高中化学 专题1 第二单元 第4课时 电解原理的应用同步训练 苏教版选修4.DOC

第4课时电解原理的应用目标要求1.了解氯碱工业、电镀、精炼铜的原理。2.掌握电解原理及其应用。电解原理的应用1氯碱工业：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。电极的反应式(并注明反应类型)阳极：2cl2e=cl2(氧化反应)；阴极：2h2e=h2(还原反应)。总反应式：2nacl2h2o2naohcl2h2。其中阴极反应中的h是由水电离产生的。2电镀(1)电镀是应用电解的原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。(2)电镀在电镀过程中，电镀液的浓度不变。3电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银)(1)粗铜作阳极，电极反应cu2e=cu2；精铜作阴极，电极反应cu22e=cu；电解质溶液cuso4溶液。(2) 活泼性较强的铁、锌以离子形式进入溶液，活泼性较差的金、银形成阳极泥。4电冶金制取金属na、ca、mg、al等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。如电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：阴极：2na2e=2na，阳极：2cl2e=cl2，总反应式：2nacl(熔融)2nacl2。知识点一氯碱工业1.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() 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答案b解析电解饱和食盐水的方程式为2nacl2h2o电解,2naohh2cl2，naoh在阴极区生成，cl2在阳极区生成。按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与naoh反应。显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的naoh吸收。反应为cl22naoh=naclnacloh2o。还应注意的是图中电极a、b是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的a为电源的负极，则b为正极。2.如图所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空： (1)x的电极名称是_极，发生的电极反应式为_，y极的电极材料是_，检验x极产物的方法是_。(2)某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致x极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现x极附近出现了白色沉淀，此沉淀是_(填化学式)，其形成原因是_，该沉淀在空气中放置，现象是_。(3)工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室用离子交换膜隔开(如图所示)，其目的是_，阳极室(a处)加入_，阴极室(b处)加入_，离子交换膜只许_离子通过。答案(1)阳2cl2e=cl2fe用湿润的淀粉碘化钾试纸放在x极附近，若试纸变蓝，说明生成了cl2(2)fe(oh)2铁作阳极时被氧化为fe2，纠正错误后，这一端又变为阴极，2h2e=h2，生成的oh与fe2结合成fe(oh)2先变灰绿色，后变红褐色(3)防止h2与cl2混合发生爆炸，防止cl2与naoh反应生成naclo，使naoh不纯饱和食盐水纯水(或naoh稀溶液)na解析与电源正极相接的为电解池的阳极，与电源负极相接的为电解池的阴极，若接反则金属fe失去电子而产生fe(oh)2沉淀。知识点二电镀池与精炼铜3在铁制品上镀上一层锌层，以下电镀方案中合理的是()a锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含fe2b锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含zn2c锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含fe3d锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含zn2答案d解析要在铁制品上镀锌，应该用锌作阳极，铁制品作阴极，含有zn2的溶液作电镀液，所以d项正确。4金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量fe、zn、cu、pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性fe2ni2cu2)()a阳极发生还原反应，其电极反应式：ni22e=nib电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等c电解后，溶液中存在的金属阳离子只有fe2和zn2d电解后，电解槽底部的阳极泥中只有cu和pt答案d解析此题考查的是电解的基本原理。在电解池中，阳极失去电子，化合价升高，发生氧化反应，而阴极得到电子，化合价降低，发生还原反应。题目中已经告诉氧化性：fe2ni2fenicupt(惰性金属不放电)，阴极的放电顺序为：zn2fe2ni2阴极质量的增加。c：溶液中除了fe2和zn2还有ni2、h等。5火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时()a粗铜接电源负极b纯铜作阳极c杂质都将以单质形式沉积到池底d纯铜片增重2.56 g，电路中通过电子为0.08 mol答案d解析电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用精铜作阴极，所以a、b不正确；锌比铜活泼，失电子变成锌离子进入溶液中，金、银不活泼，以单质形式沉淀到池底，c不正确；n(e)20.08 mol，d正确。知识点三电化学计算6有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为()a41 b11 c43 d34答案c解析串联电路中，相同时间内各电极得或失的电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出cl2，第二个烧杯中放出cl2和h2，第三个烧杯中放出o2。在有1 mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色气体(cl2)0.5 mol0.5 mol1 mol，无色气体(o2和h2)0.5 mol0.25 mol0.75 mol。7将含有0.4 mol cu(no3)2和0.4 mol kcl的水溶液1 l，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)()a3.36 l b5.6 l c6.72 l d13.44 l答案b解析根据电解原理，阴、阳两极发生的电极反应为阴极：cu22e=cu，阳极：2cl2e=cl2。