高中人教版 (2019)第二节 电解池优秀习题课件ppt

第四章化学反应与电能

第二节　电解池

第1课时　电解原理

课后篇素养形成

夯实基础轻松达标

1.下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是(　　)

A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能

B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能

C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能

D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能

解析B项、C项属于电化学反应,一定有电子转移,一定发生氧化还原反应;D项营养物质葡萄糖为人类提供能量的过程,是被O2氧化的过程,发生了氧化还原反应;A项光能转化成电能的过程没有新物质生成,没有发生化学反应,故选A。

答案A

2.关于原电池、电解池的电极名称,下列说法错误的是 (　　)

A.原电池中失去电子的一极为负极

B.电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极

C.原电池中相对活泼的一极为正极

D.电解池中发生氧化反应的一极为阳极

解析根据原电池原理可知,原电池中相对活泼的一极为负极。

答案C

3.用惰性电极电解下列溶液,其中随着电解的进行,溶液pH逐渐减小的是(　　)

①氯化钠溶液　②硫酸铜溶液　③氢氧化钠溶液

④稀硫酸　⑤稀盐酸　⑥硫酸钠溶液

A.①③⑤ B.②④⑤

C.②④ D.②④⑥

答案C

4.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内物质),能够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[Cu(OH)2]

答案B

5.在某电解质溶液里,用M和N作电极,通电一段时间后,发现M极质量减小,N极质量增大,符合这一情况的是(　　)

A.电解质溶液是稀硫酸

B.金属M是阳极,金属N是阴极

C.M和N是石墨电极

D.M是阴极,N是阳极

解析由题意可知,M极溶解,发生氧化反应,为阳极,N极质量增加,故有金属单质在N极上析出,发生还原反应,为阴极,电解质溶液应为金属盐溶液,M应为金属电极。

答案B

6.下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(　　)

A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2

B.NaOH、CuSO4、H2SO4

C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2

D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2

解析电解盐酸的化学方程式为2HClCl2↑+H2↑,电解CuCl2的化学方程式为CuCl2Cu+Cl2↑,A选项错;电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,B选项错;电解NaBr溶液的化学方程式为2NaBr+2H2O2NaOH+H2↑+Br2,D选项错。

答案C

7.如图中,两电极上发生的电极反应为a极:Cu2++2e-Cu;b极:Fe-2e-Fe2+。下列说法不正确的是(　　)

A.装置中电解质溶液一定含有Cu2+

B.该装置一定是化学能转化为电能

C.a、b可能是同种电极材料

D.a极上一定发生还原反应

解析该装置既可构成原电池,又可构成电解池。当构成原电池时,a极材料可以是活动性比铁差的金属或石墨,b极为铁,电解质溶液含Cu2+;当构成电解池时,a极作阴极,b极作阳极且必须是铁电极,电解液中含Cu2+。

答案B

8.用惰性电极电解某溶液时,发现两极只有H2和O2生成,则电解一段时间后,下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有(　　)

①该溶液的pH可能增大　②该溶液的pH可能减小　③该溶液的pH可能不变　④该溶液的浓度可能增大　⑤该溶液的浓度可能不变　⑥该溶液的浓度可能减小

A.只有①②③

B.只有①②③④

C.只有①②③④⑤

D.①②③④⑤⑥

答案C

9.下图为以惰性电极进行电解的装置:

(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应式和总反应方程式:

A:　, 

B:　, 

总反应方程式:　; 

C:　, 

D:　, 

总反应方程式:　; 

(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为　　　　　　　　　　　　　　。 

解析A、B、C、D分别发生如下反应:Cu2++2e-Cu,2Cl--2e-Cl2↑,4Ag++4e-4Ag,2H2O-4e-O2↑+4H+;由电子守恒可知,在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)∶n(Cl2)∶n(Ag)∶n(O2)=2∶2∶4∶1。

答案(1)Cu2++2e-Cu　2Cl--2e-Cl2↑　CuCl2Cu+Cl2↑　4Ag++4e-4Ag　2H2O-4e-O2↑+4H+　4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑

(2)2∶2∶4∶1

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1.如下图所示,甲池的总反应式为N2H4+O2N2+2H2O。下列说法正确的是(　　)

A.甲池中负极上发生的反应为N2H4-4e-N2+4H+

B.乙池中石墨电极上发生的反应为2H2O-4e-O2↑+4H+

C.甲池溶液pH增大,乙池溶液pH减小

D.甲池中每消耗0.1 mol N2H4乙池电极上则会析出6.4 g固体

解析分析题图知,甲是燃料电池,乙是电解池,甲池中电解质溶液为氢氧化钾溶液,则负极不可能生成H+,应该是N2H4-4e-+4OH-N2+4H2O,A项错误。乙池中石墨电极是阳极,发生氧化反应,B项正确。根据甲池总反应式知反应中生成了水,则氢氧化钾溶液的浓度变小,pH减小;乙池中阴极析出铜,阳极OH-放电,乙池的溶液pH减小,C项错误。根据各个电极通过的电量相等知N2H4~2Cu,则甲池中消耗0.1 mol N2H4时乙池电极上会析出12.8 g铜,D项错误。

答案B

2.将等物质的量浓度的CuSO4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pH随时间t变化的曲线正确的是(不考虑Cl2的溶解)(　　)

解析电解分为三个阶段。第一阶段(电解CuCl2溶液):阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极反应式为Cu2++2e-Cu,因Cu2+浓度减小,水解产生的H+浓度减小,溶液pH增大;第二阶段(电解CuSO4溶液):阳极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,阴极反应式为2Cu2++4e-2Cu,溶液中H+浓度增大,溶液pH减小;第三阶段(相当于电解水):阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极反应式为4H++4e-2H2↑,因为水被消耗,使混合溶液酸性增强,溶液pH减小。

答案D

3.下图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是(　　)

A.X是负极,Y是正极

B.Pt是阴极,Cu是阳极

C.CuSO4溶液的pH逐渐减小

D.CuSO4溶液的pH不变

解析b电极附近溶液呈红色,说明b电极处氢离子放电。电解氯化钠溶液时,阳极发生氧化反应产生氯气,阴极发生还原反应产生氢气,同时生成氢氧化钠,因此b电极是阴极,与电源的负极相连,则Y为负极,X为正极;铂电极与电源的正极相连,作阳极,铜电极作阴极;电解硫酸铜溶液时,阳极上氢氧根离子放电,CuSO4溶液的pH减小。

答案C

4.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)

A.待加工铝质工件为阳极

B.可选用不锈钢网作为阴极

C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-Al

D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

解析A项,根据题意“铝表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜”,即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝,因此待加工铝质工件为阳极,A正确;B项,阴极上电极材料本身不反应,只传导电流,可以选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,C错误;D项,电解过程中阴离子移向阳极,即S向阳极移动,D项正确。

答案C

5.将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解,且电解时间足够长。有以下结论:①溶液中几乎没有Br-;②电解质溶液为无色;③最终溶液显碱性;④K+、Na+和S的浓度几乎没有变化。其中正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)(　　)

A.①②③ B.②③④

C.①②④ D.①③④

解析溶液中存在的阴离子有:Cl-、Br-、S、OH-,阳离子有:K+、Cu2+、Na+、H+。因用Pt电极电解足够长的时间,阴离子首先放电的是Br-,其次是Cl-,最后是OH-,S在溶液中不放电;阳离子先放电的是Cu2+,其次是H+。所以先电解CuBr2,阳极逸出Br2,阴极析出Cu,当CuBr2电解完毕时,相当于继续电解HCl(H+来自于水),当Cl-被消耗尽时,则继续电解水。由于Cu2+转化为单质铜,电解液变为无色;Cl-在阳极放电时,水电离出的H+在阴极放电,使溶液中的c(OH-)增大;由于最终水被消耗,c(K+)、c(Na+)和c(S)会增大。

答案A

6.(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

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点附近的电极是阴极,H+放电,溶液中OH-浓度增大,显碱性,故滤纸a点处变红色。

