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- 2021-08-24 发布
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课时作业13 电能转化为化学能
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基础巩固
1.pH=a的某电解质溶液中,插入两支惰性电极,通直流电一段时间后,溶液的pH>a,则该电解质可能是( )
A.NaOH B.H2SO4 C.AgNO3 D.Na2SO4
解析:电解前后,溶液的pH=a→pH>a,原溶液显酸性、碱性、中性并不详,但根据pH的变化,可知溶液中c(H+)下降,c(OH-)上升。对于A、B、D选项,均属于电解水类型,溶质浓度均增大,NaOH溶液中c(OH-)上升,符合题意;H2SO4与之相反;Na2SO4溶液pH不变,也不符合题意;对于AgNO3溶液,属于放O2生酸型,则pH下降,不符合题意。
答案:A
2.某同学按如下图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( )
A.电解过程中,铜电极上有H2产生
B.电解初期,主反应方程式为Cu+H2SO4CuSO4+H2↑
C.电解一段时间后,石墨电极质量不变
D.整个电解过程中,H+的浓度不断增大
解析:铜作阳极:Cu-2e-===Cu2+,铜电极上无H2产生,A错误;石墨作阴极:2H++ 2e-===H2↑,所以电解初期总方程式为Cu+H2SO4CuSO4+H2↑,电解一段时间后,溶液中Cu2+浓度增大,并不断向阴极定向移动,故石墨电极上有铜析出,B正确,C错误;在电解开始阶段,2H++ 2e-===H2↑,H+的浓度减小,D错误。
答案:B
3.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu+2H+===Cu2++H2↑。则下列关于该装置的有关说法正确的是( )
A.该装置可能是原电池,也可能是电解池
B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸
C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极
D.该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸
解析:该反应不能自发进行,只有在外加电源的条件下发生,故该装置为电解池,且铜作阳极。
答案:C
4.关于镀铜和电解精炼铜,下列说法中正确的是( )
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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,有比铜活泼的金属杂质(如锌)放电,则阳极还会发生反应Zn-2e-===Zn2+;D项,在电解精炼铜和镀铜中,阴极发生反应Cu2++2e-===Cu。
答案:D
5.下列说法不正确的是( )
A.不能自发进行的氧化还原反应,也可以通过电解来实现
B.电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化
C.电解池和原电池中均发生氧化还原反应
D.电解、电离、原电池均需要通电
解析:通过电解可使非自发进行的氧化还原反应得以发生,A正确;电解质溶液导电过程中两电极发生氧化还原反应,而金属导电未发生化学变化,B正确;电解池和原电池中均发生氧化还原反应,C正确;只有电解时需外加直流电源,而电离是电解质离解成自由移动离子的过程,原电池因发生自发的氧化还原反应产生电流,D错误。
答案:D
6.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KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈无色
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,溶液呈中性
解析:A项,阴极产物是H2和NaOH,错误;B项,阳极产物是Cl2,滴入KI溶液,Cl2能将I-氧化为I2而使得溶液呈棕色,正确;C项,阴极产物是H2和 NaOH,该极附近的溶液显碱性,滴入酚酞溶液,溶液呈红色,错误;D项,电解产物有NaOH,溶液显碱性,错误。
答案:B
7.若在铜片上镀银时,下列叙述正确的是( )
①将铜片接在电池的正极上 ②将银片接在电源的正极上 ③需用CuSO4溶液作电解液 ④在银片上发生的反应是4OH--4e-===O2↑+2H2O ⑤需用AgNO3溶液作电解液 ⑥在铜片上发生的反应是Ag++e-===Ag( )
A.①③⑥ B.②③④⑥
C.①④⑤⑥ D.②⑤⑥
解析:若在铜片上镀银,铜片作阴极,银片作阳极,即铜片接电源负极,银片接电源正极,①错误,②正确;电解液中应含有Ag+,③错误,⑤正确;银片上发生的反应是Ag-e-===Ag+,④错误;铜片上发生的反应是Ag++e-===Ag,⑥正确。
答案:D
8.有关下图的说法正确的是( )
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A.构成原电池时溶液中的SO42-移向Cu电极
B.构成原电池时Cu极反应式: Cu-2e-===Cu2+
C.要使Fe极不被腐蚀,Cu片换Zn片或a接直流电源负极
D.a和b分别接直流电源正、负极,Fe片上有气体产生