由题意知，在阴极上析出cu：0.3 mol，则转移电子0.6 mol，根据电子得失守恒分析，阳极上除cl放电外，oh也会放电产生o2，即4oh4e=2h2oo2，经计算可知得到cl2 0.2 mol，得到o2 0.05 mol，故阳极放出气体的体积为 (0.2 mol0.05 mol)22.4 lmol15.6 l。练基础落实1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答案b解析电解食盐水时发生的反应：阳极：2cl2e=cl2阴极：2h2o2e=h22oh总反应：2nacl2h2o2naohh2cl2对照分析选项，a错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的cl2，滴加ki溶液后发生反应：cl22i=i22cl，溶液呈棕色，b正确；阴极附近产生大量的oh，滴加酚酞后变红色，c错误；电解后生成naoh，溶液呈碱性，d错误。2下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是()a粗铜板作阳极b电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为 cu22e=cuc粗铜中所含ni、fe、au、ag等金属杂质，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%答案c3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. b. c. d.答案c解析根据得失电子守恒列出物质间的对应关系，设m的相对原子质量为mr。mxxeo2mr g22.4 la gb l解得mr。4依据下图判断，下列叙述正确的是()a是原电池，是电镀装置b、装置中锌极上均发生氧化反应c、装置中，铜极均发生氧化反应而溶解d、装置中cu2浓度基本不变答案a解析仔细观察三个装置，为原电池，电极反应式为负极(zn)：zn2e=zn2，正极(cu)：cu22e=cu，为电镀池，电极反应式为阳极(cu)：cu2e=cu2，阴极(zn)：cu22e=cu，为电解池，电极反应式为阳极(zn)：zn2e=zn2，阴极cu：cu22e=cu。练方法技巧5电解cuso4溶液时，若要达到以下三点要求：阳极质量减少；阳极质量增加；电解液中c(cu2)不变，则可选用的电极是()a含zn、ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极b纯铜作阳极，含zn、ag的铜合金作阴极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)作阴极答案b解析根据，须选择非惰性电极(除石墨、金、铂外的电极)作阳极；根据，须选择纯铜为阳极，含有cu2的盐(如硫酸铜溶液)作电解液。至于阴极材料则选择的余地较大，如b选项中用含zn、ag的铜合金作阴极，当然也可用纯铜、石墨、铂等作阴极。6.请按要求回答下列问题。 (1)根据图1回答：打开k2，合并k1。a电极可观察到的现象是_；b极的电极反应式为_。打开k1，合并k2。a电极可观察到的现象是_；b电极的电极反应式为_；(2)根据图2回答：将较纯净的cuso4溶液放入如图所示的装置中进行电解，石墨电极上的电极反应式为_，电解反应的离子方程式为_；实验完成后，铜电极增重a g，石墨电极产生标准状况下的气体体积为_l。答案(1)锌不断溶解cu22e=cua镀上一层红色的铜cu2e=cu2(2)4oh4e=2h2oo22cu22h2o2cuo24h解析(1)此时为原电池，锌为负极，不断溶解，b极为正极，反应为cu22e=cu。此时为电解池，a极为阴极，反应为cu22e=cu，故a极上镀上一层红色的铜，b极为阳极，反应为cu2e=cu2。(2)此时为惰性电极电解cuso4，石墨极上的反应为4oh4e=2h2oo2，总反应的离子方程式为2cu22h2o2cuo24h，v(o2)22.4 l l。7如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：(1)电源中x极是_(填“正”或“负”)极。(2)通电5 min时，b中共收集到224 ml(标准状况)气体，溶液体积为200 ml(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(cuso4)_。(3)若a中kcl溶液的体积也是200 ml，电解后溶液中仍有cl，则电解后溶液的ph_。答案(1)负(2)0.025 moll1(3)13解析要注意电解的阶段性。如含cl的溶液中cl电解完后继续通电会使oh放电，cu2在阴极上被电解完全后h又会放电等。电极反应式和总反应方程式、电解产物物质的量与得失电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，x为负极。(2)c中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol ag，线路中通过0.02 mol电子。由4eo2，可知b中产生的o2只有0.005 mol，即112 ml。但b中共收集到224 ml气体，说明还有112 ml是h2，即cu2全部在阴极放电后，h接着放电产生了112 ml h2，则通过0.01 mol电子时，cu2已被电解完。由2ecu，可知n(cu2)0.005 mol，则：c(cuso4)0.005 mol0.2 l0.025 moll1。(3)由4e4oh知，a中生成0.02 mol oh，则：c(oh)0.1 moll1，ph13。练综合拓展8电解原理在化学工业中有着广泛的应用。如图所示表示一个电解池，装有电解液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试液，则电解池中x极上的电极反应式为_。在x极附近观察到的现象是_。y极上的电极反应式为_，检验该电极反应产物的方法是_。(2)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用cuso4溶液，则x电极的材料是_，电极反应式为_。y电极的材料是_，电极反应式为_(说明：杂质发生的电极反应不必写出)。答案(1)2h2e=h2有气泡冒出，溶液变红2cl2e=cl2把湿润的淀粉碘化钾试纸放在y电极附近，试纸变蓝(2)纯铜cu22e=cu粗铜cu2e=cu2解析(1)与电源负极相连的为阴极，因此，x极为阴极，2h2e=h2，反应过程中消耗了水电离出来的h，溶液呈碱性，加入酚酞试液变成红色；y极为阳极，2cl2e=cl2，产生的cl2能使湿润的淀粉ki试纸变蓝。(2)电解精炼粗铜时，用含杂质的cu作为阳极，纯cu为阴极。反应过程中阳极上的cu失去电子，成为离子进入溶液，在阴极cu2得电子。9.如图，x和y均为石墨电极。 (1)若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为_；电解过程中_极(填“阴”或“阳”)附近会出现红色。(2)若电解液为500 ml含a溶质的某蓝色溶液，电解一段时间后，观察到x电极表面有红色的固态物质生成，y电极有无色气体生成；溶液中原有溶质完全电解后，停止电解，取出x电极，洗涤、