人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池获奖习题课件ppt

第四章化学反应与电能

第二节　电解池

第2课时　电解原理的应用

课后篇素养形成

夯实基础轻松达标

1.某同学设计如图所示装置,探究氯碱工业原理,下列说法正确的是

(　　)

A.石墨电极与直流电源负极相连

B.用湿润淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体,试纸变蓝色

C.氢氧化钠在石墨电极附近产生,Na+向石墨电极迁移

D.铜电极的反应式为2H++2e-H2↑

解析若Cu电极所连的是直流电源的正极,则Cu是阳极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,不符合氯碱工业原理,故石墨电极与直流电源正极相连,A项错误;阴极(Cu极)反应为2H++2e-H2↑,阳极(石墨极)反应为2Cl--2e-Cl2↑,故用湿润淀粉KI试纸在石墨电极附近检验气体,试纸变蓝,发生反应Cl2+2KI 2KCl+I2,故B项错误、D项正确;Cu电极附近H+减少生成OH-,Na+向Cu电极迁移,故C项错误。

答案D

2.关于电镀铜和电解精炼铜,下列说法中正确的是(　　)

A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极

B.电解液的成分都保持不变

C.阳极反应都只有Cu-2e-Cu2+

D.阴极反应都只有Cu2++2e-Cu

解析A项,电镀时镀件作阴极;B项,电解精炼铜时电解液成分改变;C项,电解精炼铜时,杂质若有比铜活泼的金属Zn等,则还会发生Zn-2e-Zn2+等反应。

答案D

3.某同学为了使反应2HCl+2Ag2AgCl+H2↑能进行,设计了下列四个方案,你认为可行的方案是(　　)

解析要使反应2HCl+2Ag2AgCl+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+2HClFeCl2+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↑。

答案C

4.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。通电时,为使Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是(　　)

A.a为正极,b为负极;消毒液主要成分为NaClO和NaCl

B.a为负极,b为正极;消毒液主要成分为NaClO和NaCl

C.a为阳极,b为阴极;消毒液主要成分为HClO和NaCl

D.a为阴极,b为阳极;消毒液主要成分为HClO和NaCl

解析制取消毒液的有关反应有2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,因阳极生成Cl2,阴极生成NaOH,为使二者充分反应,Cl2应在下端产生,从而推知电源b为正极,a为负极,消毒液的主要成分是NaClO和NaCl。

答案B

5.某同学欲在铜钥匙上镀锌,有关说法正确的是(　　)

A.用铜钥匙作阳极,石墨棒作阴极,CuSO4溶液做电解质溶液

B.Zn与铜钥匙用导线相连插入ZnSO4溶液中

C.Zn作阳极,铜钥匙作阴极,ZnSO4溶液作电镀液电解

D.在电镀过程中溶液中的Zn2+浓度减小,Cu2+浓度增大

解析锌为镀层金属,需作阳极,铜钥匙为镀件,需作阴极,含有镀层金属离子的溶液作电解液。

答案C

6.如图所示的A、B两个电解池中的电极均为金属铂,在A池中加入足量的0.05 mol·L-1的CuCl2溶液,在B池中加入足量的0.1 mol·L-1的AgNO3溶液,进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是              (　　)

A.2∶2∶4∶1 B.1∶1∶2∶1

C.2∶1∶1∶1 D.2∶1∶2∶1

解析由电解原理可知:a、c为阴极,b、d为阳极。a极上析出Cu,b极上析出Cl2,c极上析出Ag,d极上析出O2。由电子守恒可得出:2e-~Cu~Cl2~2Ag~O2,所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为2∶2∶4∶1。

答案A

7.两个装置中,液体体积均为200 mL,开始工作前电解质溶液的浓度均为0.5 mol·L-1,工作一段时间后,测得有0.2 mol电子通过,若忽略溶液体积的变化,下列叙述正确的是(　　)

