高中化学 第一章 第二节 电能转化为化学能电解练习 鲁科版选修4.doc

第一章 第二节 电能转化为化学能-电解一、电解的原理1电解熔融氯化钠。离子在电场中的定向移动是电解质溶液和熔融电解质导电的原因。在电场作用下，熔融氯化钠中的na和cl分别移向与电源负极和正极相连的电极。其中，与电源负极相连的电极带有电子，na在这个电极上得到电子，被还原成钠原子，电极反应式为2na2e=na；与电源正极相连的电极带有正电性，cl将电子转移给这个电极，自身被氧化成cl，最终生成cl2，电极反应：2cl2e=cl2。将两个电极发生的反应组合起来，就得到电解熔融氯化钠制备金属钠的化学反应：2nacl2nacl2。2电解。让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。3电解池。借助电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转变为化学能的装置，叫做电解池。4电解原理。(1)构成电解池的条件。与电源相连的两个电极。其中与电源正极相连的电极称为阳极，与电源负极相连的电极称为阴极。电解质溶液或熔融的电解质。形成闭合回路。(2)电解原理。电子流向：通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子定向运动形成的内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。离子移动方向：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。电极反应：阳极：金属电极或电解质溶液中的阴离子失去电子发生氧化反应。阴极：电解质溶液中的阳离子得到电子发生还原反应。 1如何确定电解池的阴、阳极？答案：(1)通过与直流电源的连接：阳极连接电源正极；阴极连接电源负极。(2)通过发生的反应：阳极发生氧化反应；阴极发生还原反应。(3)通过电子流向及反应中电子得失：阳极电子流出，反应中失电子；阴极电子流入，反应中得电子。(4)通过离子移动方向：阳极溶液中阴离子去向的一极；阴极溶液中阳离子去向的一极。二、电解原理的应用1电解食盐水制备烧碱、氢气、氯气。(1)电极反应式。阳极：2cl2e=cl2，阴极：2h2e=h2。(2)电解反应化学方程式：2nacl2h2o2naohh2cl2；在电场作用下，na、h移向阴极，cl、oh移向阳极。电解过程中，由于阴极区h浓度变小，水的电离平衡向生成h、oh的方向移动，使阴极区溶液中的oh富集，如果设法用隔膜阻止oh移向阳极，则氢氧化钠可以在阴极附近的溶液中富集。因此，阴极产物为h2和naoh，阳极产物为cl2。2铜的电解精炼。电解精炼铜时，用精铜作阴极，粗铜作阳极，用硫酸酸化的cuso4溶液作电解质溶液。阳极反应式为cu(粗铜)2e=cu2，阴极反应式为cu22e=cu(精铜)。粗铜中的锌、镍和铁等比铜活泼的金属也发生氧化反应溶解变成金属阳离子进入溶液。银、金、铂等不如铜活泼的金属在电解过程中不发生反应，最终沉积在电解池的底部与其他不溶性杂质混在一起形成阳极泥。3电镀。电镀是应用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层金属或合金的方法。电镀时，通常把镀件作阴极，镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的盐溶液作电镀液。 2电镀和电解精炼过程中电解质溶液的变化有何不同？答案：(1)电镀时，以镀层金属作阳极时，阳极消耗的金属离子与阴极析出的金属阳离子完全相等，因此电镀液的浓度不变。(2)电解精炼铜时，以粗铜为材料做阳极，属于活性电极，粗铜中有杂质(锌、铁、镍、银、金等)，当铜不断溶解时，位于金属活动性顺序铜之前的金属如zn、fe、ni等，也会失去电子，如zn2e=zn2。但它们的阳离子氧化性比铜弱，并不在阴极析出，而只是留在电解液里，故cu2的浓度减小。