《第三节--电解池》典型例题和习题

电解池（一）典型例题【例1】把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中（如图所示平面图），经过一段时间后，首先观察到溶液变红的区域是（ ）A、和附近 B、和附近C、和附近 D、和附近解析：此题将电解知识与原电池知识揉和在一起。要解决此问题，必须要从概念、模型、电极名称、电极反应式等方面去区分，这些知识都弄清楚了，才能顺利解答此题，达到“在应用中理解、在理解中应用”的效果。左图为电解池，Fe为阳极，阳极反应为：Fe-2e-=Fe2+；Zn为阴极，阴极反应为：2H+2e-=H2，因此区域c(OH-)变大，碱性增强使酚酞变红；右图为原电池，Fe为正极，正极反应式为：2H2O+O2+4e-=4OH-，因此区域c(OH-)变大，碱性增强使酚酞变红。答案：B 点评：对比是深化理解的“良药”，是化学学习的一种重要学科方法。可以将有联系或易混淆的知识放在一起比较，如电解知识与原电池知识、电解池与电镀池等；也可以将形似而质异或形异而质似的习题放在一起比较分析，以此来加深对知识的理解。【例2】 用Pt电极电解含有各0.1molCu2+和X3+的溶液，阴极析出固体物质的质量m(g)与溶液中通过电子的物质的量n(mol)的关系见图示。则离子的氧化能力由大到小排列正确的是（ ）A、Cu2+X3+H+ B、H+X3+Cu2+C、X3+H+Cu2+ D、Cu2+H+X3+解析：有些学生没认真分析，就将X3+与Fe3+联系起来，选择C答案。这其实是简单记忆阳离子放电顺序导致定势思维造成的结果。本题的解题信息在图象中：一通电就有固体析出，且通过0.2mol电子后，再没有固体析出了，说明是Cu2+放电的结果。X3+不放电，故答案应为D。答案：D点评：上例充分说明理解的重要性，也强调记忆的灵活性。理解是记忆的前提，记忆是理解的归宿。将记住的东西置于知识出现的背景中，并与具体问题结合起来进行处理，掌握学过的知识才能事半功倍。【例3】 在25时，将2个铜电极插入到一定的Na2SO4饱和溶液中，通直流电电解并不断搅拌，当阴极上收集到a mol的气体的同时，溶液中析出了b mol的结晶水合物Na2SO410H2O，若保持温度不变，则所剩溶液中溶质的质量分数是( ) A. B. C. D.解析：考试说明要求：理解电解原理，理解溶液中溶质的质量分数的概念。通电 电解发生的电极反应：阳极为Cu-2eCu2+，阴极为2H+2eH2 电解时总的化学反应方程式为：Cu + 2H2O = Cu(OH)2+ H2阴极逸出a molH2，水被电解了2a mol，根据溶解度知识，不难求出答案为C。 答案：C电解点评：如果将题中的铜电极换作铂电极，只改一个字，其电解的总方程式即为： 2H2O=2H2+O2阴极逸出a mol H2，水被电解了a mol，其答案为D。可见因一字之差(“铜”与“铂”)，答案各异。由此再次强调提高审题的准确性是多么地必要。【例4】通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1价）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）n（硝酸亚汞）=21，则下列表述正确的是（ ）A、在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（Ag）n（Hg）=21B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等C、硝酸亚汞的分子式为HgNO3 D、硝酸亚汞的分子式为Hg2(NO3)2解析：通以相等的电量即是通过相同的电子数，银和亚汞都是+1价，因此，得到的单质银和汞的物质的量也应相等；又因电解的n（硝酸银）n（硝酸亚汞）=21，硝酸银的化学式为AgNO3，故硝酸亚汞的化学式不可能为HgNO3，只能为Hg2(NO3)2。所以，正确选项为D。答案：D点评：有关电解的计算：通常是求电解后某产物的质量、物质的量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。运用电子守恒原理解答较好。