2019-2020学年高中化学课时作业22电解原理含解析 人教版选修4 13页

课时作业22　电解原理 12‎ 基础训练 ‎1．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是(　　)‎ A．AgNO3　 CuCl2　 Cu(NO3)2‎ B．KCl　 Na2SO4 　CuSO4‎ C．CaCl2　 KOH 　NaNO3‎ D．HCl 　HNO3 　K2SO4‎ 解析：由电解的工作原理可推知：‎ 类型 化学物质 ‎ pH变化 放O2生酸型 CuSO4、AgNO3、‎ Cu(NO3)2‎ 降低 放H2生碱型 KCl、CaCl2‎ 升高 电解电解质型 CuCl2‎ 不变 HCl 升高 电解H2O型 ‎ NaNO3、Na2SO4、K2SO4‎ ‎ 不变 ‎ KOH ‎ 升高 ‎ HNO3‎ 降低 答案：B ‎2．(双选)(2019年甘肃省武威期末)如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是(　　)‎ 12‎ A．X是正极，Y是负极 ‎ B．X是负极，Y是正极 C．CuSO4溶液的pH值逐渐减小 ‎ D．CuSO4溶液的pH值不变 解析：通电电解氯化钠溶液时，b极附近溶液呈红色，说明b连接的Y为电源的负极，则X为正极，故A正确，B错误；通电电解硫酸铜时，总反应为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，溶液的pH减小，故C正确，D错误。‎ 答案：AC ‎3．(2019年河北省保定市期中)在原电池和电解池的电极上所发生反应的类型相同的是(　　)‎ A．原电池的正极和电解池阳极 ‎ B．电解池阳极和电解池阴极 C．原电池负极和电解池阳极 ‎ D．原电池的正极和原电池负极 解析：原电池正极和电解池阴极上得电子而发生还原反应，原电池负极和电解池阳极上失电子发生氧化反应，所以原电池负极和电解池阳极上反应类型相同、原电池正极和电解池阴极上反应类型相同，故选C。‎ 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纯净物(括号内物质)，不能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　　)‎ A．KCl(HCl) B．H2SO4(H2O)‎ C．AgNO3(HNO3) D．CuSO4(CuCO3)‎ 12‎ 解析：电解液复原时要分析电池反应式，看是什么物质脱离了原来的溶液体系(如析出沉淀、气体)，少了什么就补什么；电解AgNO3溶液有Ag和O2生成，应补Ag2O，每生成4 mol Ag生成1 mol O2，要恢复原来浓度应加2 mol Ag2O，C项不符合题意。‎ 答案：C ‎5．(2019年河北省保定市模拟)某研究性学习小组欲完成反应：2HCl＋Cu===CuCl2＋H2↑，设计了下列四个实验，你认为可行的是(　　)‎ 解析：A为电解池，石墨为阳极，阳极生成氯气，故A错误；B为原电池反应，铁为负极被氧化，正极析出氢气，故B错误；C为电解池，铜为阳极被氧化，阴极析出氢气，故C正确；D为非自发进行的氧化还原反应，不能形成原电池，故D错误。‎ 答案：C ‎6．将0.1 L含有0.02 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的水溶液用惰性电极电解。电解一段时间后，一个电极上得到0.01 mol Cu，另一电极析出的气体(　　)‎ A．只有Cl2 B．只有O2‎ C．既有Cl2又有O2 D．只有H2‎ 解析：用惰性电极电解，阴极上得到铜，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，当有0.01 mol Cu析出时，转移0.02 mol电子；阳极上首先是Cl－放电，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，0.01 mol Cl－放电完只失0.01 mol电子，故溶液中OH－接着放电，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，则另一电极析出的气体为Cl2和O2。‎ 答案：C ‎7．如图是电解CuCl2溶液的装置示意图，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是(　　)‎ 12‎ A．a为负极，b为正极 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 解析：根据电流方向可判断出a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极，则A、B项错误；电解CuCl2溶液的过程中阳极(c极)反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，c(Cl－)减小，阴极(d极)反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，析出的Cu附着在d电极上，使d电极质量增加，故C项正确，D项错误。‎ 答案：C ‎8．