（新教材适用）高中化学第4章化学反应与电能第2节电解池第1课时电解原理课后习题新人教版选择性必修1

第二节电解池第1课时电解原理基础巩固1.下列说法错误的是()。A.电解质溶液的导电过程是化学变化,而金属的导电是物理变化B.电解质溶液导电的过程,就是电解质溶液的电解过程C.电解质在任何条件下均可以导电D.电解质溶液导电过程中一定有新物质生成答案:C解析:电解质溶液导电的过程就是被电解的过程,在电解过程中发生氧化还原反应,一定有新物质生成,所以是化学变化。金属导电是靠自由电子的定向移动,无新物质生成,是物理变化。电解质只有发生电离,产生自由移动的离子才能导电,C项错误。2.下列关于电解池的叙述中不正确的是()。A.与电源正极相连的是电解池的阴极B.与电源负极相连的是电解池的阴极C.在电解池的阳极发生氧化反应D.电子从外接电源的负极沿导线流入电解池的阴极答案:A解析:电解池中与电源正极相连的是电解池的阳极,与电源负极相连的是电解池的阴极,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,因此阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应。3.以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞溶液和淀粉),下列说法错误的是()。A.阴极附近溶液呈红色B.阳极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变大答案:B解析:以惰性电极电解KI溶液类似于电解NaCl溶液,阳极反应式2I2eI2,阴极反应式2H2O+2eH2↑+2OH,阴极逸出氢气,阴极附近溶液显碱性,使酚酞溶液变红色,A项正确;阳极生成I2,与淀粉作用使溶液呈蓝色,不产生气体,B项错误,C项正确;电解生成KOH,溶液pH增大,D项正确。4.用石墨作电极电解1mol·L1CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5mol·L1时,停止电解,要使电解质溶液恢复至原来状态,可向剩余溶液中加入下列物质中的()。A.CuSO4 B.CuOC.Cu(OH)2 D.CuSO4·5H2O答案:B解析:电解过程中的反应:阳极2H2O4e4H++O2↑,阴极2Cu2++4e2Cu,总反应为2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑。由以上反应可知,电解使2molCuSO4和2molH2O变成了2molH2SO4,同时析出铜,放出O2,溶液中每生成2molCu,则放出1molO2,故需补充CuO。5.用Pt电极电解物质的量均为0.1mol的Cu2+和X3+的混合溶液,阴极析出固体物质的质量m(g)与导线中通过电子的物质的量n(mol)的关系如图所示,则离子的氧化能力由大到小排列正确的是()。A.Cu2+>X3+>H+B.H+>X3+>Cu2+C.Cu2+>H+>X3+D.X3+>H+>Cu2+答案:C解析:根据图像,通电开始就有固体析出,且通过0.2mol电子后,不再析出固体,则为Cu2+放电的结果,X3+不放电。6.将两个铂电极插入500mLAgNO3溶液中进行电解,通电一段时间后,某一电极增重0.108g,若电解时该电极无气体生成,且不考虑离子的水解和溶液体积变化,则此时溶液中氢离子浓度为()。A.4×103mol·L1B.2×103mol·L1C.1×103mol·L1D.1×107mol·L1答案:B解析:根据4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑,得:n(H+)=n(HNO3)=n(Ag)=0.108g108g·mol-1=0.001mol,c(H+)=0.001mol7.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答案:B解析:电解质中的阴离子O2、Cl向阳极移动,由图示可知阳极生成O2、CO、CO2,所以电极反应为2O24eO2↑,O2与石墨反应生成CO、CO2,A、C、D项错误,只有B项正确。8.采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是()。A.Zn与电源的负极相连B.ZnC2O4在交换膜右侧生成C.电解的总反应为2CO2+ZnZnC2O4D.通入11.2LCO2时,转移0.5mol电子答案:C解析:电解过程中Zn作阳极,被氧化为Zn2+,所以Zn与电源的正极相连,A项错误;Zn2+透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2O42-形成ZnC29.用石墨棒作电极,从Na+、Cu2+、Cl、SO4(1)阴极放出H2,阳极放出O2,电解质是;

(2)阴极析出金属,阳极放出O2,电解质是;

(3)阴极放出H2,阳极放出Cl2,电解质是;

(4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1,电解质是。

答案:(1)Na2SO4(2)CuSO4(3)NaCl(4)CuSO4解析:用惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型,再根据阴、阳离子在电极的放电顺序判断。(1)阴极生成H2、阳极生成O2,实质为电解水,电解质可以是活泼金属的含氧酸盐,即Na2SO4。(2)实质为放氧气生酸型,电解质为不活泼金属的含氧酸盐,即CuSO4。(3)实质为放氢气生碱型(或电解盐酸,但题目中没有提供H+),电解质为活泼金属的无氧酸盐,即NaCl。(4)由阳极生成气体和转移电子的物质的量比为1∶4可知,阳极产生的气体为O2;1molO2转移4mole,金属与电子的物质的量之比为1∶2,金属为+2价,即Cu2+,电解质为CuSO4。10.若阳极是石墨电极,阴极是铁电极,写出电解下列电解质溶液的两电极反应式和电解总方程式。(1)KNO3溶液。阳极:,

