解槽中阴极是氢离子放电生成氢气，氢氧根离子浓度增大，生成氢氧化钠溶液，NaOH溶液的出口为d。
(3)根据燃料电池的工作原理：负极是氢气发生失电子的氧化反应，正极是氧气发生得电子的还原反应，则通氢气的电极为负极；原电池中，阳离子交换膜使阳离子通过，阳离子移向正极，从左向右；电解池中产生2 ml Cl2，依据电子守恒，结合电极反应式O2＋4e－＋2H2O===4OH－，4Cl－－4e－===2Cl2↑，计算得到消耗氧气1 ml；燃料电池中的离子交换膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH－，所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即a%小于c%，负极氢气失电子生成氢离子消耗氢氧根离子，所以b%a>b。