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高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 电能转化为化学能——电解第2课时课时训练
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这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 电能转化为化学能——电解第2课时课时训练，共19页。试卷主要包含了金属镍有广泛的用途，下列叙述不正确的是，5 ml O2等内容，欢迎下载使用。
第2课时 电解原理的工业应用
基础过关练
题组一 氯碱工业
1.(2020江苏宿迁高二期中)如图为电解饱和食盐水的简易装置,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试液,溶液呈红色
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、氢氧化钠接触
题组二 电解精炼
2.(2021福建三明一中高二上第一次月考)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:氧化性Fe2+
B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
题组三 电镀
3.(2021黑龙江、吉林两省十校高二上期中联考)下列有关铜片镀银的说法不正确的是 ( )
A.阳极的电极反应为Ag-e- Ag+
B.铜片应与电源正极相连
C.电解液为AgNO3溶液
D.镀银过程中电能转化为化学能
4.(2020江苏盐城统考)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中Cu2+的浓度不变
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.电镀过程中电镀液必须不断更换
题组四 电解冶炼
5.(2021河南南阳高二上期中)下列有关物质的工业制备方法中,错误的是 ( )
A.制备硅:用焦炭还原二氧化硅得到粗硅,再精制得到高纯硅
B.制备钠:以海水为原料制得NaCl,再电解NaCl溶液得到钠
C.制备铁:以焦炭和铁矿石为原料,用CO还原铁矿石得到铁
D.制备镁:以海水为原料,经一系列过程制得氯化镁,电解熔融氯化镁得到镁
6.(2021北京首都师大附中高二上入学考试)下列叙述不正确的是 ( )
①工业上用电解氯化钠溶液的方法制取钠
②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁
③用于电解冶炼铝的原料是氯化铝
④炭在高温下能还原氧化镁制取镁
A.①②③④ B.①②③
C.①③ D.①
题组五 综合考查
7.(2021四川南充阆中中学高二上期中)如图所示,某同学设计一个燃料电池并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。
根据要求回答下列问题:
(1)通入氢气的电极为 (填“正极”或“负极”),正极的电极反应为 。
(2)石墨电极(C)为 (填“阳极”或“阴极”),铁电极的电极反应为 。
(3)反应一段时间后,乙装置中生成氢氧化钠主要在 (填“铁极”或“石墨极”)区。
(4)如果粗铜中含有锌、银、金等杂质,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”)。
(5)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中(NaCl足量)C电极上生成的气体的分子数为 NA;丙装置中阴极析出铜的质量为 。
能力提升练
题组一 电解原理的应用
1.(2021江西抚州临川一中高三上第一次月考,)电解合成1,2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是 ( )
A.该装置工作时,阳极的电极反应是CuCl(s)+Cl--e- CuCl2
B.液相反应为CH2CH2+2CuCl2 ClCH2CH2Cl+2CuCl(s)
C.X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D.该装置总反应为CH2CH2+2NaCl+2H2O ClCH2CH2Cl+2NaOH+H2↑
2.(2020浙江杭州西湖高级中学高二月考,)氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相组合,相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是 ( )
A.电解池的阴极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.通入空气的电极为负极
C.电解池中产生2 mol Cl2时,理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2
D.a、b、c的大小关系为a>b=c
题组二 金属的精炼
