高考化学大一轮复习第10讲电解池的工作原理及应用

1、课后作业 10电解池的工作原理及应用(时间:45 分钟 满分:100 分)一、选择题(本题包括 10 小题,每小题 6 分,共 60 分,每小题只有一个选项符合题目要求)1.分析右图装置,下列说法错误的是( ).A. 虚线框中接直流电源,铁可能会被腐蚀B. 虚线框中接灵敏电流计或接直流电源,锌都是负极C. 虚线框中接灵敏电流计,该装置可将化学能转化为电能D. 若电解质溶液为硫酸锌溶液并接上直流电源,该装置可用于铁皮上镀锌答案 B解析若虚线框中接直流电源,且铁连接电源正极,此时铁作阳极,则会加快铁的腐蚀,A 项正确;若虚 线框中接直流电源,此时为电解池,锌是阳极或阴极,若虚线框中接灵敏电流计,锌

2、是负极,B 项错误; 虚线框中接灵敏电流计,此时为原电池,可将化学能转化为电能,C 项正确;若电解质溶液为硫酸锌溶 液并接上直流电源,且铁电极连接电源负极,该装置可用于铁皮上镀锌,D 项正确。2.下列关于电化学知识的说法正确的是( )A. 用石墨电极电解饱和食盐水,在阳极得到氯气,阴极得到金属钠B. 电解精炼铜时,阳极减少的质量不一定等于阴极增加的质量C. 用石墨电极电解 FeCl 、CuCl 的混合溶液,在阴极上依次析出 Al、Fe、Cu3 2D.用石墨电极电解 CuSO 溶液一段时间后(Cu2+未反应完),加入适量 Cu(OH) 可以使溶液恢复至原状4 2态答案 B解析用石墨电极电解饱和食

3、盐水,阴极产生氢气,A 错误;电解精炼铜时,阳极除铜放电外,比铜活泼 的金属如 Zn、Fe 也放电,但阴极上只有 Cu2+放电,B 正确;根据金属活动性顺序可知,阴极上离子的 放电顺序是 Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Al3+,不会析出铁和铝,C 错误;电解 CuSO 溶液,阴极析出 Cu,阳极生成4氧气,欲使溶液恢复至原状态应加入 CuO,D 错误。3.用惰性电极电解下列物质的溶液,一段时间后(溶液过量),再加入一定质量的另一种物质(括号 内),溶液能与原来溶液完全一样的是( )A.CuCl (CuSO )2 4C.NaCl(HCl)B.NaOH(NaOH)D.

4、CuSO Cu(OH) 4 2答案 C解析电解 CuCl 溶液时,阴、阳两极放电的离子分别是 Cu2+和 Cl-,所以要恢复原状需加入 CuCl ,A 项2 2错;电解 NaOH 溶液相当于电解水,要恢复原状需加水,B 项错;电解 NaCl 溶液时,阴、阳两极放电的 离子分别是 H+、Cl-,故需加 HCl 才能恢复原状,C 项正确;电解 CuSO 溶液时,阴、阳两极的产物分别4是 Cu、O ,要恢复原状需加 CuO 或 CuCO ,D 项错。2 31-4.(2018·河南高三适应性考试)工业上电解 NO 制备 NH NO ,其工作原理如图所示(图中电极均为石4 3墨电极)。下列说法

5、错误的是( )A.a 极连接电源的负极 B.阳极反应为 NO+5e-+6H+C.总反应方程式为 8NO+7H O2N +H O23 NH NO +2HNO4 3 3D.为使电解产物全部转化为 NH NO ,需补充物质 A,A 是 NH4 3 3答案 B解析 a 极 NON ,N 的化合价降低,得到电子,根据电解原理,a 极应为阴极,即接电源的负极,故 A正确;根据选项 A 的分析,电极 b 为阳极,电极反应式为 NO-3e-+2H O2N +4H+,故 B 错误;阴极反应式为 NO+5e-+6H+N +H O,总反应方程式为 8NO+7H O 3NH NO +2HNO ,故 C 正确;根据总反

6、应方程 2 2 4 3 3式,生成 HNO ,为使电解产物全部转化为 NH NO ,需要补充 NH ,D 正确。3 4 3 35.(2018·河北衡水第一中学月考)用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现 a、d 处试纸变蓝;b 处变红,局部褪 两个石墨电极附近有气泡产生;n 处 象 色;c 处无明显变化 有气泡产生下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )A.a、d 处:2H O+2e-2B.b 处:2Cl-2e-H +2OH-2Cl 2C.c 处发生了反应:Fe-2e-Fe2+D.根据实验一的原理,反应初始实验二中 m 处就能析出铜答案 D解析 a、d 处试纸变蓝,说明溶液

