2024-2025学年新教材高中化学第4章化学反应与电能第2节第2课时电解原理的应用作业含解析新人教版选择性必修第一册

PAGE7-第2课时电解原理的应用A级·基础达标练一、选择题1．下列描述中，不符合生产实际的是(A)A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极解析：铁作阳极时，铁原子放电生成亚铁离子，起先阴极还能析出少量铝，后来变成电镀铁了，A项不符合生产实际。2．臭氧有许多好用特性，其强氧化性常用于消毒杀菌和防腐保鲜。目前制取臭氧的方法许多，其中高压放电法和电解纯水法原理如图所示。下列说法中错误的是(B)A．两种方法都是将电能转化为化学能B．高压放电法和电解纯水法相比，会产生污染性的NOx气体C．电解纯水时，阳极发生的电极反应为3H2O－6e－=O3↑＋6H＋D．电解纯水时，H＋由电极b流向电极a解析：两者都消耗电能，都将电能转化成化学能，A项正确；高压放电时，反应物只有O2，无法生成NOx，B项错误；电解纯水时，阳极上反应为3H2O－6e－=O3↑＋6H＋，C项正确；电解纯水时，阳极(b极)上生成O3，在溶液中得到H＋，H＋由b电极向a电极移动，D项正确。3．如图为电解饱和食盐水装置，下列有关说法不正确的是(B)A．左侧电极上发生氧化反应B．右侧生成的气体能使潮湿的淀粉碘化钾试纸变蓝C．电解一段时间后，B口排出NaOH溶液D．电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑解析：电解池阳极A发生：2Cl－－2e－=Cl2↑，为氧化反应，A项正确；右侧阴极B发生：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，不是Cl2，B项错误；阴极B处产物为H2和NaOH，C项正确；电解饱和食盐水的总反应为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑，D项正确。4．常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采纳如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是(C)A．每生成1molNCl3，理论上有4molH＋经质子交换膜由右侧向左侧迁移B．可用潮湿的淀粉KI试纸检验气体MC．石墨极的电极反应式为NHeq\o\al(＋,4)＋3Cl－－6e－=NCl3＋4H＋D．电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH会减小解析：由图知，石墨电极上反应为NHeq\o\al(＋,4)＋3Cl－－6e－=NCl3＋4H＋，每生产1molNCl3，理论上有6molH＋由右侧向左侧迁移，A项错误；Pt是阴极，阴极上反应为2H＋＋2e－=H2↑，不行用湿淀粉KI试纸检验H2，B项错误；C项正确，电解过程中，每生产1molNaCl3，同时生成4molH＋，理论上有6molH＋由右侧向左侧迁移，右侧c(H＋)减小，pH增大，D项错误。二、非选择题5．某同学设计一个燃料电池(如下图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。(1)通入氢气的电极为__负极__(填“正极”或“负极”)，该电极反应式为__H2－2e－＋2OH－=2H2O__。(2)石墨电极为__阳极__(填“阳极”或“阴极”)，乙中总反应化学方程式为__2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑__；假如把铁电极和石墨电极交换，乙溶液左侧出现的现象是__溶液中有气泡逸出；起初产生白色沉淀，然后白色沉淀快速转化为灰绿色，最终转化为红褐色__。(3)假如粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将__减小__(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)若甲中消耗0.01molO2，丙中精铜增重__1.28解析：从图中可以看出，甲池为原电池(作电源)，乙池为电解池，丙池为铜的电解精炼。甲池中，通氢气的电极为负极，通氧气的电极为正极；乙池中，Fe电极为阴极，C电极为阳极；丙池中，精铜为阴极，粗铜为阳极。(1)通入氢气的电极为负极，负极的电极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O。(2)石墨电极为阳极，乙中总反应化学方程式2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；假如把铁电极和石墨电极交换，乙溶液右侧发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋，通过阳离子交换膜进入乙池的左侧，在乙池的左侧，发生的反应为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，所以乙池左侧出现的现象是溶液中有气泡逸出；起初产生白色沉淀，然后白色沉淀快速转化为灰绿色，最终转化为红褐色。(3)假如粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中发生的反应为阳极：Zn－2e－=Zn2＋，Cu－2e－=Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－=Cu，因为线路中通过电子的物质的量相等，所以随着电解反应的进行，溶液中c(Cu2＋)不断减小。(4)可通过电子守恒建立以下关系式：O2～4e－～2Cu，m(Cu)＝0.02mol×64g·mol－1＝1.28g。6．学问的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。(1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是__H2__(填化学式)。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分NaClO，则c为电源的__负__极；该发生器中反应的总离子方程式为__Cl－＋H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))ClO－＋H2↑__。(3)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、平安的杀菌消毒剂。如图是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。①阳极产生ClO2的电极反应式：__Cl－－5e－＋2H2O=ClO2↑＋4H＋__。②当阴极产生标准状况下112mL气体时，通过阳离子交换膜离子的物质的量为__0.01mol_。解析：(1)图1中，依据电子流向知，左边电极是电解池阳极、右边电极是电解池阴极，阴极上氢离子放电生成氢气，所以b气球中的气体是氢气。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上氢离子放电生成氢气同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气、上边电极旁边有NaOH生成，上边电极生成氢气，为阴极，则c为负极、d为正极；其电池反应式为Cl－＋H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))ClO－＋H2↑。