第四章化学反应与电能
第二节 电解池
第1课时 电解原理
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是( )
A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能
B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能
C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能
D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能
解析B项、C项属于电化学反应,一定有电子转移,一定发生氧化还原反应;D项营养物质葡萄糖为人类提供能量的过程,是被O2氧化的过程,发生了氧化还原反应;A项光能转化成电能的过程没有新物质生成,没有发生化学反应,故选A。
答案A
2.关于原电池、电解池的电极名称,下列说法错误的是
( )
A.原电池中失去电子的一极为负极
B.电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极
C.原电池中相对活泼的一极为正极
D.电解池中发生氧化反应的一极为阳极
解析根据原电池原理可知,原电池中相对活泼的一极为负极。
答案C
3.用惰性电极电解下列溶液,其中随着电解的进行,溶液pH逐渐减小的是( )
①氯化钠溶液 ②硫酸铜溶液 ③氢氧化钠溶液
④稀硫酸 ⑤稀盐酸 ⑥硫酸钠溶液
A.①③⑤
B.②④⑤
C.②④
D.②④⑥
答案C
4.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内物质),能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A.AgNO3[AgNO3]
B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl]
D.CuSO4[Cu(OH)2]
答案B
5.在某电解质溶液里,用M和N作电极,通电一段时间后,发现M极质量减小,N极质量增大,符合这一情况的是( )
A.电解质溶液是稀硫酸
B.金属M是阳极,金属N是阴极
C.M和N是石墨电极
D.M是阴极,N是阳极
解析由题意可知,M极溶解,发生氧化反应,为阳极,N极质量增加,故有金属单质在N极上析出,发生还原反应,为阴极,电解质溶液应为金属盐溶液,M应为金属电极。
答案B
6.下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是( )
A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
解析电解盐酸的化学方程式为2HClCl2↑+H2↑,电解CuCl2的化学方程式为CuCl2Cu+Cl2↑,A选项错;电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,B选项错;电解NaBr溶液的化学方程式为2NaBr+2H2O2NaOH+H2↑+Br2,D选项错。
答案C
7.如图中,两电极上发生的电极反应为a极:Cu2++2e-Cu;b极:Fe-2e-Fe2+。下列说法不正确的是( )
A.装置中电解质溶液一定含有Cu2+
B.该装置一定是化学能转化为电能
C.a、b可能是同种电极材料
D.a极上一定发生还原反应
解析该装置既可构成原电池,又可构成电解池。当构成原电池时,a极材料可以是活动性比铁差的金属或石墨,b极为铁,电解质溶液含Cu2+;当构成电解池时,a极作阴极,b极作阳极且必须是铁电极,电解液中含Cu2+。
答案B
8.用惰性电极电解某溶液时,发现两极只有H2和O2生成,则电解一段时间后,下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有( )
①该溶液的pH可能增大 ②该溶液的pH可能减小 ③该溶液的pH可能不变 ④该溶液的浓度可能增大 ⑤该溶液的浓度可能不变 ⑥该溶液的浓度可能减小
A.只有①②③
B.只有①②③④
C.只有①②③④⑤
D.①②③④⑤⑥
答案C
9.下图为以惰性电极进行电解的装置:
(1)写出A、B、C、D各电极上的电极反应式和总反应方程式:
A: ,?
B: ,?
总反应方程式: ;?
C: ,?
D: ,?
总反应方程式: ;?
(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为 。?
