第二节第1课时电解原理

第二节电解池第1课时电解原理基础巩固1.下列说法错误的是()。A.电解质溶液的导电过程是化学变化,而金属的导电是物理变化B.电解质溶液导电的过程,就是电解质溶液的电解过程C.电解质在任何条件下均可以导电D.电解质溶液导电过程中一定有新物质生成答案:C解析:电解质溶液导电的过程就是被电解的过程,在电解过程中发生氧化还原反应,一定有新物质生成,所以是化学变化。金属导电是靠自由电子的定向移动,无新物质生成,是物理变化。A、B、D项正确。电解质要导电只有在电离的条件下,存在自由移动的离子时才能导电,所以C项错误。2.用如图所示装置处理含NO3-的酸性废水,装置右侧的电极反应式为2NO3-+12H++10e-N2↑+6H2O,下列说法正确的是(A.a端是直流电源的负极B.该装置将化学能转化为电能C.电解时,H+通过离子交换膜从右侧移向左侧D.每转移1mol电子,左侧电极上产生8gO2答案:D解析:NO3-在右侧Pt电极被还原生成N2,则该Pt电极是阴极,b端是直流电源的负极,A项错误;该装置是电解池,将电能转化为化学能,B项错误;电解时,阳离子向阴极移动,则H+从左侧向右侧移动,C项错误;左侧电极是阳极,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,转移1mol电子时生成0.25molO2,其质量为0.25mol×32g·mol-1=8g,D3.如图装置中发生反应的离子方程式为Zn+2H+Zn2++H2↑,下列说法错误的是()。A.a、b不可能是同种材料的电极B.该装置可能是电解池,电解质溶液为稀盐酸C.该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸D.该装置可看作是锌铜原电池,电解质溶液是稀硫酸答案:A解析:若该装置为电解池,则a、b两电极的材料可以都为Zn,A项错误;在保证阳极为Zn时,该电解池的电解质溶液可以为稀盐酸,B项正确;在保证其中一电极的材料为Zn时,用活动性比锌弱的导电性材料作另一电极,该原电池的电解质溶液为稀盐酸或稀硫酸都可以,C、D两项正确。4.某同学将电解池工作时电子、离子迁移方向及电极种类等信息表示在图中,下列有关分析完全正确的是()。选项ABCDa电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极Q离子阳离子阳离子阴离子阴离子答案:B解析:根据题图知,该装置有外接电源,所以属于电解池,根据电子流向知,c是负极,d是正极,a是阴极,b是阳极,电解时,电解质溶液中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,则Q离子是阳离子,P离子是阴离子,B项正确。5.现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是()。A.电解开始时阴极有H2放出B.电解开始时阳极上发生:Cu2++2e-CuC.整个电解过程中,SO4D.当电路中通过电子的量超过0.1mol时,此时阴极放电的离子发生了变化答案:C解析:依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,A、B项错误。阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电,SO42-不参与电极反应,C项正确。由阴极反应Cu2++2e-Cu,n(Cu2+)=0.1mol,当电路中通过电子的量达到0.2mol时,此时Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+6.用石墨作电极,电解1mol·L-1下列物质的溶液,溶液的pH保持不变的是()。A.HCl B.NaOHC.Na2SO4 D.NaCl答案:C解析:电解HCl溶液,阴极析出H2,阳极析出Cl2,溶液pH增大;电解NaOH溶液,相当于电解水,溶液pH增大;电解Na2SO4溶液,相当于电解水,溶液pH不变;电解NaCl溶液,阴极析出H2,阳极析出Cl2,溶液pH增大。7.用Pt电极电解物质的量均为0.1mol的Cu2+和X3+的混合溶液,阴极析出固体物质的质量m(g)与导线中通过电子的物质的量n(mol)的关系如图所示,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.Cu2+>H+>X3+ D.X3+>H+>Cu2+答案:C解析:根据题图知,通电开始就有固体析出,且通过0.2mol电子后,不再析出固体,则为Cu2+放电的结果,当电子超过0.2mol时,固体质量改变,阴极产生的是氢气,故氧化能力为Cu2+>H+>X3+。8.用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,在电解后的电解质溶液中加适量水,就能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是()。A.NaCl B.Na2CO3C.CuSO4 D.K2S答案:B解析:电解NaCl溶液时阳极和阴极分别为Cl-和H+放电,相当于电解HCl,恢复原浓度需通入适量HCl气体,A项错误;电解Na2CO3溶液时阳极和阴极分别为OH-和H+放电,相当于电解水,恢复原浓度需加入适量H2O,B项正确;电解CuSO4溶液时阳极和阴极分别为OH-和Cu2+放电,恢复原浓度需加入适量CuO或CuCO3等,C项错误;电解K2S溶液时阳极和阴极分别为S2-和H+放电,恢复原浓度需通入适量H2S气体,D项错误。9.利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示(电解质溶液不参加反应),下列说法正确的是()。A.可用H2SO4溶液作电解液B.阳离子交换膜的主要作用是增强导电性C.工作电路中每流过0.02mol电子,Zn电极质量减少0.65gD.Pb电极的电极反应式是2CO2-2e-C2O4答案:C解析:如果用H2SO4溶液作电解质溶液,金属锌可以和硫酸发生反应,A项错误;用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开,它具有选择透过性,它允许锌离子透过,不允许阴离子透过,B项错误;Zn电极为阳极,发生氧化反应,Zn-2e-Zn2+,电路中每流过0.02mol电子,消耗锌的量为0.01mol,质量为0.65g,C项正确;Pb电极为阴极,发生还原反应,2CO2+2e-C2O42-,D10.由于Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室很难用亚铁盐溶液与碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某化学社团用下图所示装置探究白色纯净的Fe(OH)2沉淀的制取,两电极的材料分别为石墨和铁。(1)a电极材料应为,电解质溶液d可以是(填序号)。

