2024-2025学年高中化学专题一化学反应与能量变化2-4电解原理的应用课时作业含解析苏教版选修4

PAGEPAGE8电解原理的应用时间：45分钟满分：100分一、选择题(每小题5分，共50分)1．氯碱工业的基本原理就是电解饱和食盐水。下列关于试验室电解饱和食盐水的说法中正确的是(C)A．可以选用碳棒作为阴、阳极材料，但阳极材料也可以用铁棒B．用潮湿的淀粉－KI试纸靠近阴极区域，试纸变蓝C．电解过程中，在阴极区域溶液中滴加酚酞，溶液变红色D．试验结束后将溶液搅拌，然后用pH试纸检验，溶液呈中性解析：可以选用碳棒作为阴、阳极材料，但阳极材料不行以用铁棒，因为铁作阳极时会溶解，故A错误；阴极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，用潮湿的淀粉－KI试纸靠近阴极区域，试纸不变蓝，故B错误；电解过程中，阴极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，有OH－生成，在阴极区域溶液中滴加酚酞，溶液变红色，故C正确；阴极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，阳极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极产物为NaOH和H2，阳极产物为Cl2，试验结束后将溶液搅拌，然后用pH试纸检验，溶液会显碱性，故D错误。2．下列关于电解精炼铜与电镀的说法正确的是(C)A．电解精炼铜时，将电能转化为化学能，电路中每通过2mole－，阳极就会溶解64g铜B．电解精炼铜时，阳极为粗铜，阴极为精铜，电解过程中电解质溶液不须要更换C．在铁制器皿上镀铝，熔融氧化铝作电解质，铁制器皿作阴极，铝棒作阳极D．电镀过程中电镀液须要不断更换解析：电解精炼铜时，阳极为粗铜，比铜活泼的金属也会反应，电路中每通过2mole－，阳极溶解的铜的质量小于64g，A项错误。电解精炼铜时，比铜活泼的金属在阳极也会失去电子，而阴极上铜离子得到电子转化为铜单质，溶液中的铜离子浓度减小，因此在电解精炼过程中，须要更换电解质溶液，B项错误。在铁制器皿上镀铝，不能用含有铝离子的溶液充当电解质溶液，这样氢离子先得到电子，不能达到镀铝的目的，应用熔融氧化铝作电解质，铁制器皿作阴极，铝棒作阳极，C项正确。电镀过程的实质是在电能的作用下，将阳极上的金属转移到阴极上，因此电镀液不须要更换，D项错误。3．氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相组合，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)A．电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．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：题给电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阳极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，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H2－2e－＋2OH－=2H2O，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以a、b、c的大小关系为c>a>b，D项错误。4．用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含Cl－、Br－、Na＋、Mg2＋)的装置如图所示(a、b均为石墨电极)。下列说法正确的是(B)A．电池工作时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．电解时，a电极四周首先放电的是Br－而不是Cl－，说明当其他条件相同时前者的还原性强于后者C．电解时，电子流淌路径是：负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极D．b电极为负极，当电池中消耗0.02gH2时，b极四周会产生0.02gH2解析：由于该原电池是酸性氢氧燃料电池，所以电池工作时，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，A项错误。在题述装置中，电子从原电池的负极动身，流向电解池的阴极，从电解池的阳极动身，流向原电池的正极，即负极→外电路→阴极，阳极→外电路→正极，电子不经过电解质溶液，C项错误。b电极是电解池的阴极，D项错误。5．传感器可以检测空气中SO2的含量，传感器工作原理如图所示。下列叙述中正确的是(D)A．b为电源的正极B．负极反应式为Ag－e－＋Cl－=AgClC．当电路中电子转移量为5×10－5mol时，进入传感器的SO2为1.12mLD．阴极的电极反应式为2HSOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋2e－=S2Oeq\o\al(2－,4)＋2H2O解析：与b电极连接的电极上发生HSOeq\o\al(－,3)转化为S2Oeq\o\al(2－,4)的反应，硫元素化合价降低，发生还原反应，可推断其为阴极，则b为电源的负极，故A错误；依据上述分析，a为电源的正极，则阳极反应式为Ag－e－＋Cl－=AgCl，故B错误；当电路中电子转移量为5×10－5mol时，进入传感器的SO2为5×10－5mol，其标准状况下的体积为1.12mL，故C错误；依据题意，阴极的电极反应式是2HSOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋2e－=S2Oeq\o\al(2－,4)＋2H2O，故D正确。6．在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O－CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是(D)A．X是电源的负极B．阴极的电极反应式是：H2O＋2e－=H2＋O2－CO2＋2e－=CO＋O2－C．总反应可表示为：H2O＋CO2eq\o(=,\s\up17(通电))H2＋CO＋O2D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是11解析：由题图可看出：H2O→H2、CO2→CO均为还原反应，X应为电源的负极，A项正确；阴极电极反应式为H2O＋2e－=H2↑＋O2－和CO2＋2e－=CO＋O2－，阳极电极反应式为2O2－－4e－=O2↑，总反应为H2O＋CO2eq\o(=,\s\up17(通电))H2＋CO＋O2，B、C项正确；阴、阳两极生成气体的物质的量之比为21，D项不正确。7．如图乙所示是依据图甲的电解池进行电解时，某个量(纵坐标x)随时间改变的函数图像(各电解池都用石墨作电极，不考虑电解过程中溶液浓度改变对电极反应的影响)，这个量x表示(C)A．各电解池析出气体的体积B．各电解池阳极质量的增加量C．各电解池阴极质量的增加量D．各电极上放电的离子总数解析：电解NaCl溶液时阴、阳极都产生气体，电解AgNO3溶液时阴极上产生单质银，电解CuSO4溶液时阴极上产生单质铜，所以随着电解的进行，阴极质量的增加量有如题中图乙所示的改变。8．铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。某探讨性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理，依据如图所示装置连接，电解40min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法中正确的是(D)A．电解时，电子从电源正极→导线→铝极、铅极→导线→电源负极B．