高中人教版 (2019)第二节 电解池课堂检测

第二节  电解池

课时2  电原理的应用

【基础巩固】

1.下列叙述中错误的是 (　　)

A.电解池的阳极上发生氧化反应,阴极上发生还原反应

B.原电池与电解池连接后,电子从原电池负极流向电解池阳极

C.电镀时,电镀池里的阳极材料发生氧化反应

D.电解饱和食盐水时,阴极得到氢氧化钠溶液和氢气

解析:在电解池中阳极上发生氧化反应,阴极上发生还原反应,A项正确;原电池与电解池连接后,电子从原电池负极流向电解池阴极,B项错误;电镀时,电镀池里的阳极材料发生氧化反应,C项正确;电解饱和食盐水时,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极区得到氢氧化钠溶液和氢气,D项正确。

答案:B

2.欲在金属表面镀银,应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是 (　　)

A.Ag和AgCl溶液         B.Ag和AgNO3溶液

C.Fe和AgNO3溶液         D.Pt和Ag2SO4溶液

解析:电镀槽中,要求镀件作阴极,可用镀层金属作阳极,电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液,A、D项中AgCl和Ag2SO4均为沉淀,只有B项符合要求。

答案:B

3.(2022·广东茂名高二期末)下列各装置图的叙述中,错误的是 (　　)

①②

A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液

B.用装置①进行电镀,镀件接在b极上

C.装置②的总反应为Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+

D.装置②可将化学能转化为电能

解析:A项,根据电流的方向可知,a为电解池的阳极,则用来精炼铜时,a极为粗铜,电解质溶液为硫酸铜溶液,故正确;B项,根据电流的方向可知,b为电解池的阴极,所以进行电镀时,镀件接在b极上,故正确;C项,铁比铜活泼,为原电池的负极,发生的反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,故错误;D项,装置②为原电池,可将化学能转化为电能,故正确。

答案:C

4.将一直流电源的正极、负极(电极材料均为Pt),用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上,短暂电解后,两极附近滤纸的颜色分别是 (　　)

解析:题中所述装置中阳极首先发生的反应为2I--2e-I2,淀粉遇碘变蓝。阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极附近溶液显碱性,使石蕊溶液变蓝。

答案:D

5.如图甲为锌铜原电池装置,乙为电解熔融氯化钠装置。下列说法中正确的是 (　　)

甲                          乙

A.甲装置中锌为负极,发生还原反应,铜为正极,发生氧化反应

B.甲装置盐桥的作用是使反应过程中ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性

C.乙装置中铁上的电极反应式为2Na-2e-2Na+

D.乙装置中B是氯气出口,A是钠出口

解析:甲装置为原电池,Zn为负极,发生氧化反应,Cu为正极,发生还原反应;乙装置中铁为阴极,反应为2Na++2e-2Na;石墨为阳极,反应为2Cl--2e-Cl2↑,A为Cl2出口,B是Na出口。

答案:B

6.用惰性电极电解CuSO4溶液。若阳极上产生气体的物质的量为

0.01 mol,阴极无气体放出,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

解析:用惰性电极电解CuSO4溶液,在阳极产生的气体为O2,由2H2O-4e-O2↑+4H+知,产生0.01 mol O2转移0.04 mol电子,则根据Cu2++2e-Cu可推出应析出0.02 mol铜,其质量为1.28 g。

答案:B

7.(2022·广东深圳高二期末)在电场作用下双极膜能够将H2O解离成H+和OH-,工业上可利用双极膜电渗析法制备葡萄糖酸(一元弱酸),制备原理如下图所示。下列说法错误的是 (　　)

A.电极b和电源负极相连

B.a极的电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O

C.当b极生成1 mol H2时,理论上可生成1 mol 葡萄糖酸

D.电解结束后阴极室溶液碱性增强

解析:A项,b电极水放电生成氢气,得电子,作阴极,与电源负极相连,故正确;B项,a电极水放电生成氧气,失电子,反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,故正确;C项,当b极生成1 mol H2时,转移2 mol电子,故生成 2 mol 葡萄糖酸,故错误;D项,阴极室水放电生成氢气,余下OH-,碱性增强,故正确。