解析A、B、C、D分别发生如下反应:Cu2++2e-Cu,2Cl--2e-Cl2↑,4Ag++4e-4Ag,2H2O-4e-O2↑+4H+;由电子守恒可知,在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)∶n(Cl2)∶n(Ag)∶n(O2)=2∶2∶4∶1。
答案(1)Cu2++2e-Cu 2Cl--2e-Cl2↑ CuCl2Cu+Cl2↑ 4Ag++4e-4Ag 2H2O-4e-O2↑+4H+ 4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑
(2)2∶2∶4∶1
提升能力跨越等级
1.如下图所示,甲池的总反应式为N2H4+O2N2+2H2O。下列说法正确的是( )
A.甲池中负极上发生的反应为N2H4-4e-N2+4H+
B.乙池中石墨电极上发生的反应为2H2O-4e-O2↑+4H+
C.甲池溶液pH增大,乙池溶液pH减小
D.甲池中每消耗0.1
mol
N2H4乙池电极上则会析出6.4
g固体
解析分析题图知,甲是燃料电池,乙是电解池,甲池中电解质溶液为氢氧化钾溶液,则负极不可能生成H+,应该是N2H4-4e-+4OH-N2+4H2O,A项错误。乙池中石墨电极是阳极,发生氧化反应,B项正确。根据甲池总反应式知反应中生成了水,则氢氧化钾溶液的浓度变小,pH减小;乙池中阴极析出铜,阳极OH-放电,乙池的溶液pH减小,C项错误。根据各个电极通过的电量相等知N2H4~2Cu,则甲池中消耗0.1
mol
N2H4时乙池电极上会析出12.8
g铜,D项错误。
答案B
2.将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中溶液pH随时间t变化的曲线正确的是(不考虑Cl2的溶解)( )
解析电解分为三个阶段。第一阶段(电解CuCl2溶液):阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极反应式为Cu2++2e-Cu,因Cu2+浓度减小,水解产生的H+浓度减小,溶液pH增大;第二阶段(电解CuSO4溶液):阳极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,阴极反应式为2Cu2++4e-2Cu,溶液中H+浓度增大,溶液pH减小;第三阶段(相当于电解水):阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极反应式为4H++4e-2H2↑,因为水被消耗,使混合溶液酸性增强,溶液pH减小。
答案D
3.下图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是( )
A.X是负极,Y是正极
B.Pt是阴极,Cu是阳极
C.CuSO4溶液的pH逐渐减小
D.CuSO4溶液的pH不变
解析b电极附近溶液呈红色,说明b电极处氢离子放电。电解氯化钠溶液时,阳极发生氧化反应产生氯气,阴极发生还原反应产生氢气,同时生成氢氧化钠,因此b电极是阴极,与电源的负极相连,则Y为负极,X为正极;铂电极与电源的正极相连,作阳极,铜电极作阴极;电解硫酸铜溶液时,阳极上氢氧根离子放电,CuSO4溶液的pH减小。
答案C
4.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
解析A项,根据题意“铝表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜”,即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝,因此待加工铝质工件为阳极,A正确;B项,阴极上电极材料本身不反应,只传导电流,可以选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,C错误;D项,电解过程中阴离子移向阳极,即S向阳极移动,D项正确。
答案C
5.将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解,且电解时间足够长。有以下结论:①溶液中几乎没有Br-;②电解质溶液为无色;③最终溶液显碱性;④K+、Na+和S的浓度几乎没有变化。其中正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)( )
A.①②③
B.②③④
C.①②④
D.①③④
解析溶液中存在的阴离子有:Cl-、Br-、S、OH-,阳离子有:K+、Cu2+、Na+、H+。因用Pt电极电解足够长的时间,阴离子首先放电的是Br-,其次是Cl-,最后是OH-,S在溶液中不放电;阳离子先放电的是Cu2+,其次是H+。所以先电解CuBr2,阳极逸出Br2,阴极析出Cu,当CuBr2电解完毕时,相当于继续电解HCl(H+来自于水),当Cl-被消耗尽时,则继续电解水。由于Cu2+转化为单质铜,电解液变为无色;Cl-在阳极放电时,水电离出的H+在阴极放电,使溶液中的c(OH-)增大;由于最终水被消耗,c(K+)、c(Na+)和c(S)会增大。
答案A
6.(双选)将如图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是( )
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c(S)增大
D.片刻后可观察到滤纸a点处变红色
解析A项,K闭合后,Zn作原电池的负极,Cu作原电池的正极,Cu电极上发生还原反应;B项,电子流向为Zn→a、b→Cu,a、b之间无电子流动;C项,甲池中S浓度基本保持不变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动;D项,滤纸a点附近的电极是阴极,H+放电,溶液中OH-浓度增大,显碱性,故滤纸a点处变红色。
答案AD
7.如图,p、q为直流电源的两极,A由+2价金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B极,同时C、D两极试管中产生气泡。
试回答:
(1)p为 极,A极发生了 反应。?