答案AD

7.如图,p、q为直流电源的两极,A由+2价金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B极,同时C、D两极试管中产生气泡。

试回答:

(1)p为　　　　极,A极发生了　　　　反应。 

(2)C为　　　　极,试管里收集到的气体是　　　　;D为　　　　极,试管里收集到的气体是　。 

(3)C极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　。 

(4)当反应进行一段时间后,A、B电极附近溶液的pH　　　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

(5)当电路中通过0.004 mol电子时,B电极上沉积金属X的质量为0.128 g,则此金属的摩尔质量为　。 

解析(1)接通电源,X沉积于B极,说明B为阴极,则A为阳极,故q为负极,p为正极,A上发生氧化反应。

(2)右侧电解池中,C为阳极,C试管内得O2,D为阴极,D试管内得H2。

(4)A极:X-2e-X2+,B极:X2++2e-X,两极附近溶液pH不变。

(5)设X的摩尔质量为M g·mol-1,则

X2+　+　2e-　　X

 2 mol M g

 0.004 mol 0.128 g

得M=64。

答案(1)正　氧化　(2)阳　氧气　阴　氢气

(3)2H2O-4e-4H++O2↑

(4)不变　(5)64 g·mol-1

8.重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过):

制备原理:2Cr(黄色)+2H+Cr2(橙色)+H2O。

(1)通电后阳极室产生的现象为　; 

其电极反应式是　。 

(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4Cr+4H2O2Cr2+4OH-+2H2↑+O2↑,若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4,t min后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2,则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为　　　　;此时电路中转移电子的物质的量为　　　　。 

解析(1)阳极发生氧化反应,溶液中氢氧根离子失去电子生成氧气和水。(2)直接设K2CrO4和K2Cr2O7物质的量分别为x、y,则钾原子的物质的量为2x+2y,铬原子物质的量为x+2y,依据两原子个数比为3∶2,可求出两物质的物质的量之比为2∶1;根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2 mol,又t min后两物质的物质的量之比为2∶1,则铬酸钾的物质的量为0.1 mol,重铬酸钾的物质的量为0.05 mol,根据化学方程式可知,生成0.05 mol的重铬酸钾,反应中转移电子的物质的量为0.05×2 mol。

答案(1)阳极产生无色气体,溶液由黄色逐渐变为橙色　4OH--4e-O2↑+2H2O(或2H2O-4e-O2↑+4H+)　(2)2∶1　0.1 mol

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A、B、C三种强电解质,它们在水中电离出的离子如下表所示:

上图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,电极均为石墨电极。接通电源,经过一段时间后,测得乙中c电极质量增加了16 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间(t)的关系图如上。据此回答下列问题:

(1)M为电源的　　　　(填“正”或“负”)极,电极b上发生的电极反应为　                            。 

(2)计算电极e上生成的气体在标准状况下的体积　　　　。 

(3)写出乙烧杯的电解总反应:                                             　。 

(4)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出,此时电解能否继续进行,为什么? 　              。 

(5)要使丙恢复到原来的状态,操作是                                                           　。 

解析(1)根据乙中c极质量增加说明乙为硫酸铜溶液,c电极为阴极,M为电源负极,再依据pH的变化情况,可知丙为硫酸钾或者硫酸钠,甲为氢氧化钠或者氢氧化钾,电解池甲、丙都相当于电解水。b为阳极,电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑。(2)丙中e电极为阴极,生成的气体为氢气,根据c电极质量增加了16 g,结合电子守恒可以确定,电极e上生成氢气物质的量为0.25 mol,标准状况下为5.6 L。(3)乙中为电解硫酸铜溶液,电解总反应式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。(4)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出,若继续电解则为电解硫酸溶液,电解反应可继续进行,其实质为电解水。(5)要使丙恢复到原来的状态,需要添加水,其物质的量(等于生成氢气的物质的量)为0.25 mol,质量为4.5 g。

答案(1)负　4OH--4e-2H2O+O2↑

(2)5.6 L

(3)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4

(4)能,因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应实质变为电解水的反应

(5)向丙烧杯中加4.5 g水