化学第3节 电能转化为化学能——电解第2课时课堂检测

课时分层作业(六)　电解原理的应用

 (建议用时：40分钟)

[合格过关练]

1．下列变化过程均与“电”相关，其中需要通电才能进行的是(　　)

①电离　②电解　③电镀　④电泳

A．①②③　　 B．①②④

C．①③④ D．②③④

D　[电离需在水溶液或熔融状态下发生，不需要通电。]

2．(素养题)如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是(　　)

A．通电一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色

B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应

C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝

D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触

D　[蛋壳可以将两极产物分开，防止产物之间发生反应。]

3．下列关于电解精炼铜与电镀的说法正确的是(　　)

A．电解精炼铜时，将电能转化为化学能，电路中每通过2 mol e－，阳极就会溶解64 g铜

B．电解精炼铜时，阳极为粗铜，阴极为精铜，电解过程中电解质溶液不需要更换

C．在铁制器皿上镀铝，熔融氧化铝作电解质，铁制器皿作阴极，铝棒作阳极

D．电镀过程中电镀液需要不断更换

C　[电解精炼铜时，阳极为粗铜，比铜活泼的金属也会反应，电路中每通过2 mol e－，阳极溶解的铜的质量小于64 g，A项错误。电解精炼铜时，比铜活泼的金属在阳极也会失去电子，而阴极上铜离子得到电子转化为铜单质，溶液中的铜离子浓度减小，因此在电解精炼过程中，需要更换电解质溶液，B项错误。电镀过程的实质是在电能的作用下，将阳极上的金属转移到阴极上，因此电镀液不需要更换，D项错误。]

4．若在铜片上镀银时，下列叙述正确的是(　　)

①将铜片接在电源的正极上　②将银片接在电源的正极上　③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag　④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　⑤需用硫酸铜溶液为电镀液　⑥需用硝酸银溶液为电镀液

A．①③⑥　　 B．②③⑥

C．①④⑤ D．②③④⑥

B　[铜片上镀银，铜片作阴极，接电源负极，①错；银片作阳极，接电源正极，②正确；铜电极上，Ag＋得电子析出Ag，③正确；银片是阳极，失电子变成Ag＋落入电解液，④错；需用AgNO3作电镀液，⑥正确，⑤错。正确的为②③⑥。]

5．以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述中正确的是  (　　)

①粗铜与直流电源负极相连　②阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu　③电路中每通过3.01×1023个电子，得到的精铜质量为16 g　④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成“阳极泥”

A．②③　 B．②④

C．③④　　　 D．①③

A　[电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜在阴极析出，单质银不放电，形成阳极泥，没有Ag2SO4。综合上述分析A项正确。]

6．如下图所示，将两烧杯用导线如图相连，Pt、Cu、Zn、C分别为四电极，当闭合开关后，下列叙述中正确的是(　　)

A．Cu极为原电池负极

B．Cu极附近显碱性

C．C极发生氧化反应

D．电子流向为由C极流向Pt极

B　[根据金属活动性及原电池形成条件可判断出右烧杯为原电池，左烧杯为电解池。Zn极作负极，C作正极，Cu作阴极，H＋在阴极放电。Cu极附近显碱性。C极发生还原反应，电子流向为由Pt极流向C极。]

7．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，设计了下列四个方案，你认为可行的方案是(　　)

　A　　　　B　　　　 C　　　　D

C　[要使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，需通过电解装置来实现。B是原电池装置(Fe作原电池的负极，Ag作原电池的正极)，其总反应为Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑；D既不是原电池，也不是电解池；A是电解池装置，但Ag连接在电源的负极上，不会溶解，其实质是电解HCl(2HClH2↑＋Cl2↑)；C是电解池装置，与电源正极连接的Ag失去电子(Ag－e－===Ag＋)，产生的Ag＋立即与溶液中的Cl－结合生成AgCl沉淀，溶液中的H＋在阴极上获得电子产生

H2(2H＋＋2e－===H2↑)，其总反应为2HCl＋2Ag2AgCl＋H2↑。]

8．用惰性电极电解CuSO4溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.010 0 mol，则阴极上析出Cu的质量为(　　)

A．0.64 g   B．1.28 g

C．2.56 g D．5.12 g

B　[用惰性电极电解CuSO4溶液，在阳极上产生的气体为O2，由4OH－－

4e－===2H2O＋O2↑知，产生0.010 0 mol的O2转移0.040 0 mol电子，则根据

Cu2＋＋2e－===Cu可推出应析出0.020 0 mol的铜，其质量为1.28 g。]

9．(双选)在一定温度下，用铂电极电解饱和硫酸钠溶液，对电解质溶液的判断正确的是(　　)