阴极:,

电解总方程式:;

(2)MgCl2溶液。阳极:,

阴极:,

电解总方程式:;

(3)AgNO3溶液。阳极:,

阴极:,

电解总方程式:;

(4)CuCl2溶液。阳极:,

阴极:,

电解总方程式:。

答案:(1)2H2O4e4H++O2↑4H2O+4e2H2↑+4OH2H2O2H2↑+O2↑(2)2Cl2eCl2↑Mg2++2H2O+2eMg(OH)2↓+H2↑MgCl2+2H2OMg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑(3)2H2O4e4H++O2↑4Ag++4e4Ag4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑(4)2Cl2eCl2↑Cu2++2eCuCuCl2Cu+Cl2↑能力提升1.设NA为阿伏加德罗常数的值。用石墨棒作电极电解CuSO4溶液,一段时间后,需加入98gCu(OH)2固体才能使电解质溶液复原,则这段时间整个电路中转移的电子为()。A.2molB.4molC.8NA个D.NA个答案:B解析:由于阳极石墨电极是惰性电极,电极本身不放电,电解质溶液中减少的部分在电极上附着或逸出。98gCu(OH)2的物质的量为1mol,加入Cu(OH)2才能使电解质溶液复原,则在阴极析出1molCu和1molH2,在阳极析出了1molO2,所以转移电子的物质的量为4mol。2.把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解池串联,用直流电源电解一段时间后,理论上在某一极析出钾、镁、铝的质量之比为()。A.1∶2∶3B.3∶2∶1C.6∶3∶2D.13∶4∶3答案:D解析:三个电解池串联,每个电极上通过的电子的物质的量相等。K+~e,Mg2+~2e,Al3+~3e。设通过的电子的物质的量为1mol,则分别得到K、Mg、Al为1mol、12mol、13mol,其质量分别为1mol×39g·mol1=39g、12mol×24g·mol1=12g、13mol×27g·mol1=9g,析出K、Mg、Al的质量之比为39∶12∶9=133.(双选)500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=0.6mol·L1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2A.原混合溶液中c(K+)为0.2mol·L1B.上述电解过程中共转移0.2mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.05molD.电解后溶液中c(H+)为0.4mol·L1答案:BC解析:石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为2H2O4e4H++O2↑,阴极先后发生两个反应:Cu2++2eCu,2H++2eH2↑。从阳极收集到2.24LO2可知上述电解过程中共转移电子0.4mol,B项错误。在阴极生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子,所以Cu2+共得到电子0.4mol0.2mol=0.2mol,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1mol,C项错误。根据电荷守恒,电解前:c(K+)+2c(Cu2+)=c(NO3-),c(NO3-)=0.6mol·L1,c(Cu2+)=0.2mol·L1,则c(K+)=0.2mol·L1,A项正确;电解后c(K+)+c(H+)=c(NO3-),则c(H+)=0.6mol·L10.2mol·L1=0.4mol·4.H3PO2可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):(1)写出阳极的电极反应式:

。

(2)分析产品室可得到H3PO2的原因:

。

(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有杂质,该杂质产生的原因是。

答案:(1)2H2O4eO2↑+4H+(2)阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室,两者反应生成H3(3)PO43-H2PO2-或H3解析:(1)阳极发生氧化反应,在反应中H2O失去电子,电极反应式为2H2O4eO2↑+4H+。(2)H2O放电产生H+,H+进入产品室,原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室,两者发生反应:H++H2PO2-H3PO2。(3)如果撤去阳膜,H2PO2-或H3PO5.锰、硫、氮的化合物在人类生产、生活中有重要作用。(1)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2,其阳极的电极反应式是。MnO2是碱性锌锰电池的正极材料,已知碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2,碱性锌锰电池放电时,正极的电极反应式是

。

(2)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池(装置未画全)的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S22eS,(n1)S+S2Sn2①写出电解时阴极的电极反应式:。

②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成。

(3)利用电解法由NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是,说明理由:

。

答案:(1)Mn2++2H2O2eMnO2+4H+MnO2+H2O+eMnO(OH)+OH(2)①2H2O+2eH2↑+2OH②Sn2-+2H+(n1)S↓+H2S(3)NH3根据总反应8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,电解产生的HNO3多,应补充NH3解析:(1)Mn的化合价从+2价升到+4价,发生氧化反应,则阳极电极反应式为