4.2.2电解原理的应用（分层作业）高二化学（人教版2019选择性必修1）

第二十讲《电解原理的应用》【【基础训练】题型一：电解饱和食盐水1．氯碱工业的基本原理就是电解饱和食盐水。下列关于实验室电解饱和食盐水的说法中错误的是A．可以选用石墨棒作为阴、阳极材料B．用湿润的淀粉KI试纸靠近阳极区域，试纸变蓝C．阴极产生气体具有可燃性D．实验结束后，将溶液搅拌，然后用pH试纸检验，溶液呈中性【答案】D【详解】A．电解时，阳极不能选用活泼的金属材料，可以选用石墨棒作为阴、阳极材料，A正确；B．电解饱和食盐水时，阴极产物为NaOH和H2，阳极产物为Cl2，Cl2可以用湿润的淀粉KI试纸检验，B正确；C．阴极产生气体为氢气，具有可燃性，故C正确；D．电解饱和食盐水除生成H2和Cl2外，在阴极还有NaOH产生，所以电解实验结束后，搅拌溶液，溶液呈碱性，D错误；故选D。2．下列说法正确的是A．某溶液中滴加有白色沉淀，再加盐酸沉淀不消失，则该溶液中一定有B．可用电解饱和食盐水的方法侧得消毒液(如上图)，则a是负极C．纯净的在中安静地燃烧，发出苍白色火焰，瓶口上方有白色烟雾D．将铂丝用硫酸清洗后在外焰上灼烧至与原来火焰颜色相同时，再进行焰色试验【答案】B【详解】A．某溶液中加BaCl2溶液有白色沉淀，再加盐酸，沉淀不消失，该沉淀也可能是氯化银沉淀，该溶液中可能含有的是氯离子，不一定有硫酸根，A错误；B．可用电解饱和食盐水的方法侧得消毒液(如上图)，反应生成氢氧化钠、氯气和氢气，氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，为了反应充分进行，则底部生成氯气上升过程中与氢氧化钠完全反应，上面电极生成氢气，故上面电极为阴极，连接a是负极，B正确；C．纯净的H2在Cl2中安静地燃烧，发出苍白色火焰，瓶口上方有白雾，不是烟雾，C错误；D．将铂丝用盐酸清洗后在外焰上灼烧至与原来火焰颜色相同时，再进行焰色试验，不是硫酸，D错误；故选B。3．下列关于图示四个装置的叙述不正确的是A．装置甲是可以在铁钉上镀铜的装置B．若装置乙为电解精炼铜装置，则X电极为精铜C．装置丙的a端产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝D．装置丁接通电源后可以观察到白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变红褐色【答案】D【详解】A．装置甲是可以在铁钉上镀铜的装置，铜作阳极，铁作阴极，符合电镀的条件，选项A正确；B．装置乙若为电解精炼铜装置，则Y电极作阳极，Y为粗铜，X为纯铜，选项B正确；C．装置丙的a端是阳极，产生的氯气，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，选项C正确；D．该装置有外接电源，铁为阴极，铁不溶解，不能产生氢氧化亚铁，选项D错误；答案选D。4．科研人员设计了如图所示的甲烷燃料电池，并用于电解饱和溶液，电池的电解质是掺杂了与的固体，可在高温下传导。下列说法正确的是A．电极C为阴极B．电极D区溶液的降低C．该电池工作时负极反应式为：D．当线路上通过电子时，有参与反应【答案】C【分析】根据左边分析是甲烷燃料电池，甲烷做燃料，因此上面为原电池负极，下面为原电池正极，连正极的为阳极即C电极，D电极为阴极。【详解】A．根据前面分析电极C为阳极，故A错误；B．D极为阴极，是水电离出的氢离子得到电子变为氢气，剩余氢氧根，因此电极D区溶液的增大，故B错误；C．甲烷为负极，因此该电池工作时负极反应式为：，故C正确；D．没有气体所处的温度和压强，无法进行换算，故D错误。5．