2024-2025學年高中化學專題一化學反應(yīng)與能量變化2-4電解原理的應(yīng)用課時作業(yè)含解析蘇教版選修4

PAGEPAGE8電解原理的應(yīng)用時間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(每小題5分，共50分)1．氯堿工業(yè)的基本原理就是電解飽和食鹽水。下列關(guān)于試驗室電解飽和食鹽水的說法中正確的是(C)A．可以選用碳棒作為陰、陽極材料，但陽極材料也可以用鐵棒B．用潮濕的淀粉－KI試紙靠近陰極區(qū)域，試紙變藍C．電解過程中，在陰極區(qū)域溶液中滴加酚酞，溶液變紅色D．試驗結(jié)束后將溶液攪拌，然后用pH試紙檢驗，溶液呈中性解析：可以選用碳棒作為陰、陽極材料，但陽極材料不行以用鐵棒，因為鐵作陽極時會溶解，故A錯誤；陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，用潮濕的淀粉－KI試紙靠近陰極區(qū)域，試紙不變藍，故B錯誤；電解過程中，陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，有OH－生成，在陰極區(qū)域溶液中滴加酚酞，溶液變紅色，故C正確；陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，陽極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極產(chǎn)物為NaOH和H2，陽極產(chǎn)物為Cl2，試驗結(jié)束后將溶液攪拌，然后用pH試紙檢驗，溶液會顯堿性，故D錯誤。2．下列關(guān)于電解精煉銅與電鍍的說法正確的是(C)A．電解精煉銅時，將電能轉(zhuǎn)化為化學能，電路中每通過2mole－，陽極就會溶解64g銅B．電解精煉銅時，陽極為粗銅，陰極為精銅，電解過程中電解質(zhì)溶液不須要更換C．在鐵制器皿上鍍鋁，熔融氧化鋁作電解質(zhì)，鐵制器皿作陰極，鋁棒作陽極D．電鍍過程中電鍍液須要不斷更換解析：電解精煉銅時，陽極為粗銅，比銅活潑的金屬也會反應(yīng)，電路中每通過2mole－，陽極溶解的銅的質(zhì)量小于64g，A項錯誤。電解精煉銅時，比銅活潑的金屬在陽極也會失去電子，而陰極上銅離子得到電子轉(zhuǎn)化為銅單質(zhì)，溶液中的銅離子濃度減小，因此在電解精煉過程中，須要更換電解質(zhì)溶液，B項錯誤。在鐵制器皿上鍍鋁，不能用含有鋁離子的溶液充當電解質(zhì)溶液，這樣氫離子先得到電子，不能達到鍍鋁的目的，應(yīng)用熔融氧化鋁作電解質(zhì)，鐵制器皿作陰極，鋁棒作陽極，C項正確。電鍍過程的實質(zhì)是在電能的作用下，將陽極上的金屬轉(zhuǎn)移到陰極上，因此電鍍液不須要更換，D項錯誤。3．氯堿工業(yè)的一種節(jié)能新工藝是將電解池與燃料電池相組合，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示(電極未標出)。下列說法正確的是(A)A．電解池的陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．通入空氣的電極為負極C．電解池中產(chǎn)生2molCl2時，理論上燃料電池中消耗0.5molO2D．a(chǎn)、b、c的大小關(guān)系為a>b＝c解析：題給電解池的陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，陽極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑，A項正確。題給燃料電池為氫氧燃料電池，通入空氣的電極為正極，B項錯誤。由整個電路中得失電子守恒可知，電解池中產(chǎn)生2molCl2，理論上轉(zhuǎn)移4mole－，則燃料電池中消耗1molO2，C項錯誤。題給燃料電池的負極反應(yīng)式為H2－2e－＋2OH－=2H2O，正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以a、b、c的大小關(guān)系為c>a>b，D項錯誤。4．用酸性氫氧燃料電池電解苦鹵水(含Cl－、Br－、Na＋、Mg2＋)的裝置如圖所示(a、b均為石墨電極)。下列說法正確的是(B)A．電池工作時，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．電解時，a電極四周首先放電的是Br－而不是Cl－，說明當其他條件相同時前者的還原性強于后者C．電解時，電子流淌路徑是：負極→外電路→陰極→溶液→陽極→正極D．b電極為負極，當電池中消耗0.02gH2時，b極四周會產(chǎn)生0.02gH2解析：由于該原電池是酸性氫氧燃料電池，所以電池工作時，正極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，A項錯誤。在題述裝置中，電子從原電池的負極動身，流向電解池的陰極，從電解池的陽極動身，流向原電池的正極，即負極→外電路→陰極，陽極→外電路→正極，電子不經(jīng)過電解質(zhì)溶液，C項錯誤。b電極是電解池的陰極，D項錯誤。5．傳感器可以檢測空氣中SO2的含量，傳感器工作原理如圖所示。下列敘述中正確的是(D)A．b為電源的正極B．負極反應(yīng)式為Ag－e－＋Cl－=AgClC．當電路中電子轉(zhuǎn)移量為5×10－5mol時，進入傳感器的SO2為1.12mLD．陰極的電極反應(yīng)式為2HSOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋2e－=S2Oeq\o\al(2－,4)＋2H2O解析：與b電極連接的電極上發(fā)生HSOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為S2Oeq\o\al(2－,4)的反應(yīng)，硫元素化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，可推斷其為陰極，則b為電源的負極，故A錯誤；依據(jù)上述分析，a為電源的正極，則陽極反應(yīng)式為Ag－e－＋Cl－=AgCl，故B錯誤；當電路中電子轉(zhuǎn)移量為5×10－5mol時，進入傳感器的SO2為5×10－5mol，其標準狀況下的體積為1.12mL，故C錯誤；依據(jù)題意，陰極的電極反應(yīng)式是2HSOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋2e－=S2Oeq\o\al(2－,4)＋2H2O，故D正確。