3.(2020四川攀枝花高二教学质量检测,)电解精炼法提纯镓的方法:以含Zn、Fe、Cu杂质的粗镓为阳极,纯镓为阴极,NaOH溶液为电解质溶液。通电时,粗镓溶解以GaO2-形式进入电解质溶液,并在阴极放电析出高纯镓(已知金属活动性顺序:Zn>Ga>Fe)。下列说法中不正确的是 ( )
A.阳极主要电极反应:Ga+4OH--3e- GaO2-+2H2O
B.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C.在阴极除了析出高纯度的镓之外,还可能有H2产生
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Fe
4.(2020山西长治高考化学模拟,)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质,利用如图中的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述正确的是 ( )
A.电极a为粗铜
B.甲膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C.乙膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区
D.当电路中通过1 mol电子时,可生成32 g精铜
5.(2020山东青岛第五十八中学高二月考,)金属冶炼和提纯常涉及电化学反应。
(1)工业上冶炼下列金属时,没有采用电解法的是 (填字母)。
a.Fe b.Na c.Cu d.Al
(2)下图为电解精炼银的示意图, (填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银;电解过程中,若b极伴有少量无色气体生成,在空气中变为红棕色,则生成气体的电极反应式为 。
题组三 电镀
6.(2021黑龙江哈尔滨六中高三上月考,)图甲是一种利用微生物将废水中的尿素[CO(NH2)2]转化为环境友好物质的原电池装置示意图,利用该电池在图乙装置中的铁上镀铜。下列说法正确的是 ( )
A.图乙中Fe电极应与图甲中的Y相连接
B.图甲中H+透过质子交换膜由右向左移动
C.图甲中M电极反应为CO(NH2)2+5H2O-14e- CO2↑+2NO2↑+14H+
D.当图甲中M电极消耗0.5 mol尿素时,图乙中铁电极增重96 g
题组四 膜电解技术的应用
7.(2020湖南邵阳部分学校高考模拟,)在乏燃料(又称辐照核燃料)后处理流程中,四价铀作为铀钚分离的还原剂已广泛使用。在UO2(NO3)2-2HNO3-N2H4·HNO3体系下采用电解法制备四价铀,电解总反应为2UO22++N2H5++3H+ 2U4++N2↑+4H2O,电解装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.若转移4 mol e-,将有4 mol H+透过质子交换膜
B.b极的电极反应为UO22++2H2O+2e- U4++4OH-
C.电解液中NO3-的移动方向:a→质子交换膜→b
D.当产生11.2 mL N2时,同时生成U4+的质量为0.238 g
8.(2020湖北黄梅国际育才高级中学高二期中,)甲是CO2电催化还原为碳氢化合物(CxHy)的工作原理示意图,用某钾盐水溶液作电解液;乙是用H2还原CO2制备甲醇的工作原理示意图,用稀硫酸作电解质溶液。下列说法中不正确的是 ( )
甲
乙
A.甲中铜片作阴极,K+向铜片电极移动
B.乙中正极发生的电极反应为CO2-6e-+6H+ CH3OH+H2O
C.乙中的H2SO4可以增强溶液的导电性
D.若CxHy为C2H4,则生成1 mol C2H4的同时生成3 mol O2
9.(2020山西晋中高三高考适应性考试,)采用双极膜电渗析一步法由盐制酸碱的技术进入了工业化阶段,某科研小组研究采用BMED膜堆(如图所示),模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知:在直流电源的作用下,双极膜内中间界面层发生水的解离生成H+和OH-。下列说法不正确的是( )
A.电极b连接电源的负极
B.Ⅱ室口排出的是淡水
C.电解质选用Na2SO4,可避免有害气体的产生
D.C为阴离子交换膜
10.(2021河南省实验中学高二上期中,)电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题:
(1)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。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示。
①图中用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的 (填“正极”或“负极”),对应的电极反应为 。
②a极区pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
③图中应使用 (填“阴”或“阳”)离子交换膜。