在电解过程中，H＋向铝片移动，SOeq\o\al(2－,4)向铅片移动C．在电解过程中，阳极四周溶液的pH下降D．电解的总反应为2Al＋6H＋eq\o(=,\s\up17(通电))2Al3＋＋3H2↑解析：电子流向和电流流向相反，电解时电子从电源负极→导线→铅极、铝极→导线→电源正极，故A错误；在电解过程中，溶液中的H＋向阴极(铅片)移动，SOeq\o\al(2－,4)向阳极(铝片)移动，故B错误；电解时，阳极是活泼金属时，放电的是电极本身，四周溶液的pH基本不变，故C错误；阳极是活泼金属铝，金属铝在该极失电子，阴极是H＋得电子，所以电解的总方程式可表示为2Al＋6H＋eq\o(=,\s\up17(通电))2Al3＋＋3H2↑，故D正确。9．如图所示为电化学降解NOeq\o\al(－,3)，下列说法中正确的是(D)A．铅蓄电池的A极为负极B．电解的过程中有H＋从右池移动到左池C．该电解池的阴极反应为：2NOeq\o\al(－,3)＋6H2O＋12e－=N2↑＋12OH－D．若电解过程中转移1mol电子，则交换膜两侧电解液的质量改变差为7.2g解析：由图示知在Ag－Pt电极上NOeq\o\al(－,3)发生还原反应，因此Ag－Pt电极为阴极，则B极为负极，A极为电源正极，A项错误；电解时阳离子向阴极移动，B项错误；阴极上硝酸根离子得电子发生还原反应，但2molNOeq\o\al(－,3)需得10mole－，C项错误；转移1mol电子时，阳极(阳极反应为H2O失电子被氧化为O2和H＋)逸出0.25molO2，产生1molH＋进入阴极室，阳极室质量削减9g，阴极室中放出0.1molN2(2.8g)，同时有1molH＋(1g)进入阴极室，因此阴极室质量削减1.8g，故膜两侧电解液的质量改变差(Δm左－Δm右)＝9g－1.8g＝7.2g，D项正确。10．三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采纳惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SOeq\o\al(2－,4)可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是(B)A．通电后中间隔室的SOeq\o\al(2－,4)离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C．负极反应为2H2O－4e－=O2＋4H＋，负极区溶液pH降低D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成解析：负极区(阴极)电极反应为：4H＋＋4e－=2H2↑，正极区(阳极)电极反应为：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑。A项，通电后SOeq\o\al(2－,4)向正极移动，正极区OH－放电，溶液酸性增加，pH减小；C项，负极区反应为4H＋＋4e－=2H2↑，溶液pH增大；D项，当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25molO2生成。二、非选择题(50分)11．(14分)电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图表示一个电解池，装有电解质溶液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，试验起先时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则电解池中X极上的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑。在X极旁边视察到的试验现象是有气泡产生，溶液变红。Y电极上的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，检验该电极反应产物的方法是把潮湿的碘化钾淀粉试纸放在Y电极旁边，试纸变蓝色。(2)假如用电解的方法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu。Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋(杂质发生的电极反应不必写出)。解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极反应：2H＋＋2e－=H2↑。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；Y极产生Cl2，能使潮湿的KI淀粉试纸变为蓝色。(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活泼性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。依据装置图可知X为阴极，Y为阳极。所以X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋。12．(20分)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，只在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为正极。(2)Pt电极上生成的物质是Ag，其质量为2.16g。(3)电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为22eq\f(1,2)1。(4)AgNO3溶液的浓度不变，(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，AgNO3溶液的pH不变，H2SO4溶液的浓度增大，H2SO4溶液的pH减小。(5)若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为45.18g。解析：由于是串联电路，电路中的电流是相等的，两个电解池中所消耗的电量相等。电解5.00%的稀硫酸，事实上是电解其中的水。因此，该电解池反应：2H2O=2H2↑＋O2↑，V(H2)V(O2)＝21。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。在336mL气体中，V(H2)＝eq\f(2,3)×336mL＝224mL，为0.01mol，V(O2)＝eq\f(1,3)×336mL＝112mL，为0.005mol。说明电路上有0.02mole－，因此在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02×108＝2.16g，即0.02mol的Ag。则n(e－)n(Ag)n(O2)n(H2)＝0.020.020.0050.01＝22eq\f(1,2)1。由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电肯定时间后，在Pt电极上放电所消耗的溶液中Ag＋的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液中补充的Ag＋的物质的量，因此c(AgNO3)不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的H2SO4溶液，由于其中的水发生电解，因此c(H2SO4)增大，由于c(H＋)增大，故溶液的pH减小。设原5.00%的H2SO4溶液质量为x，电解时消耗水0.01mol×18g/mol＝0.18g，则：5.00%x＝5.02%(x－0.18g)，解得：x＝45.18g。13．(16分)电浮选凝合法是工业上采纳的一种污水处理方法，保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研