答案:C

8.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。

(1)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:

①X电极上的电极反应式为 　　　　　　　　    。 

②Y电极上的电极反应式为　                   , 

检验该电极反应产物的方法是 　                        。 

③该反应的总反应式是　                       。 

(2)如要用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则:

①X电极的材料是　　 　,电极反应式是　　　　　　　　　。 

②Y电极的材料是　　 　,主要电极反应式是　　　　　　　　　。 

解析:(1)用惰性电极电解饱和食盐水时,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。与电源正极相连的为阳极,反之为阴极,所以X为阴极,Y为阳极。X电极在反应过程中消耗了H2O电离出的H+,溶液呈碱性,加入酚酞溶液变成红色;Y电极产生Cl2,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。(2)电解精炼铜时,用含杂质的铜作阳极,纯铜作阴极。反应过程中阳极上的铜以及比铜活泼的金属失去电子成为离子进入溶液,金属活动性比铜差的金属形成阳极泥;在阴极只有Cu2+能得电子成为单质,其他较活泼金属对应的离子不能得电子。根据装置图,X为阴极,Y为阳极,所以,X电极的材料是精铜,电极反应为Cu2++2e-Cu;Y电极的材料是粗铜,电极反应为Cu-2e-Cu2+。

答案:(1)①2H2O+2e-H2↑+2OH-　②2Cl--2e-Cl2↑　把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色　③2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑　(2)①精铜　Cu2++2e-Cu　②粗铜　Cu-2e-Cu2+

【拓展提高】

9.图乙是根据图甲所示的电解池进行电解时,某个量(纵坐标y)随时间变化的函数图像(各电解池都用石墨作电极,不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响),这个量y表示 (　　)

甲                         乙

A.各电解池析出气体的体积

B.各电解池阳极质量的增加量

C.各电解池阴极质量的增加量

D.各电极上放电的离子总数

解析:电解NaCl溶液时阴极、阳极都产生气体,电解AgNO3溶液时阴极上产生单质银,电解CuSO4溶液时阴极上产生单质铜,所以随着电解的进行,阴极质量的增加量有如题中图乙所示的变化。

答案:C

10.如图所示,电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后,在c、d两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。

(1)直流电源中,M为　　　　极。 

(2)Pt电极上生成的物质是　　　,其质量为　　　　g。 

(3)电源输出的电子,其物质的量与电极b、c、d分别生成物质的物质的量之比为2∶　　　∶　　　∶　　　。 

(4)AgNO3溶液的浓度　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),AgNO3溶液的pH　　　　,H2SO4溶液的浓度　　　　,H2SO4溶液的pH　　　　。 

(5)若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为 5.02%,则原有5.00%的H2SO4溶液为　　　g。 

解析:(1)由于是串联电路,电路中的电流是相等的,两个电解池中所消耗的电量相等。电解稀硫酸,实际上是电解其中的水。因此,该电解池反应为2H2O2H2↑+O2↑,V(H2)∶V(O2)=2∶1,据此可确定d极为阴极,则电源的N极为负极,M极为正极。(2)在336 mL气体中,V(H2) =

×336 mL=224 mL,其物质的量为0.01 mol,V(O2)=×336 mL=112 mL,其物质的量为0.005 mol。说明电路上有0.02 mol e-通过,因此在b极(Pt、阴极)产生0.02 mol Ag,质量为0.02 mol×108 g/mol=2.16 g。(3)n(e-)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)=0.02 mol∶0.02 mol∶0.005 mol∶0.01 mol=2∶2∶∶1。(4)由Ag电极(阳极)、Pt电极(阴极)和AgNO3溶液组成的电镀池,在通电一定时间后,在Pt电极上放电所消耗的溶液中Ag+的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液中补充的Ag+的物质的量,因此c(AgNO3)不变,溶液的pH也不变。电解H2SO4溶液,实质是电解水,因此c(H2SO4)增大,由于c(H+)增大,故溶液的pH减小。(5)设原5.00%的H2SO4溶液的质量为x,电解时消耗水0.01 mol×18 g/mol=0.18 g,则5.00%×x=

