2020-2021学年第一学期高二化学选修4章末提升卷（人教版）：4.3电解池的工作原理及应用（解析版）

电解池的工作原理及应用练习 1．工业上电解食盐水的阴极区产物是( ) A．氯气 B．氢气和氯气 C．氢气和氢氧化钠 D．氯气和氢氧化钠 答案 C 解析 电解食盐水生成三种产物，在阴极区生成氢气和氢氧化钠，在 阳极区生成氯气。 2．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是( ) A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极 B．电解液的成分都保持不变 C．阳极反应都只有 Cu－2e－===Cu2＋ D．阴极反应都只有 Cu2＋＋2e－===Cu 答案 D 解析 A 项，电镀时镀件作阴极；B 项，电解精炼铜时电解液成分改 变；C 项，电解精炼铜时，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则还会 发生 Zn－2e－===Zn2＋的反应。 3．下列描述中，不符合生产实际的是( ) 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 答案 A 解析 电解池的阳极发生失电子的氧化反应、阴极发生得电子的还原 反应。电解熔融的 Al2O3 制 Al 时，若用 Fe 作阳极，会发生反应 Fe－ 2e－===Fe2＋，Fe2＋移动到阴极上发生反应 Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的 Al 不纯。 4．用惰性电极电解硫酸铜溶液。若阳极上产生气体的物质的量为 0.01 mol，阴极无气体逸出，则阴极上析出铜的质量为( ) A．0.64 g B．1.28 g C．2.56 g D．5.12 g 答案 B 解析 用惰性电极电解硫酸铜溶液，在阳极产生的气体为氧气，由 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑知，产生 0.01 mol 的氧气转移 0.04 mol 电 子，则根据 Cu2＋＋2e－===Cu 可推出应析出 0.02 mol 的铜，其质量为 1.28 g。 5. 如图所示的 A、B 两个电解池中的电极均为铂，在 A 池中加入 0.05 mol·L－1 的氯化铜溶液，B 池中加入 0.1 mol·L－1 的硝酸银溶液，进 行电解。a、b、c、d 四个电极上所析出的物质的物质的量之比是 ( ) A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1 C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1 答案 A 解析 由电解规律可知：a、c 为阴极，b、d 为阳极。a 极上析出铜， b 极上析出氯气，c 极上析出银，d 极上析出氧气。由得失电子守恒 可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～1 2O2，所以 a、b、c、d 四个电极上所析 出物质的物质的量之比为 2∶2∶4∶1。 6. 在 100 mL 硫酸和硫酸铜的混合液中，用石墨作电极进行电解， 两极上均收集到 2.24 L 气体(标准状况)，则原混合液中，Cu2＋的物 质的量浓度为( ) A．1 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1 答案 A 解析 分析电解硫酸、硫酸铜混合液的阴、阳两极的电极反应可知， 两极产生的气体分别为氢气、氧气各 0.1 mol，氧气是由氢氧根离子 失去 0.4 mol 电子而得到，氢气是由氢离子得到 0.2 mol 电子而生 成。由电子得失守恒知，还有 0.2 mol 电子是铜离子得到的，则铜离 子的物质的量是 0.1 mol，其物质的量浓度为 0.1 mol 100×10－3 L＝1 mol·L －1。 7．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。 根据要求回答相关问题： (1)通入氢气的电极为 (填“正极”或“负极”)，该电极反应式 为 。 (2)石墨电极为 (填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后， 在乙装置中滴入酚酞溶液， (填“铁电极”或“石墨电极”) 区的溶液先变红。 (3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜 溶液浓度将 (填“增大”“减小”或“不变”)。精铜电极上 的电极反应式为 。 答案 (1)负极 H2－2e－＋2OH－===2H2O (2)阳极 铁电极 (3)减小 Cu2＋＋2e－===Cu 解析 (1)通入氢气的电极为负极，电解质溶液是碱性的，该电极反 应式为 H2－2e－＋2OH－===2H2O。 (2)石墨电极与电源的正极连接，石墨电极为阳极，反应一段时间后， 在乙装置中滴入酚酞溶液，溶液中的 H＋在阴极(Fe 电极)放电，破坏 了附近的水的电离平衡，该区域的溶液显碱性，因此铁电极的溶液先 变红。 (3)粗铜中比铜活动性强的金属失去电子被氧化，溶液中的铜离子得 到电子被还原，因此硫 8．工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换 膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其 工作原理如图所示。 (1) 该 电 解 槽 的 阳 极 反 应 式 是 。 (2)通电开始后，阴极附近溶液 pH 会增大，请简述原因 。 (3)除去杂质后得氢氧化钾溶液，液体从出口 (填写“A”或 “B”)导出。 答案 (1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O (2)H2O 电离出的 H＋放电，同时生成 OH－，OH－浓度增大 (3)B 解析 (1)阳极是左池，氢氧根放电。(2)H2O 电离出的 H＋放电，同时 生成 OH－，OH－浓度增大。(3)K＋经阳离子交换膜进入右池，右池中 H2O 电离出的 H＋放电，剩下 OH－；除去杂质后得氢氧化钾溶液从 B 口导出。 9．电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题： (1)如图 1 为电解精炼银的示意图， (填“a”或“b”)极为 含有杂质的粗银，若 b 极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电 极反应式为 。 图 1 (2)利用如图 2 装置电解制备 LiOH，两电极区电解液分别为 LiOH 和 LiCl 溶液。B 极区电解液为 (填化学式)溶液，阳极电极 反应式为 ，电解过程中 Li＋向 (填“A”或 “B”)电极迁移。 图 2 (3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl－ 7 和 AlCl － 4 组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品 应接电源的 极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离 子不参与电极反应，阴极电极反应式为 。若改用氯 化铝水溶液作电解液，则阴极产物为 。 答案 (1)a NO－ 3 ＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O (或 NO－ 3 ＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O、2NO＋O2===2NO2) (2)LiOH 2Cl－－2e－===Cl2↑ B (3)负 4Al2Cl－ 7 ＋3e－===Al＋7AlCl－ 4 H2 解析 (1)电解精炼银与电解精炼铜原理相似。电解精炼银装置中， 含有杂质的粗银作阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，则该装置 中 a 极为含有杂质的粗银。该电解池的 b 极为阴极，阴极上有红棕色 气体生成，可知 NO － 3 被还原为 NO2，电极反应式为 NO－ 3 ＋2H＋＋e－===NO2 ↑＋H2O。 (2)根据电解装置图，两电极区电解液分别为 LiOH 和 LiCl 溶液，B 区产生 H2，电极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑，剩余 OH－与 Li＋结合生成 LiOH，所以 B 极区电解液为 LiOH 溶液，B 电极为阴极，则 A 电极为 阳极，阳极区电解液为 LiCl 溶液，电极反应式为 2Cl－－2e－===Cl2 ↑，电解过程中 Li＋向 B 电极迁移。 (3)在钢制品上电镀铝，故钢制品作阴极，与电源负极相连。由于电 镀过程中“不产生其他阳离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al 元 素在熔融盐中以 Al2Cl － 7 和 AlCl － 4 形式存在，则电镀过程中阴极电极 反应式为 4Al2Cl－ 7 ＋3e－===Al＋7AlCl－ 4 。若电解液改为氯化铝水溶液， 水溶液中得电子能力 Al3＋