【例5】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；NaClO和NaCl B、a为负极，b为正极；NaClO和NaClC、a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl D、a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl解析： 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液发生的反应是：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2，副反应为：2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O，则可推知使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液的主要成分是NaClO和NaCl溶液，其中起消毒作用的是NaClO溶液。电解过程中阴极产生H2，结合图示，消毒液发生器的液体上部空间充满的是H2，故电源a极是负极，b为正极。所以答案为B。答案：B点评：考查综合运用原电池、电解池原理、氯碱工业原理和Cl2化学性质等，解决社会生活中问题的能力，同时，也考查学生理解，分析数据获取新信息能力。【例6】电解食盐溶液的氯碱生产技术，已由传统的隔膜法变革为离子膜法高新技术。这种技术进步，如下表所示：表1 产品液碱质量比较项目离子膜法隔膜法隔膜法NaOH%35（已有50%的报道）101230NaCl%0.002514164Na2CO3%0.02（一般不计量）1表2 能耗与蒸汽用量比较（以NaOH质量分数为50作比较基准）项 目离子膜法隔膜法电解用电 度/吨21602600蒸汽用电 度/吨80700蒸量用电 度/吨0.403.5隔膜法和离子膜法新技术中所用的膜有本质区别。前者是有条件地阻止阴、阳极电解产物相混合的多孔石棉隔膜。后者由阳离子交换树脂（几类氟碳树脂）组成，树脂的高分子骨架上接有能电离出H+而可与Na+等阳离子交换的离子交换基团SO3H、COOH，所以是一类厚度虽仅0.l0.5mm，但一般只允许溶液中的阳离子在膜中通过，更不能自由通过气体或液体的阳离子交换膜。试从自然科学、生产技术与社会发展的综合角度，系统简答下列相关问题。（1）在所给离子膜法电解食盐溶液示意图中的括号内，填写开始电解时进入电解槽用作电解液的液体A、B的组成名称，以及电解产出气体C、D的化学式，并简述其通过电解液的循环电解，直接生产纯浓液碱的电化学原理。离子膜法电解槽的极间距，由于膜在电极间的结构紧凑而远小于隔膜法电解槽，这将如何影响能耗？（2）传统隔膜法的阴极电解碱液，它所含NaOH的质量分数，为什么只能控制得低些？（3）试对比评价本离子膜法科技进步的经济、社会效益。解析：（1）在直流电场中的阳离子交换膜，只能让阳离子透过、迁移进入阴极室，而不容阴极室里的阴离子透过、迁移进入阳极室。这种选择性的透过作用，使精制饱和食盐水在阳极室中经循环电解，通过Cl的阳极氧化和Na的迁移入阴极室而变为淡盐水；使淡碱液或纯水在阴极室中经循环电解，通过H2O（H+）的阴极还原，积累OH和Na+而变为纯烧碱浓溶液。电解槽的极间距变短，两极间的溶液电阻就减小，可相应降低电解电压而节省电能。（2）传统的隔膜法使用的石棉隔膜，并无离子膜所有阻止OH向阳极迁移的功能。当稍为提高阴极碱液的浓度时，将明显增大OH向阳极的迁移量，必首先由于Cl2和OH的反应而相应显著降低该电解生产的电流效率。（3）离子膜法生产与传统的隔膜法相反，无需再为电解碱液脱盐（尽量回收NaCl）浓缩；经济效益高，生产效率高，产品烧碱纯且浓，能耗低、蒸汽省。隔膜法生产中，更因制作、使用石棉隔膜，必发生硅酸盐纤维（粉尘）污染环境的问题，有使部分操作工人患肺癌职业病的危险。可见，以电化学科学原理为核心，通过为其所开发的离子膜法电解生产的跨学科高新技术，优化了资源、能源的利用，变污染环境的生产为“清洁生产”，更有其适应可持续发展需要的高社会效益。答案：（1）A为饱和食盐溶液，B为淡碱液或纯水，C为Cl2，D为H2。极间距减小，可降低电解电压而节省电能。循环电解时，阳极液中的Na+，能在Cl阳极氧化成Cl2的同时，透过阳离子交换膜迁移入阴极室；阴极液中的H2O在阴极还原生成H2和OH，其中OH因受阻于阳离子交换膜而与Na+共存于阴极室，最终使阴极液成为产品纯浓液碱。（2）为减少OH向阳极的迁移量，以保持较高的电流效率。（3）详见解析。（二）基础练习一、选择题 1在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（ ）A、原电池正极和电解池阳极所发生的反应 B、原电池正极和电解池阴极所发生的反应 C、原电池负极和电解池阳极所发生的反应 D、原电池负极和电解池阴极所发生的反应2下列关于电解精炼铜的叙述中不正确的是（ ） A.粗铜板：阳极 B.电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为Cu2+2e-= Cu C.