根据下图，回答下列问题：‎ ‎(1)闭合S1，装置属于________，锌极作________。‎ ‎(2)闭合S2，装置属于________，锌极上的反应式为__________。‎ ‎(3)闭合S3，装置属于________，总反应式为________________。‎ 答案：(1)原电池　负极 ‎(2)电解池　Zn－2e－===Zn2＋‎ ‎(3)电解池　Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑‎ 提高训练 ‎9．(2019年大庆实验中学第二学期开学考试)某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1，滴入几滴石蕊溶液后，用石墨做电极电解该混合溶液时，根据电极产物，电解过程明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是(　　)‎ 12‎ A．阴极自始至终只析出H2‎ B．电解过程中，溶液颜色呈现红色→紫色→蓝色的变化 C．电解过程中，Na＋和SO42－的物质的量浓度不变 D．第一阶段中阴、阳两极产生的气体混合引燃后，恰好完全反应得到HCl 解析：可以将溶质看成3 mol NaCl和1 mol H2SO4，再转化一下思想，可以看成2 mol HCl，1 mol Na2SO4，1 mol NaCl，由于1 mol Na2SO4自始至终无法放电，且其溶液pH＝7，暂时可以忽略，电极反应为：‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎ 2 2‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎ 1 1‎ ‎4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎ 2 2‎ ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎ 1 1‎ ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ 则电解过程可先看成电解HCl，再电解NaCl，最后电解水，即2HCl===H2↑＋Cl2↑，2NaCl＋2H2O===2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，2H2O===2H2↑＋O2↑，生成的NaOH呈碱性，pH大于7。A.阴极上始终是氢离子得到电子生成氢气，故A正确；B.根据阴极产物分析，开始使石蕊变红色，随氢离子放电减小，溶液变为紫色，电解过程中生成的NaOH显碱性，pH大于7，石蕊试液颜色又变为蓝色，故B正确；C.电解过程中，Na＋和SO42－的物质的量不变，但电解过程中溶剂水减少，所以物质的量浓度增大，故C错误；D.第一阶段电解的是氯化氢，电解过程中阴、阳两极产生的气体是氢气和氯气，依据电子守恒可知，混合引燃后，恰好完全反应得到HCl，故D正确。‎ 答案：C ‎10．(2019年天津中学月考)化学在环境保护中起着十分重要的作用，电化学降解NO3－的原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ 12‎ A．A为电源的正极 B．溶液中H＋从阳极向阴极迁移 C．Ag－Pt电极的电极反应式为2NO3－＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O D．电解过程中，每转移2 mol电子，则左侧电极就产生32 g O2‎ 解析：根据题给电解装置图可知，Ag—Pt电极上NO3－转化为N2，发生还原反应：2NO3－＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，则Ag—Pt电极作阴极，B为电源的负极，故A为电源的正极，A、C项正确；在电解池中阳离子向阴极移动，所以溶液中H＋从阳极向阴极迁移，B项正确；左侧电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则每转移2 mol电子，左侧电极产生16 g O2，D项错误。‎ 答案：D ‎11．如图中X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现，a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是(　　)‎ ‎ ‎ a极板 ‎ b极板 ‎ X电极 ‎ Z溶液 A ‎ 锌 ‎ 石墨 ‎ 负极 ‎ CuSO4‎ 12‎ B ‎ 石墨 ‎ 石墨 ‎ 负极 ‎ NaOH C ‎ 银 ‎ 铁 ‎ 正极 ‎ AgNO3‎ D ‎ 铜 ‎ 石墨 ‎ 负极 ‎ CuCl2‎ 解析：a极板质量增加，说明X为负极，排除C。且该电解质溶液中含有不活泼金属离子，又排除B。b极板处有无色无味气体放出，说明溶液中无Cl－，排除D。‎ 答案：A ‎12．如图装置电解一段时间，当某极析出0.32 g Cu时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为(溶液足量，体积均为100 mL且电解前后溶液体积变化忽略不计)(　　)‎ A．