高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池第2课时同步训练题

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池第2课时同步训练题，共15页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
十九 电解原理的应用


(40分钟 70分)


一、选择题(本题包括6小题,每小题8分,共48分)


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


【解析】选A。活泼电极(除C、Pt外的电极称活泼电极)在阳极失电子被氧化,A中铁放电,不是电解Al2O3,D中锌放电产生Zn2+,补充Zn2+。B、C中阴极不参加反应。


2.(2020·福州高二检测)如图为电解饱和食盐水装置,下列有关说法不正确的是


( )





A.左侧电极上发生氧化反应


B.右侧生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝


C.电解一段时间后,B口排出NaOH溶液


D.电解饱和食盐水的离子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑


【解析】选B。电解池阳极A发生氯离子失去电子的氧化反应:2Cl――2e-


Cl2↑,即左侧电极上发生氧化反应,故A正确;阴极B发生氢离子得到电子的还原反应:2H++2e-H2↑,生成的是氢气,不是氯气,不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,故B错误;阴极B发生2H++2e-H2↑,水的电离平衡被破坏,生成NaOH,因此电解一段时间后,B口排出NaOH溶液,故C正确;电解饱和食盐水时,电解池阳极A发生2Cl――2e-Cl2↑,阴极B发生2H++2e-H2↑,因此电解的总反应为2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-,故D正确。


3.(2020·合肥高二检测)臭氧有很多实用特性,其强氧化性常用于消毒杀菌和防腐保鲜。目前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图所示。下列说法中错误的是( )





A.两种方法都是将电能转化为化学能


B.高压放电法和电解纯水法相比,会产生污染性的NOx气体


C.电解纯水时,阳极发生的电极反应为3H2O-6e-O3↑+6H+


D.电解纯水时,H+由电极b流向电极a


【解析】选B。两种方法均有外接电源,则都是将电能转化为化学能,故A正确;高压放电法利用干燥O2在放电的情况下生成O3,发生的反应为3O22O3,无污染性的NOx气体产生,故B错误;电解纯水时,阳极发生氧化反应,电极反应为3H2O-6e-O3↑+6H+,故C正确;电解纯水时,电极b上产生O3,则电极b为阳极,电解池工作时H+由阳极(电极b)流向阴极(电极a),故D正确。


4.(2019·临沂高二检测)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 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N+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】选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N+3Cl--6e-NCl3+4H+,每生成1 ml NCl3,理论上有6 ml 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N+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:N+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。


【补偿训练】


(2019·石家庄高二检测)一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是( )





A.a为直流电源的正极


B.阴极反应式为2H++2e-H2↑


C.工作时,乙池中溶液的pH不变


D.若有1 ml离子通过A膜,理论上阳极生成0.25 ml气体


【解析】选D。电解目的为制备高纯铬,则Cr电极应该是阴极,即a为直流电源的负极,A项错误;阴极反应式为Cr3++3e-Cr,B项错误;工作时,甲池中硫酸根移向乙池,丙池中氢离子移向乙池,乙池中硫酸浓度增大,溶液的pH减小,C项错误;若有1 ml离子通过A膜,即丙池产生1 ml氢离子,则理论上阳极生成0.25 ml氧气,D项正确。


5.(2020·梧州高二检测)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( )





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-+6H2O6CO2↑+24H+


【解析】选D。X端连接的电极上,在微生物作用下,C6H12O6失电子发生氧化反应生成CO2,为电解池的阳极,则X是电源的正极,故A错误;Ⅱ为电解池的阴极,在微生物作用下,硝酸根离子在阴极上得电子发生还原反应,生成了氮气,电极反应式为2N+10e-+12H+N2↑+6H2O,反应消耗H+,阴极区溶液的pH逐渐增大,故B错误;未明确是否为标准状况,无法计算Ⅱ极上产生N2的体积,故C错误;Ⅰ为电解池的阳极,在微生物作用下,C6H12O6在阳极上失电子发生氧化反应生成CO2,电极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O6CO2↑+24H+,故D正确。


6.(2020·太原高二检测)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( )