(2)电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上,通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀,小火加热至熔融,即可得到绿色的K2MnO4,化学方程式为 。用镍片作阳极(镍不参与反应),铁板为阴极,电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下:
则D的化学式为 ;阳极的电极反应为 。
答案全解全析
基础过关练
1.D
2.D
3.B
4.C
5.B
6.A
1.D 电解饱和食盐水时碳棒作阳极,铁丝作阴极,阳极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,少量Cl2溶解在溶液中,使溶液显酸性,滴入酚酞试液,溶液不变红色,A错误;阴极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-(或2H++2e- H2↑),铁丝自身并未发生反应,B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错误;蛋壳将两极产物分开,防止产物之间发生反应,D正确。
2.D 阳极发生氧化反应,电极反应为Ni-2e- Ni2+、Fe-2e- Fe2+、Zn-2e- Zn2+,故A错误;电解过程中阳极上Fe、Zn、Ni放电,阴极上析出的是镍,根据得失电子守恒,可知阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等,故B错误;电解后,溶液中存在的金属阳离子有Fe2+、Zn2+、Ni2+,故C错误;粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,铜和铂不放电,沉降电解池底部形成阳极泥,所以电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,故D正确。
3.B 铜片镀银时,Ag作阳极、Cu作阴极,电解液为AgNO3溶液,阳极的电极反应式为Ag-e- Ag+,故A、C正确;Cu作阴极,与电源的负极相接,故B不正确;铜片镀银是利用电解原理,镀银过程中电能转化为化学能,故D正确。
4.C 电解精炼铜时,阳极为粗铜,比铜活泼的金属杂质也会反应,电解初期,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,比铜活泼的金属杂质在阳极优先失去电子,电解质溶液中的铜离子在阴极上得到电子转化为铜单质,电解质溶液中的铜离子浓度减小,B项错误;在铁制器皿上镀铝,若用含有铝离子的溶液充当电解质溶液,则氢离子先得电子,不能达到镀铝的目的,应用熔融氧化铝作电解质,铁制器皿作阴极,铝棒作阳极,C项正确;电镀时,可用镀层金属作阳极材料,含镀层金属离子的盐溶液作电镀液,此种情况下电镀液不需要更换,D项错误。
5.B 海水蒸发制得粗盐,经提纯后再电解熔融氯化钠可以得到金属钠,电解氯化钠溶液得到的产物是氢氧化钠、氯气和氢气,得不到金属钠,故B错误。
6.A ①活泼金属通常采用电解其熔融盐或氧化物的方法冶炼,钠是活泼金属,工业上采用电解熔融氯化钠的方法制取,错误;②将钠加入氯化镁的饱和溶液中,钠先和水反应生成氢氧化钠和氢气,氢氧化钠再和氯化镁发生复分解反应生成氢氧化镁和氯化钠,得不到镁,工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁,错误;③铝是活泼金属,工业上采用电解氧化铝的方法冶炼铝,错误;④镁是活泼金属,通常用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁,错误;故选A。
7.答案 (1)负极 O2+4e-+2H2O 4OH-
(2)阳极 2H++2e- H2↑
(3)铁极
(4)减小
(5)0.2 12.8 g
解析 (1)氢氧燃料电池中,负极上氢气失去电子发生氧化反应,正极上氧气得到电子发生还原反应,电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-。
(2)铁电极连接原电池负极,作电解池阴极,碳作阳极,电解氯化钠饱和溶液时,阴极上氢离子放电,电极反应为2H++2e- H2↑。
(3)乙装置中铁是阴极,碳是阳极,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电,导致阴极附近氢氧根离子浓度增大,所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区。
(4)粗铜中含有锌、银、金等杂质,阳极上锌比铜优先放电,阴极上一直是铜离子放电,反应一段时间后,硫酸铜溶液的浓度减小。
(5)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,乙装置中碳电极上氯离子放电生成氯气,根据得失电子守恒可得,乙装置中碳电极上生成氯气的分子数为2.2422.4×42×NA=0.2NA;丙装置中阴极上铜离子得电子生成铜单质,析出铜的质量=2.24 L22.4 L/mol×42×64 g/mol=12.8 g。
能力提升练
1.C
2.A
3.B
4.D
6.D
7.A
8.B
9.D
