高中化学选择性必修一课时素养评价1-3-2电解原理的应用

课时素养评价六电解原理的应用(40分钟70分)一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)1.(2020·深圳高二检测)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是 ()A.电解时以精铜为阳极,以CuSO4溶液为电解液B.电解时阴极发生还原反应C.粗铜连接电源负极,其电极反应是Cu2eCu2+D.电解结束后,电解质溶液的浓度保持不变【解析】选B。电解时精铜为阴极,粗铜为阳极,A项错误;溶液中Cu2+在阴极上得电子,发生还原反应,B项正确;粗铜应该连接电源正极,C项错误;阳极上Fe、Zn、Cu失电子,阴极上只有Cu2+得电子,电解结束后,电解质溶液中的Cu2+浓度减小,D项错误。【补偿训练】(2020·鞍山高二检测)用含少量银和锌的粗铜作阳极,纯铜片作阴极,CuSO4溶液作电解液,电解一段时间后,阳极质量减少了xg,则 ()A.电解液质量增加xgB.阴极质量增加xgC.阴极质量增加bg,b>xD.阴极质量增加bg,b<x【解析】选D。由于粗铜中含有Zn和Ag,在电解过程中阳极先是锌失去电子,然后是铜失去电子,Ag落入阳极泥;而阴极一直是铜析出。在电解过程中,两极得失电子相等,所以溶解的锌和铜的物质的量之和等于析出的铜的物质的量,但由于M(Zn)>M(Cu),且还有一部分Ag要落入阳极泥,所以阳极减少的金属的质量大于阴极析出铜的质量,即b<x,所以B、C项错误,D项正确;若阴极析出铜的质量为bg,阳极落入阳极泥的Ag为mg,则电解质溶液增加的质量为(xmb)g,A项错误。2.(2020·徐州高二检测)若在铜片上镀银时,下列叙述正确的是 ()①将铜片接在电源的正极上②将银片接在电源的正极上③在铜片上发生的反应是Ag++eAg④在银片上发生的反应是4OH4eO2↑+2H2O⑤需用硫酸铜溶液作为电镀液⑥需用硝酸银溶液作为电镀液A.①③⑥ B.②③⑥C.①④⑤ D.②③⑤【解析】选B。在铜片上镀银,铜片作阴极,电极反应式为Ag++eAg;银片作阳极,电极反应式为AgeAg+;电解液应含有Ag+,故B正确。3.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淀粉KI溶液,溶液呈现蓝色C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈现无色D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈现中性【解析】选B。电解NaCl溶液,阴极生成H2和NaOH,阳极生成Cl2。【补偿训练】铜是一种重要的金属材料,有着非常重要的应用。下列图示中关于铜电极的连接错误的是 ()【解析】选C。镀件作阴极,与电源负极相连,C选项错误。4.(2020·邵阳高二检测)在水中加等物质的量的Ag+、Ba2+、Na+、SQUOTE、NQUOTE、Cl,将所得溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中,通电片刻,则氧化产物与还原产物的质量比为 ()A.35.5∶108 B.16∶207C.8∶1 D.108∶35.5【解析】选C。溶液中的六种离子,有四种发生反应生成沉淀:Ag++ClAgCl↓、Ba2++SQUOTEBaSO4↓,最后溶液就成了NaNO3溶液;而电解NaNO3溶液,实质就是电解水,电解方程式为2H2O2H2↑+O2↑。氧化产物和还原产物的质量之比为m(O2)∶m(H2)=(1mol×32g·mol1)∶(2mol×2g·mol1)=8∶1,即C项正确。【易错提醒】解答混合离子或物质的电解题目时容易忽略离子之间的反应,而导致分析电极反应式时出错,如本题容易忽略Ag+与Cl之间的反应而错选A。【补偿训练】(2020·苏州高二检测)某溶液中含有Cu2+、Fe2+、AQUOTE、Cl、NQUOTE,且浓度均为0.1mol·L1,用石墨作电极进行电解时,肯定得不到的产物是 ()A.Cl2B.AlC.CuD.H2【解析】选B。阴极上AQUOTE、Fe2+的放电能力弱于H+,而Cu2+的放电能力比水电离出的H+的放电能力强,阳极上Cl放电能力强于OH。5.硝酸盐是进入地下水中最频繁的污染物质,饮用水中的硝酸盐会导致“兰婴”综合症和胃癌、结直肠癌、淋巴瘤等癌症发病率升高。电解降解法可用于治理水体硝酸盐污染,将NQUOTE降解成N2的电解装置如下图所示。下列说法正确的是 ()A.电源的正极为bB.电解时H+从膜右侧迁移到膜左侧C.AgPt电极反应为2H2O4e4H++O2↑D.若转移的电子数为1.204×1024,生成N25.6g【解析】选D。