粗铜中所含Na、Fe、Zn等杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥 D.电解铜的纯度可达99.95%99.98%3在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（ ） A.锌作阳极，铁作阴极，溶液中含有锌离子 B.铂作阴极，铁作阳极，溶液中含有锌离子 C.铁作阳极，铁作阴极，溶液中含亚铁离子 D.锌作阴极，铁作阳极，溶液中含锌离子4用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（ ） A 电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液p H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1:2D 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1:15在电解是将电能转化为化学能；电解是将化学能转变成电能；电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化；不能自发进行的氧化还原反应可通过电解的原理实现；任何物质被电解时，必导致氧化还原反应发生；这五种说法中正确的是（ ） A. B. C. D.6以铜棒作阳极，在铁棒（与铜棒质量相等）表面镀铜，用硫酸铜溶液作电解质溶液，若电镀结束时两极质量差为128g，则此时在铁棒上析出铜的质量是（ ） A.8g B.16g C.32g D.64g7可以将反应Zn+Br2=ZnBr2设计成蓄电池，下列4个电极反应Br2+2e=2Br- 2Br-2e=Br2 Zn-2e=Zn2+ Zn2+2e=Zn其中表示充电式的阳极反应和放电时的负极反应的分别是（ ） A和 B和 C和 D和8下列关于铜电极的叙述正确的是（ ） A.铜锌原电池中铜是正极 B.用电解法精炼粗铜时纯铜作阳极 C.在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极9能够使反应Cu+2H2O=Cu(OH)2+H2 发生的是（ ） A.铜片作原电池的负极，碳棒作原电池的正极，氯化钠作电解质溶液 B.铜锌合金在潮湿空气中发生电化学腐蚀 C.用铜片作阴、阳电极，电解硫酸钠溶液 D.用铜片作阴、阳电极，电解硫酸铜溶液10用石墨作电极，电解1molL-1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是（ ） A.HCl B.NaOH C.Na2SO4 D.NaCl11已知电解（石墨电极）盐酸、硫酸混合酸时两极生成的气体与时间关系如右图所示，则其电解过程中溶液pH随时间变化关系正确的是( )12电解NaClKClAlCl3熔体制铝比电解Al2O3NaAlF6制铝节省电能约30%，但现在仍用后一种方法制铝，其原因与下列说法无关的是：（ ） A AlCl3是分子晶体，其熔体不导电 B Al2O3矿石在自然界大量存在C 自然界不存在富含AlCl3的矿石 D 生产无水AlCl3较困难，成本又较高13如图所示，图中四种装置工作一段时间后，测得导线上均通过了0.002mol电子，此时溶液的pH值由小到大的排列顺序为（不考虑溶液的水解和溶液的体积变化）（ ） A. B. C. D.14镍氢电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是0.5H2+NiO(OH) Ni(OH)2，根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（ ） A.电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大 B.电池放电时，负极反应为H2-2e-=2H+ C.电池充电时，氢元素被还原 D.