1下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述正确的是(d)a电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的b金属导线中电子由电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极c在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动d相同时间内阳离子在阴极得到的电子与阴离子在阳极失去的电子数相等解析：电解池中的闭合回路在导线与电极上由电子的定向移动形成，在电解质中由离子的定向移动形成，故a项错误；电子由电源的负极流向电解池的阴极，由阳极流向电源的正极，故b项错误；而在电解质溶液中，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，故c项错误；在相同时间内通过阳极和阴极的电子数相同，故d项正确。2下列图示中关于铜电极的连接错误的是(c)解析：c项中，铜应作阳极，镀件作阴极。3关于电解饱和nacl水溶液，下列叙述正确的是(b)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试液，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：电解饱和nacl溶液，阴极：2h2e=h2，促进水的电离，oh增大显碱性，滴入酚酞试液溶液呈红色，a、c都错；阳极：2cl2e=cl2，滴入ki溶液，cl22i=2cli2，溶液呈棕色，b正确；电解后整个溶液呈碱性，d错。1(2013北京卷) 用石墨电极电解cucl2溶液(如右图)。下列分析正确的是(a)aa端是直流电源的负极b通电使cucl2发生电离c阳极上发生的反应：cu22e=cud通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体解析：通电时，阳离子cu2向阴极移动，并在阴极放电生成cu，阴离子cl向阳极移动并在阳极放电生成cl2，从而可以确定a、b分别为电源的负极和正极，故a项正确，c、d两项错误；cucl2溶液发生电解而不是电离，故b项错误。2右图为电解饱和食盐水示意图，下列说法正确的是(c)a阳极上析出氢气b阴极上发生氧化反应c电解时，溶液的ph增大d与电源正极相连的是电解池的阴极解析：a项中，阳极发生氧化反应生成氯气，故a错误；b项中，阴极发生还原反应生成氢气，故b错误；c项中，电解方程式2nacl2h2o2naohcl2h2，可知生成氢氧化钠，则电解时，溶液的ph增大，故c正确；d项中，与电源正极相连的是电解池的阳极，故d错误。3下列有关电解原理的应用的说法正确的是(c)a氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝b电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，纯铜作阳极c电解饱和食盐水时，阴极反应式为2h2e=h2d在铁制品上镀银时，铁制品与电源正极相连解析：电解法制铝是采用氧化铝作原料，而不是氯化铝，故a项错误；电解精炼铜，粗铜作阳极，精铜作阴极，故b项错误；电解食盐水，阴极是氢离子得电子析出氢气，电极反应式书写正确；电镀时，被镀制品作阴极，与电源负极相连，故d项错误。4右图是某同学用cu在fe片上镀铜的实验装置，下列说法正确的是(c)acu2在a极被还原b溶液蓝色逐渐变浅c铜片连接a极，铁制品连接b极da极和b极直接相连，铜片被氧化解析：用cu在fe片上镀铜时，镀件铁为阴极，连接b极，该极上是铜离子发生得电子的还原反应；镀层金属铜为阳极，连接a极，该极上是金属铜发生失电子的氧化反应，cu2e=cu2；电镀液是含有的镀层金属铜离子的盐，电镀液中铜离子浓度不变，所以溶液蓝色不变。5用石墨作电极电解下列溶液：稀h2so4k2so4溶液cucl2溶液cuso4溶液koh溶液(1)阴极、阳极都有气体产生，且体积比(相同条件下)为21的是(填序号)_，其阳极的电极反应式都是_，阴极的电极反应式都是_，总反应的化学方程式都是_。(2)阴极、阳极都有气体产生，其中溶液酸性增强的是_，碱性增强的是_(填序号)。(3)一个电极析出金属，一个电极逸出气体，且溶液酸性增强的是_(填序号)，其总反应的化学方程式是_。解析：(1)依据电解规律，电解稀硫酸、k2so4或koh溶液相当于电解水，产生氢气和氧气的体积比为21；(2)电解稀硫酸消耗水，c(h)增大，酸性增强，电解koh溶液消耗水，c(oh)增大，碱性增强；(3)依据电解规律可知，应该是“放氧生酸型”，应为硫酸铜溶液。答案：(1)4oh4e=2h2oo24h4e=2h22h2o2h2o2(2)(3)2cuso42h2o2cu2h2so4o26冶炼铜矿石所获得的铜通常含有锌、铁、镍、银、金和铂等微量杂质，俗称粗铜。工业上通常通过电解法除去这些杂质制得精铜，以提高铜的使用价值，扩大铜的应用范围。