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第四章 第二节 电解原理的应用
A组·基础达标
1.(2023·陕西西安交通大学附属中学期中)下列指定反应的离子方程式正确的是( )
A.铅蓄电池放电时负极反应:PbO2+2e-+4H++SO===PbSO4+2H2O
B.用铁作电极电解饱和MgCl2溶液:Mg2++2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+Mg(OH)2↓
C.用惰性电极电解CuCl2溶液:Cu2++2Cl-+2H2O2Cu(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
D.向铜片上电镀银的阳极反应:Ag-e-===Ag+
2.(2023·广东广州黄埔期末)电解法将粗Cu(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯Cu的装置图如图所示,下列叙述中错误的是( )
A.a是粗Cu,作阳极,发生氧化反应
B.电解时,b极上的电极反应为Cu2++2e-===Cu
C.电解时,外电路每通过0.2 mol 电子,阳极上减小的Cu为6.4 g
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属
3.(2022·浙江卷6月)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2,电解示意图如图(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A.电极A为阴极,发生还原反应
B.电极B的电极反应:2H2O+Mn2+-2e-===MnO2+4H+
C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D.电解结束,可通过调节pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
4.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
5.两个装置中,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
6.(2023·黑龙江哈尔滨第三中学期末)图示与表述内容相符的是( )
A B
该装置可能观察到的现象为a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色 该装置可制备Fe(OH)2并能较长时间观察其颜色
C D
该装置可以实现在铁制品上镀铜,且铜片为阴极 该装置可表示电解饱和食盐水的示意图,装置应选择阳离子交换膜,饱和NaCl溶液从b口加入
7.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。
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电极上的电极反应式是______________________,在X电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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
8.(2023·福建闽侯一中第一次月考)电化学普遍应用于生活和生产中,前途广泛,是科研的重点方向。
(1)工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO4。电解时,应以________作阴极,电解过程中阴极附近溶液pH将会________(填“增大”“减小”或“不变”),电解时阳极反应式为______________________________________,反应的总化学方程式为____________________________________。
(2)利用如图所示的电化学装置可消除雾霾中的NO、SO2。
①该装置中电子的流向是______(填“A→C”或“C→A”)。
②电极B的反应式为____________________________________。
(3)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液,电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式__________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________。
③电解过程中,Na2PbCl4电解液浓度不断减小,为了恢复其浓度,应该向______(填“阴”或者“阳”)极室加入________(填化学式)。
B组·能力提升
9.以等质量的铂棒和铜棒作电极,电解硫酸铜溶液,通电一段时间后,其中一极增加质量为a g,此时两极的质量差可能为( )
①a g ②2a g ③ g ④无法判断
A.① B.①②
C.①②③ D.④
10.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-+2H2O===4OH-
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
11.三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SO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SO离子向正极区迁移,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.负极区反应为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
12.电解原理在化学工业中有着广泛的应用。
(1)如图1,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2所示,其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。
①a电极上的反应式为______________________________________________________
________________________________________________________________________。
②电解质溶液d最好选________(填编号,下同)。
A.纯水 B.CuSO4溶液
C.NaOH溶液 D.H2SO4溶液
③液体c为________。