(2)C为 极,试管里收集到的气体是 ;D为 极,试管里收集到的气体是 。?
(3)C极的电极反应式是 。?
(4)当反应进行一段时间后,A、B电极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。?
(5)当电路中通过0.004
mol电子时,B电极上沉积金属X的质量为0.128
g,则此金属的摩尔质量为 。?
解析(1)接通电源,X沉积于B极,说明B为阴极,则A为阳极,故q为负极,p为正极,A上发生氧化反应。
(2)右侧电解池中,C为阳极,C试管内得O2,D为阴极,D试管内得H2。
(4)A极:X-2e-X2+,B极:X2++2e-X,两极附近溶液pH不变。
(5)设X的摩尔质量为M
g·mol-1,则
X2+ + 2e- X
2
mol
M
g
0.004
mol
0.128
g
得M=64。
答案(1)正 氧化 (2)阳 氧气 阴 氢气
(3)2H2O-4e-4H++O2↑
(4)不变 (5)64
g·mol-1
8.重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过):
制备原理:2Cr(黄色)+2H+Cr2(橙色)+H2O。
(1)通电后阳极室产生的现象为 ;?
其电极反应式是 。?
(2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4Cr+4H2O2Cr2+4OH-+2H2↑+O2↑,若实验开始时在右室中加入38.8
g
K2CrO4,t
min后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2,则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为 ;此时电路中转移电子的物质的量为 。?
解析(1)阳极发生氧化反应,溶液中氢氧根离子失去电子生成氧气和水。(2)直接设K2CrO4和K2Cr2O7物质的量分别为x、y,则钾原子的物质的量为2x+2y,铬原子物质的量为x+2y,依据两原子个数比为3∶2,可求出两物质的物质的量之比为2∶1;根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2
mol,又t
min后两物质的物质的量之比为2∶1,则铬酸钾的物质的量为0.1
mol,重铬酸钾的物质的量为0.05
mol,根据化学方程式可知,生成0.05
mol的重铬酸钾,反应中转移电子的物质的量为0.05×2
mol。
答案(1)阳极产生无色气体,溶液由黄色逐渐变为橙色 4OH--4e-O2↑+2H2O(或2H2O-4e-O2↑+4H+) (2)2∶1 0.1
mol
贴近生活拓展创新
A、B、C三种强电解质,它们在水中电离出的离子如下表所示:
阳离子
Na+、K+、Cu2+
阴离子
S、OH-
上图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,电极均为石墨电极。接通电源,经过一段时间后,测得乙中c电极质量增加了16
g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间(t)的关系图如上。据此回答下列问题:
(1)M为电源的 (填“正”或“负”)极,电极b上发生的电极反应为
。?
(2)计算电极e上生成的气体在标准状况下的体积 。?
(3)写出乙烧杯的电解总反应:?
。?
(4)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出,此时电解能否继续进行,为什么??
。?
(5)要使丙恢复到原来的状态,操作是?
。?
解析(1)根据乙中c极质量增加说明乙为硫酸铜溶液,c电极为阴极,M为电源负极,再依据pH的变化情况,可知丙为硫酸钾或者硫酸钠,甲为氢氧化钠或者氢氧化钾,电解池甲、丙都相当于电解水。b为阳极,电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑。(2)丙中e电极为阴极,生成的气体为氢气,根据c电极质量增加了16
g,结合电子守恒可以确定,电极e上生成氢气物质的量为0.25
mol,标准状况下为5.6
L。(3)乙中为电解硫酸铜溶液,电解总反应式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。(4)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出,若继续电解则为电解硫酸溶液,电解反应可继续进行,其实质为电解水。(5)要使丙恢复到原来的状态,需要添加水,其物质的量(等于生成氢气的物质的量)为0.25
mol,质量为4.5
g。
答案(1)负 4OH--4e-2H2O+O2↑
(2)5.6
L
(3)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4
(4)能,因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应实质变为电解水的反应
(5)向丙烧杯中加4.5
g水(共32张PPT)
第二节 电解池
第1课时 电解原理
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.NaCl、CuSO4在水中的电离方程式分别为 。?