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】选B。在电镀池中,铁为镀件,作阴极,故A正确;如果选用镍棒替换碳棒,镍为活性电极,作阳极时,镍会溶解,生成的镍离子与氢氧化钠反应生成沉淀,影响离子交换膜中离子的通过,镀镍效果减弱,故B错误;随着电解的进行,阳极区氢氧根离子放电,多余的钠离子通过阳离子交换膜移向中间隔室,阴极区的镍离子放电,多余的氯离子通过阴离子交换膜移向中间隔室,中间隔室的氯化钠溶液浓度增大,故C正确;阳极发生氧化反应,溶液中的氢氧根离子放电生成氧气,电极反应为4OH- -4e-O2↑+2H2O,故D正确。


【补偿训练】


(2020·漳州高二检测)利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是( )





A.氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到氢氧化钠


B.铜的精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4


C.海水提镁中,X、Y均为石墨,Z为MgCl2溶液


D.电镀工业中,X是镀层金属,Y是待镀金属


【解析】选D。A.氯碱工业上,用惰性电极电解饱和氯化钠溶液,阴极附近得到氢氧化钠,即Y附近能得到氢氧化钠,故A错误;B.铜的精炼中,粗铜作阳极X,纯铜作阴极Y,硫酸铜溶液作电解质溶液,故B错误;C.海水提镁中,X、Y均为石墨,电解熔融的氯化镁,故C错误;D.电镀工业上,Y是待镀金属,X是镀层金属,故D正确。


二、非选择题(本题包括2小题,共22分)


7.(10分)(2020·成都高二检测)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____________(填“正极”或“负极”),该电极反应式为___________________________。


(2)石墨电极为____________(填“阳极”或“阴极”),乙中总反应化学方程式为___________________________ ___;


如果把铁电极和石墨电极交换,乙溶液左侧出现的现象是________________。


(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”)。


(4)若甲中消耗0.01 ml O2,丙中精铜增重____________。


【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为2NaCl+2H2O2NaOH+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+2H2O4Fe(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。


答案:(1)负极 H2-2e-+2OH-2H2O


(2)阳极 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑


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)减小 (4)1.28 g


8.(12分)(2020·石家庄高二检测)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_________(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_________极;该发生器中反应的总离子方程式为___


___________________。


(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: ___________________________。


②当阴极产生标准状况下112 mL气体时,通过阳离子交换膜离子的物质的量为____________。





【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-+H2OClO-+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-+2H2OClO2↑+4H+,在阴极发生2H++2e-H2↑。②2H++2e-H2↑生成氢气物质的量为112×10-3 L÷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。


答案:(1)H2 (2)负 Cl-+H2OClO-+H2↑


(3)①Cl--5e-+2H2OClO2↑+4H+


②0.01 ml


(20分钟 30分)


一、选择题(本题包括1小题,共10分)


9.(2019·深圳高二检测)电解法处理CO2和SO2混合污染气的原理如图所示,电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐,通电一段时间后,Ni电极表面形成掺杂硫的碳积层。下列说法错误的是( )





A.Ni电极表面发生了还原反应


B.阳极的电极反应为2O2--4e-O2↑


C.电解质中发生的离子反应有2SO2 +4O2-2S


D.该过程实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环


【解析】选C。由图可知,Ni电极表面发生了S转化为S,C转化为C的反应,为还原反应;SnO2电极上发生了2O2--4e-O2↑,为氧化反应,所以Ni电极为阴极,SnO2电极为阳极,据此分析解答。A.由图示原理可知,Ni电极表面发生了还原反应,故A正确;B.阳极发生失电子的氧化反应,电极反应为2O2--4e-O2↑,故B正确;C.电解质中发生的离子反应有2SO2 +O2+2O2-2S和CO2 +O2-C,故C错误;D.该过程中在S和C被还原的同时又不断生成S和C,所以实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环,故D正确。


【补偿训练】


1.(2020·北京朝阳区高二检测)在不同电压下用惰性电极电解饱和NaCl溶液制备少量NaClO,实验结果如下:





下列分析不正确的是( )


A.①、②、③中,a极均发生了还原反应


B.①、②、③中均能发生Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O


C.电解时OH-由b极向a极移动


D.不宜采用实验③的电压制备NaClO


【解析】选C。根据图示可知a电极为阴极,溶液中的阳离子H+在阴极上获得电子,发生还原反应,A正确;在a电极溶液中的H+获得电子,变为H2逸出,附近溶液中OH-增多阴极产生NaOH,在阳极b电极上溶液中阴离子Cl-失去电子变为Cl2,Cl2与溶液中的NaOH发生反应:Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,B正确;电解时阴离子OH- 向正电荷较多的阳极移动,即会由a极向b极移动,C错误;实验③电压高,电流大,反应速率快,反应产生的氯气未能与NaOH溶液反应,就会从溶液中逸出,所以不能采用该电压制备NaClO,D正确。