A.四氯化碳 B.硝基苯
C.苯 D.乙醇
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第四章 第二节 电解原理的应用
A组·基础达标
1.(2023·陕西西安交通大学附属中学期中)下列指定反应的离子方程式正确的是( )
A.铅蓄电池放电时负极反应:PbO2+2e-+4H++SO===PbSO4+2H2O
B.用铁作电极电解饱和MgCl2溶液:Mg2++2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+Mg(OH)2↓
C.用惰性电极电解CuCl2溶液:Cu2++2Cl-+2H2O2Cu(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
D.向铜片上电镀银的阳极反应:Ag-e-===Ag+
【答案】D 【解析】铅蓄电池放电时,负极上,铅失电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅,电极反应式为Pb-2e-+SO=PbSO4,A错误;用铁电极电解饱和氯化镁溶液,离子方程式为Fe+Mg2++2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Fe2+,B错误;用惰性电极电解CuCl2溶液,离子方程式为Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑,C错误;铜片上电镀银时,铜片为阴极,银为阳极,阳极反应式为:Ag-e-===Ag+,D正确。
2.(2023·广东广州黄埔期末)电解法将粗Cu(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯Cu的装置图如图所示,下列叙述中错误的是( )
A.a是粗Cu,作阳极,发生氧化反应
B.电解时,b极上的电极反应为Cu2++2e-===Cu
C.电解时,外电路每通过0.2 mol 电子,阳极上减小的Cu为6.4 g
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属
【答案】C 【解析】电解精炼粗铜时,粗铜作阳极、纯铜作阴极,即a是粗Cu,作阳极,发生氧化反应,A正确;精铜连接电源的负极,阴极发生还原反应,b极上的电极反应为Cu2++2e- = Cu,B正确;粗铜作阳极,阳极连接原电池正极,铜、铁、锌等失电子发生氧化反应,阳极反应式为Cu-2e-===Cu2+,Fe-2e-===Fe2+,Zn-2e-===Zn2+,故电解时,外电路每通过0.2 mol 电子,阳极上减小的Cu的质量小于6.4 g,C错误;电解后,电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥,D正确。
3.(2022·浙江卷6月)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2,电解示意图如图(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A.电极A为阴极,发生还原反应
B.电极B的电极反应:2H2O+Mn2+-2e-===MnO2+4H+
C.电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D.电解结束,可通过调节pH除去Mn2+,再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
【答案】C 【解析】由电解示意图可知,电极B上Mn2+转化为MnO2,锰元素化合价升高,失电子,则电极B为阳极,电极A为阴极,得电子发生还原反应,A正确;由电解示意图可知,电极B上Mn2+失电子转化为MnO2,电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-===MnO2+4H+,B正确;电极A为阴极,LiMn2O4得电子,电极反应式为2LiMn2O4+6e-+16H+===2Li++4Mn2++8H2O,依据得失电子守恒,电解池总反应为2LiMn2O4+4H+===2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,反应生成了Mn2+,Mn2+浓度增大,C错误;电解池总反应为2LiMn2O4+4H+===2Li++Mn2++3MnO2+2H2O,电解结束后,可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去,然后再加入碳酸钠溶液,从而获得碳酸锂,D正确。
4.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
【答案】C
5.两个装置中,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
【答案】D 【解析】①为电解池,阳极反应为2H2O-4e-===4H++O2↑(或4OH--4e-===2H2O+O2↑),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。
6.(2023·黑龙江哈尔滨第三中学期末)图示与表述内容相符的是( )
A B
该装置可能观察到的现象为a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色 该装置可制备Fe(OH)2并能较长时间观察其颜色
C D
该装置可以实现在铁制品上镀铜,且铜片为阴极 该装置可表示电解饱和食盐水的示意图,装置应选择阳离子交换膜,饱和NaCl溶液从b口加入
【答案】A 【解析】该装置为电解池,a、d都为电解池的阴极,溶液中的H+被还原生成H2,同时生成OH-显碱性,则a、d处pH试纸变蓝;c、b都为电解池的阳极,b极的Cl-被氧化生成Cl2,Cl2溶于水生成盐酸和次氯酸,次氯酸具有漂白性,则b处变红,且局部褪色,A正确;该装置为电解池,C电极作阳极,Fe电极作阴极,则Fe被保护,不能制备Fe(OH)2,B错误;电镀时,镀层金属作阳极,待镀金属作阴极,含镀层金属离子溶液作电镀液,则铁制品上镀铜,铜片为阳极,C错误;电解饱和食盐水使用阳离子交换膜,阴极上H+被还原生成H2,阳极上Cl-被氧化生成Cl2,为补充Cl-,饱和NaCl溶液应从a口加入,D错误。
7.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。