工业上利用双极膜电渗析法制取盐酸和氢氧化钠的装置如下图所示。图中的双极膜中间层中的电离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列有关说法错误的是A．N表示阴离子交换膜B．甲室流出的为氢氧化钠溶液C．电解总反应：D．相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保【答案】C【详解】A．由图可知，左边石墨为阴极，右边石墨为阳极，电流方向由右向左，阳离子方向由右向左，阴离子方由左向右。氯离子由乙室向丙室迁移，N为阴离子交换膜，A正确；B．钠离子由乙室向甲室迁移，OH由双极膜向甲室迁移，甲室流出的为氢氧化钠溶液，B正确；C．电解总反应为：，C错误；D．相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法无氯气产生，更环保，D正确；故选C。题型二：电镀6．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子【答案】A【详解】电镀时，通常将镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的溶液作电镀液。故选A。7．电镀能使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度、现以铅蓄电池为电源，0.2L1mol·L1CuSO4溶液为电解质溶液，为一把钥匙镀铜，装置如图所示。当右侧钥匙增重3.2g时，停止电镀。下列说法错误的是A．电镀时，阳极可用纯铜B．电镀结束后，电解质溶液的浓度可能不变C．电镀结束后，铅蓄电池内消耗电解质9.8gD．电镀槽左侧电极应连接铅蓄电池的负极【答案】D【详解】A．电镀时，镀件为电镀池的阴极，阳极为镀层金属，所以在镀件上镀铜时，可用纯铜做阳极，故A正确；B．电镀时，铜做阳极，镀件做阴极，阳极上铜失电子发生氧化反应生成铜离子，阴极上铜离子得电子发生还原反应而析出铜，由得失电子数目守恒可知，阳极上溶解铜与阴极上析出铜的质量相等，所以溶液中金属阳离子浓度不变，故B正确；C．电镀时，铅蓄电池发生的反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，反应转移2mol电子时，反应消耗2mol硫酸，则当右侧钥匙增重3.2g时，铅蓄电池内消耗硫酸的质量为×2×98g/mol=9.8g，故C正确；D．电镀时，镀件为电镀池的阴极，阳极为镀层金属，所以在镀件上镀铜时，电镀槽左侧电极应连接铅蓄电池的正极，故D错误；故选D。8．利用如图所示装置，当X、Y选用不同材料时，可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是A．铜的精炼中，X是纯铜，Y是粗铜，Z是CuSO4B．电镀工业中，X是待镀金属，Y是镀层金属C．外加电流的阴极保护法中，X是待保护金属D．氯碱工业中，X、Y均为石墨，Y附近能得到氢氧化钠【答案】D【详解】A.铜的精炼中，粗铜作阳极X，纯铜作阴极Y，硫酸铜溶液作电解质溶液，故A错误；B.电镀工业上，Y是待镀金属，X是镀层金属，故B错误；C.外加电流的阴极保护法中，阴极是待保护金属，即Y是待保护金属，故C错误；D.氯碱工业上，用惰性电极电解饱和氯化钠溶液，阴极附近得到氢氧化钠，即Y附近能得到氢氧化钠，故D正确；故选D。9．如图，甲是利用微生物将废水中的尿素[CO(NH2)2]的化学能直接转化为电能,并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中错误的是（