1.C 在该电解池装置中,阳极的电极反应为CuCl(s)+Cl--e- CuCl2,故A正确;根据装置图可知,液相反应中发生的反应为C2H4+2CuCl2 ClCH2CH2Cl+2CuCl(s),故B正确;离子交换膜Y为阳离子交换膜,离子交换膜X为阴离子交换膜,故C错误;该装置总反应为CH2CH2+2H2O+2NaCl H2↑+2NaOH+ClCH2CH2Cl,故D正确。
2.A 题给电解池中生成氢气的一极为电解池的阴极,溶液中氢离子得电子生成氢气,阴极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,故A正确;由燃料电池的工作原理可知,通入氢气的电极为负极,通入空气的电极为正极,故B错误;根据得失电子守恒得2Cl2~O2,则电解池中产生
2 mol Cl2,理论上燃料电池中消耗1 mol O2,故C错误;燃料电池中的阳离子交换膜只允许阳离子通过,而燃料电池中氧气在正极得到电子产生OH-,反应后氢氧化钠溶液的浓度升高,即a%
4.D 电极a为阴极,粗铜作阳极,故A错误;甲膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区,故B错误;乙膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区,故C错误;阴极电极反应为Cu2++2e- Cu,当电路中通过1 mol电子,生成铜的物质的量为0.5 mol,质量为
0.5 mol×64 g/mol=32 g,故D正确。
5.答案 (1)ac (2)a NO3-+4H++3e- NO↑+2H2O
解析 (1)电解法常用于冶炼活泼金属,如K、Ca、Na、Mg、Al等。工业上采用热还原法冶炼金属Fe、Cu。
(2)电解精炼银时,用含杂质的粗银作阳极,用纯银作阴极,含Ag+的盐溶液作电解质溶液。题图中b极与电源的负极相连,则b极为阴极,NO3-在阴极放电生成NO,电极反应式为NO3-+4H++3e- NO↑+2H2O。
6.D 由甲图可知,M电极上有机物失电子,作负极,N电极上氧气得电子,作正极,图乙中在铁上镀铜,所以铁为阴极,应与负极相连,铜为阳极,应与正极相连,所以Fe电极应与X相连,故A错误;由甲图可知,氢离子向正极移动,即H+透过质子交换膜由左向右移动,故B错误;CO(NH2)2在负极M上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和水,电极反应为CO(NH2)2+H2O-6e- CO2↑+N2↑+6H+,故C错误;根据C项分析可知,当M极消耗0.5 mol CO(NH2)2时,转移电子的物质的量为0.5 mol×6=3 mol,铁电极上电极反应为Cu2++2e- Cu,所以铁电极增重3mol2×64 g/mol=96 g,故D正确。
7.A 由装置图可知,电极a为阴极,发生电极反应为2UO22++4e-+8H+ 2U4++4H2O,电极b为阳极,发生电极反应为N2H5+-4e- N2↑+5H+,结合电荷守恒可知,转移4 mol e-,溶液中消耗4 mol氢离子,则有4 mol H+透过质子交换膜,故A正确;电极b为阳极,失去电子,发生氧化反应,电极反应为N2H5+-4e- N2↑+5H+,故B错误;质子交换膜只允许H+通过,NO3-无法通过质子交换膜,故C错误;未指明气体所处状况,不能计算,故D错误。
8.B 电解时,阳离子移向阴极,铜片为阴极,所以K+向铜片电极移动,A正确;由题图可知,乙中正极上是二氧化碳发生得电子的还原反应,电极反应为CO2+6e-+6H+ CH3OH+H2O,B错误;乙中的电解质H2SO4可以增强溶液的导电性,C正确;若CxHy为C2H4,则电解的总反应为2CO2+2H2O 3O2+C2H4,所以生成1 mol C2H4的同时生成3 mol O2,D正确。
9.D 由题图可知电极b是阴极,应连接电源的负极,故A正确;钠离子移向Ⅲ室,氯离子移向Ⅰ室,Ⅱ室口排出的是淡水,故B正确;加入Na2SO4,可增强溶液的导电性,Ⅱ室中的氯离子移向Ⅰ室,A处生成的H+进入Ⅰ室,在Ⅰ室得到HCl,可避免有害气体的产生,故C正确;钠离子通过C移向Ⅲ室,C为阳离子交换膜,故D错误。
10.答案 (1)①正极 Cl--5e-+2H2O ClO2↑+4H+ ②增大 ③阳
(2)2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O KOH MnO42--e- MnO4-
解析 (1)①图中用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。Cl-失去电子,发生氧化反应产生ClO2,所以产生ClO2的电极为阳极,应连接电源的正极,电极反应为Cl--5e-+2H2O ClO2↑+4H+。②b极为阳极,a极为阴极,在阴极区水电离产生的H+得到电子发生还原反应产生H2,H+不断放电,a电极区c(H+)减小,c(OH-)增大,因此溶液pH增大。③根据图示可知,离子通过离子交换膜由阳极区进入阴极区。由于阳极b电极上Cl-不断放电,使阳离子浓度增大,为维持平衡,溶液中的阳离子通过离子交换膜进入阴极区,故图中使用的离子交换膜是阳离子交换膜。
(2)根据题意可知,MnO2、KOH和O2在加热条件下发生氧化还原反应产生K2MnO4,反应的化学方程式为2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O;电解K2MnO4溶液,MnO42-在阳极室发生氧化反应,电极反应为MnO42--e- MnO4-,阴极上的电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,离子交换膜为阳离子交换膜,阳极室的K+通过阳离子交换膜进入阴极室,所以D是KOH。
