4.2 电解原理的应用课时作业（含解析） 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

课时作业3：1.2.5 电解原理的应用
学校：__________ 姓名：__________ 班级：__________ 考号：__________
一、单选题（共12小题）
1. (1分)如图所示，用石墨电极电解饱和食盐水，下列说法不正确的是(　　)
A. a极是阳极 B. 通电使NaCl发生电离
C. Na＋、H＋向b极移动 D. a极产生黄绿色气体
2. (1分)下列说法正确的是(　　)
A. 在电解法精炼铜的过程中，若转移1 mol电子，则阳极溶解的铜小于32 g
B. 电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3
C. 电解法精炼镍时，粗镍作阴极，纯镍作阳极
D. 铁表面镀铜时，将铁与电源的正极相连，铜与电源的负极相连
3. (1分)中学阶段介绍的应用电解法制备物质主要有三种：一是铝的工业制备，二是氯碱工业，三是金属钠的制备。下列关于这三种工业生产的描述中正确的是(　　)
A. 电解法制金属钠时，阳极反应式：Na＋＋e－===Na
B. 电解法生产铝时，阳极反应式为2O2－－4e－===O2↑
C. 在氯碱工业中，电解池阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生
D. 氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl，在电解时它们的阴极都是Cl－失电子
4. (1分)法国化学家莫瓦桑经过多次实验，在1886年通过电解法制得了F2。方法为在无水HF中电解KHF2制得单质氟。下列判断不正确的是(　　)
A. 阳极产物为F2
B. 阴极的电极反应：2HF＋2e－===H2↑＋4F－
C. 该电解操作应该在通风橱中进行
D. 电解一段时间后，在相同条件下，阳极产生的气体体积比阴极的多
5. (1分)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极、电解酸化的MnSO4溶液而制得，该电解过程中，阴极反应式为(　　)
A. Mn2＋＋2H2O＋2e－===MnO2＋4H＋ B. Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋
C. 2H＋＋2e－===H2↑ D. 2H＋－2e－===H2↑
6. (1分)将0.4 mol Cu(NO3)2、0.6 mol KCl溶于水，配成100 mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，某一电极上析出了0.3 mol Cu，此时在另一电极上产生的气体体积(标准状况下)为(　　)
A. 7.84 L B. 6.72 L C. 5.6 L D. 4.48 L
7. (1分)用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是(　　)
A. ClO－将CN－氧化过程中，每消耗1 mol CN－转移10 mol 电子
B. 阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C. 阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D. 在电解过程中，废水中CN－和Cl－均移向阳极
8. (1分)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
9. (1分)现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图。下列叙述错误的是(　　)
A. M室发生的电极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B. N室：a＜b
C. 产品室发生的反应是B(OH)＋H＋===H3BO3＋H2O
D. 理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体
10. (1分)H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图。下列叙述错误的是(　　)
A. M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B. N室中：a%＜b%
C. Ⅱ膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸
D. 理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体
11. (1分)氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法不正确的是(　　)
A. 电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B. 通入空气的电极为正极
C. 电解池中产生2 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗1 mol O2
D. a、b、c的大小关系为a>b＝c
12. (1分)高铁酸钾(K2FeO4)是环保型水处理剂，以光伏电池为电源先制备高铁酸钠，再将其转化为高铁酸钾，装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A. 石墨为阴极，铁电极发生氧化反应
B. a可能是H2，b为Na2FeO4溶液
C. 铁电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
D. 若电路中转移1 mol电子，则石墨电极区NaOH溶液质量增加23 g
二、填空题（共3小题）
13. (1分)氢氧化钾是重要的工业产品，工业级氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。
(1)该电解槽的阳极反应式是___________________________________。
(2)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述其原因：_____________________________________________________________。
(3)除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________(填“A”或“B”)导出。
14. (1分)电解的应用比较广泛，回答下列问题：
(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________(填字母，下同)。
a.Fe2O3　　　　b.NaCl　　　　c.Cu2S　　　　d.Al2O3
(2)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________。
a.电能全部转化为化学能
b.粗铜接电源正极，发生氧化反应
c.溶液中Cu2＋向阳极移动
d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
e.若阳极质量减少64 g，则转移电子数为2NA个
f.SO的物质的量浓度不变(不考虑溶液体积变化)
(3)如图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为_____________________________________________________________。
(4)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________(填化学式)溶液，阳极的电极反应式为_____________________________________________，电解过程中Li＋向________(填“A”或“B”)电极迁移。
15. (1分)如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：
(1)电源中X极是________(填“正”或“负”)极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝________。
(3)若A中KCl溶液的浓度与C中AgNO3溶液浓度相同，溶液体积也是200 mL，则电解5 min后溶液的c(OH－)＝________ mol·L－1。
1. 【答案】B
2. 【答案】A
