高中化学第四章电化学基础3-2电解原理的应用同步检测含解析 人教版选修4 2 17页

第2课时　电解原理的应用 记一记 ‎1.电解饱和食盐水的化学方程或为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎2．电镀时，待镀的金属制品作阴极，镶层金属作阳交，用鏊疆罐i金属离子的溶液作电镀液。‎ ‎3．电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液。‎ ‎4．电解熔融Al2O3制取铝．电解熔融MgCl2制取镁，电解熔融NaCl制取钠。‎ 探一探 ‎1.氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？‎ ‎[提示]　防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2与溶液中的NaOH反应。‎ ‎2．电镀池应该具备什么条件？电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化？‎ ‎[提示]　条件：镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属阳离子的盐溶液作电解质溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。‎ ‎3．电解精炼铜应具备什么条件？精炼过程中电解质溶液的浓度如何变化？‎ ‎[提示]　条件：粗铜作阳极，纯铜作阴极，含铜离子的盐溶液作电解质溶液。由于粗铜中含有比铜活泼的金属杂质，电解过程中会失去电子溶解在溶液中，故精炼过程中电解质溶液的浓度略有减小。‎ ‎4．工作生产金属镁和金属铝均采用电解法，制取Mg时电解的是熔融的MgCl2，而制取Al时却电解的是熔融的氧化铝，不是AlCl3，这是为什么？‎ ‎[提示]　MgCl2是离子化合物，在熔融状态时导电，而AlCl3是共价化合物，在熔融状态不导电，故制取金属铝用的是电解熔融的氧化铝(属离子化合物)。‎ 判一判 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)氯碱工业是非常重要的化工生产，在电解饱和食盐水时，在阴极上得到的产物为H2和NaOH。(√)‎ ‎(2)电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阳极。(×)‎ ‎(3)电解法精炼粗铜，用纯铜作阳极。(×)‎ ‎(4)在镀件上电镀锌，用锌作阳极。(√)‎ ‎(5)电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度一定不变。(×)‎ - 17 -‎ ‎(6)在镀件上电镀铜，电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量。(√)‎ ‎(7)活泼性强的金属，如Na、Ca、Mg、Al、Zn等均用电解法冶炼。(×)‎ ‎(8)电解饱和食盐水可制得钠和氯气。(×)‎ ‎(9)用石墨作电极，通直流电电解熔融的氧化铝制铝时，阴极石墨要定期补充更换。(×)‎ ‎(10)用电解法可以实现下列反应Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑。(√)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 练一练 ‎1.[2019·信阳高二月考]下列描述中，不符合生产实际的是(　　)‎ A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极 C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 答案：A ‎2．[2019·西宁高二检测]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 答案：D ‎3．[2019·南宁高二摸底]下列关于电化学知识的说法正确的是(　　)‎ A．电解饱和食盐水在阳极得到氯气，阴极得到金属钠 B．电解精炼铜时，阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加 C．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液，在阴极上依次析出Al、Fe、Cu D．电解CuSO4溶液一段时间后(Cu2＋未反应完)，加入适量Cu(OH)2可以使溶液恢复至原状态 答案：B ‎4．[2019·开封高二检测]把两个惰性电极插入500 mL的AgNO3‎ - 17 -‎ 溶液中，通入直流电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是(　　)‎ A．27 mg B．54 mg C．108 mg D．216 mg 答案：B 知识点一 氯碱工业 ‎1.[2019·宁夏育才中学高二期末]氯碱工业的基本原理就是电解饱和食盐水，下列关于实验牵电解饱和食盐水的说法中正确的是(　　)‎ A．可以选用碳棒作为阴、阳极材料，但阳极材料也可以用铁棒 B．用湿润的淀粉－KI试纸靠近阴极区域，试纸变蓝 C．电解过程中，在阴极区域溶液中滴加酚酞，溶液变红色 D．实验结束后将溶液搅拌，然后用pH试纸检验，溶液呈中性 解析：可以选用碳棒作为阴、阳极材料，但阳极材料不可以用铁棒，因为铁作阳极时会溶解，故A错误；阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，用湿润的淀粉－KI试纸靠近阴极区域，试纸不变蓝，故B错误；电解过程中，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，有OH－生成，在阴极区域溶液中滴加酚酞，溶液变红色，故C正确；阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极产物为NaOH和H2，阳极产物为Cl2，实验结束后将溶液搅拌．然后用pH试纸检验，溶液会显碱性，故D错误。‎ 答案：C ‎2．下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是(　　)‎ A．装置出口①处的物馈是氯气 B．出口②处的物质是氢气，该离子交换只能让阳离子通过 C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑‎ D．该装置是将电能转化为化学能 解析：出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A项正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B项正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠和氢气、氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2＋H2↑＋2OH－，C项错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D项正确。‎ - 17 -‎ 答案：C 知识点二 金属的精炼 ‎3.[2019·甘肃武威高二期末]电解精炼铜时，下列叙述不正确的是(　　)‎ A．与电源正极相连的电檄是粗铜板 B．阴极发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu C．电解池的阳极材料为纯铜薄片 D．粗铜板上发生氧化反应 解析：电解精炼铜时，粗铜为阳极，和电源正极相连，发生氧化反应；精铜为阴极，和电源负极相连，发生还原反应，阴极发生反应：Cu2＋＋2e－－Cu，因此A、B、D正确，C错误。‎ 答案：C ‎4．以铜为电极，a mol·L－1的硫酸铜溶液作电解液，对含有铁、锌、银的粗铜进行电解精炼，下列叙述中正确的是(　　)‎ ‎①粗铜应与电源的负极相连；‎ ‎②当有1 mol精铜析出时，就有2NA个电子通过电解质溶液；‎ ‎③阴极上的反应只有Cu2＋＋2e－===Cu；‎ ‎④电解结束时，c(CuSO4)铁>铜>银，锌、铁、铜先后失电子变成离子，而银沉积形成阳极泥；纯铜作阴极，与电源负极相连，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，有大量铜析出，所以①⑤错误，③正确。电子只经过外电路，在电解质溶液中发生的是离子的移动，②错误。因为阳极失电子的有锌、铁、铜，阴极析出的只有铜，所以随着电解进行，铜离子的浓度逐渐减小，④正确。故选D。‎ 答案：D ‎5．金属镍柯广泛的用途。料镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解泼制备高纯度的镍，则下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋H＋>Ni2＋(低浓度)。