A.产生气体体积①=②

B.①中阴极质量增加,②中正极质量减小

C.①中阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,②中负极反应式为2H++2e-H2↑

D.溶液的pH变化:①减小,②增大

解析①为电解池,阳极反应为2H2O-4e-4H++O2↑(或4OH--4e-2H2O+2O2↑),阴极反应为2Cu2++4e-2Cu;②为原电池,负极反应为Zn-2e-Zn2+,正极反应为2H++2e-H2↑。两个装置中的CuSO4和H2SO4的物质的量都是0.1 mol,当通过0.2 mol电子时两种物质正好完全反应,①生成0.05 mol O2,②生成0.1 mol H2,由此可知只有D正确。

答案D

8.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法正确的是(　　)

A.石墨电极上产生氢气

B.铜电极发生还原反应

C.铜电极接直流电源的负极

D.当有0.1 mol电子转移时,有0.1 mol Cu2O生成

解析石墨作阴极,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,A选项正确;由电解总反应可知,Cu参加了反应,所以Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B选项错误;阳极与电源的正极相连,C选项错误;阳极反应为2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O,当有0.1 mol 电子转移时,有0.05 mol Cu2O生成,D选项错误。

答案A

9.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池,装有电解液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题。

若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞溶液,则:

(1)电解池中X极上的电极反应式是　　　　　　　　　　　,在X极附近观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)Y电极上的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　,检验该电极反应产物的方法是　 　                                              。 

解析由题意或图像可知,此池为电解池,X极为阴极,Y极为阳极。两电极为惰性电极,饱和NaCl溶液中存在Na+、Cl-、H+、OH-,在阴极上,H+放电能力强于Na+,故阴极上发生的电极反应为2H++2e-H2↑,因而导致X极附近有气体放出,溶液呈碱性,遇无色酚酞变为红色;在阳极上,Cl-放电能力强于OH-,故阳极上发生的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑。

答案(1)2H++2e-H2↑　有气体放出,溶液变红

(2)2Cl--2e-Cl2↑　把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近,试纸变蓝

提升能力跨越等级

1.下列有关电化学装置的示意图中正确的是(　　)

解析选项A,Zn应为原电池负极,Cu为原电池正极;选项B,盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换;选项C,粗铜应连接电源正极,纯铜应接在电源的负极;选项D,电解饱和NaCl溶液,Cl-在阳极放电产生Cl2,溶液中的H+在阴极获得电子而产生H2。

答案D

2.(双选)(2020江苏南通高二调研)常温下用石墨作电极,电解100 mL 0.1 mol·L-1的Cu(NO3)2和0.1 mol·L-1的AgNO3组成的混合溶液,当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12 L时,假设溶液体积不变,下列说法正确的是(　　)

A.阴极增重1.4 g B.所得溶液pH<1

C.阴极增重1.72 g D.所得溶液pH>1

解析阴极可以放电的离子依次为0.01 mol Ag+、0.01 mol Cu2+,阳极可以放电的阴离子只有OH-;当阳极生成1.12 L O2时,电路中通过电子:n(e-)=0.05 mol×4=0.2 mol,此时Ag+、Cu2+已全部析出,阴极增重:0.01 mol×108 g·mol-1+0.01 mol×64 g·mol-1=1.72 g;溶液中生成的c(H+)=0.3 mol·L-1,故溶液pH<1。

答案BC

3.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.电解一段时间后,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上发生氧化反应

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

解析石墨棒在蛋壳内,溶液中的Cl-在该极失电子被氧化生成Cl2,溶液不会呈红色,故A项错误;蛋壳表面缠绕的铁丝作阴极,H+在该极发生还原反应得到氢气,B项错误;铁丝表面生成的气体是氢气,不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,C项错误;蛋壳在该实验中的作用是阻止氯气与氢气及氢氧化钠溶液接触,D项正确。

答案D

4.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中,用石墨作电极进行电解,两极上均收集到2.24 L气体(标准状况),则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为(　　)

A.1 mol·L-1 B.2 mol·L-1

C.3 mol·L-1 D.4 mol·L-1

解析分析电解H2SO4、CuSO4的混合液时阴、阳两极的电极反应可知,两极产生的气体分别为H2、O2各0.1 mol,O2是由OH-失去0.4 mol电子而得到,H2是由H+得到0.2 mol电子而生成。由电子得失守恒知,还有0.2 mol电子是Cu2+得到的,故Cu2+的物质的量是0.1 mol,则Cu2+的物质的量浓度为=1 mol·L-1。