13、7、1 B.12、7、2 ‎ C．1、7、13 D．7、13、1‎ 解析：n(Cu)＝0.32 g÷64 g/mol＝0.005 mol，由电极反应Cu2＋＋2e－===Cu可知转移电子为0.01 mol，电解时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液电极方程式分别为2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑、2H2O2H2↑＋O2↑；2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4；Ⅰ中生成0.01 mol OH－，c(OH－)＝0.01 mol÷0.1 L＝0.1 mol/L，pH＝13；Ⅱ电解水，溶液仍然呈中性，溶液的pH＝7；Ⅲ中生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝0.01 mol÷0.1 L＝0.1 mol/L，pH＝1，故A正确。‎ 答案：A ‎13．(2019年四川德阳三校联考)某化学课外活动小组拟用铅蓄电池为直流电源，进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述不正确的是(　　)‎ 12‎ A．X为金属Pb，Y为PbO2‎ B．电解池阳极上被氧化的还原剂有Al和H2O C．电解池的总反应为2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑ ‎ D．每消耗103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有0.5 mol H2生成 解析：铁电极上放氢生碱(2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)，即铁电极上发生得电子的还原反应，铁为电解池的阴极，与阴极相连的X极是铅蓄电池的负极Pb，Y为铅蓄电池的正极PbO2，A项正确。与铅蓄电池正极相连的铝电极为电解池阳极，通过题图可知铝电极上既有铝离子生成，又有氧气放出，说明铝电极上发生的氧化反应有两个：Al－3e－===Al3＋、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故阳极上铝和水失去电子被氧化，B项正确。由于该电解池阳极存在两个竞争反应，故电解过程中电解池中实际上发生了两个反应：2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑、2H2OO2↑＋2H2↑，C项错误。Pb的相对原子质量为207，103.5 g Pb的物质的量为0.5 mol，由铅蓄电池负极反应Pb－2e－＋SO42－===PbSO4知，0.5 mol Pb给电路提供1 mol电子的电量，再由电解池的阴极(铁)反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，得出有0.5 mol H2生成，D项正确。‎ 答案：C ‎14．(2019年湖北省宜昌市部分重点中学高二期末)用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极，电解过程实验数据如图乙所示，X轴表示电解过程中转移电子的物质的量，Y轴表示电解过程产生气体的总体积。则下列说法不正确的是(　　)‎ 12‎ A．A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态 B．电解过程中N电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生 C．Q点时M、N两电极上产生的气体总量在相同条件下体积相同 D．若M电极材料换成Cu作电极，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变 解析：由图可知，电流由正极流向负极，则M为阳极，N为阴极，惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，发生2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，结合图乙可知，通过a mol电子时硫酸铜被电解完全，然后电解硫酸溶液，发生2H2O2H2↑＋O2↑，P到Q点时收集到的混合气体为氢气和氧气。A.从O→P时电解硫酸铜，从P→A电解硫酸，即电解水，所以在A点所得溶液需加入一定量的CuO固体和H2O就可恢复到起始状态，故A错误；B.N为阴极，先发生Cu2＋＋2e－===Cu，后发生2H＋＋2e－===H2↑，N电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生，故B正确；C.到Q点时收集到的混合气体为氢气和氧气，P点bL为O2，PQ段3b L气体中，由电解水反应可知氢气和氧气的体积比为2∶1，则生成2bL H2、bLO2，所以Q点收集到的气体中有2bL H2、2bLO2，即二者体积相同，故C正确；D.若M电极材料换成Cu做电极，则阳极Cu失电子生成铜离子，阴极上铜离子得电子生成Cu，所以电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，故D正确。