①纯水②NaOH溶液③NaCl溶液④CuCl2溶液(2)c为植物油,其作用是,在加入植物油之前,对d溶液所采取的简单处理方法及目的是

。

若用其他试剂来代替植物油,试剂应具备的物理性质为。

(3)为了在较短时间内看到白色沉淀,可采取的措施是。

A.改用稀硫酸作电解质溶液B.适当增大电源的电压C.适当减小两电极间的距离D.适当降低电解质溶液的浓度(4)若d改为Na2SO4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,除了电极上看到气泡外,另一明显的现象为

。

答案:(1)Fe②③(2)隔绝空气,防止生成的Fe(OH)2被空气氧化成Fe(OH)3加热煮沸d,除去其中溶解的O2试剂不溶于水、密度比d的密度小(3)BC(4)白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变成红褐色解析:(1)要得到Fe(OH)2沉淀,必须产生Fe2+,所以Fe作阳极。纯水导电性极差;使用CuCl2溶液,则阴极Cu2+放电,不能产生OH-,不会生成Fe(OH)2沉淀。可选用NaOH溶液或NaCl溶液。(2)植物油可有效隔绝空气,生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,不被氧化。处理d溶液,目的是除去其中溶解的O2,可加热煮沸。代替植物油的试剂应具有与植物油相似的物理性质,如不溶于水,密度比d的密度小等。(3)要在较短时间内看到白色沉淀,应增大电解质溶液中Fe2+和OH-的浓度,可通过增大电压提高电解速率实现;不能用稀硫酸作电解质溶液,因为它能溶解Fe(OH)2沉淀;缩小两极板间的距离,可缩短离子扩散时间,即缩短Fe2+与OH-生成Fe(OH)2沉淀的时间。(4)当电解一段时间后将电源反接,则铁作阴极,石墨作阳极,溶液中的H+和OH-放电,相当于电解水:2H2O2H2↑+O2↑,阳极生成的O2将Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3,沉淀由白色迅速变为灰绿色,最终变成红褐色。11.如图装置,X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒,Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后,发现d附近显红色。(1)①b为电源的(填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极,Z池中e为极。

②连接Y、Z池线路,电子流动的方向是d(填“”或“”)e。

(2)①写出c极上发生的电极反应式:。

②写出Y池中总反应的化学方程式:

。

③写出Z池中e极上发生的电极反应式:。

答案:(1)①负阳②(2)①2Cl--2e-Cl2↑②2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑③Cu-2e-Cu2+解析:d极附近显红色,说明d为阴极,电极反应式为2H++2e-H2↑,c为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,Y池电解饱和NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑;直流电源中a为正极,b为负极,Z池中f为阴极,e为阳极,电极反应式分别为Cu2++2e-Cu,Cu-2e-Cu2+,电子流动方向由de。能力提升1.(双选)利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是()。A.b为直流电源的负极B.将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜,电极反应式不变C.阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-SO42-D.电解时,H+由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室答案:AC解析:二氧化硫被氧化为硫酸根离子,所以二氧化硫所在的区为阳极区,阳极与电源正极相连,则b为电源负极,A项正确;将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜,电极反应式发生改变,B项错误;阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+,C项正确;电解时,阳离子移向阴极,所以H+由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室2.载人空间站的生态系统中,要求分离人呼出的二氧化碳,同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求,同时还有燃料一氧化碳生成,该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2+2H2O+4e-2CO+4OH-。下列判断错误的是()。A.上述电化学装置相当于电解池B.上述装置进行的总反应式为2CO22CO+O2C.反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强D.失电子的电极发生的反应是4OH--4e-2H2O+O2↑答案:C解析:该电池是将电能转化为化学能,符合电解池原理,所以题述电化学装置相当于电解池,A项正确;该电池中,阴极的电极反应式为2CO2+2H2O+4e-2CO+4OH-,阳极上OH-失电子生成氧气,反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,将两个电极反应式相加即得电池总反应式:2CO22CO+O2,所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液的碱性不变,C项错误,B、D两项正确。3.(双选)如图是CO2经电催化还原为CH4的装置示意图。下列说法不正确的是()。A.该过程是电能转化为化学能的过程B.铜电极的电极反应式为CO2+8HCO3-+8e-CH4+8CO32C.一段时间后,①池中n(KHCO3)不变D.一段时间后,②池中溶液的pH一定增大答案:CD解析:该装置连接有电源,则该过程是电能转化为化学能的过程,A项正确;二氧化碳转化为甲烷的反应过程中,碳元素的化合价降低,在铜电极上发生还原反应,电极反应式为CO2+8HCO3-+8e-CH4+8CO32-+2H2O,B项正确;由于①池溶液中的碳酸氢根离子被消耗,故一段时间后,碳酸氢钾的物质的量减少,C项错误;①池中的铜电极为阴极,发生还原反应,②池中的铂电极为阳极,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,该过程中有H+生成,故溶液的pH4.将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt),用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊溶液浸透的滤纸上,经过一段时间后,两极附近滤纸的颜色分别是()。选项ABCD阳极蓝白红蓝阴极白蓝蓝蓝答案:D解析:阳极上I-放电生成I2,淀粉遇I2变蓝,阴极上H+放电后,使溶液中的c(H+)<c(OH-),呈碱性,使石蕊溶液显蓝色,D项正确。5.用惰性电极电解含0.2molCuSO4的溶液一段时间后,阳极上生成标准状况下4.48L气体,欲使电解质溶液恢复到电解前的状态,应加入()。A.0.2molCuSO4 B.0.2molCuOC.0.2molCu(OH)2 D.0.2molCuCO3答案:C解析:根据阳极产生0.2molO2,可知溶液中有0.8molOH-发生反应,转移电子0.8mol,0.2molCu2+得到0.4mol电子生成0.2molCu,则有0.4molH+发生反应生成0.2molH2。复原物质应加0.2molCuO和0.2molH2O,即0.2molCu(OH)2。6.A、B、C为三种强电解质,它们在水中电离出的离子如下表所示:阳离子Na+、K+、Cu2+阴离子SO42-图1所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,电极均为石墨电极。图1图2接通电源,经过一段时间后,测得乙中c电极质量增大。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题。(1)M为电源的(填“正”或“负”)极,电极b上发生的电极反应为。

(2)写出乙烧杯中的电池反应方程式:

。

(3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?

。

(4)若经过这一段时间后,要使丙恢复到原来的状态,需要进行的操作是。

答案:(1)负4OH--4e-2H2O+O2↑(2)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4(3)能,因为硫酸铜溶液已转变为H2SO4溶液,反应变为电解水的反应(4)向丙烧杯中加入一定量水解析:(1)乙中c电极质量增大,则c处发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,即c电极为阴极,由此可推出b为阳极,a为阴极,M为负极,N为正极。而Cu2+只能与SO42-结合,可以确定B为硫酸铜;由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图,可以确定A为KOH或NaOH,C为Na2SO4或K2SO4。甲中为KOH或NaOH溶液,相当于电解H2O,阳极b处为阴离子OH-放电,即4OH--4e-2H2O+O2↑。(2)乙烧杯中是电解CuSO4溶液,电池反应方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。(3)乙中铜全部析出后