第2课时 电解原理的工业应用
基础过关练
题组一 氯碱工业
1.(2020江苏宿迁高二期中)如图为电解饱和食盐水的简易装置,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试液,溶液呈红色
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、氢氧化钠接触
题组二 电解精炼
2.(2021福建三明一中高二上第一次月考)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:氧化性Fe2+
B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
题组三 电镀
3.(2021黑龙江、吉林两省十校高二上期中联考)下列有关铜片镀银的说法不正确的是 ( )
A.阳极的电极反应为Ag-e- Ag+
B.铜片应与电源正极相连
C.电解液为AgNO3溶液
D.镀银过程中电能转化为化学能
4.(2020江苏盐城统考)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中Cu2+的浓度不变
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.电镀过程中电镀液必须不断更换
题组四 电解冶炼
5.(2021河南南阳高二上期中)下列有关物质的工业制备方法中,错误的是 ( )
A.制备硅:用焦炭还原二氧化硅得到粗硅,再精制得到高纯硅
B.制备钠:以海水为原料制得NaCl,再电解NaCl溶液得到钠
C.制备铁:以焦炭和铁矿石为原料,用CO还原铁矿石得到铁
D.制备镁:以海水为原料,经一系列过程制得氯化镁,电解熔融氯化镁得到镁
6.(2021北京首都师大附中高二上入学考试)下列叙述不正确的是 ( )
①工业上用电解氯化钠溶液的方法制取钠
②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁
③用于电解冶炼铝的原料是氯化铝
④炭在高温下能还原氧化镁制取镁
A.①②③④ B.①②③
C.①③ D.①
题组五 综合考查
7.(2021四川南充阆中中学高二上期中)如图所示,某同学设计一个燃料电池并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。
根据要求回答下列问题:
(1)通入氢气的电极为 (填“正极”或“负极”),正极的电极反应为 。
(2)石墨电极(C)为 (填“阳极”或“阴极”),铁电极的电极反应为 。
(3)反应一段时间后,乙装置中生成氢氧化钠主要在 (填“铁极”或“石墨极”)区。
(4)如果粗铜中含有锌、银、金等杂质,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”)。
(5)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中(NaCl足量)C电极上生成的气体的分子数为 NA;丙装置中阴极析出铜的质量为 。
能力提升练
题组一 电解原理的应用
1.(2021江西抚州临川一中高三上第一次月考,)电解合成1,2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是 ( )
A.该装置工作时,阳极的电极反应是CuCl(s)+Cl--e- CuCl2
B.液相反应为CH2CH2+2CuCl2 ClCH2CH2Cl+2CuCl(s)
C.X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D.该装置总反应为CH2CH2+2NaCl+2H2O ClCH2CH2Cl+2NaOH+H2↑
2.(2020浙江杭州西湖高级中学高二月考,)氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相组合,相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是 ( )
A.电解池的阴极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.通入空气的电极为负极
C.电解池中产生2 mol Cl2时,理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2
D.a、b、c的大小关系为a>b=c
题组二 金属的精炼
3.(2020四川攀枝花高二教学质量检测,)电解精炼法提纯镓的方法:以含Zn、Fe、Cu杂质的粗镓为阳极,纯镓为阴极,NaOH溶液为电解质溶液。通电时,粗镓溶解以GaO2-形式进入电解质溶液,并在阴极放电析出高纯镓(已知金属活动性顺序:Zn>Ga>Fe)。下列说法中不正确的是 ( )
A.阳极主要电极反应:Ga+4OH--3e- GaO2-+2H2O