A项,AgPt只能作阴极,b为电源负极,错误;B项,阳离子向阴极移动,故质子应是由左侧向右侧迁移,错误;C项,阴极得电子,错误;D项,根据氮原子守恒可知2NQUOTE～N2～10e,转移电子数为1.204×1024,即2mol电子生成N20.2mol,其N2的质量为5.6g,正确。6.(2020·哈尔滨高二检测)某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法不正确的是 ()A.电解过程中,铜电极上有H2产生B.电解初期,总反应方程式为Cu+H2SO4CuSO4+H2↑C.电解一段时间后,石墨电极上有铜析出D.整个电解过程中,H+的浓度减小【解析】选A。Cu电极为阳极,电极反应式为Cu2eCu2+,故A项错误。电解初期,阴极反应为2H++2eH2↑,总反应方程式为Cu+H2SO4CuSO4+H2↑,溶液中H+的浓度减小,故B、D两项正确。电解一段时间后,溶液中Cu2+的浓度较大,此时阴极反应为Cu2++2eCu,故C项正确。【补偿训练】酸雨是世界十大环境问题之一,其罪魁祸首是大气污染物SO2和氮氧化物,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为直流电源的正极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+2H2O2eSQUOTE+4H+D.电解时,H+由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室【解析】选C。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,故A错误;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,故B错误;阳极的电极反应式为SO2+2H2O2eSQUOTE+4H+,故C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,故D错误。7.在100mL硫酸和硫酸铜的混合液中,用石墨作电极进行电解,两极上均收集到2.24L气体(标准状况),则原混合液中,Cu2+的物质的量浓度为 ()A.1mol·L1 B.2mol·L1C.3mol·L1 D.4mol·L1【解析】选A。分析电解硫酸、硫酸铜混合液的阴、阳两极的电极反应可知,两极产生的气体分别为氢气、氧气各0.1mol,氧气是由氢氧根离子失去0.4mol电子而得到,氢气是由氢离子得到0.2mol电子而生成。由电子得失守恒知,还有0.2mol电子是铜离子得到的,则铜离子的物质的量是0.1mol,其物质的量浓度为QUOTE=1mol·L1。【互动探究】(1)写出阴阳极的电极反应式。提示:阳极OH放电,电极反应式为4OH4eO2↑+2H2O;阴极首先Cu2+放电然后是H+放电,电极反应为Cu2++2eCu,2H++2eH2↑。(2)电解后加入什么物质可以使溶液恢复到电解之前,加入的物质的质量是多少?提示:由于电解过程中在阳极产生了0.1mol的O2,在阴极产生了0.1molH2,根据电子守恒可以判断在阴极还产生0.1mol的Cu,因此复原时应加入Cu(OH)2,根据元素守恒可以判断其物质的量为0.1mol,则质量为9.8g。8.(2020·西城区高二检测)化学实验小组在学习化学电源和氯碱工业相关知识后,在实验室进行实验验证。他们设计组装了如图所示装置,已知a为石墨电极,b为铁电极,c为铝电极(已除去表面氧化膜),d为多孔石墨电极,烧杯中是足量饱和食盐水(滴有酚酞),连好导线后,电流表指针发生明显偏转。下列判断正确的是 ()A.b为负极,d为阳极B.一段时间后,a和d电极附近溶液变红C.b电极的电极反应式为2Cl2eCl2↑D.电解一段时间,当B中出现大量白色沉淀时,停止实验,再将A中溶液倒入B中混合,充分振荡,沉淀全部消失【解析】选D。右侧装置为原电池,左侧装置为电解池。在右侧装置中,通入O2的电极为原电池的正极,其电极反应式为O2+4e+2H2O4OH,所以一段时间后d电极附近溶液变红,Al为原电池的负极,Al失去电子生成Al3+,Al3+与溶液中的OH反应生成白色Al(OH)3沉淀,电池总反应式为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3,a与电池的正极相连,故a为电解池的阳极,b与电池的负极相连,故b为电解池的阴极,电解饱和NaCl溶液时,Cl在a极放电生成Cl2,H+在b极放电生成H2,故一段时间后b电极附近溶液变红。根据得失电子守恒,A中产生的NaOH与B中Al3+结合的OH物质的量相等,所以电解一段时间后,将A、B混合并充分振荡,Al(OH)3能被NaOH全部溶解。二、非选择题(本题包括2小题,共30分)9.(15分)(2020·青岛高二检测)电解原理在化学工业中有着广泛的应用。(1)如图,其中a是电解质溶液,X、Y是两块电极板。若X、Y是惰性电极,a是CuSO4溶液,则电解时的化学方程式为