解析:根据金属活动性顺序表可知,Fe比Cu活泼,则构成原电池时,外电路中Fe是流出电子的负极,Cu是流入电子的正极,内电路中带负电的SO42-移向负极,带正电的Cu2+移向正极,故A项不正确;构成原电池时,Cu2+移向正极,并且在正极上得到电子发生还原反应,析出单质铜覆盖在正极表面,即Cu2++2e-===Cu,故B项不正确;保护Fe极的方法就是使其作正极或阴极,可以与比Fe活泼的金属构成原电池,或者与直流电源的负极相连,故C项正确;D项中构成电解池时,Fe极为阳极,Cu极为阴极,Fe片上的反应为Fe-2e-===Fe2+,Cu2+移向阴极,并且在阴极上得到电子发生还原反应,析出单质铜覆盖在阴极表面,即Cu2++2e-===Cu,故D项不正确。
答案:C
9.电解原理在化学工业中被广泛应用。下图表示一个电解池,装有电解质溶液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溶液,则
①电解池中X极上的电极反应式为________,在X极附近观察到的现象是________。
②Y极上的电极反应式为________,检验该电极反应产物的方法是________。
(2)若用电解法精炼粗铜,电解质溶液a选用CuSO4溶液,则
①X极的材料是________,电极反应式为________。
②Y极的材料是________,电极反应式为________。
(说明:杂质发生的电极反应不必写出)
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++2e-===H2↑。与电源正极相连的极为阳极,所以X极为阴极,Y极为阳极。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,能使湿润的碘化钾-淀粉试纸变成蓝色。
(2)电解精炼铜时,用含杂质的粗铜作阳极,
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精铜作阴极。反应过程中阳极上铜以及比铜活泼的金属失去电子,成为离子进入溶液,活泼性比铜弱的金属形成阳极泥;在阴极只有Cu2+能得到电子成为单质,其他较活泼金属对应的离子不能得到电子。根据题图,X为阴极,Y为阳极。所以X极的材料是精铜,电极反应为Cu2+2e-===Cu;Y极的材料是粗铜,电极反应为Cu-2e-===Cu2+。
答案:(1)①2H++2e-===H2↑ 放出气体,溶液变红
②2Cl--2e-===Cl2↑ 把湿润的碘化钾-淀粉试纸放在Y极附近,试纸变为蓝色
(2)①精铜 Cu2++2e-===Cu
②粗铜 Cu-2e-===Cu2+
能力提升
10.电解CuSO4溶液时,若要求达到如下三点要求:①阳极质量减小,阴极质量增加;②电解液中c(Cu2+)不变,则可选用的电极是( )
A.纯铜作阳极,含Zn、Ag的铜合金作阴极
B.含Zn、Ag的铜合金作阳极,纯铜作阴极
C.用纯铁作阳极,用纯铜作阴极
D.用石墨作阳极,用惰性电极(Pt)作阴极
解析:据题意知应用纯铜作阳极,反应为Cu-2e-===Cu2+;纯铜(或铜合金)作阴极,反应为Cu2++2e-===Cu,这样电解质溶液中c(Cu2+)保持不变,A正确;B项,在阳极除了Cu失电子外,还会发生Zn-2e-===Zn2+,但阴极只有Cu2++2e-===Cu的反应,故c(Cu2+)会减小,错误;C项,阳极Fe-2e-===Fe2+,阴极Cu2++2e-===Cu,c(Cu2+)浓度减小,错误;D项,阳极质量不变,错误。
答案:A
11.下列叙述正确的是( )
A.电镀时,通常把待镀的金属制品作阳极
B.氯碱工业是电解熔融的NaCl,在阳极能得到Cl2
C.氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极,电极反应为O2+4H++4e-===2H2O
D.工业冶炼金属铝的方法是电解熔融的氯化铝
解析:A项,电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,镀层金属作阳极,错误;B项,氯碱工业是电解氯化钠溶液,错误;C项,氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极,发生还原反应,电极反应为O2+4H++4e-===2H2O,正确;D项,工业冶炼金属铝的方法是电解熔融的氧化铝,氯化铝在熔融状态下不能导电,错误。
答案:C
12.如下图所示,用石墨作电极电解氯化铜溶液,下列说法正确的是( )
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A.M极是电解池的阴极
B.溶液中的阴离子向N极移动
C.M极上放出的气体能使湿润的淀粉—碘化钾试纸变蓝
D.在M、N两极流过0.4 mol电子时,N极上会增重6.4 g
解析:A项,电解池中电源正极连接阳极,故M为阳极,N为阴极,错误;B项,阴离子向阳极移动,错误;C项,阳极反应2Cl--2e-===Cl2↑,然后发生反应Cl2+2I-===I2+2Cl-,生成的碘遇淀粉变蓝色,正确;D项,Cu2++2e-===Cu,n(Cu)=0.5n(e-)=0.5×0.4 mol=0.2 mol,故m(Cu)=0.2 mol×64 g·mol-1=12.8 g,错误。
答案:C
