4-3-2电解原理的应用

4-3-2电解原理的应用一、选择题1．关于电解法精炼铜的下列说法正确的是()A．粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜为电解质溶液B．纯铜作阳极，粗铜作阴极，硫酸铜为电解质溶液C．电解结束后，溶液中Cu2＋浓度不变D．电解结束后，溶液中Cu2＋浓度变大答案：A点拨：电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4为电解质溶液，因粗铜中活泼金属失电子形成的阳离子如Zn2＋，会逐渐代替Cu2＋。c(Cu2＋)将会有所减小。2．下列关于铜电极的叙述正确的是()A．铜锌原电池中铜是负极B．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极C．在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极答案：C点拨：铜锌原电池中，铜不如锌活泼，铜为正极；用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极；电解稀硫酸制H2、O2时应用惰性电极，如把铜放在阳极，铜就会首先放电，阳极就不能产生氧气。3．下列说法中，不正确的是()A．在冶金工业上，常用电解法得到钠、镁、铝等金属B．在金属冶炼时，除电解法外，还有热分解、热还原等方法C．工业上用电解氯化钠溶液的方法制钠单质D．电解法制钠时，钠在阴极上生成答案：C点拨：制备Na单质，是电解熔融的氯化钠。4．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、淀粉溶液和石蕊试液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是()ABCD阳极蓝白红蓝阴极白蓝蓝蓝答案：D点拨：题中所述装置相当于电解食盐水装置。阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑，Cl2使湿润的KI淀粉变蓝。阴极：2H＋＋2e－=H2↑阴极附近溶液呈碱性石蕊试液变蓝。5．下列图示中关于铜电极的连接错误的是()答案：C点拨：铜锌原电池中锌作负极，铜作正极，A正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，B正确；镀件上镀铜时，铜作阳极，镀件作阴极，C错误；电解氯化铜溶液时，石墨作阳极，铜作阴极，D错误。6．学生欲完成反应Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑而设计了下列四个实验，你认为可行的是()答案：C点拨：Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑是非自发氧化还原反应，为使该反应能发生，应采用电解装置。Cu被腐蚀，应接电源的正极作为阳极。电解质溶液选用H2SO4溶液。7．如图两装置中，溶液体积均为200mL，开始时，电解质溶液的浓度0.1mol/L，工作一段时间后，测得导线上都通过0.02mole－。若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是()A．同条件时产生气体体积：①＝②B．电极上析出固体质量：①<②C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑②中负极：2H＋＋2e－=H2↑D．溶液的pH变化：①变小②增大答案：D点拨：图①为电解池，电极反应阴极：Cu2＋＋2e－=Cu，阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O。图②为原电池，电极反应为正极：2H＋＋2e－=H2↑负极：Zn－2e－=Zn2＋，导线上通过0.02mole－时①中阴极生成0.01molCu，阳极生成0.005molO2；②中正极生成H20.01mol，负极溶解Zn0.01mol，①中OH－放电使溶液中c(H＋)变大，pH变小，②中c(H＋)减小，pH变大。8．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述中正确的是(已知氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)()A．阳极发生还原反应，其电极反应式为：Ni2＋＋2e－=NiB．电解过程中，阳极质量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Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt答案：D点拨：阳极发生氧化反应。电解后溶液中的阳离子主要为Ni2＋。根据金属原子的还原性顺序和金属阳离子的氧化性顺序知，阳极反应为：Zn－2e－=Zn2＋，Fe－2e－=Fe2＋，Ni－2e－=Ni2＋，Cu、Pt在该条件下不失电子，阴极反应为Ni2＋＋2e－=Ni，Fe2＋、Zn2＋在该条件下不得电子。两电极通过电量相等，但阳极减少质量与阴极增加质量不等。9．用铂电极分别电解KCl溶液和K2SO4溶液时，都会出现的现象或实验结果是()A．溶液中K＋离子浓度都不变B．溶液的pH都不变C．阳极上都生成能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的无色气体D．阴极上都生成可燃的气体答案：D点拨：用Pt电极电解KCl溶液，反应为2KCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))2KOH＋H2↑＋Cl2↑，溶液的pH将增加，B错。用惰性电极电解K2SO4溶液，相当于电解水，K＋浓度将增加，A错。电解KCl溶液，阴极上产生H2，阳极上产生黄绿色气体Cl2，电解K2SO4溶液，阴极上产生H2，阳极上产生O2，所以C错。二者阴极均产生的可燃气体H2，D对。10．如图装置分别通电一段时间后，溶液的质量增加的是()答案：D点拨：A项实质是电解水，2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))2H2↑＋O2↑，溶液质量减少。B项电解CuCl2，CuCl2eq\o(=,\s\up15(电解))Cu＋Cl2↑，溶液质量减少。C项，阳极是活性电极Cu，电极反应Cu－2e－=Cu2＋；阴极反应：Cu2＋＋2e－=Cu溶液质量无变化。D项阳极是活性电极Ag，电极反应2Ag－2e－=2Ag＋，阴极反应Cu2＋＋2e－=Cu，总反应2Ag＋Cu(NO3)2eq\o(=,\s\up15(电解))2AgNO3＋Cu，溶液质量增大。11．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为：2Cu＋H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是()A．石墨电极上产生氢气B．铜电极发生还原反应C．铜电极接直流电源的负极D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成答案：A点拨：由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H＋反应，电极反应为：2H＋＋2e－=H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O，当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，D选项错误。12．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，如图是电解污水的实验装置示意图，实验用污水中主要含有可被吸附的悬浮物(不导电)。下列有关推断明显不合理的是()A．阴极的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O=4OH－B．通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3C．