A．有晶体析出   B．浓度变大

C．浓度变小 D．pH不变

AD　[电解Na2SO4溶液实质是电解水，Na2SO4溶液是饱和的，故有晶体析出，溶液浓度不变，溶液呈中性，pH不变。]

10．在水中加入等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，将该溶液放在用惰性电极材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量比为(　　)

A．35.5∶108   B．16∶207

C．8∶1 D．108∶35.5

C　[加入等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，将有氯化银、硫酸铅沉淀生成，此时所得的溶液为硝酸钠溶液。电解该溶液的实质是电解水，阳极发生氧化反应得到氧气，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极发生还原反应得到氢气，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，根据电子守恒得氧化产物(O2)与还原产物(H2)的物质的量之比为1∶2，则质量比为8∶1，C项正确。]

11.已知＋2价的铁的化合物通常具有较强的还原性，易被氧化。实验室用亚铁盐溶液与烧碱反应很难制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，但是用电解的方法可以制得纯净的Fe(OH)2沉淀。制备装置如图所示，其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。

(1)a电极上的反应式为____________________________________________。

(2)电解质溶液d最好选________(填编号)。

A．纯水   B．CuSO4溶液

C．NaOH溶液 D．H2SO4溶液

(3)液体c为________(填编号)。

A．四氯化碳   B．硝基苯

C．苯 D．乙醇

[解析]　(3)四氯化碳、硝基苯密度大于水，应选苯来隔绝空气。

[答案]　(1)Fe－2e－===Fe2＋　(2)C　(3)C

12．电解在化工生产、金属冶炼及科学研究等方面有重要应用。

(1)工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。纯净氧化铝的熔点很高(约2 045 ℃)，在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)在1 000 ℃左右就可以得到熔融体。

①写出电解时阳极的电极反应式：___________________________________

_______________________________________________________________。

②电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是___________________________

_______________________________________________________________。

(2)电解食盐水是氯碱工业的基础。

①电解所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为______、______。电解时，阴极反应的主要产物是_________。

②电解时用盐酸控制阳极区的pH在2～3，用必要的文字和反应方程式说明原因：_______________________________________________________________

____________________________________________________________________。

[解析]　(1)①由电解装置可知，阳极上氧离子失去电子，电极反应2O2－－

4e－===O2↑  ；②阳极上产生氧气，石墨电极被阳极上产生的氧气氧化，故电解过程中作阳极的石墨易消耗。(2)①食盐溶液中混有Mg2＋和Ca2＋，可以利用过量NaOH溶液除去Mg2＋，利用过量Na2CO3溶液除去Ca2＋；电解时，阴极反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极反应的主要产物是NaOH和H2；②电解时用盐酸控制阳极区的pH在2～3，用必要的文字和反应方程式说明原因：Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大H＋和Cl－浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失。

[答案]　(1)①2O2－－4e－===O2↑　②石墨电极被阳极上产生的氧气氧化

(2)①NaOH　Na2CO3　NaOH和H2　②Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大H＋和Cl－浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失

13．如图所示，A为直流电源，B为浸润饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现滤纸B上的c附近显红色。请回答：

(1)电源A中a为______极。

(2)滤纸B上发生的总反应方程式为_______________

______________________________________________________________。

(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通开关K，使c、d短路，则电极e上发生的反应为__________________________________________________________，

电极f上发生的反应为________________________________________________，

槽中盛放的电镀液可以是________或________(要求填两种电解质溶液)。

[解析]　(1)根据c附近显红色可知，该极发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋

2OH－，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a是电源的正极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。(3)电极e为阳极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，阴极铁上镀锌，则阴极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，电解液应为含镀层金属离子的溶液，所以可用ZnSO4溶液或ZnCl2溶液等。

[答案]　(1)正　(2)2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH　(3)Zn－2e－===Zn2＋　Zn2＋＋2e－===Zn　ZnSO4溶液　ZnCl2溶液

[素养培优练]

14．KIO3在工业上可用电解法制取，以石墨和铁为电极，以KI溶液为电解质溶液。在一定条件下电解，总反应式为KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。下列有关说法正确的是(　　)

A．电解时，石墨作阳极，铁作阴极

B．电解时，在阳极上产生氢气

C．电解后得到KIO3产品的步骤：过滤→浓缩→结晶→灼烧

D．电解过程中，每转移0.6 mol电子，理论上可得到0.6 mol无水KIO3晶体

A　[电解过程中，阳极上I－放电生成IO，阴极上H2O电离出的H＋放电生成H2，因此阳极应为惰性电极，A项正确，B项错误。电解后得到KIO3产品的步骤：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，C项错误。1 mol I－生成1 mol IO转移电子6 mol，则每转移0.6 mol电子，理论上可得到0.1 mol无水KIO3晶体，D项错误。]