B.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C.在阴极除了析出高纯度的镓之外,还可能有H2产生
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Fe
4.(2020山西长治高考化学模拟,)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质,利用如图中的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述正确的是 ( )
A.电极a为粗铜
B.甲膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C.乙膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区
D.当电路中通过1 mol电子时,可生成32 g精铜
5.(2020山东青岛第五十八中学高二月考,)金属冶炼和提纯常涉及电化学反应。
(1)工业上冶炼下列金属时,没有采用电解法的是 (填字母)。
a.Fe b.Na c.Cu d.Al
(2)下图为电解精炼银的示意图, (填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银;电解过程中,若b极伴有少量无色气体生成,在空气中变为红棕色,则生成气体的电极反应式为 。
题组三 电镀
6.(2021黑龙江哈尔滨六中高三上月考,)图甲是一种利用微生物将废水中的尿素[CO(NH2)2]转化为环境友好物质的原电池装置示意图,利用该电池在图乙装置中的铁上镀铜。下列说法正确的是 ( )
A.图乙中Fe电极应与图甲中的Y相连接
B.图甲中H+透过质子交换膜由右向左移动
C.图甲中M电极反应为CO(NH2)2+5H2O-14e- CO2↑+2NO2↑+14H+
D.当图甲中M电极消耗0.5 mol尿素时,图乙中铁电极增重96 g
题组四 膜电解技术的应用
7.(2020湖南邵阳部分学校高考模拟,)在乏燃料(又称辐照核燃料)后处理流程中,四价铀作为铀钚分离的还原剂已广泛使用。在UO2(NO3)2-2HNO3-N2H4·HNO3体系下采用电解法制备四价铀,电解总反应为2UO22++N2H5++3H+ 2U4++N2↑+4H2O,电解装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.若转移4 mol e-,将有4 mol H+透过质子交换膜
B.b极的电极反应为UO22++2H2O+2e- U4++4OH-
C.电解液中NO3-的移动方向:a→质子交换膜→b
D.当产生11.2 mL N2时,同时生成U4+的质量为0.238 g
8.(2020湖北黄梅国际育才高级中学高二期中,)甲是CO2电催化还原为碳氢化合物(CxHy)的工作原理示意图,用某钾盐水溶液作电解液;乙是用H2还原CO2制备甲醇的工作原理示意图,用稀硫酸作电解质溶液。下列说法中不正确的是 ( )
甲
乙
A.甲中铜片作阴极,K+向铜片电极移动
B.乙中正极发生的电极反应为CO2-6e-+6H+ CH3OH+H2O
C.乙中的H2SO4可以增强溶液的导电性
D.若CxHy为C2H4,则生成1 mol C2H4的同时生成3 mol O2
9.(2020山西晋中高三高考适应性考试,)采用双极膜电渗析一步法由盐制酸碱的技术进入了工业化阶段,某科研小组研究采用BMED膜堆(如图所示),模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知:在直流电源的作用下,双极膜内中间界面层发生水的解离生成H+和OH-。下列说法不正确的是( )
A.电极b连接电源的负极
B.Ⅱ室口排出的是淡水
C.电解质选用Na2SO4,可避免有害气体的产生
D.C为阴离子交换膜
10.(2021河南省实验中学高二上期中,)电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题:
(1)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。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示。
①图中用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的 (填“正极”或“负极”),对应的电极反应为 。
②a极区pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
③图中应使用 (填“阴”或“阳”)离子交换膜。
(2)电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上,通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀,小火加热至熔融,即可得到绿色的K2MnO4,化学方程式为 。用镍片作阳极(镍不参与反应),铁板为阴极,电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下:
则D的化学式为 ;阳极的电极反应为 。
答案全解全析
基础过关练
1.D
2.D
3.B
4.C
5.B
6.A