7、显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,破坏了水的电离平 衡,氢氧根离子浓度增大造成的,A 正确;b 处变红,局部褪色,说明是溶液中的氯离子放电产生氯气, 氯气与水反应生成的酸使 pH 试纸变红,次氯酸具有漂白性导致局部褪色,B 正确;c 处为阳极,铁失 去电子生成亚铁离子,C 正确;实验一中 ac 形成电解池,db 形成电解池,所以实验二中也相当于形成2-三个电解池(一个球两面为不同的两极),m 为电解池的阴极,另一球朝 m 的一面为阳极(n 的背面), 由于电解质溶液为稀硫酸,故反应初始阶段 m 处不会析出铜,D 错误。6.某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为 Al,其他电极均为 C

8、u,则( )A.电流方向:电极 B.电极发生还原反应 C.电极逐渐溶解A电极D.电极的电极反应:Cu2+2e-Cu答案 A解析该装置为原电池与电解池的串联,根据原电池的构成原理,可知电极为负极,电极为正极, 电极为阳极,电极为阴极。电子流向为电极电极,电流方向与电子流向相反,故电流 方向为电极电极,A 项正确;电极为负极,发生氧化反应,B 项错误;电极为正极,Cu2+ 在此被还原,C 项错误;电极为阳极,活性阳极 Cu 在此被氧化,D 项错误。7.(2018·安徽 A10 联盟统考)用如下装置处理含 KMnO 的工业废液,使 Mn 元素转化为 MnO 沉淀,从4 2而消除重金属污染,

9、下列说法错误的是( )A.Mn 处理完全后,实验结束时左侧可能会生成沉淀B.右侧产生的 Fe2+沉淀 Mn 的离子方程式为 7H O+3Fe2+Mn2-3Fe(OH) +MnO +5H3 2+C.当电路中转移 6 mol e-时,可以产生 87 g MnO 沉淀2D.为了增大右侧溶液的导电性可以加稀硫酸造成强酸性环境答案 D解析 Mn 处理完全后,阳极生成的 Fe2+会通过阳离子交换膜进入左侧,则左侧会生成 Fe(OH) 沉淀,2故 A 正确;右侧产生的 Fe2+在弱酸性条件下将 Mn 还原为 MnO ,本身被氧化为 Fe(OH) ,所以离子方程2 3式为:7H O+3Fe2+Mn 2-3Fe

10、(OH) +MnO +5H+,故 B 正确;根据阳极电极反应:Fe-2e-3 2Fe2+,当电路中转移 6mole-时,生成 3molFe2+,根据 Fe2+沉淀 Mn 的离子方程式 7H O+3Fe2+Mn2-3Fe(OH) +MnO +5H+可知生成 1molMnO ,质量为 1mol×87g·mol-1=87g,故 C 正确;强酸性条件3 2 23-下,Mn 与 Fe2+反应的离子方程式为 Mn +5Fe2+8H+Mn2+5Fe3+4H O,故不能使 Mn 元素转化为 MnO2 2沉淀,D 错误。8.(2018·湖北八校联考)H BO 可以通过电解 NaB(

11、OH) 溶液的方法制备,其工作原理如图,下列叙述3 3 4错误的是( )A.M 室发生的电极反应为 2H O-4e-2O +4H+2B. N 室中:a%<b%C. b 膜为阴膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸D. 理论上每生成 1 mol 产品,阴极室可生成标准状况下 5.6 L 气体 答案 D解析 M 室为阳极室,发生氧化反应,电极反应为 2H O-4e-2O +4H+,故 A 正确;N 室为阴极室,溶液 2中水电离的 H+得电子发生还原反应生成 H ,促进水的电离,溶液中 OH2-浓度增大,即 a%<b%,故 B 正确;阳极室的 H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的 B(O

12、H 穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成 H BO ,则3 3b 膜为阴膜,故 C 正确;每生成 1mol 产品,转移电子的物质的量为 1mol,阴极室生成 0.5mol 氢气,其 标准状况下的体积为 11.2L,故 D 错误。9.用如图装置电解 K SO 溶液,同时制备 H SO 溶液和 KOH 溶液,中装入 K SO 溶液,下列有关分析正2 4 2 4 2 4确的是( )A.区生成 H SO2 4B. a 是阴离子交换膜C. 区的 K+进入区D. 区溶液的 pH 会增大答案 C解析区是阴极区,溶液中的 H+放电,故区生成的是碱,K+通过阳离子交换膜进入区,故 A、B 错误,C 对;区生成 H

13、 SO ,溶液 pH 减小,D 错误。2 410.电解法处理含铬(六价铬)废水的原理如图所示,阳极区溶液中的离子反应是 Cr2-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H O。下列说法正确的是( )24A.电解槽中 H+向阳极移动B.阳极的电极反应式是:Fe-3e-Fe3+C. 电解一段时间后,阴极区溶液的 pH 增大D. 阳极的铁板可用石墨代替答案 C解析电解槽中 H+向阴极移动,A 项错误;阳极的电极反应式是 Fe-2e-Fe2+,B 项错误;阴极反应为2H+2e-H ,阴极区溶液的 pH 增大,C 项正确;阳极用 Fe 作电极,生成的 Fe2+作还原剂还原 Cr 2 2-,不可用石墨代