13.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图所示,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: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项错误;石墨作阴极,阴极上是溶液中的H+发生还原反应,电极反应为2H++2e-===H2↑,A项正确;阳极与电源的正极相连,C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项错误。
答案:A
14.下列图示中关于铜电极的连接错误的是( )
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解析:A项,该原电池中,较活泼的金属锌作负极,较不活泼的金属铜作正极,正确;B项,电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,正确;C项,电镀铜时,镀层金属铜作阳极,镀件作阴极,错误;D项,电解氯化铜溶液时,惰性电极作阳极,正确。
答案:C
15.早在1807年化学家戴维用电解熔融氢氧化钠制得钠,4NaOH(熔融)4Na+O2↑+2H2O;后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠,反应原理为3Fe(s)+4NaOH(l)Fe3O4(s)+2H2(g)+4Na(g)。据此,回答下列问题:
(1)电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为________。
(2)若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠,则两反应中转移的电子总数之比为________。
(3)目前工业上常用电解熔融氯化钠法制钠(如图),电解槽中石墨极为________极,铁为________极。
解析:(1)电解熔融氢氧化钠制钠,阳极发生电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑。
(2)戴维法生成1 mol Na,转移电子1 mol;而盖·吕萨克法:3Fe(s)+4NaOH(l)Fe3O4(s)+2H2(g)+4Na(g),由于该反应还原产物有Na和H2,则生成1 mol
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Na转移电子0.5×2+1×1=2 mol,所以电子总数之比为1∶2。
答案:(1)4OH--4e-===2H2O+O2↑
(2)1∶2 (3)阳 阴
探究创新
16.某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时,观察到电流计的指针发生了偏转。
请回答下列问题:
(1)甲装置的名称是________(填“原电池”或“电解池”),Zn为________极,Pt为________极。
(2)写出电极反应式: Pt极________,Cu极________。当甲中产生0.1 mol气体时,乙中析出铜的质量应为________。
(3)若乙中溶液不变,将其电极都换成铜电极,电键闭合一段时间后,乙中溶液的颜色________(填“变深”“变浅”或“不变”)。
解析:(1)由题图中的铜、锌两种电极和电解质稀硫酸构成闭合电路知:该装置为原电池,Zn活泼,则Zn作负极;乙为电解池,Pt作阳极。
(2)甲装置为原电池,乙装置为电解池,石墨和铂都为惰性电极,连接电源正极的铂电极为电解池的阳极,发生氧化反应:2Cl--2e-===Cl2↑,Cu为原电池的正极,发生还原反应:2H++2e-=== H2↑。连接电源负极的碳电极为电解池的阴极,发生:Cu2++2e-===Cu,根据电子守恒,当甲中产生0.1 mol气体时,铜正极上发生2H++2e-===H2↑,转移0.2 mol电子,根据Cu2++2e-===Cu,乙中析出铜0.1 mol,即6.4 g。
(3)若乙中溶液不变,将其电极都换成铜电极,电键闭合一段时间后,为电镀池,阳极铜溶解Cu-2e-===Cu2+,阴极铜上铜离子得电子析出金属铜Cu2++2e-===Cu,溶液中铜离子颜色为蓝色,溶液中c(Cu2+)不变,所以颜色不变。
答案:(1)原电池 负 阳
(2)2Cl--2e-===Cl2↑ 2H++2e-=== H2↑
6.4 g
(3) 不变
17.(2019年高考·课标全国卷Ⅱ)环戊二烯可用于制备二茂铁(Fe(C5H5)2,结构简式为),后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
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该电解池的阳极为________,总反应为________。电解制备需要在无水条件下进行,原因为________。
解析:结合图示电解原理可知,Fe电极发生氧化反应,为阳极;在阴极上有H2生成,故电解时的总反应为Fe+2===+H2↑或Fe+2C5H6===Fe(C5H5)2+H2↑。结合相关反应可知,电解制备需在无水条件下进行,否则水会阻碍中间产物Na的生成,水电解生成OH-,OH-会进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2,从而阻碍二茂铁的生成。
答案:Fe电极 Fe+2===+H2↑(Fe+2C5H6===Fe(C5H5)2+H2↑) 水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2
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