6．在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫共電解H2O－CO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖所示。下列說法不正確的是(D)A．X是電源的負極B．陰極的電極反應(yīng)式是：H2O＋2e－=H2＋O2－CO2＋2e－=CO＋O2－C．總反應(yīng)可表示為：H2O＋CO2eq\o(=,\s\up17(通電))H2＋CO＋O2D．陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是11解析：由題圖可看出：H2O→H2、CO2→CO均為還原反應(yīng)，X應(yīng)為電源的負極，A項正確；陰極電極反應(yīng)式為H2O＋2e－=H2↑＋O2－和CO2＋2e－=CO＋O2－，陽極電極反應(yīng)式為2O2－－4e－=O2↑，總反應(yīng)為H2O＋CO2eq\o(=,\s\up17(通電))H2＋CO＋O2，B、C項正確；陰、陽兩極生成氣體的物質(zhì)的量之比為21，D項不正確。7．如圖乙所示是依據(jù)圖甲的電解池進行電解時，某個量(縱坐標x)隨時間改變的函數(shù)圖像(各電解池都用石墨作電極，不考慮電解過程中溶液濃度改變對電極反應(yīng)的影響)，這個量x表示(C)A．各電解池析出氣體的體積B．各電解池陽極質(zhì)量的增加量C．各電解池陰極質(zhì)量的增加量D．各電極上放電的離子總數(shù)解析：電解NaCl溶液時陰、陽極都產(chǎn)生氣體，電解AgNO3溶液時陰極上產(chǎn)生單質(zhì)銀，電解CuSO4溶液時陰極上產(chǎn)生單質(zhì)銅，所以隨著電解的進行，陰極質(zhì)量的增加量有如題中圖乙所示的改變。8．鋁及鋁合金經(jīng)過陽極氧化，鋁表面能生成幾十微米厚的氧化鋁膜。某探討性學習小組模擬工業(yè)法對鋁片表面進行氧化處理，依據(jù)如圖所示裝置連接，電解40min后取出鋁片，用水沖洗，放在水蒸氣中封閉處理20～30min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有關(guān)說法中正確的是(D)A．電解時，電子從電源正極→導(dǎo)線→鋁極、鉛極→導(dǎo)線→電源負極B．在電解過程中，H＋向鋁片移動，SOeq\o\al(2－,4)向鉛片移動C．在電解過程中，陽極四周溶液的pH下降D．電解的總反應(yīng)為2Al＋6H＋eq\o(=,\s\up17(通電))2Al3＋＋3H2↑解析：電子流向和電流流向相反，電解時電子從電源負極→導(dǎo)線→鉛極、鋁極→導(dǎo)線→電源正極，故A錯誤；在電解過程中，溶液中的H＋向陰極(鉛片)移動，SOeq\o\al(2－,4)向陽極(鋁片)移動，故B錯誤；電解時，陽極是活潑金屬時，放電的是電極本身，四周溶液的pH基本不變，故C錯誤；陽極是活潑金屬鋁，金屬鋁在該極失電子，陰極是H＋得電子，所以電解的總方程式可表示為2Al＋6H＋eq\o(=,\s\up17(通電))2Al3＋＋3H2↑，故D正確。9．如圖所示為電化學降解NOeq\o\al(－,3)，下列說法中正確的是(D)A．鉛蓄電池的A極為負極B．電解的過程中有H＋從右池移動到左池C．該電解池的陰極反應(yīng)為：2NOeq\o\al(－,3)＋6H2O＋12e－=N2↑＋12OH－D．若電解過程中轉(zhuǎn)移1mol電子，則交換膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量改變差為7.2g解析：由圖示知在Ag－Pt電極上NOeq\o\al(－,3)發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag－Pt電極為陰極，則B極為負極，A極為電源正極，A項錯誤；電解時陽離子向陰極移動，B項錯誤；陰極上硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，但2molNOeq\o\al(－,3)需得10mole－，C項錯誤；轉(zhuǎn)移1mol電子時，陽極(陽極反應(yīng)為H2O失電子被氧化為O2和H＋)逸出0.25molO2，產(chǎn)生1molH＋進入陰極室，陽極室質(zhì)量削減9g，陰極室中放出0.1molN2(2.8g)，同時有1molH＋(1g)進入陰極室，因此陰極室質(zhì)量削減1.8g，故膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量改變差(Δm左－Δm右)＝9g－1.8g＝7.2g，D項正確。10．三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采納惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na＋和SOeq\o\al(2－,4)可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。下列敘述正確的是(B)A．通電后中間隔室的SOeq\o\al(2－,4)離子向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大B．該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品C．負極反應(yīng)為2H2O－4e－=O2＋4H＋，負極區(qū)溶液pH降低D．當電路中通過1mol電子的電量時，會有0.5mol的O2生成解析：負極區(qū)(陰極)電極反應(yīng)為：4H＋＋4e－=2H2↑，正極區(qū)(陽極)電極反應(yīng)為：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑。A項，通電后SOeq\o\al(2－,4)向正極移動，正極區(qū)OH－放電，溶液酸性增加，pH減?。籆項，負極區(qū)反應(yīng)為4H＋＋4e－=2H2↑，溶液pH增大；D項，當電路中通過1mol電子的電量時，會有0.25molO2生成。二、非選擇題(50分)11．(14分)電解原理在化學工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。如圖表示一個電解池，裝有電解質(zhì)溶液a；X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。請回答以下問題：(1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，試驗起先時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞溶液，則電解池中X極上的電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑。在X極旁邊視察到的試驗現(xiàn)象是有氣泡產(chǎn)生，溶液變紅。Y電極上的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑，檢驗該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是把潮濕的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極旁邊，試紙變藍色。(2)假如用電解的方法精煉粗銅，電解質(zhì)溶液a選用CuSO4溶液，則X電極的材料是純銅，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu。Y電極的材料是粗銅，電極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋(雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出)。解析：(1)用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極反應(yīng)：2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極反應(yīng)：2H＋＋2e－=H2↑。與電源正極相連的為陽極，反之為陰極。所以X為陰極，Y為陽極。X極在反應(yīng)過程中消耗了H2O電離出的H＋，溶液呈堿性，加入酚酞溶液變成紅色；Y極產(chǎn)生Cl2，能使潮濕的KI淀粉試紙變?yōu)樗{色。(2)電解精煉Cu時，用含雜質(zhì)的Cu為陽極，純Cu為陰極。反應(yīng)過程中陽極上的Cu以及比Cu活潑的金屬失去電子，成為離子，進入溶液，活潑性比Cu差的金屬形成陽極泥；在陰極只有Cu2＋能得電子成為單質(zhì)，其他較活潑的金屬對應(yīng)的離子不能得電子。依據(jù)裝置圖可知X為陰極，Y為陽極。所以X電極的材料是純銅，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu；Y電極的材料是粗銅，電極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋。12．(20分)下圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極，電極c、d都是石墨電極。通電一段時間后，只在c、d兩極上共收集到336mL(標準狀況)氣體。回答：(1)直流電源中，M為正極。(2)Pt電極上生成的物質(zhì)是Ag，其質(zhì)量為2.16g。(3)電源輸出的電子，其物質(zhì)的量與電極b、c、d分別生成的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為22eq\f(1,2)1。(4)AgNO3溶液的濃度不變，(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，AgNO3溶液的pH不變，H2SO4溶液的濃度增大，H2SO4溶液的pH減小。(5)若H2SO4溶液的質(zhì)量分數(shù)由5.00%變?yōu)?.02%，則原有5.00%的H2SO4溶液為45.18g。解析：由于是串聯(lián)電路，電路中的電流是相等的，兩個電解池中所消耗的電量相等。電解5.00%的稀硫酸，事實上是電解其中的水。因此，該電解池反應(yīng)：2H2O=2H2↑＋O2↑，V(H2)V(O2)＝21。據(jù)此可確定d極為陰極，則電源的N極為負極，M極為正極。在336mL氣體中，V(H2)＝eq\f(2,3)×336mL＝224mL，為0.01mol，V(O2)＝eq\f(1,3)×336mL＝112mL，為0.005mol。說明電路上有0.02mole－，因此在b極(Pt、陰極)產(chǎn)生Ag：0.02×108＝2.16g，即0.02mol的Ag。則n(e－)n(Ag)n(O2)n(H2)＝0.020.020.0050.01＝22eq\f(1,2)1。由Ag(陽)電極、Pt(陰)電極和AgNO3溶液組成的電鍍池，在通電肯定時間后，在Pt電極上放電所消耗的溶液中Ag＋的物質(zhì)的量等于Ag電極被氧化給溶液中補充的Ag＋的物質(zhì)的量，因此c(AgNO3)不變，溶液的pH也不變。電解5.00%的H2SO4溶液，由于其中的水發(fā)生電解，因此c(H2SO4)增大，由于c(H＋)增大，故溶液的pH減小。設(shè)原5.00%的H2SO4溶液質(zhì)量為x，電解時消耗水0.01mol×18g/mol＝0.18g，則：5.00%x＝5.02%(x－0.18g)，解得：x＝45.18g。13．(16分)電浮選凝合法是工業(yè)上采納的一種污水處理方法，保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化水的作用。陰極產(chǎn)生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層，刮去(或撇掉)浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。某科研