2.(2020·南昌高二检测)科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如图所示,用Cu-Si合金作硅源,在950 ℃利用三层液熔盐进行电解精炼,有关说法不正确的是( )





A.电子由液态Cu-Si合金流出,从液态铝电极流入


B.液态铝电极与负极相连,作为电解池的阴极


C.在该液相熔体中Cu优先于Si被氧化,Si4+优先于Cu2+被还原


D.三层液熔盐的作用是增大电解反应的面积,提高沉硅效率


【解析】选C。由图可知该装置为电解池,Si4+在液态铝电极得电子转化为Si,所以液态铝电极为阴极,连接电源负极,则Cu-Si合金所在电极为阳极,与电源正极相接,三层液熔盐在电解槽中充当电解质,可以供离子自由移动,并增大电解反应面积,提高硅沉积效率。A.液态铝为阴极,连接电源负极,所以电子流入液态铝,液态Cu-Si合金为阳极,电子由液态Cu-Si合金流出,故A正确;B.铝电极上Si4+得电子还原为Si,故该电极为阴极,与电源负极相连,故B正确;C.电解池的阳极上Si失电子转化为Si4+,阴极反应为Si4+得电子转化为Si,所以Si优先于Cu被氧化,故C错误;D.使用三层液熔盐可以有效增大电解反应的面积,使单质硅高效率在液态铝电极上沉积,故D正确。


二、非选择题(本题包括1小题,共20分)


10.(2020·青岛高二检测)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 ___________________________。


(2)氢氧化钠溶液从图____________(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 _____________________,


燃料电池中阳离子的移动方向__________________(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____________。a、b、c的大小关系为____________。





【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-+2H2O2OH-+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-+2H2O4OH-,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


【补偿训练】


甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。


如图是甲醇燃料电池工作的示意图,其中A、B、D均为石墨电极,C为铜电极。工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同。





(1)甲中负极的电极反应式为___________________________________。


(2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为____________。





(3)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图,则图中②线表示的是____________的变化;反应结束后,要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀,需要____________mL 5.0 ml·L-1 NaOH溶液。


【解析】两种计算关系模型(以4e-为基准):


4e-～





(1)甲醇燃料电池是原电池反应,甲醇在负极失电子发生氧化反应,电极反应为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O。


(2)工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同,分析电极反应,B为阴极,溶液中铜析出,氢离子得到电子生成氢气,设生成气体物质的量为x,溶液中铜离子物质的量为0.1 ml,电极反应为


Cu2+ + 2e- Cu,


0.1 ml 0.2 ml


2H+ + 2e- H2↑,


2x x


A电极为阳极,溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气,电极反应为


4OH--4e-2H2O+O2↑,


4x x


得到0.2+2x=4x,x=0.1 (ml)


乙中A极析出的气体是氧气,物质的量为0.1 ml,在标准状况下的体积为


2.24 L。


(3)根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化,可知,铜离子从无到有逐渐增多,铁离子物质的量逐渐减小,亚铁离子物质的量逐渐增大,①为Fe3+,②为Fe2+,③为Cu2+,依据(2)计算得到电子转移为0.4 ml,当电子转移为


0.4 ml时,丙中阳极电极反应为Cu-2e-Cu2+,生成Cu2+物质的量为0.2 ml,由图像分析可知:反应前,丙装置中n(Fe3+)=0.4 ml,n(Fe2+)=0.1 ml,当电子转移0.4 ml时,Fe3+完全反应,生成0.4 ml Fe2+,则反应结束后,Fe2+的物质的量为


0.5 ml,Cu2+的物质的量为0.2 ml,所以需要加入NaOH溶液1.4 ml,所以NaOH溶液的体积为1.4 ml÷5 ml·L-1=0.28 L=280 mL。


答案:(1)CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O


(2)2.24 L (3)Fe2+ 280








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实验
①
②
③
电压
U1
U2
U3
现象
a极产生少量气泡,b极无明显气泡
a极产生较多气泡,b极产生少量气泡
a极产生大量气泡,b极逸出大量黄绿色气体