2.(1)金属Zn、Fe、Cu的还原性逐渐 ,Zn2+、Fe2+、Cu2+的氧化性逐渐 ,即Zn2+、Fe2+、Cu2+得电子能力逐渐 。?
(2)Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐 ,Cl-、Br-、I-的还原性逐渐 ,即Cl-、Br-、I-失电子的能力逐渐 。?
3.工业上电解法冶炼镁:
MgCl2(熔融)
。?
减弱
增强
增强
减弱
增强
增强
Mg+Cl2↑
知识铺垫
必备知识
正误判断
一、实验探究
1.【实验4-2】按下图所示装置完成实验,并填写下表。
红色物质
析出金属铜
变蓝
产生了氯气
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.实验原理分析
(1)通电时,在电场的作用下,溶液中的离子作 ,即
向a极迁移, 向b极迁移。?
(2)a极电极反应式是
,b极电极反应式是 ,总反应式是 。?
(3)结论:在外接电源存在的条件下,借助电解池将 剂的电子转移给 剂。?
定向运动
Cl-
Cu2+
2Cl--2e-==Cl2↑
Cu2++2e-==Cu
还原
氧化
知识铺垫
必备知识
正误判断
二、电解原理
1.电解是使电流通过 (或熔融电解质)而在阳极、阴极引起 反应的过程。?
2.电解池(也称电解槽)是将
转化为 的装置。?
3.电极名称
(1)阴极:与电源 相连的电极,发生 反应;?
(2)阳极:与电源 相连的电极,发生 反应。?
【微思考1】电解池的阴、阳极与电极材料的活性是否有关?
电解质溶液
氧化还原
电能
化学能
负极
还原
正极
氧化
答案:无关,电解池的阴、阳极只与外电源的正、负极有关,连接外电源正极的一极一定为阳极,连接外电源负极的一极一定为阴极。
知识铺垫
必备知识
正误判断
4.电解池的构成条件:具有与 相连接的两个电极(阴极、阳极),插入 溶液或熔融 中,形成 。?
5.电子和离子移动方向
(1)电子:从电源 极流向电解池的 极,从电解池的 极流向电源的 极。?
(2)离子:阳离子移向电解池的 极;阴离子移向电解池的 极。?
【微思考2】用惰性电极(如石墨棒)电解水时,往往向水中加入稀硫酸的目的是什么?
直流电源
电解质
电解质
闭合回路
负
阴
阳
正
阴
阳
答案:增强溶液的导电性。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(1)电解池能将化学能转化为电能。
( )
(2)电解质溶液导电属于化学变化。
( )
(3)电解池的阳极与电源的负极相连。
( )
(4)电解时,阳离子向阴极定向运动,阴离子向阳极定向运动。
( )
(5)电解任何物质,阳极失电子总数与阴极得电子总数相等。
( )
(6)原电池的负极和电解池的阴极都发生的是还原反应。
( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
电解时电极产物的判断
问题探究
1.电解池中,阴、阳两极的材料与电解产物有关系吗?
2.用惰性电极电解CuSO4与NaCl的混合溶液,首先在阴、阳两极产生什么物质?