‎ 下列说法中不正确的是(　　)‎ A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 - 17 -‎ C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应的总方程式发生改变 解析：由题图可知，碳棒与电源正极相连，作电解池的阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，故A正确；电解过程中为平衡A、C室中的电荷，A室中的Na＋和C室中的Cl－分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B室中，使B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，故B错误；因Ni2＋在弱酸性溶液中易发生水解反应，且氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)，为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH，故C正确；若将图中阳离子膜去掉，由于放电顺序：Cl－>OH－，则Cl－在阳极放电：2Cl－－2e－===Cl2↑，电解反应的总方程式会发生改变，故D正确。‎ 答案：B ‎11.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试液，则：‎ ‎①电解池中X极上的电极反应式是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎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该反应的总反应方程式是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)如果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________，电极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②Y电极的材料是________，电极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2H - 17 -‎ ‎＋＋2e－===H2↑。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极产生Cl2，能使湿润的KI淀粉试纸变为蓝色。(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比Cu弱的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼的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电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。‎ 答案：‎ ‎(1)①2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎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纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu ‎②粗铜　Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎12．氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业。如图是某氯碱工业生产原理示意图：‎ ‎(1)写出装置A在通电条件下反应的化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)装置A所用食盐水由粗盐水精制而成。精制时，为除去食盐水中的Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为________、________。‎ ‎(3)氯碱工业是高耗能产业，按上图将电解池与燃料电池相组合的新T艺可以节(电)能30%以上，相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。‎ ‎①图中Y是________(填化学式)；X与稀NaOH溶液反应的离子方程式是________________________________________________________________________。‎ ‎②比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小：____________________。‎ ‎③若用装置B作为装置A的辅助电源，每当消耗标准状况下氧气的体积为11.2 L时，则装置B可向装置A提供的电量约为________(一个e－的电量为1.60×10－19 C；计算结果精确到0.011)。‎ - 17 -‎ 解析：(1)根据生产原理示意图，装置A是电解池装置，电解饱和食盐水，因此反应的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。(2)除去杂质时不能引入新的杂质，所以除去Mg2＋用NaOH溶液，除去Ca2＋用Na2CO3溶液。(3)①装置A右端产生NaOH溶液，说明右端电极是阴板，发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，因此Y是氢气，装置A的左端是阳极，发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，X为Cl2，Cl2和NaOH溶液反应的离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。②装置B中通氧气的一极为正极，电解质是NaOH溶液，因此正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，Na＋通过离子膜由左向右迁移，NaOH的物质的量增加，因此b%>a%。③两装置通过的电量相等，即转移的电量是×4×6.02×1023 mol－1×1.60×10－19 C＝1.93×105 C。‎ 答案：‎ ‎(1)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎(2)NaOH溶液　Na2CO2溶液 ‎(3)①H2　2OH－＋Cl2===ClO－＋Cl－＋H2O ‎②b%>a%　③1.93×105 C 能力达标 ‎13.Ⅰ.如图所示装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲，乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近溶液呈红色。请回答：‎ ‎(1)A极是电源的________，一段时间后，甲中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明________在电场作用下向Y极移动。‎ ‎(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极上均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________。‎ ‎(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应是________，电镀液是________溶液。‎ Ⅱ.某小组运用工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如图所示装置电解K2SO4溶液。‎ - 17 -‎ ‎(4)该电解槽的阳极反应式为____________________，通过阴离子交换膜的离子数____________________(填“>”“<”或“＝”)通过阳离子交换膜的离子数。‎ ‎(5)图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d，由小到大的顺序为________________________________________________________________________。‎ 解析：将直流电源接通后，F极附近溶液呈红色，说明F极附近溶液显碱性，氢离子在该电极放电，所以F是阴极，可得出D、F、H、Y均为阴极，C、E、G、X均为阳极，A是电源的正极，B是负极。(1)A是电源的正极。在甲池中，电解硫酸铜落液的总反应为2Cu2＋＋2H2O4H＋＋2Cu＋O2↑。在丁池中，Y极是阴极，该电极附近颜色逐渐变，.异性电荷相互吸引，说明带正电荷的氢氧化铁胶体粒子向该电极移动。(2)C、D、F、F电板发生的电极反应分别为4OH－－4e－===O2＋2H2O、Cu2＋＋2e－===Cu、2Cl－－2e－===Cl2↑、2H＋＋2e－===H2↑，当各电极转移的电子均为1 mol时，生成单质的物质的量分别为0.25 mol、0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol，所以单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)电镀装置中t镀层金属必须作阳极，镀件作阴极，电镀液选择含有镀屡金属离子的溶液，所以H应该是镀件，即为铜件，电镀液选择AgNO3溶液。(4)使据电解池工作原理，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；阴极放电的是H＋，透过阳离子交换膜的H＋数目与透过阴离子交换膜的OH－数目相等，因为溶液呈电中性，所以透过阳离子交换膜的K＋数目大于透过阴离子交换膜的SO数目。(5)因为电解后生成的硫酸和氢氧化钾溶液浓度均增大，故b