‎ 答案：A ‎15．将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　)‎ A．4×10－3 mol/L B.2×10－3 mol/L C．1×10－3 mol/L D.1×10－7 mol/L ‎ 解析：根据电解规律可知，阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，增重0.064 g，应是Cu的质量，‎ 12‎ 根据总反应方程式： ‎ ‎2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋‎ ‎ 2×64 g 4 mol ‎ 0.064 g x 解得x＝0.002 mol，‎ c(H＋)＝＝4×10－3 mol/L。‎ 答案：A ‎16．(2019年浙江金华模拟)下列四种装置的烧杯中，①盛200 mL硫酸铜溶液，②盛200 mL 0.01 mol·L－1硫酸，③盛200 mL氯化锌溶液，④盛200 mL氯化钾溶液。‎ ‎(1)上述装置中，①为________池，②为________池，反应一段时间后溶液浓度基本不变的是________。装置①中两电极的电极反应式分别是__________________(注明电极名称)。‎ ‎(2)通电时装置④中的总反应是__________________________(填离子方程式，下同)，溶液中可能发生的副反应是_______________。‎ ‎(3)若将装置④中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，则Fe极上发生的反应是_______________________________________。‎ 解析：(1)电解池的标志是有外加电源，①③④中都有直流电源，都是电解池。③中阳极为活性电极Zn，溶液为氯化锌溶液，可知③同时是电镀池。‎ ‎(2)装置④中是用惰性电极电解氯化钾溶液，生成氢气、氯气、KOH，其中Cl2与KOH还会发生氧化还原反应。‎ ‎(3)若将装置④中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，与氯化钾溶液构成原电池。‎ 12‎ 答案：(1)电解　原电　③　‎ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，‎ 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ‎(2)2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－　‎ Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O ‎(3)Fe－2e－===Fe2＋‎ 探究创新 ‎17．高铁酸钠(Na2FeO4)易溶于水，是一种新型多功能水处理剂。已知Na2FeO4在强碱性溶液中会析出沉淀。其生产工艺流程如图所示：‎ ‎(1)写出向NaOH溶液中通入足量Cl2发生反应的离子方程式：_______________________________________________。‎ ‎(2)向溶液Ⅱ中加入Fe(NO3)3溶液发生反应，该反应的氧化剂______________，每制得49.8 g Na2FeO4，理论上消耗氧化剂的物质的量为________mol。‎ ‎(3)从环境保护的角度看，制备Na2FeO4较好的方法为电解法，其装置如图甲所示。‎ ‎　‎ ‎①电解过程中阳极的电极反应式为_______________________。‎ ‎②图甲装置中的电源采用NaBH4(B元素的化合价为＋3价)和H2O2作原料的燃料电池，电源工作原理如图乙所示。工作过程中该电源的正极反应式为________________________________，Na＋由________(填“a”或“b”，下同)极区移向________极区。‎ 解析：(1)Cl2与NaOH溶液发生歧化反应生成NaCl、NaClO、和H2O，‎ 12‎ 由此可写出离子方程式。(2)结合(1)分析和流程知溶液Ⅱ中溶质主要是NaClO，因此加入Fe(NO3)3溶液后生成Na2FeO4，此反应中，氧化剂为NaClO，还原剂为Fe(NO3)3；利用得失电子守恒得：3NaClO～2Na2FeO4，由此可知生成49.8 g消耗氧化剂的物质的量49.8 g/166 g·mol－1×3/2＝0.45 mol。(3)①电解时阳极Fe失去电子被氧化为FeO42－，结合电解质溶液为碱性可得，阳极电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO42－＋4H2O；②电池工作时正极发生还原反应，结合图示原理可知正极反应为H2O2得电子，被还原为OH－；电解质溶液中的阳离子由负极区移向正极区。‎ 答案：(1)2OH－＋Cl2===ClO－＋Cl－＋H2O ‎(2)NaClO(或次氯酸钠) 　0.45‎ ‎(3)①Fe＋8OH－－6e－===FeO42－＋＋4H2O ‎②H2O2＋2e－===2OH－　 a 　b 12‎ 13‎