答案:阳极材料与阳极产物有关,阴极无关。
答案:阳极产生Cl2;阴极产生Cu。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.电解池阴、阳极的判断
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
2.电极产物的判断
(1)阳极产物的判断:
首先看电极,如果是活性电极,则电极材料失去电子,被溶解,溶液中的阴离子不失去电子。如果是惰性电极,则要看溶液中阴离子的失电子能力,根据阴离子的放电顺序加以判断。
阴离子的放电顺序:
>I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。
(2)阴极产物的判断:
直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(浓度大时)>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(浓度小时)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1现用Pt作电极电解1
L浓度均为0.1
mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是( )
A.电解开始时阴极有H2放出
B.电解开始时阳极上发生:Cu2++2e-=Cu
C.当电路中通过电子的量超过0.1
mol时,此时阴极放电的离子发生了变化
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析:依据放电顺序,阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,A、B两项错误。n(Cu2+)=0.1
mol,由阴极反应Cu2++2e-==Cu可知,当电路中通过电子的量达到0.2
mol时,此时Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,所以C项错误;阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
解答有关电解问题的步骤
(1)首先要判定是否为电解池,有外接直流电源则为电解池,否则不是电解池。
(2)对于电解池,首先要考虑阳极材料,若为惰性电极,溶液中的阴离子被氧化;若为活泼金属电极,则被氧化的是电极本身。
(3)若溶液中的阴、阳离子有多种,则要根据离子放电顺序判定什么离子先放电,什么离子后放电,并写出电极反应式。
(4)根据电极反应式解答相关问题。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
变式训练1某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法不正确的是( )
A.电解过程中,铜电极上有H2产生
C.电解一段时间后,石墨电极上有铜析出
D.电解过程中,H+的浓度减小
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:A
解析:Cu电极为阳极,电极反应式为Cu-2e-==Cu2+,故A项错误。电解初期,阴极反应为2H++2e-==H2↑,总反应方程式为Cu+H2SO4
CuSO4+H2↑,溶液中H+的浓度减小,故B、D两项正确。电解一段时间后,溶液中Cu2+的浓度较大,此时阴极反应为Cu2++2e-==Cu,故C项正确。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
使用惰性电极电解电解质溶液的基本类型
问题探究
1.用惰性电极电解H2SO4溶液与盐酸的两极产物分别相同吗?溶液pH有何变化?
2.用惰性电极电解食盐水一段时间后,若要使溶液复原,应加入什么物质?
答案:阴极产物相同(都是H2),阳极产物不同[H2SO4→O2,HCl→Cl2],电解后硫酸溶液pH减小,盐酸pH增大。
答案:加入HCl。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
用惰性电极电解电解质溶液的基本类型
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出有刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析:A、b电极分别为电解池的阴极和阳极,其电极反应分别是4H++4e-==2H2↑和4OH--4e-==O2↑+2H2O;即a极逸出的气体体积比b极大。a极和b极溶液分别显碱性和酸性,故可以看到a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(1)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极区为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;若阴极、阳极同时有H+、OH-放电,相当于电解水,电解质浓度增大(饱和溶液除外)。
(2)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,需要加入适量的某物质,该物质一般是阴极与阳极产物的化合物。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
变式训练2用惰性电极进行电解,下列说法正确的是( )
A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
答案:D
解析:电解稀硫酸实质上是电解水,c(H+)增大,溶液pH减小,A项错误:电解稀氢氧化钠溶液,实质上也是电解水,c(OH-)增大,溶液pH增大,B项错误;电解硫酸钠溶液,在阴极上生成H2,阳极上生成O2,其物质的量之比为2∶1,C项错误。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
1.如下图所示装置中,属于电解池的是( )
答案:C
解析:判断某装置是否为电解池,要以构成电解池的三个基本条件为标准。构成电解池的三个条件:①有与直流电源相连的两个电极;②有电解质溶液或熔融态电解质;③能形成闭合回路。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
2.(双选)如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是( )
A.a为正极,b为负极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
答案:AC
解析:根据图示电流方向,先确定a是电源正极,b是电源负极;则c是电解池的阳极,电极反应为2Cl--2e-==Cl2↑,溶液中氯离子不断减少;d是电解池的阴极,电极反应为Cu2++2e-==Cu,d电极质量不断增加。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
3.下列关于电解池的叙述中,不正确的是( )
A.与电源正极相连的是电解池的阴极
B.电解池是电能转化为化学能的装置
C.溶液中的阳离子移向阴极
D.在电解池的阳极发生氧化反应
答案:A
解析:与电源正极相连的是电解池的阳极,与电源负极相连的是电解池的阴极。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
4.下图中能验证用惰性电极电解饱和氯化钠溶液(含酚酞)的电解产物的装置是( )
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析:电解饱和食盐水生成H2和Cl2,H2可用向下排空气法收集,Cl2可用碘化钾淀粉溶液检验,排除A、B。生成H2的一极为阴极,与电源负极相连,生成Cl2的一极为阳极,与电源正极相连,据此可知正确的为D项。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
解质,电解其溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:
(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,电解质是 。?