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电极上的电极反应式是______________________,在X电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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【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
8.(2023·福建闽侯一中第一次月考)电化学普遍应用于生活和生产中,前途广泛,是科研的重点方向。
(1)工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO4。电解时,应以________作阴极,电解过程中阴极附近溶液pH将会________(填“增大”“减小”或“不变”),电解时阳极反应式为______________________________________,反应的总化学方程式为____________________________________。
(2)利用如图所示的电化学装置可消除雾霾中的NO、SO2。
①该装置中电子的流向是______(填“A→C”或“C→A”)。
②电极B的反应式为____________________________________。
(3)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液,电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式__________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________。
③电解过程中,Na2PbCl4电解液浓度不断减小,为了恢复其浓度,应该向______(填“阴”或者“阳”)极室加入________(填化学式)。
【答案】(1)Fe 增大 MnO-e-===MnO 2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2KOH+H2↑ (2)①A→C ②NO+ 5e-+6H+===NH+H2O (3)①PbCl+2e-===Pb+4Cl-
②H+ ③阴 PbO
【解析】(1)电解时,应以Fe作阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,电解过程中阴极附近溶液pH将会增大,C为阳极,电极反应式为MnO-e-===MnO,总反应的化学方程式为2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2KOH+H2↑。(2)①(NH4)2SO4、H2SO4的稀溶液变为浓溶液,说明电解生成(NH4)2SO4、H2SO4, 则A是阳极B是阴极,该装置中电子的流向是A→C。②电极B是NO得电子生成NH,电极反应式为NO+5e-+6H+===NH+ H2O。(3)①阴极发生还原反应,Na2PbCl4被还原生成Pb,阴极反应式为PbCl+2e-===Pb+4Cl-;②电解时阳离子向阴极移动,通过阳离子交换膜的离子主要为氢离子;③电解过程中,Na2PbCl4在阴极发生还原反应,阴极发生还原反应生成Pb,阳极发生氧化反应生成氧气,Na2PbCl4浓度不断减小,为恢复浓度,则应在阴极加入PbO,溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液。
B组·能力提升
9.以等质量的铂棒和铜棒作电极,电解硫酸铜溶液,通电一段时间后,其中一极增加质量为a g,此时两极的质量差可能为( )
①a g ②2a g ③ g ④无法判断
A.① B.①②
C.①②③ D.④
【答案】B 【解析】有两种可能:①如果电解池中,Cu作阴极,Pt作阳极,本实验为电解硫酸铜溶液,Cu棒增重,而Pt棒的质量不变,因此二者的质量差为a g。②如果电解池中,Cu作阳极,Cu是活性电极,Cu棒本身参与反应,即Cu-2e-===Cu2+,因此Cu极减重,Pt作阴极,阴极受保护,阴极本身不参与反应,此时溶液中的Cu2+被还原而使阴极增重,即Cu2++2e===Cu,综合两极情况后,可得出阴极增加质量的数值应等于阳极铜棒失重的数值,因此两极质量相差2a g。
10.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-+2H2O===4OH-
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
【答案】A 【解析】A项是阴极H2O电离出的H+得电子,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑。
11.三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SO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SO离子向正极区迁移,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.负极区反应为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
【答案】B 【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错误;Na+移向负极区,生成NaOH, SO移向正极区,生成H2SO4,B正确;根据负极区电极反应可知C错误;每通过1 mol 电子,有0.25 mol O2生成,D错误。
12.电解原理在化学工业中有着广泛的应用。
(1)如图1,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2所示,其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。
①a电极上的反应式为______________________________________________________
________________________________________________________________________。
②电解质溶液d最好选________(填编号,下同)。
A.纯水 B.CuSO4溶液
C.NaOH溶液 D.H2SO4溶液
③液体c为________。
A.四氯化碳 B.硝基苯
C.苯 D.乙醇
【答案】(1)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4 0.4 mol Cu-2e- ===Cu2+
(2)①Fe-2e- ===Fe2+ ②C ③C
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