）A．乙装置中溶液颜色不变B．铜电极应与Y相连接C．M电极反应式：CO(NH2)2+H2O6e=CO2↑+N2↑+6H+D．当N电极消耗0.25mol气体时，铜电极质量减少16g【答案】D【分析】该装置是将化学能转化为电能的原电池，由甲图可知，M是负极，N是正极，电解质溶液为酸性溶液，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，在铁上镀铜，则铁为阴极，应与负极相连，铜为阳极应与正极相连。以此分析解答。【详解】A．在铁上镀铜，则铁为阴极应与负极相连，铜为阳极应与正极相连，电解质的浓度不会发生变化，所以颜色不变，故A不符合题意；B．铁上镀铜，则铁为阴极应与负极相连，铜为阳极应与正极Y相连，故B不符合题意；C．CO(NH2)2在负极M上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和水，电极反应式为CO(NH2)2+H2O6e=CO2↑+N2↑+6H+，故C不符合题意；D．当N电极消耗0.25mol氧气时，则转移0.25

4=1.0mol电子，所以铁电极增重m=64g/mol=32g，故D符合题意；故答案：D。【点睛】根据题给信息知，该装置是将化学能转化为电能的原电池，由甲图可知M是负极，N是正极，电解质溶液为酸性溶液，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，在铁上镀铜,则铁为阴极应与负极相连，铜为阳极应与正极相连，根据得失电子守恒计算，以此解答该题。10．关于下列装置的说法正确的是A．装置①中Cu为正极，电极上大量气泡产生B．装置①中e－的迁移方向是：Zn→导线→Cu→盐桥→ZnC．若装置②用于铁棒镀铜，则N极为铜棒D．若装置②用于电解精炼铜，则电解前后溶液中的Cu2＋浓度保持不变【答案】C【详解】A.装置①为原电池装置，总反应为Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，铜为正极，电极反应为Cu2++2e=Cu，不产生气泡，故A错误；B.装置①为原电池装置，电子不能在电解质溶液中发生迁移，故B错误；C.装置②为电解池装置，给铁棒镀铜，则需要铜离子在阴极被还原成铜单质，铜单质在阳极生成铜离子补充电解质中的铜离子，据图可知N与电源正极相连，则N为阳极，所以N为铜棒，故C正确；D.精炼铜时，阴极只有铜离子放电生成铜单质得到精铜，粗铜在阳极，粗铜含有杂质，则在阳极放电的不止有铜单质，还会有其他金属单质被氧化，所以溶液中的铜离子浓度会发生变化，故D错误；故答案为C。【点睛】原电池中电子由负极流出经导线流入正极，电解质是阴阳离子发生迁移从而形成闭合回路。题型三：电解精炼铜11．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是（

）A．铁片上镀铜时，Y是纯铜B．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁C．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2+浓度不变D．电解饱和食盐水时，X极的电极反应式为4OH－4e=2H2O＋O2↑【答案】B【分析】根据图中得出X为阳极，Y为阴极。【详解】A.铁片上镀铜时，铜为镀层金属，为阳极，因此X是纯铜，故A错误；B.制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁，镁离子再阴极生成镁单质，故B正确；C.电解精炼铜时，阳极开始是锌溶解，阴极始终的铜离子得电子变为铜单质，因此Z溶液中的Cu2+浓度减小，故C错误；D.电解饱和食盐水时，X极的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，故D错误。综上所述，答案为B。【点睛】电解精炼铜，粗铜作阳极，纯铜作阴极；电镀，镀件作阴极，镀层金属作阳极，镀层金属盐溶液为电解液。12．铝合金(含Cu、Mg和Si等)用途广泛，利用电解原理处理铝合金废料可以实现铝的再生，从而使资源得到合理利用。