1.D 电解饱和食盐水时碳棒作阳极,铁丝作阴极,阳极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,少量Cl2溶解在溶液中,使溶液显酸性,滴入酚酞试液,溶液不变红色,A错误;阴极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-(或2H++2e- H2↑),铁丝自身并未发生反应,B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错误;蛋壳将两极产物分开,防止产物之间发生反应,D正确。
2.D 阳极发生氧化反应,电极反应为Ni-2e- Ni2+、Fe-2e- Fe2+、Zn-2e- Zn2+,故A错误;电解过程中阳极上Fe、Zn、Ni放电,阴极上析出的是镍,根据得失电子守恒,可知阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等,故B错误;电解后,溶液中存在的金属阳离子有Fe2+、Zn2+、Ni2+,故C错误;粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,铜和铂不放电,沉降电解池底部形成阳极泥,所以电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,故D正确。
3.B 铜片镀银时,Ag作阳极、Cu作阴极,电解液为AgNO3溶液,阳极的电极反应式为Ag-e- Ag+,故A、C正确;Cu作阴极,与电源的负极相接,故B不正确;铜片镀银是利用电解原理,镀银过程中电能转化为化学能,故D正确。
4.C 电解精炼铜时,阳极为粗铜,比铜活泼的金属杂质也会反应,电解初期,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,比铜活泼的金属杂质在阳极优先失去电子,电解质溶液中的铜离子在阴极上得到电子转化为铜单质,电解质溶液中的铜离子浓度减小,B项错误;在铁制器皿上镀铝,若用含有铝离子的溶液充当电解质溶液,则氢离子先得电子,不能达到镀铝的目的,应用熔融氧化铝作电解质,铁制器皿作阴极,铝棒作阳极,C项正确;电镀时,可用镀层金属作阳极材料,含镀层金属离子的盐溶液作电镀液,此种情况下电镀液不需要更换,D项错误。
5.B 海水蒸发制得粗盐,经提纯后再电解熔融氯化钠可以得到金属钠,电解氯化钠溶液得到的产物是氢氧化钠、氯气和氢气,得不到金属钠,故B错误。
6.A ①活泼金属通常采用电解其熔融盐或氧化物的方法冶炼,钠是活泼金属,工业上采用电解熔融氯化钠的方法制取,错误;②将钠加入氯化镁的饱和溶液中,钠先和水反应生成氢氧化钠和氢气,氢氧化钠再和氯化镁发生复分解反应生成氢氧化镁和氯化钠,得不到镁,工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁,错误;③铝是活泼金属,工业上采用电解氧化铝的方法冶炼铝,错误;④镁是活泼金属,通常用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁,错误;故选A。
7.答案 (1)负极 O2+4e-+2H2O 4OH-
(2)阳极 2H++2e- H2↑
(3)铁极
(4)减小
(5)0.2 12.8 g
解析 (1)氢氧燃料电池中,负极上氢气失去电子发生氧化反应,正极上氧气得到电子发生还原反应,电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-。
(2)铁电极连接原电池负极,作电解池阴极,碳作阳极,电解氯化钠饱和溶液时,阴极上氢离子放电,电极反应为2H++2e- H2↑。
(3)乙装置中铁是阴极,碳是阳极,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电,导致阴极附近氢氧根离子浓度增大,所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区。
(4)粗铜中含有锌、银、金等杂质,阳极上锌比铜优先放电,阴极上一直是铜离子放电,反应一段时间后,硫酸铜溶液的浓度减小。
(5)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,乙装置中碳电极上氯离子放电生成氯气,根据得失电子守恒可得,乙装置中碳电极上生成氯气的分子数为2.2422.4×42×NA=0.2NA;丙装置中阴极上铜离子得电子生成铜单质,析出铜的质量=2.24 L22.4 L/mol×42×64 g/mol=12.8 g。
能力提升练
1.C
2.A
3.B
4.D
6.D
7.A
8.B
9.D
1.C 在该电解池装置中,阳极的电极反应为CuCl(s)+Cl--e- CuCl2,故A正确;根据装置图可知,液相反应中发生的反应为C2H4+2CuCl2 ClCH2CH2Cl+2CuCl(s),故B正确;离子交换膜Y为阳离子交换膜,离子交换膜X为阴离子交换膜,故C错误;该装置总反应为CH2CH2+2H2O+2NaCl H2↑+2NaOH+ClCH2CH2Cl,故D正确。