(3)①由题意可知，氯离子放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参与反应，同时生成氢离子，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O=ClO2↑＋4H＋，在阴极发生2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。②2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－生成氢气物质的量为112×10－3L÷22.4L·mol－1B级·实力提升练一、不定项选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)1．在含镍酸性废水中用电解法可以实现铁上镀镍并得到氯化钠，其装置如图所示，下列叙述错误的是(AB)A．待镀铁棒为阳极B．选用镍棒替换碳棒，镀镍效果更好C．通电后中间隔室的NaCl溶液浓度增大D．阳极的电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O解析：电解装置可实现铁棒镀镍，待镀铁棒作阴极，A项错误；碳棒做阳极为惰性电极，镍棒做阳极为活泼电极，参与电极反应，生成镍离子与OH－反应生成沉淀影响离子交换膜中离子通过，镀镍效果减弱，B项错误；溶液中Cl－向左移，Na＋向右移，中间隔室中NaCl浓度增大，C项正确；阳极发生氧化反应，溶液为NaOH溶液，OH－放电，阳极反应为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，D项正确。2．水产养殖户常用电解法净化鱼池中的水，其工作原理如图所示。下列说法中正确的是(D)A．X极是电源的负极，发生氧化反应B．工作过程中阴极区溶液的pH渐渐减小C．当电路中转移10mole－时，Ⅱ极上产生22.4LN2D．Ⅰ极上的电极反应式：C6H12O6－24e－＋6H2O=6CO2↑＋24H＋解析：电极Ⅰ是阳极，X是电源正极，A项错误；电极Ⅱ为阴极，电极反应式为2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋12H＋=N2＋6H2O，消耗H＋，pH变大，B项错误；由阴极反应式可知，转移10mol电子，产生1molN2，温度、压强不知，气体体积不确定，C项错误；Ⅰ极(阳极)上电极反应为：C6H12O6－24e－＋6H2O=6CO2↑＋24H＋，D项正确。3．现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽。利用氯碱工业中的离子交换膜技术原理，可电解Na2SO4溶液生产NaOH溶液和H2SO4溶液。下列说法中不正确的是(D)A．阳极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B．从A口出来的是硫酸溶液C．b是阳离子交换膜，允许Na＋通过D．Na2SO4溶液从E口加入解析：A项，阳极上OH－放电，阳极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，正确；B项，阳极OH－放电，放氧生酸，故从A口出来的是H2SO4溶液，正确；C项，在阴极室一侧放置阳离子交换膜，只允许通过阳离子，则b是阳离子交换膜，允许Na＋通过，正确；D项，NaOH在阴极旁边生成，则Na2SO4溶液从F口加入，错误。4．二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，有关叙述正确的是(AC)A．该装置不能实现化学能100%转化为电能B．电子移动方向为a极→b极→质子交换膜→a极C．a电极的电极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋D．当b电极消耗22.4LO2时，质子交换膜有4molH＋通过解析：A项，化学能转化为热能和电能，不行能100%转化为电能，正确；B项，电子不能经过电解质溶液，所以电子由a极流出经导线流入b极，错误；C项，a为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O=2CO2＋12H＋，正确；D项，状况不知，无法由体积求物质的量，所以通过H＋的物质的量不知，错误。5．电解法处理CO2和SO2混合污染气的原理如图所示，电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐，通电一段时间后，Ni电极表面形成掺杂硫的碳积层。下列说法错误的是(AC)A．Ni电极表面发生了氧化反应B．阳极的电极反应为2O2－－4e－=O2↑C．电解质中发生的离子反应有2SO2＋4O2－=2SOeq\o\al(2－,4)D．该过程实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环解析：由图可知，Ni电极表面发生了SOeq\o\al(2－,4)转化为S，COeq\o\al(2－,3)转化为C的反应，为还原反应；SnO2电极上发生了2O2－－4e－=O2↑，为氧化反应，所以Ni电极为阴极，SnO2电极为阳极，据此分析解答。A．由图示原理可知，Ni电极表面发生了还原反应，故A错误；B．阳极发生失电子的氧化反应，电极反应为2O2－－4e－=O2↑，故B正确；C．电解质中发生的离子反应有2SO2＋O2＋2O2－=2SOeq\o\al(2－,4)和CO2＋O2－=COeq\o\al(2－,3)，故C错误；D．该过程中在SOeq\o\al(2－,4)和COeq\o\al(2－,3)被还原的同时又不断生成SOeq\o\al(2－,4)和COeq\o\al(2－,3)，所以实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环，故D正确。二、非选择题6．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气和烧碱等化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空：(1)电解饱和食盐水的离子方程式为__2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑__。(2)氢氧化钠溶液从图__d__(填“a”“b”“c”或“d”)位置流出。(3)有一种节能的氯碱工业新工艺，将电解池与燃料电池相组合，相关流程如图所示(电极未标出)。通入氢气的电极的反应式为__H2＋2OH－－2e－=2H2O__，燃料电池中阳离子的移动方向__从左向右__(填“从左向右”或“从右向左”)。电解池中产生2molCl2，理论上燃料电池中消耗O2的物质的量为__1mol__。a、b、c的大小关系为__c＞a＞b__。解析：(1)电解饱和食盐水，溶液中的氯离子在阳极失电子生成氯气，氢离子在阴极得到电子生成氢气，阴极旁边氢氧根离子浓度增大生成氢氧化钠，反应的离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑；(2)电解槽中阴极是氢离子放电生成氢气，氢氧根离子浓度增大，生成氢氧化钠溶液，NaOH