15．如图所示，三个烧杯中盛有足量的电解质溶液，a、b、c、d、e均为石墨电极，通电一段时间后，a电极上有红色物质析出。下列说法正确的是(　　)

A．e电极上可以析出使湿润的淀粉­KI试纸变蓝的气体

B．c电极周围的溶液变红

C．A烧杯中溶液的pH升高

D．B烧杯中加一定量的KCl固体可使溶液恢复原状

B　[a电极上有红色物质析出，说明a为阴极，则b为阳极，c为阴极，d为阳极，e为阴极，则电解CuCl2溶液时，e电极(阴极)上析出铜，A项错误；c为阴极，c电极附近生成氢氧化钠，可使酚酞试液变红，B项正确；A烧杯中阳极铜被氧化，阴极上析出铜，因此溶液的溶质不变，其pH不变，C项错误；B烧杯中阳极上析出氯气，阴极上析出氢气，因此通入一定量的氯化氢气体可使电解质溶液恢复原状，D项错误。]

16．臭氧是常见的强氧化剂，广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多，其中高压放电法和电解纯水法原理如下图所示，下列有关说法不正确的是(　　)

A．高压放电法，反应的原理为3O22O3

B．高压放电出来的空气中，除含臭氧外还含有氮的氧化物

C．电解时，电极b周围发生的电极反应有3H2O－6e－===O3↑＋6H＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

D．电解时，H＋由电极a经聚合固体电解质膜流向电极b

D　[高压放电法与闪电条件下氧气部分转化为臭氧类似，其反应的原理为3O22O3，因空气中还含有氮气，放电条件下，氮气也能与氧气反应，故有氮氧化物生成，A、B两项均正确；观察题图电解法制臭氧，可发现有氢气放出，必由水还原生成，发生还原反应，故a为阴极；同理，由水生成氧气和臭氧，发生氧化反应，C项正确；因b为阳极，电解质中的阳离子移向阴极，故D项错误。]

17.将物质的量浓度相等的CuSO4溶液和NaCl溶液等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液的pH随时间t的变化曲线如图所示，则下列说法不正确的是

(　　)

A．AB段，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．BC段，阴、阳两极产物的物质的量之比是1∶1

C．整个过程中阳极先产生Cl2，后产生O2

D．CD段，电解总反应为2H2O2H2↑＋O2↑

B　[AB段，阳极上氯离子失去电子有氯气生成，阴极上铜离子得到电子有金属铜生成；BC段，阳极上氢氧根离子失去电子有氧气生成，阴极上铜离子得到电子有金属铜生成，根据电子守恒可知，氧气(阳极产物)与铜(阴极产物)的物质的量之比为1∶2；CD段，阳极上氢氧根离子失去电子有氧气生成，阴极上氢离子得到电子有氢气生成。]

18．全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。

(1)当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为

_______________________________________________________________。

(2)充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由________色变为________色。

(3)放电过程中氢离子的作用是_______________________________________

和_________________________________________________________________；

充电时若转移的电子数为3.01×1023个，左槽溶液中n(H＋)的变化量为________。

[解析]　解本题时需注意电解池内部是离子的定向移动形成的闭合回路，离子的移动会造成溶液中离子物质的量的变化。

(1)由左槽电解液颜色的变化可知，溶液中的VO转化为VO2＋，即V元素的化合价从＋5降低为＋4，VO在左侧电极上发生还原反应，由于电解液是酸性的，因此可以判断该电极上发生的电极反应是VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，同时能判断此时右槽发生的是氧化反应。(2)该装置作为电解池充电时，右侧电极为阴极，V3＋在该电极上得电子转化为V2＋，因此，溶液颜色由绿色变为紫色。(3)在放电过程中，右槽中将发生氧化反应，即左槽中发生还原反应，VO在左侧电极上放电时，H＋参与了反应，氢离子从右槽通过交换膜向左槽移动，使电流通过溶液。在充电时，左槽的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋

2H＋。左槽中每生成2 mol氢离子，伴随有1 mol电子的转移，同时有1 mol氢离子从左槽通过交换膜到达右槽，左槽中氢离子的变化量(增加)是1 mol。因此，当转移的电子数为3.01×1023个时，n(H＋)的变化量为n＝N/NA＝3.01×1023/(6.02×1023) mol＝0.5 mol。

[答案]　(1)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 　(2)绿　紫　(3)参与正极反应　通过交换膜定向移动使电流通过溶液　0.5 mol