5.02%×(x-0.18 g),解得x=45.18 g。

答案:(1)正　(2)Ag　2.16　(3)2　　1　(4)不变　不变　增大　减小 　(5)45.18

11.H2O2是一种重要的化学品,其合成方法不断发展。早期制备方法:Ba(NO3)2BaOBaO2滤液H2O2。电化学制备方法:已知反应2H2O22H2O+O2↑能自发进行,反向不能自发进行,通过电解可以实现由H2O和O2为原料制备H2O2,下图为制备装置示意图。

(1)a极的电极反应式是　                    。 

(2)下列说法中正确的是　　　(填字母)。 

A.该装置可以实现电能转化为化学能

B.电极b连接电源负极

C.该方法相较于早期制备方法具有原料廉价,对环境友好等优点

解析:(1)根据分析,a极的电极反应式是O2+2H++2e-H2O2。(2)根据图示,该装置属于电解池,是将电能转化为化学能的装置,故A项正确;根据分析,电极b为阳极,电解池阳极与电源正极连接,故B项错误;该装置的总反应为2H2O+O22H2O2,由反应可知,制取H2O2的原料为氧气和水,具有来源广泛、原料廉价、对环境友好等优点,故C项正确。

答案:(1)O2+2H++2e-H2O2　(2)AC

【挑战创新】

12.某课外活动小组用如图所示装置进行实验,请回答下列问题。

(1)若开始时开关K与a连接,则B极的电极反应式为　　　　　　。 

(2)若开始时开关K与b连接,则B极的电极反应式为　　　　　　　,总反应的离子方程式为　　　　    　　　　。有关上述实验,下列说法中正确的是　　　　(填序号)。 

①溶液中Na+向A极移动　

②从A极处逸出的气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝

③反应一段时间后加适量盐酸可使电解质溶液复原　

④若标准状况下B极产生2.24 L 气体,则溶液中转移0.2 mol电子

(3)该小组同学认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

①该电解槽的阳极反应式为　　　　　　　　　　　。此时通过阴离子交换膜的离子数　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。 

②制得的氢氧化钾溶液从出口　　　　(填“A”“B”“C”或“D”)导出。 

③通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因: 　          。 

④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　。 

解析:(1)若开关K与a相连,装置构成原电池,Fe失去电子,作原电池负极。(2)若开关K与b相连,装置构成电解饱和NaCl溶液的电解池,B为电解池的阴极,水电离出的H+在B极放电生成H2。电解过程中Na+应该向阴极(B极)移动;A极产生的气体为Cl2,Cl2能将I-氧化为I2,淀粉遇I2变蓝;根据电解反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,电解一段时间后若加入盐酸会增加H2O的质量,应通入HCl气体使电解质溶液复原;若标准状况下B极产生2.24 L气体,即0.1 mol H2,则有0.2 mol 电子发生转移,但在溶液中转移的不是电子,而是离子。   (3)水电离出的OH-在阳极失电子产生O2:2H2O-4e-O2↑+4H+,所以在B口放出O2,从A口导出H2SO4。水电离出的H+在阴极得到电子产生H2:2H2O+2e-H2↑+2OH-,则从C口放出H2,从D口导出KOH溶液。因一个S所带电荷数大于一个K+所带电荷数,S通过阴离子交换膜,K+通过阳离子交换膜,所以通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成氢氧燃料电池时,O2在电池正极放电,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-。

答案:(1)Fe-2e-Fe2+　(2)2H2O+2e-H2↑+2OH-　2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑  ②　(3)①2H2O-4e-O2↑+4H+　小于　②D　③H+在阴极附近放电,引起水的电离平衡向右移动,使c(OH-)>c(H+)　

④O2+2H2O+4e-4OH-