(2)当阴极析出金属,阳极放出O2时,电解质是 。?
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,电解质是 。?
(4)通过电子的物质的量与阴极析出金属的物质的量、阳极放出气体的物质的量之比为4∶2∶1时,电解质的化学式是 。?
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:(1)Na2SO4 (2)CuSO4
(3)NaCl (4)CuSO4
解析:(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,则电解时放电离子分别为H+、OH-,实际被电解的物质为H2O,电解质为活泼金属含氧酸盐Na2SO4。
(2)当阴极析出金属、阳极放出O2时,电解时放电离子为金属离子、OH-,实际被电解的物质为H2O和电解质,应为CuSO4。
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,放电离子为H+、Cl-,则电解质应为NaCl。
(4)由题给离子及离子的放电顺序可知,阴极析出的金属应为Cu,阳极放出的气体应为O2,其电极反应为阴极2Cu2++4e-==2Cu,阳极4OH--4e-==2H2O+O2↑,此时阴、阳两极电极产物的物质的量之比为2∶1,符合题意,电解质为CuSO4。(共32张PPT)
第2课时 电解原理的应用
必备知识
正误判断
一、电解饱和食盐水
1.装置
必备知识
正误判断
2.原理
(1)电极反应:
阳极:发生氧化反应,电极反应式为 。?
阴极:发生还原反应,电极反应式为 。?
(2)总反应式:
化学方程式: 。?
离子方程式:
。?
【微思考1】能否说电解饱和食盐水(惰性电极)时阴极产物只有氢气?
2Cl--2e-==Cl2↑
2H2O+2e-==H2↑+2OH-
答案:不能,阴极产物是氢气和氢氧化钠。
必备知识
正误判断
二、电镀
1.定义
电镀是一种利用 原理在某些金属表面镀上一薄层其他
或 的加工工艺。?
2.电镀原理
(1)实例(往铁件上镀铜):
①阴极材料: ,电极反应式: ;?
②阳极材料: ,电极反应式: ;?
③电解质溶液:
溶液。?
(2)电镀的目的主要是增强金属的 能力,增加表面硬度和美观。?
电解
金属
合金
Fe
Cu2++2e-==Cu
Cu
Cu-2e-==Cu2+
CuSO4(合理即可)
抗腐蚀
必备知识
正误判断
三、电解精炼铜
1.粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质,常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用 作阳极,用 作阴极,用 作电解质溶液。?
3.电解精炼铜的原理是粗铜中的铜以及比铜 的金属Zn、Fe等失去电子,产生的阳离子进入溶液中,不比铜活泼的金属
等以金属单质的形式沉积在电解槽的底部,形成 ,溶液中Cu2+在纯铜上析出。?
【微思考2】电镀铜和电解精炼铜时所用的电解质溶液中都含有Cu2+,通电一段时间后,电解质溶液中的c(Cu2+)分别如何变化?
粗铜
纯铜
活泼
CuSO4溶液
Ag、Au
阳极泥
答案:电镀铜时,c(Cu2+)基本不变;而电解精炼铜时,c(Cu2+)会减小。
必备知识
正误判断
四、电冶金
1.金属冶炼的本质
使矿石中的金属离子 变成金属单质的过
2.电冶金
电解是最强有力的氧化还原手段,适用于制取一些 单质,如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。?