(几种金属的相对原子质量：fe56，ni59，cu64，zn65，ag108，au197。)请完成下列问题：(1)一般来说，电解精炼铜的初始电解质溶液里的阳离子是_，写出铜的电解精炼过程中的阴极反应式_。(2)如果转移0.020 mol e，下列说法中一定正确的是_。阴极质量增加0.64 g阳极质量减少0.64 g电解质溶液的质量保持不变电解质溶液的温度保持不变解析：电解精炼铜的电解质溶液一般为用硫酸酸化了的硫酸铜溶液，其中的阳离子是h和cu2。粗铜中fe、zn、ni均有可能放电转化为fe2、zn2、ni2，fe2、zn2、ni2、h和cu2中放电能力cu2最强，所以在阴极上放电的只有cu2，当有0.020 mol e转移时阴极质量增加64 gmol10.64 g。ag和au都不能放电，只是以固态单质的形式沉积于电解槽的底部。fe、zn、ni中，有相对原子质量比cu大的，也有相对原子质量比cu小的，且fe、zn、ni的放电能力都强于cu，首先在阳极上被溶解，因此阳极上放电的不只是铜，阳极质量减少量不固定，电解质溶液的质量也不会保持不变。在电解精炼铜的过程中，能量转化的形式主要是电能转化为化学能，但也有电能转化为热能，电解质溶液的温度肯定会变化。答案：(1)h和cu2cu22e=cu(2)1用石墨作电极电解cuso4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的(c)acuso4bh2occuo dcuso45h2o解析：石墨为惰性电极，电解cuso4溶液时，阳极发生反应：4oh4e2h2oo2，阴极发生反应：2cu24e2cu，欲使电解液恢复到起始状态，可向溶液中加入适量的cuo。2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，设计了如右图所示的装置。以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是(b)aa为正极，b为负极；naclo和naclba为负极，b为正极；naclo和naclca为阳极，b为阴极；hclo和naclda为阴极，b为阳极；hclo和nacl解析：要使得cl2被完全吸收，说明cl2在下端产生，故下端的电极反应式为2cl2e=cl2，故下端为电解池的阳极，与阳极相连的b则为原电池的正极，a为负极；总反应为：2h2o2naclh2cl22naoh，生成的cl2又被naoh吸收，方程式为cl22naoh=naclonaclh2o，故a为原电池的负极，b为原电池的正极，消毒液的主要成分为naclo和nacl。3下列说法不正确的是(a)a电解是化学能转变成电能b电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化c不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现d任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生解析：从能量角度看，电解是把电能转变成化学能的过程，故a项错；电解质溶液的导电过程，必将伴随着两个电极上氧化还原反应的发生，同时生成新的物质，故b、d两项对；某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理供给电能也可能实现，故c项对。4如下图所示，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、无臭气体放出。符合这一情况的是附表中的(a)a极板b极板x电极z溶液a锌石墨负极cuso4b石墨石墨负极naohc银铁正极agno3d铜石墨负极cucl2解析：由a极板质量增加知溶液中阳离子在a极板生成金属析出，则a为阴极，x为负极；因b项中a极板不析出金属，c项中为正极可否定，又由b极板有无色无臭气体放出否定d项，故选a项。5. 右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试液，下列实验现象中正确的是(a)aa电极附近呈蓝色，b电极附近出现红色b一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体ca电极附近呈红色，b电极附近出现蓝色d逸出气体的体积a电极的小于b电极的解析：a连接电源的负极，为电解池的阴极，b连接电源的正极，为电解池的阳极，电解na2so4水溶液时，阳极发生的反应为：4oh4e=2h2oo2或2h2o4e=4ho2，阴极反应为：2h2e=h2，或2h2o2e=h22oh。 