通电过程中会产生气泡，把悬浮物带到水面形成浮渣弃去D．如果实验用污水导电性不良，可加入少量Na2SO4固体以增强导电性答案：A点拨：A项中阴极H2O电离出的H＋得电子，电极反应式为：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑。二、非选择题13．(2012·经典习题选萃)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________(填“阴”或“阳”)极附近会出现红色。(2)若电解液为500mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，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、干燥、称量，电极质量增加1.6g。①电解后溶液的pH为________；要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的________(填加入物质的化学式)。(假设电解前后溶液的体积不变)②Y电极产生气体的体积为________L。③请你推测原溶液中所含的酸根离子可能是________；并设计实验验证你的推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：__________________________________________________________________。答案：(1)2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))2OH－＋Cl2↑＋H2↑阴(2)①1CuO(或CuCO3)②0.28③硫酸根离子取少量待测液于试管中，滴加盐酸无明显现象，继续加入氯化钡溶液，若有白色沉淀产生，则证明是硫酸根离子(或：硝酸根离子取少量待测液于试管中，加热浓缩后滴加浓硫酸和铜粉，若有红棕色气体产生，则证明是硝酸根离子)点拨：(1)电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))2OH－＋Cl2↑＋H2↑，在阴极区生成NaOH，使酚酞溶液变红。(2)蓝色溶液中可能含有Cu2＋，并且在电解过程中析出红色固体，进一步验证析出的是铜；Y电极上析出无色气体，应该是O2，电解离子方程式：2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))2Cu＋O2↑＋4H＋。①根据电解离子方程式得：n(H＋)＝2n(Cu2＋)＝2×eq\f(1.6g,64g·mol－1)＝0.05mol，故溶液中c(H＋)＝eq\f(0.05mol,0.5L)＝0.1mol·L－1，溶液的pH＝1。要使溶液恢复到以前，可以加入CuO或CuCO3。②根据电解离子方程式得：n(O2)＝eq\f(1,2)×n(Cu)＝0.0125mol，在标准状况下的体积V(O2)＝22.4L·mol－1×0.0125mol＝0.28L。③溶液中存在的必须是含氧酸根离子，可以是SOeq\o\al(2－,4)或NOeq\o\al(－,3)；然后利用实验进行检验。14．如下图所示中的A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色，请填空：(1)电源A上的a为________极。(2)滤纸B上发生的总化学反应方程式为：________________。(3)欲在电镀槽中实现在铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为________，电极f上发生的反应为________，槽中盛放的电镀液可以是________溶液或________溶液(只要求填两种电解质溶液)。答案：(1)正(2)2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH(3)Zn－2e－=Zn2＋Zn2＋＋2e－=ZnZnSO4Zn(NO3)2点拨：根据c点酚酞变红，则该极的反应为2H＋＋2e－=H2↑，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a点是正极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(电解))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH。(3)c、d两点短路后，e为阳极，反应为Zn－2e－=Zn2＋。阴极上镀锌，则阴极反应为Zn2＋＋2e－=Zn。电解液用含镀层离子的电解质，所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。15．(2012·试题调研)工业上电解饱和食盐水能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅。(1)如图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图，电解槽阳极产生的气体是________；NaOH溶液的出口为________(填字母)；精制饱和食盐水的进口为________(填字母)；干燥塔中应使用的液体是________。(2)多晶硅主要采用SiHCl3还原工艺生产，其副产物SiCl4的综合利用受到广泛关注。①SiCl4可制气相白炭黑(与光导纤维主要原料相同)，方法为高温下SiCl4与H2和O2反应，产物有两种，化学方程式为____________________________________________________________________。②SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用。一定条件下，在20L恒容密闭容器中的反应：3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)达平衡后，H2与SiHCl3物质的量浓度分别为0.140mol·L－1和0.020mol·L－1，若H2全部来源于离子交换膜法的电解产物，理论上需消耗纯NaCl的质量为______________kg。(3)采用无膜电解槽电解饱和食盐水，可制取氯酸钠，同时生成氢气，现制得氯酸钠213.0kg，则生成氢气________m3(标准状况)。答案：(1)氯气ad浓硫酸(2)①SiCl4＋2H2＋O2eq\o(=,\s\up15(高温))SiO2＋4HCl②0.351(3)134.4点拨：(1)根据图示装置可知在d处加入的应是饱和食盐水，在阴极和阳极分别发生还原反应和氧化反应，即阴极和阳极产物分别是H2和Cl2，并在阴极出口a处得到NaOH溶液；阳极产生的Cl2可用浓硫酸干燥处理。(2)①根据信息可知白炭黑为SiO2，再据氧化还原反应原理可以写出制备气相白炭黑的反应。②生成SiHCl3消耗的n(H2)＝0.010×20＝0.2mol，则起始时n(H2)＝0.2＋0.140×20＝3.0(mol)；根据2NaCl～H2和H2为3mol，可以求得消耗NaCl为0.351kg。(3)根据3H2～3Cl2～NaClO3及213.0kgNaClO3可以求得生成的H2为16．(2012·试题调研)工业上为了处理含有Cr2Oeq\o\al(2－,7)的酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水中加入适量的NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准。请回答下列问题。(1)两极发生的电极反应式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(阳极：。阴极：。))(2)写出Cr2Oeq\o\al(2－,7)变为Cr3＋的离子方程式：__________________。(3)工业废水由酸性变为碱性的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)________(填“能”或“不能”)改用石墨电极，原