3.电解熔融的氯化钠
阳极反应:
;?
阴极反应:
;?
总反应:
。?
获得电子
活泼金属
2Cl--2e-==Cl2↑
2Na++2e-==2Na
必备知识
正误判断
(1)电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极。
( )
(2)电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极。
( )
(3)电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极。
( )
(4)在镀件上电镀锌,用锌作阳极。
( )
(5)从粗铜精炼所得阳极泥中可回收Ag、Au、Fe等金属。
( )
(6)铁器上镀铜所用电解质溶液为FeSO4溶液。
( )
答案:(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)×
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
电解原理的应用
问题探究
1.怎样判断一个装置是原电池还是电解池?
2.粗铜中含有少量Fe、Zn、Au、Ag等杂质,通过粗铜精炼是怎样除去这些杂质的呢?
答案:有外加电源的一定为电解池,无外加电源的一般为原电池;多池组合时,一般含活泼金属的为原电池,其余都是原电池连接着的电解池。
答案:粗铜精炼是将粗铜作阳极,粗铜中的Cu、Fe、Zn等失去电子生成Cu2+、Fe2+、Zn2+进入溶液中,因Fe2+、Zn2+的氧化性弱于Cu2+不能在阴极析出,留在溶液中;Au、Ag等不如Cu活泼的金属,不能在阳极失去电子,从而以固体的形式沉到电解槽底部,形成阳极泥。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
电镀与电解精炼的比较
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1以KCl和ZnCl2的混合溶液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是( )
A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程
B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率
D.工业上电解饱和食盐水制取Na和Cl2
答案:C
解析:未通电前题述装置不能构成原电池,A项错误;锌的析出量与通过的电量成正比,B项错误;电镀时电解反应速率只与电流大小有关,与温度无关,C项正确;工业上通过电解熔融NaCl制取Na和Cl2,D项错误。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
电镀时,镀层金属离子浓度远高于其他阳离子浓度,因此一定是电镀液中的镀层金属离子得到电子变为金属单质在阴极析出,而不是其他阳离子。例如在铁片上镀锌时,阴极反应式为Zn2++2e-=Zn,而不是2H++2e-=H2↑。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
变式训练1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.溶液中Cu2+浓度保持不变
B.粗铜接电源正极,发生还原反应
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
答案:D
解析:电解精炼时粗铜做阳极,发生氧化反应,精铜做阴极,发生还原反应。电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,Cu2+在阴极上得电子。粗铜中的不活泼金属不能失电子,以阳极泥的形式沉积在阳极附近。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
电解的有关计算
问题探究
将两个分别装有Na2SO4、CuCl2溶液的电解池串联在一起,均用惰性电极进行电解,电解一段时间后,试分析电极产物H2、O2、Cl2、Cu之间物质的量的关系。
答案:根据得失电子守恒及元素的化合价变化可得出电极产物物质的量的关系式:2H2~O2~2Cl2~2Cu~4e-,即H2、O2、Cl2、Cu的物质的量之比为2∶1∶2∶2。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
深化拓展
电化学的有关计算
(1)计算的原则:
①阳极还原剂失去的电子数=阴极氧化剂得到的电子数。
②串联电路中通过各电极的电子总数相等。
③电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
(2)计算的方法:
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(3)注意几个等量关系式:
①当电流通过多个串联的电解池时,它们皆处于同一闭合电路中,所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。
②常见电化学计算的对应关系:
如电解过程中析出气体时,在同温、同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)=1∶1∶0.5。
总之,电解混合溶液时要注意电解的阶段性以及电极反应式和总反应式,知道电解产物与转移电子的物质的量之间的关系式是电化学计算的主要依据。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2如图所示,若电解5
min时,测得铜电极的质量增加2.16
g。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
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(标准状况下)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溶液的体积也是200
mL,电解后溶液中仍有Cl-,则电解后溶液的pH为 。(KW=1.0×10-14)?