下列说法正确的是A．阳极发生的反应为Al3++3e=Al B．在电解槽底部产生含Cu、Si的阳极泥C．电解质溶液可以是Al2(SO4)3溶液 D．阳极和阴极的质量变化相等【答案】B【详解】A．在阳极，金属铝失电子生成铝离子，发生的反应为Al3e=Al3+，A不正确；B．在阳极，铝失电子后，还原性弱的Cu和Si不失电子，沉积在电解槽底部成为阳极泥，B正确；C．在阴极，Al3++3e=Al，若电解质溶液是Al2(SO4)3溶液，则阴极上H+得电子生成H2，所以电解质应为铝盐的熔融态，C不正确；D．阳极除去Al转化为Al3+外，还有阳极泥生成，阴极只生成Al，所以阳极和阴极的质量变化不相等，D不正确；故选B。题型四：电冶金13．下列说法中正确的是A．电解精炼铜时，电解质溶液的浓度不变B．用Na2S作沉淀剂，除去废水中的Cu2+和Hg2+C．用浓硫酸清洗锅炉中的水垢D．氯化铝是一种电解质，可用电解氯化铝的方法制铝【答案】B【详解】A．电解精炼铜时，粗铜中的锌、铁失去电子变为锌离子和亚铁离子的同时，阴极是铜离子得到电子变为铜单质，因此电解质溶液的浓度会减小，故A错误；B．S2−和Cu2+和Hg2+反应会生成沉淀，因此常用Na2S作沉淀剂，除去废水中的Cu2+和Hg2+，故B正确；C．水垢主要成分是碳酸钙，硫酸和碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙，因此不能用浓硫酸清洗锅炉中的水垢，故C错误；D．电解法制备金属铝常用电解氧化铝的方法，故D错误。综上所述，答案为B。14．以熔融盐为电解液，以含和等的铝合金废料为阳极进行电解，实现的再生。该过程中A．阴极发生的反应为 B．阴极上被氧化C．在电解槽底部产生含的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等【答案】C【分析】根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含和等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2+和Al3+，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3+得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。【详解】A．阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A错误；B．Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；C．阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；D．因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误；故选C。17．某课外活动小组用如图所示装置进行实验，请回答下列问题：(1)若开始实验时开关K与a连接，则B极的电极反应式为____。(2)若开始时开关K与b连接，下列说法正确的是____(填序号)。①从A极处逸出的气体能使湿润淀粉KI试纸变蓝②反应一段时间后，加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度③若标准状况下B极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子(3)根据氯碱工业原理用如图所示装置电解K2SO4溶液。①该电解槽的阳极反应式为____，通过阴离子交换膜的离子数____(填“＞”、”=”或“＜”)通过阳离子交换膜的离子数。②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为____。③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为____。【答案】(1)Fe2e=Fe2+(2)①(3)