14、替,D 项错误。二、非选择题(本题包括 3 小题,共 40 分)11.(8 分)如图所示,E 为浸过含酚酞的 Na SO 溶液的滤纸。A、B 分别为铂片,压在滤纸两端,R、S 为2 4电池的电极。M、N 是用多微孔的 Ni 制成的电极,在碱溶液中可视为惰性电极。G 为电流计,K 为开 关。C、D 和电解槽中都充满浓 KOH 溶液。若在滤纸中央滴一滴紫色的 KMnO 溶液,将开关 K 打开,接4通电源一段时间后,C、D 中有气体产生。请回答下列问题:(1) R 为 (填“正”或“负”)极。(2) A 附近溶液的现象是 ,B 电极发生的电极反应为 。(3) 滤纸上的紫色斑点向 (填“A”或“B”)

15、方向移动。(4) 当 C、D 中的气体产生到一定量时,切断外电源并接通开关 K,经过一段时间后,C、D 中的气体逐 渐减少,C 中的电极为 (填“正”或“负”)极,电极反应式为 。答案(1)负(2)溶液变红 4OH-4e- (3)B2H O+O 2 25-(4)负 2H +4OH-4e-24H O2解析电解 KOH 溶液就是电解水,两极分别产生 H 和 O ,因为相同条件下产生 H 的体积是 O 体积的两2 2 2 2倍,所以 C 管中收集到的是 H ,D 管中收集到的是 O 。2 2(1)H 是在阴极产生的,所以 M 是阴极,与之相连的 R 是电源的负极。2(2)B 是电解池的阳极,A 是电

16、解池的阴极。电解 Na SO 溶液的实质是电解水,电解时 H2 4+移动到 A极,得电子被还原为 H ,破坏了 A 极附近水的电离平衡,导致 A 极附近的溶液显碱性,使酚酞溶液变2红。B 极上 OH-被氧化生成 O 。2(3)KMnO 溶液中,紫红色的 Mn 向阳极移动。4(4)当 C、D 中的气体产生到一定量时,切断外电源并接通开关 K,此时装置变为燃料电池。经过 一段时间,C、D 中的气体逐渐减少,H 和 O 反应生成水,在碱性条件下,C 中 H 发生氧化反应。2 2 212.(14 分)太阳能电池可用作电解的电源(如图)。(1)若 c、d 均为惰性电极,电解质溶液为硫酸铜溶液,电解过程中

17、,c 极先无气体产生,后又生成气体,则 c 极为极,在电解过程中,溶液的 pH (填“增大”“减小”或“不变”),停止电解后,为使溶液恢复至原溶液应加入适量的 。 (2)若 c、d 均为铜电极,电解质溶液为氯化钠溶液,则电解时,溶液中氯离子的物质的量将(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)若用石墨、铁作电极材料,可组装成一个简易污水处理装置。其原理是:加入试剂调节污水的 pH 在 5.06.0 之间。接通电源后,阴极产生的气体将污物带到水面形成浮渣,起到浮选净化作用;阳极 产生的有色物质具有吸附性,吸附污物而沉积,起到凝聚净化作用。该装置中,阴极的电极反应 为 ;阳极区生成的有色物质是 。答

18、案(1)阴 减小 CuO 和 H O2(2)不变(3)2H+2e-H Fe(OH)2 3解析(1)用惰性电极电解硫酸铜溶液,c 极上先无气体生成,后又产生气体,说明 c 极为阴极(先生成 Cu,后生成 H ),电解 CuSO 溶液会生成 H SO ,溶液的 pH 减小。电解过程分两个阶段:第一阶段,阴极2 4 2 4生成 Cu,阳极生成 O ,溶液中减少的相当于 CuO;第二阶段,阴极生成 H ,阳极生成 O ,溶液中减少的2 2 2是 H O。2(2)若 c、d 为铜电极时,阳极:Cu-2e-Cu2+,电解质溶液中 Cl-不放电,故其物质的量不变。(3)若用石墨、铁作电极材料,阴极产生气体,

19、阴极发生的反应只能是 2H+2e-H ,阳极生成 2有色物质,则阳极为铁放电,Fe-2e-Fe2+,最终生成 Fe(OH) 。313.(18 分).次磷酸(H PO )是一种精细磷化工产品,具有较强还原性。H PO 可用电渗析法制3 2 3 2备,“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):6- - -(1) 写出阳极的电极反应式: 。(2) 分析产品室可得到 H PO 的原因:3 2。(3)早期采用“三室电渗析法”制备 H PO :将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用 H PO 稀溶液代3 2 3 2替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 杂质,该杂质产生的原因是 。.现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽,用氯碱工业中的离子交换 膜技术,利用电解 Na SO 溶液生产 NaOH 溶液和 H SO 溶液。2 4 2 4(1) a 膜为 。(2) Na SO 溶液应从 (用