2.A 题给电解池中生成氢气的一极为电解池的阴极,溶液中氢离子得电子生成氢气,阴极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,故A正确;由燃料电池的工作原理可知,通入氢气的电极为负极,通入空气的电极为正极,故B错误;根据得失电子守恒得2Cl2~O2,则电解池中产生
2 mol Cl2,理论上燃料电池中消耗1 mol O2,故C错误;燃料电池中的阳离子交换膜只允许阳离子通过,而燃料电池中氧气在正极得到电子产生OH-,反应后氢氧化钠溶液的浓度升高,即a%
4.D 电极a为阴极,粗铜作阳极,故A错误;甲膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区,故B错误;乙膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区,故C错误;阴极电极反应为Cu2++2e- Cu,当电路中通过1 mol电子,生成铜的物质的量为0.5 mol,质量为
0.5 mol×64 g/mol=32 g,故D正确。
5.答案 (1)ac (2)a NO3-+4H++3e- NO↑+2H2O
解析 (1)电解法常用于冶炼活泼金属,如K、Ca、Na、Mg、Al等。工业上采用热还原法冶炼金属Fe、Cu。
(2)电解精炼银时,用含杂质的粗银作阳极,用纯银作阴极,含Ag+的盐溶液作电解质溶液。题图中b极与电源的负极相连,则b极为阴极,NO3-在阴极放电生成NO,电极反应式为NO3-+4H++3e- NO↑+2H2O。
6.D 由甲图可知,M电极上有机物失电子,作负极,N电极上氧气得电子,作正极,图乙中在铁上镀铜,所以铁为阴极,应与负极相连,铜为阳极,应与正极相连,所以Fe电极应与X相连,故A错误;由甲图可知,氢离子向正极移动,即H+透过质子交换膜由左向右移动,故B错误;CO(NH2)2在负极M上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和水,电极反应为CO(NH2)2+H2O-6e- CO2↑+N2↑+6H+,故C错误;根据C项分析可知,当M极消耗0.5 mol CO(NH2)2时,转移电子的物质的量为0.5 mol×6=3 mol,铁电极上电极反应为Cu2++2e- Cu,所以铁电极增重3mol2×64 g/mol=96 g,故D正确。
7.A 由装置图可知,电极a为阴极,发生电极反应为2UO22++4e-+8H+ 2U4++4H2O,电极b为阳极,发生电极反应为N2H5+-4e- N2↑+5H+,结合电荷守恒可知,转移4 mol e-,溶液中消耗4 mol氢离子,则有4 mol H+透过质子交换膜,故A正确;电极b为阳极,失去电子,发生氧化反应,电极反应为N2H5+-4e- N2↑+5H+,故B错误;质子交换膜只允许H+通过,NO3-无法通过质子交换膜,故C错误;未指明气体所处状况,不能计算,故D错误。
8.B 电解时,阳离子移向阴极,铜片为阴极,所以K+向铜片电极移动,A正确;由题图可知,乙中正极上是二氧化碳发生得电子的还原反应,电极反应为CO2+6e-+6H+ CH3OH+H2O,B错误;乙中的电解质H2SO4可以增强溶液的导电性,C正确;若CxHy为C2H4,则电解的总反应为2CO2+2H2O 3O2+C2H4,所以生成1 mol C2H4的同时生成3 mol O2,D正确。
9.D 由题图可知电极b是阴极,应连接电源的负极,故A正确;钠离子移向Ⅲ室,氯离子移向Ⅰ室,Ⅱ室口排出的是淡水,故B正确;加入Na2SO4,可增强溶液的导电性,Ⅱ室中的氯离子移向Ⅰ室,A处生成的H+进入Ⅰ室,在Ⅰ室得到HCl,可避免有害气体的产生,故C正确;钠离子通过C移向Ⅲ室,C为阳离子交换膜,故D错误。
10.答案 (1)①正极 Cl--5e-+2H2O ClO2↑+4H+ ②增大 ③阳
(2)2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O KOH MnO42--e- MnO4-
解析 (1)①图中用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。Cl-失去电子,发生氧化反应产生ClO2,所以产生ClO2的电极为阳极,应连接电源的正极,电极反应为Cl--5e-+2H2O ClO2↑+4H+。②b极为阳极,a极为阴极,在阴极区水电离产生的H+得到电子发生还原反应产生H2,H+不断放电,a电极区c(H+)减小,c(OH-)增大,因此溶液pH增大。③根据图示可知,离子通过离子交换膜由阳极区进入阴极区。由于阳极b电极上Cl-不断放电,使阳离子浓度增大,为维持平衡,溶液中的阳离子通过离子交换膜进入阴极区,故图中使用的离子交换膜是阳离子交换膜。
(2)根据题意可知,MnO2、KOH和O2在加热条件下发生氧化还原反应产生K2MnO4,反应的化学方程式为2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O;电解K2MnO4溶液,MnO42-在阳极室发生氧化反应,电极反应为MnO42--e- MnO4-,阴极上的电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,离子交换膜为阳离子交换膜,阳极室的K+通过阳离子交换膜进入阴极室,所以D是KOH。
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