4OH4e=2H2O+O2↑

＜

b＜a＜c＜d

8︰1【详解】（1）若开始实验时开关K与a连接，则构成原电池，铁是负极，则b极的电极反应式为:Fe2e=Fe2；（2）若开始时开关K与b连接，则构成电解池。①A与电源的正极相连，作阳极，溶液中的氯离子放电产生氯气，因此从A极处逸出的气体能使湿润淀粉KI试纸变蓝，①正确；②阴极是氢离子放电，则反应一段时间后，加适量氯化氢气体可恢复到电解前电解质的浓度，②错误；③溶液不能传递电子，只能通过导线传递，③错误，答案选①；（3）根据氯碱工业原理用如图所示装置电解K2SO4溶液。①该电解槽的阳极是氢氧根放电产生氧气，则反应式为4OH4e=2H2O+O2↑。通过阴离子交换膜的离子是硫酸根，通过阳离子交换膜的离子是钾离子，因此根据电荷守恒可知通过阴离子交换膜的离子数＜通过阳离子交换膜的离子数②电解后硫酸和氢氧化钾的浓度增大，则a、b、c、d由小到大的顺序为b＜a＜c＜d。③左侧产生硫酸，则B口生成的是氧气，右侧C口生成的氢气，因此电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为16:2=8:1。【【能力提升】15．在如图装置中，若通电一段时间后乙装置左侧电极质量增加，则下列说法错误的是A．当甲装置中共产生标准状况下4.48L气体时，Cu电极上质量增加43.2gB．电解过程中装置丙的pH无变化C．向甲中通入适量的HCl气体，可使溶液恢复到电解前的状态D．乙中左侧电极反应式：Cu2++2e=Cu【答案】A【分析】通电片刻即发现乙装置左侧电极质量增加，即乙池中左侧电极为阴极，电极反应为：Cu2++2e=Cu，乙池中右侧电极为阳极，电极反应为：2H2O4e=4H++O2↑，甲池中左侧电极为阴极，电极反应为：2H2O+2e=H2↑+2OH，右侧电极为阳极，电极反应为：2Cl2e=Cl2↑，丙池中左侧Cu电极为阴极，电极反应为：Ag++e=Ag，右侧Ag电极为阳极，电极反应为：Age=Ag+。【详解】A．根据分析，甲装置产生的气体为Cl2、H2，物质的量为0.2mol，则转移电子物质的量为0.2mol，Cu电极产生的Cu为0.1mol，增加0.1mol×64g/mol=6.4g，A错误；B．根据分析，丙装置阳极反应为：Age‾=Ag+，阴极反应为：Ag++e‾=Ag，溶液成分不变，所以装置丙的溶液pH无变化，B正确；C．根据分析，甲装置电解KCl溶液生成KOH、Cl2、H2，则向甲中通入适量的HCl气体，可使溶液恢复到电解前的状态，C正确；D．乙装置中溶液含有Cu2+、K+、、H+、OH‾，根据放电顺序，左侧电极质量增加，为阴极，发生的电极反应为：Cu2++2e‾=Cu，D正确；故选A。16．利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。装置示意图序号电解质溶液实验现象①阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有②阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无元素下列说法不正确的是A．①中气体减少，推测是由于溶液中减少，且覆盖铁电极，阻碍与铁接触B．①中检测到，推测可能发生反应：C．随阴极析出，推测②中溶液减少，平衡逆移D．②中生成，使得比①中溶液的小，缓慢析出，镀层更致密【答案】C【分析】由实验现象可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，一段时间后，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，使得溶液中铜离子浓度比①中要小，电解速率减慢，铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层。【详解】A．由分析可知，实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；B．由分析可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为，故B正确；C．由分析可知，铜离子在阴极得到电子发生还原反应，在阴极析出铜，但阳极发生Cu2e=Cu2+的反应，铜离子浓度不变，平衡不移动，故C错误；D．由分析可知，实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，使得溶液中铜离子浓度比①中要小，电解速率减慢，铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确；故选C。18．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示：①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的_______(填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为_______。②a极区pH_______(填“增大”“减小”或“不变”)。③图中应使用_______(填“阴”或“阳”)离子交换膜。(2)电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3(NH4NO3溶液显酸性)，其工作原理如图所示：①阴极的电极反应式为_______。②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为_______。【答案】(1)

正极

Cl5e+2H2O=ClO2+4H+

增大

阳(2)

1:4【解析】（1）①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。氯离子失去电子，发生氧化反应产生ClO2，则反应在阳极发生，电极应连接电源的正极，对应的电极反应式为Cl5e+2H2O=ClO2+4H+；则b为阳极、a为阴极；②由①分析可知，a极为阴极，反应为2H2O+2e=2OH+H2↑，根据电子守恒可知，8H+~10e~10OH，当转移10个电子时，生成10个氢氧根离子，迁移过来8个氢离子，溶液碱性增强，pH增大。③为防止ClO2和氢氧根离子反应，图中应使用阳离子交换膜。（2）①阴极一氧化氮得到电子，发生还原反应，生成铵根离子，电极反应式为。②阳极反应为；根据电子守恒可知，则为将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，那么当阴、阳两极分别消耗3mol、5mol一氧化氮时，仍再需通入2mol的氨气和硝酸反应生成硝酸铵，故通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为2mol：（3mol+5mol）=1:4。19．某科研小组设计利用甲烷(CH4)燃料电池(碱性溶液做电解质溶液)，模拟工业电镀、精炼和海水淡化的装置如下。(1)甲装置中B电极发生____反应(填“氧化”或“还原”)，A电极的电极反应式为____。电池工作一段时间后，甲池溶液pH______(填“增大”或“减小”)。(2)乙装置用来模拟电解精炼和电镀。①若用于粗铜的精炼，装置中电极C是_________(填“粗铜”或“纯铜”)。②金属及塑料制品表面镀铬不仅美观还可提高金属制品抗腐蚀性能。镀铬时由CrO放电产生铬镀层的电极反应式为_________。(已知：镀铬时常加硫酸作为催化剂)(3)电渗析法是海水淡化的常用方法，某地