_________________________________;

通电一段时间后,向烧杯中的电解质溶液中加入0.2molCuO粉末,电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,则电解过程中转移的电子的物质的量为____________。若X、Y分别是铁和铜,a仍是CuSO4溶液,则Y极的电极反应式为_________________________________。

(2)已知+2价的铁的化合物通常具有较强的还原性,易被氧化。实验室用亚铁盐溶液与烧碱反应很难制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀,但是用电解的方法可以制得纯净的Fe(OH)2沉淀。制备装置如图所示,其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。①a电极上的反应式为______________________________。

②电解质溶液d最好选____________(填编号)。

A.纯水 B.CuSO4溶液C.NaOH溶液 D.H2SO4溶液③液体c为____________(填编号)。

A.四氯化碳 B.硝基苯C.苯 D.乙醇【解析】(1)用惰性电极电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4;通电一段时间后,向烧杯中的电解质溶液中加入0.2molCuO粉末,电解质溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,说明在电解的过程中刚好生成了0.2molCu和0.1molO2,所以转移的电子的物质的量为0.4mol。当X、Y分别是铁和铜时,Y极的电极反应式为Cu2eCu2+。(2)该小题主要考查在无氧环境下制备Fe(OH)2沉淀,所以液体c应选择密度比水小且与水不互溶的物质,故选C。答案:(1)2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO40.4molCu2eCu2+(2)①Fe2eFe2+②C③C10.(15分)(2020·衡水高二检测)下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。 接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4的质量分数为10.47%,乙中c电极质量增加。据此回答问题:(1)电源的N端为____________极。

(2)电极b上发生的电极反应式为

____________________________。

(3)列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积:

__________________。

(4)电极c的质量变化是____________g。

【解析】由题中信息c的电极质量增加知:c极上析出铜,故c为阴极,d为阳极,e为阴极,f为阳极。(1)N端为正极,M端为负极,a为阴极,b为阳极。(2)甲烧杯中b极上发生反应为4OH4e2H2O+O2↑。(3)电解K2SO4溶液实质是电解水,设电解水的质量为m,则100g×10.00%=(100gm)×10.47%,解得m≈4.5g,即0.25molH2O,每电解2molH2O转移4mol电子,故整个装置发生电极反应转移0.5mol电子,产生O2的体积为V=n·Vm=QUOTE×22.4L·mol1=2.8L。(4)c极上析出铜的质量为QUOTE×64g·mol1=16g。答案:(1)正(2)4OH4e2H2O+O2↑(3)水减少的质量:100g×(1QUOTE)≈4.5g,生成O2的体积:QUOTE×QUOTE×22.4L·mol1=2.8L(4)16【补偿训练】(2020·泉州高二检测)如图所示,若电解5min时,测得铜电极的质量增加2.16g。试回答:(1)电源中X极是____________(填“正”或“负”)极。

(2)通电5min时,B中共收集到224mL(标准状况)气体,溶液体积为200mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计),则通电前c(CuSO4)=_______________________________________mol·L1。

(3)若A中KCl溶液的体积也是200mL,则电解后溶液的c(OH)=____________mol·L1。

【解析】(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2.16g,即析出0.02molAg,线路中通过0.02mol电子。由4e～O2,可知B中产生的O2只有0.005mol,即112mL。但B中共收集到224mL气体,说明还有112mL气体是H2,即Cu2+全部在阴极放电后,H+接着放电产生了112mLH2,则通过0.01mol电子时,Cu2+已完全变为Cu单质。由2e～Cu,可知n(Cu2+)=0.005mol,则c(CuSO4)=QUOTE=0.025mol·L1。(3)由4e～4OH知,A中生成0.02molOH,c(OH)=0.1mol·L1。答案:(1)负(2)0.025(3)0.1(20分钟30分)一、选择题(本题包括2小题,每小题6分,共12分)11.(2020·长沙高二检测)氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合,相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是 ()A.电解池的阴极反应式为2H2O+2eH2↑+2OHB.通入空气的电极为负极C.电解池中产生2molCl2时,理论上燃料电池中消耗0.5molO2D.a、b、c的大小关系为a>b=c【解析】选A。题给电解池的阴极反应式为2H2O+2eH2↑+2OH,阳极反应式为2Cl2eCl2↑,A项正确;题给燃料电池为氢氧燃料电池,通入空气的电极为正极,B项错误;由整个电路中得失电子守恒可知,电解池中产生2molCl2,理论上转移4mole,则燃料电池中消耗1molO2,C项错误;题给燃料电池的负极反应式为2H24e+4OH4H2O,正极反应式为O2+4e+2H2O4OH,所以a、b、c的大小关系为c>a>b,D项错误。12.(2020·南京高二检测)钛及钛合金作为重要的结构材料和耐蚀材料,在航空、航天等诸多领域中都有广泛的应用。如图为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是在较低的阴极电位下,TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐,阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是 ()A.阳极的电极反应式为2Cl2eCl2↑B.阴极的电极反应式为TiO2+4eTi+2O2C.通电后,O2、Cl均向阴极移动D.石墨电极的质量不发生变化【解析】选B。电解池的阳极是O2发生失电子的氧化反应,生成O2等气体,电极反应式为2O24eO2↑,故A错误;电解池的阴极是TiO2,电极本身得电子发生还原反应,电极反应式为TiO2+4eTi+2O2,故B正确;电解池中,阴离子均移向阳极,故C错误;石墨电极会和阳极上产生的O2反应生成CO、CO2,则电极本身被消耗,质量减小,故D错误。二、非选择题(本题包括1小题,共18分)13.下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后,在c、d两极上共收集到336mL(标准状况)气体。回答:(1)直流电源中,M为____________极。

(2)Pt电极上生成的物质是____________,其质量为____________g。

(3)电源输出电子的物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为2∶____________∶____________∶______