电池充电时，镍元素被氧化15如图所示，电源电压恒定，甲、乙两杯中分别倒入相同质量分数的稀H2SO4，合上开关后，发现电压表V1、V2读数U1、U2相同，小灯泡发光正常，下面说法正确的是( ) A若将甲溶液中的两极靠近，会发现电压U2变小B若在乙溶液中逐渐滴入少量Ba(OH)2溶液，会发现电压U2变小C若在甲溶液中逐渐滴入Ba(OH)2溶液直至过量，小灯泡先变暗后变亮D溶液导电的原因是通电后稀H2SO4发生电离的缘故16右图中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极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的是( ) 17用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气（标准状况），从而可知M的相对原子质量为（ ） A.22.4ax/b B.11.2ax/b C.5.6ax/b D.2.5ax/b18用惰性电极电解250mLNaCl和CuSO4的混合溶液，经过一段时间后两极分别得到11.2L（标准状况下）气体。原混合溶液中NaCl的物质的量浓度不可能为（ ） A.0.5mol/L B.1mol/L C.1.5mol/L D.4mol/L 二、填空题19氨是最重要的氮肥原料。在课本里学到的合成氨技术叫哈伯法，近一个世纪，合成氨需要高温高压似乎是天经地义了。然而，最近有两位希腊化学家在科学杂志上发表文章说，在常压下把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一个加热到570的电解池（如右图），氢气和氮气便可在电极上合成氨，转化率竟然高达78%。请根据以上材料回答下列问题：（1）写出哈伯法合成氨的化学方程式：_；（2）新法合成氨的电解池中能否用水溶液作电解质？_；为什么？_。（3）新法合成氨中所用的电解质（如图中黑细点所示）能传导H+，试写出电极反应式和总反应式。阳极：_；阴极_。总反应式：_。20用下图所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。则：(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，若从电解开始到时间t s，A、B装置中共收集到标准状况下的气体0.168 L，若电解过程中无其他副反应发生，经测定电解后A中溶液体积恰为1000 mL，则A溶液的pH为_。（三）能力测试1由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱溶液反应制得纯净的Fe(OH)2沉淀。若用下图所示实验方法则可制得纯净的Fe(OH)2沉淀，已知两极材料分别是石墨和铁。 （1）a电极材料为 ，其电极反应式为 （2）在纯水、NaCl溶液：NaOH溶液与CuC12溶液中选择电解液d，可以是 ，此时白色沉淀在电极上生成；也可以是 ，此时白色沉淀在两极之间的溶液中生成。 （3）液体c为苯，其作用是 ，在加入苯之前，对溶液进行加热处理的目的是 （4) 为了在较短时间内看到白色沉淀，在 改用稀硫酸作电解液、 适当增大两极间电压、 适当缩小两极板间距离、 适当降低电解液的温度这四项措施中，可以采取的合理措施有 （填序号）。 （5）若d改为硫酸钠溶液，当电解一段时间看到白色沉淀后，再反接电源继续电解，除了在电极上看到气泡外，另一明显现象是 2右图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两侧为电解质储罐，中央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后，分别变为Na2S4和NaBr。（1）左、右储罐中的电解质分别为：左： ； 右： 。（2）写出电池充电时，阳极和阴极的电极反应：阳极： ；阴极： 。（3）写出电池充、放电的反应方程式：_。（4）指出在充电过程中钠离子通过膜的流向：_。第三节 电解池（二）基础练习1BC 原电池负极和电解池阳极发生的是氧化反应；原电池正极和电解池阴极发生的是还原反应。2C 3A 4D 5A 6D 7A 8AC 9C 10C 11B 12A 13A 14CD15C 16A 17C 18D19解析：本题以新型电解池的有关反应为主体，重点考查考试大纲中要求的自学能力：（1）敏捷地接受试题所给出的新信息的能力；（2）将试题所给的新信息，与课内已学过的有关知识结合起来，解决问题的能力；（3）在分析评价的基础上，应用新信息的能力。同时考查了电极反应式的书写。答案：（1）N2 + 3H2 2NH3。（2）不能，此时水不是液态；（3）阳极：3H2 6e- = 6H+ (生成的H+通过电解质传导到阴极)，阴极：N2 + 6H+ + 6e- = 2NH3 。总反应：N2 + 3H2 2NH3 。20解析：可以认为线路中串联了3个电解池。当选定一个为研究对象时，另外的2个可看作是线路或是电阻。先选定湿润的淀粉KI试纸为研究对象。由于C端变为蓝色，可知C端有I2生成：2I2e=I2I2使淀粉变蓝色。该反应是在电解池的阳极发生的反应，由此可以断定外接电源的E端