a电极生成oh离子，呈碱性，滴加石蕊呈蓝色，b电极生成h离子，呈酸性，滴加石蕊呈红色，故a正确，c项错误。两极生成的气体分别为氧气和氢气，都为无色无味气体，且二者的体积比为21，故b、d两项均错误。6右图是电解cucl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关的判断正确的是(c)aa为负极、b为正极ba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：电流由正极流出，即a为电源正极，b为电源负极，则c极为电解池阳极，d为电解池的阴极，电极为惰性电极，溶液中的离子放电，cu2在阴极d析出，阴离子cl在c极上放电产生cl2。7以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质fe、zn、ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述正确的是(d)粗铜与直流电源负极相连阴极发生的反应为cu22e=cu电路中每通过3.011023个电子，得到的精铜质量为16 g杂质ag以ag2so4的形式沉入电解槽形成阳极泥a b c d解析：粗铜作阳极与电源正极相连，发生反应：zn2e=zn2，fe2e=fe2，cu2e=cu2，ag以单质的形式沉入电解槽形成阳极泥，错；阴极反应为cu22e=cu，故通过3.011023个电子即0.5 mol电子时，析出铜0.25 mol，质量为16 g，正确。8(2013蚌埠高二检测)从so、cl、h、cu2中选出合适的离子组成电解质，采用碳棒作电极对其水溶液进行电解。(1)若使电解质含量减少但水量不变，可采用的电解质是_(写化学式或反应式，下同)。(2)若使电解质和水量都减小，可采用的电解质是_，其阳极的电极反应为_，其总反应方程式为_。(3)若两极分别放出h2和o2，可采用的电解质是_。(4)若使两极分别放出气体，且体积比为11，可采用的电解质是_，其阴极电极反应为_。解析：首先明确，上述离子可组成的电解质有：cuso4、cucl2、hcl、h2so4四种。其次，在熟练掌握离子放电顺序的基础上要明确电解的类型：如cucl2、hcl是电解电解质型，电解方程式：cucl2cucl2、2hclh2cl2；h2so4是电解水型，电解方程式：2h2o2h2o2；cuso4放o2生酸型，电解方程式：2cuso42h2o2cu2h2so4o2，其阳极电极反应式为4oh4e=o22h2o。答案：(1)cucl2、hcl(2)cuso44oh4e=2h2oo22cuso42h2o2cu2h2so4o2(3)h2so4(4)hcl2h2e=h29现在工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水制取h2、cl2、naoh。请回答下列问题：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生的电极反应式为_。(2)电解之前食盐水需要精制，目的是除去粗盐中的ca2、mg2、so等杂质离子，使用的试剂有：a.na2co3溶液，b.ba(oh)2溶液，c.稀盐酸，其合理的加入顺序为_(填试剂序号)。(3)如果在容积为10 l的离子交换膜电解槽中，1 min后在阴极可产生11.2 l(标准状况)cl2，这时溶液的c(oh)_(设体积维持不变)。(4)cl2常用于自来水的消毒杀菌，现在有一种新型消毒剂clo2，若它们在杀菌过程中的还原产物均为cl，消毒等量的自来水，所需cl2和clo2的物质的量之比为_。解析：(1)与电源正极相连的是阳极，电极反应为2cl2e=cl2。(2)除去mg2、so采用氢氧化钡，然后用碳酸钠除去ca2和过量的ba2，最后加适量的盐酸除去过量的碳酸根和氢氧根。(3)由2nacl2h2o2naohh2cl2可知，n(naoh)2n(h2)21 mol，c(oh)0.1 moll1。(4)cl22cl，clo2cl，当两者得电子数相等时，消毒能力相当，此时两者物质的量之比为52。答案：(1)2cl2e=cl2(2)b、a、c(3)0.1 moll1(4)5210下图为相互串联的甲、乙两电解池试回答：(1)若甲电解池利用电解原理在铁上镀银，则a电极材料为 _，作 _(填电