【解析】电解精炼铜时，粗铜作阳极，比铜活泼的金属先失电子，转移1 mol e－时溶解铜的质量小于32 g，A项正确；电解法制备Al时不能用AlCl3，因为AlCl3是共价化合物，熔融状态下AlCl3不能电离出离子，B项错误；电解法精炼镍时，粗镍作阳极，纯镍作阴极，C项错误；铁表面镀铜时，镀件做阴极，镀层金属作阳极，所以铁与电源负极相连，铜与电源正极相连，D项错误。
3. 【答案】B
【解析】A项，阴极反应式为Na＋＋e－===Na，错误；B项，电解熔融氧化铝的阳极反应式为2O2－－4e－===O2↑，正确；C项，阴极产物为H2和NaOH，阳极产物为Cl2，错误；D项，阳极都是Cl－失电子，错误。
4. 【答案】D
【解析】阳极发生氧化反应，分析KHF2中各元素的化合价变化可知，阳极的电极反应为2F－－2e－===F2↑，A项正确；阴极上HF得电子生成H2，B项正确；F2有剧毒，必须在通风系统中进行电解，C项正确；电解时，总反应为2KHF22KF＋H2↑＋F2↑，因此电解一段时间后，在相同条件下，阴、阳极产生的气体体积相等，D项错误。
5. 【答案】C
6. 【答案】B
【解析】若在一极析出0.3 mol Cu，则阴极得到的电子的物质的量为0.3 mol×2＝0.6 mol，阳极发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，则0.6 mol Cl－失去0.6 mol电子，生成0.3 mol Cl2，标准状况下生成的气体的体积为0.3 mol×22.4 L·mol－1＝6.72 L；故选B。
7. 【答案】A
【解析】阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体(二氧化碳和氮气)，该反应的离子方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，消耗1 mol CN－转移5 mol电子，A项错误；阳极上Cl－失去电子生成氯气，氯气和氢氧根离子反应生成次氯酸根离子和水，所以阳极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，B项正确；电解质溶液呈碱性，则阴极上水失去电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C项正确；在电解过程中，废水中CN－和Cl－均移向阳极，D项正确。
8. 【答案】C
【解析】利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件作阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。
9. 【答案】D
【解析】M室为阳极室，水中的氢氧根离子放电，2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A正确。N室，水中的氢离子放电，生成氢氧根离子，原料室中钠离子移动到N室，NaOH浓度增大，B正确。原料室中的B(OH)移向产品室，M室中生成的H＋移向产品室，二者反应生成产品，C正确。根据关系式：H3BO3～H＋～H2，理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下11.2 L气体，D错误。
10. 【答案】D
【解析】A项，M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正确；B项，N室为阴极室，溶液中水电离的H＋得电子发生还原反应，生成H2，促进水的电离，溶液中OH－浓度增大，即a%＜b%，正确；C项，阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的B(OH)穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3，则Ⅱ膜为阴膜，正确；D项，每生成1 mol产品，转移1 mol电子，阴极室生成0.5 mol H2，其标准状况下的体积为11.2 L，错误。
11. 【答案】D
【解析】题给电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；题给燃料电池为氢氧燃料电池，通入空气的电极为正极，B项正确；由整个电路中得失电子守恒可知，电解池中产生2 mol Cl2，理论上转移4 mol e－，则燃料电池中消耗1 mol O2，C项正确；题给燃料电池的负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，消耗OH－，又产生H2O，所以b%a%，所以a、b、c的大小关系为c>a>b，D项错误。
12. 【答案】D
【解析】依题意，本装置模拟制备高铁酸钠的工作原理，铁电极发生氧化反应生成高铁酸钠；石墨电极为阴极，发生还原反应，A项正确；石墨电极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，a可能为H2、NaOH溶液，b为高铁酸钠溶液，B项正确；铁电极发生氧化反应，浓氢氧化钠溶液中的OH－向右侧迁移，C项正确；每转移1 mol电子，浓氢氧化钠溶液中有1 mol Na＋向左迁移，2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，石墨电极区的溶液质量净增22 g，D项错误。
13. 【答案】(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(2)H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大
(3)B
【解析】根据电解原理，阳极应是OH－失电子，所以电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，而阴极为H＋放电，促进水的电离，使OH－浓度增大，所以pH增大。根据阳离子交换膜的特点，K＋可从阳极区进入阴极区和OH－组成KOH，从而可在阴极区得到纯的KOH，故液体应从B口导出。
14. 【答案】(1)bd　(2)bdf　(3)a　NO＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O、2NO＋O2===2NO2　(4)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B
【解析】(1)电解法适合冶炼Na、Mg、Al等强还原性金属，在熔融状态下，分别电解NaCl、Al2O3冶炼Na和Al。Fe和Cu的还原性较弱，用Fe2O3、Cu2S等冶炼相应金属时，采用加还原剂的还原法。(2)以CuSO4溶液为电解质溶液电解精炼铜时，粗铜作阳极，发生氧化反应，精铜作阴极，发生还原反应。Al、Zn、Cu在阳极被氧化，不活泼金属Au、Pt、Ag在阳极附近沉积，形成阳极泥，电解质溶液中的Cu2＋向阴极移动，电解过程中，电能转化为化学能和热能，在溶液体积不变时，电解质溶液中c(SO)不变。阳极质量减少的64 g包括Al、Zn及Cu，故当阳极质量减少64 g时，电子转移数目不等于2NA个。(3)电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中，含有杂质的粗银作阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，则该装置中a极为含杂质的粗银。该电解池的b极为阴极，阴极上有红棕色气体，则知NO被还原为NO，NO被氧气氧化为NO2，电极反应式为NO＋3e－＋4H＋===NO↑＋2H2O，2NO＋O2===2NO2。(4)两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，根据电解装置图知，B区产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－与Li＋结合生成LiOH，所以B极区电解液为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解过程中Li＋向B电极迁移。
15. 【答案】(1)负　(2)0.025 mol·L－1　(3)0.1
【解析】(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。(2)C中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子。由4e－～O2，可知B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL H2，则通过0.01 mol电子时，Cu2＋已完全变为Cu单质。由2e－～Cu，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。(3)由4e－～4OH－知，A中生成0.02 mol OH－，则c(OH－)＝0.1 mol·L－1