答案A

5.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,如图是电解污水的实验装置示意图,实验用污水中

主要含有可被吸附的悬浮物(不导电)。下列有关推断明显不合理的是(　　)

A.阴极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-

B.通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3

C.通电过程中会产生气泡,把悬浮物带到水面形成浮渣弃去

D.如果实验用污水导电性不良,可加入少量Na2SO4固体以增强导电性

解析A项中是阴极H2O电离出的H+得电子,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑。

答案A

6.三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和S可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是(　　)

A.通电后中间隔室的S离子向正极迁移,正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C.负极反应为2H2O-4e-O2+4H+,负极区溶液pH降低

D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成

解析在负极区发生的电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,在正极区发生的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,故正极区pH减小,A选项错误;Na+移向负极区,生成NaOH,S移向正极区,生成H2SO4,B选项正确;根据负极区电极反应可知C选项错误;每通过1 mol 电子,有0.25 mol O2生成,D选项错误。

答案B

7.如图所示,通电5 min后,第③极增重2.16 g,此时CuSO4恰好电解完。设A池中原溶液的体积为200 mL。

(1)电源F为　　　　极;第②极为　　　　极;B池为　　　　池。 

(2)A池中第②极上的电极反应式为 　                                                     。 

(3)通电前A池中原溶液中Cu2+的浓度为　　　　。 

解析(1)由第③极增重2.16 g可知,①③是电解池的阴极,②④是电解池的阳极,E是电源的负极,F是电源的正极。又因为B池的阳极是银,电解质是硝酸银,故该池是电镀池。(2)A池中,第②极发生反应2H2O-4e-4H++O2↑。(3)因为第③极增重的2.16 g是银的质量,即电路中转移电子2.16 g÷108 g·mol-1=0.02 mol,而第①极反应为Cu2++2e-Cu,故原溶液中Cu2+物质的量为0.02 mol×=0.01 mol,故Cu2+的物质的量浓度为0.05 mol·L-1。

答案(1)正　阳　电镀

(2)2H2O-4e-4H++O2↑

(3)0.05 mol·L-1

8.如图中的A为直流电源,B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸,C为电镀槽,接通电路后,发现B上的c点显红色。请填空:

(1)电源A的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K点,使c、d两点短路,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　　　　　　　　　(只要求填两种电解质溶液)。 

解析(1)根据c点酚酞变红,则该极发生的电极反应为2H++2e-H2↑,即该极为阴极,与电源的负极相连,所以a是正极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH。(3)c、d两点短路后,e为阳极,反应为Zn-2e-Zn2+。阴极上镀锌,则阴极反应为Zn2++2e-Zn。电解液用含镀层离子的电解质溶液,所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。

答案(1)正

(2)2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH

(3)Zn-2e-Zn2+　Zn2++2e-Zn　ZnSO4溶液　Zn(NO3)2溶液

贴近生活拓展创新

电解原理在化学工业中有着广泛的应用。

(1)如图,其中a是电解质溶液,X、Y是两块电极板。若X、Y是惰性电极,a是CuSO4溶液,则电解时的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;通电一段时间后,向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末,电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,则电解过程中转移的电子的物质的量为　　　　。若X、Y分别是铁和铜,a仍是CuSO4溶液,则Y极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　。  

(2)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。

①a电极上的电极反应式为　　　　　　　　　　。 

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(1)用惰性电极电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4;通电一段时间后,向烧杯中的电解质溶液中加入0.2 mol CuO粉末,电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,说明在电解的过程中刚好生成了0.2 mol Cu和0.1 mol O2,所以转移的电子的物质的量为0.4 mol。当X、Y分别是铁和铜时,Y极的电极反应式为Cu-2e-Cu2+。

(2)该小题主要考查在无氧环境下制备Fe(OH)2沉淀,所以液体c应选择密度比水小且与水不互溶的物质,故选C。

答案(1)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4　0.4 mol　Cu-2e-Cu2+

(2)①Fe-2e- Fe2+　②C　③C