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:(1)负 (2)0.
025
mol·L-1 (3)13
解析:(1)铜极增重,说明银在铜极上析出,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气体是H2,即Cu2+全部在阴极放电后,H+接着放电产生了112
mL
H2,则通过0.01
mol电子时,Cu2+已完全被还原。由2e-~Cu,可知n(Cu2+)=0.005
mol,则
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
解答与电解有关的计算题的基本步骤
(1)正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)。
(2)当溶液中有多种离子共存时,先要根据离子放电顺序确定离子放电的先后。
(3)根据得失电子守恒进行相关计算。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
变式训练2有一电解装置如图所示。图中B装置中盛有1
L
2
mol·L-1
Na2SO4溶液,A装置中盛有1
L
2
mol·L-1
AgNO3溶液。通电后,湿润的淀粉KI试纸的C端变蓝色,电解一段时间后,试完成下列问题。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(1)A中发生反应的化学方程式为?
。?
(2)在B中观察到的现象是??
。?
(3)室温下,从电解开始到时间为t时,A、B装置中共收集到气体0.168
L(标准状况下),若电解过程中无其他副反应发生,且溶液体积变化忽略不计,则在t时,A中溶液的pH为 。?
答案:(1)4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3
(2)石墨电极表面有气泡产生,铜电极周围溶液变成蓝色,一段时间后U形管下部有蓝色沉淀产生
(3)2
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
1.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
答案:B
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
2.关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是( )
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入淀粉KI溶液,
溶液呈现蓝色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,
溶液呈现无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈现中性
答案:B
解析:电解NaCl溶液,阴极生成H2和NaOH,阳极生成Cl2。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
3.(双选)下列关于铜电极的叙述中,正确的是( )
A.铜锌原电池中铜是正极
B.用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极
C.在镀件上电镀铜时金属铜作阳极
D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
答案:AC
解析:铜锌原电池中,铜不如锌活泼,铜应为正极,A项正确;电解池的阳极发生失去电子的氧化反应,阴极发生得到电子的还原反应,所以精炼粗铜时,粗铜应作为阳极,镀铜时铜也应作为阳极以提供Cu2+,B项错误,C项正确;而电解稀硫酸时,如把铜作为阳极,铜会首先放电,阳极就不能产生氧气,D项错误。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
4.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是( )
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生氧化反应
C.粗铜连接电源负极,其电极反应是Cu-2e-=Cu2+
D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
答案:D
解析:电解时粗铜作阳极,与电源正极相连,失电子发生氧化反应;精铜作阴极,与电源负极相连,得电子发生还原反应,A、B、C错误。因为在金属活动性顺序中,Ag、Pt排在Cu的后面,所以电解时,Ag、Pt不会失电子,D正确。
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
5.下图为相互串联的甲、乙两个电解池,甲池利用电解原理在铁上镀银,试回答:
(1)A是 、 (填电极材料和电极名称),电极反应式是 ;B是 、 (填电极材料和电极名称),电极反应式是 ,应选用的电解质溶液是 。?
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液,开始电解一段时间,铁极附近呈 色;C极附近呈 色。?
(3)若甲池阴极增重43.2
g,则乙池中阳极上放出的气体在标准状况下的体积是
mL。?
若电解后乙池中剩余溶液仍为400
mL,则所得NaOH溶液的物质的量浓度为 。?
任务一
任务二
素养脉络
随堂检测
答案:(1)铁 阴极
Ag++e-==Ag 银 阳极
Ag-e-==Ag+ 硝酸银溶液
(2)红 无 (3)4
480 1
mol·L-1
解析:甲池阴极增重43.2
g,阴极:
Ag++e- ==
Ag
1
mol
108
g
0.4
mol
43.2
g
乙池阳极上放出的气体为Cl2,阳极:
2Cl-
-
2e-
==
Cl2↑
0.4
mol
0.2
mol
乙池总反应: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
