2020高中化学 电解原理的应用（提高）巩固练习 新人教版选修4

2020高中化学 电解原理的应用（提高）巩固练习 新人教版选修4

1 电解原理的应用 【巩固练习】 一、选择题 1．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是 根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（　　）。 A．电池放电时，电池负极周围溶液的 pH 不断增大 B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池充电时，氢元素被氧化 D．电池放电时，H2 是负极 2．下列叙述中正确的是( ) A．用铂电极电解 NaOH 溶液，一段时间后，溶液中溶质的质量分数不变 B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极 C．用惰性电极电解 100mL 饱和食盐水，生成 112mL 氢气(标况)时，氢氧根离子浓度约为 0.05mol/L(假定溶液体 积仍为 100mL) D．铜锌原电池工作时，正极从外电路得到电子 3．下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是（ ）。 A．精制饱和食盐水进入阳极室 B．纯水（加少量 NaOH）进入阴极室 C．阴极产物为氢氧化钠和氢气 D．电解槽的阳极用金属铁网制成 4．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（　　）。 A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B．铁作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 5．下列过程需要通电后才可进行的是（　　）。 ①电离；②电解；③电镀；④电泳；⑤电化学腐蚀 A．①②③ B．②③④ C．②④⑤　 D．①②③④⑤ 6．下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是（　　）。 A．粗铜板作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4 溶液作电解液 B．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为：Cu2＋+2e-＝Cu C．粗铜中所含 Ni、Fe、Zn 等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥 D．电解铜的纯度可达 99.95%～99.98% 7．关于原电池和电解池的叙述正确的是（　　）。 A．原电池中失去电子的电极为阴极 2 B．原电池的负极、电解池的阳极都发生氧化反应 C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D．电解时电解池的阳极一定是阴离子放电 8．下列叙述正确的是（ ）。 A．在原电池的负极和电解池的阴极上发生的都是氧化反应 B．实验室用惰性电极电解 Na2SO4 溶液，阴、阳两极收集到的气体体积之比为 1∶2 C．电解稀硫酸溶液，可能发生反应：Cu+H2SO4 CuSO4+H2↑ D．在铜的电解精炼过程中，电解质 CuSO4 溶液中 Cu2+浓度始终保持不变 9．关于下列四个装置图的说法，正确的是（ ）。 A．①装置中阴极处产生的气体能够使湿润淀粉 KI 试纸变蓝 B．②装置中待镀铁制品应与电源正极相连 C．③装置中电子由 b 极流向 a 极 D．④装置中的离子交换膜可以避免生成的 Cl2 与 NaOH 溶液反应 10．右图所示的两个实验装置中，溶液的体积均为 300 mL，开始时电解质溶液的 浓度均为 0.1 mol／L，工作一段时间后，测得导线中均通过 0.02 mol 电子，若不 考虑盐的水解和溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是（ ）。 A．溶液的 pH 变化：①增大，②减小 B．①为原电池，②为电解池 C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑，②中负极：2H++2e－＝ H2↑ D．产生气体的体积：②＞① 11．以 KCl 和 ZnCl2 混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是（　　 ） 　　A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 　　B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 　　C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率 　　D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用 12．铅蓄电池的工作原理为：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。研读下图，下列判断不正确的是( 　) 电解 3 　　　　　　　　　　　　　　 　　A．K 闭合时，d 电极反应式：PbSO4+2H2O－2e－＝PbO2+4H++SO42－ 　　B．当电路中转移 0.2 mol 电子时，Ⅰ中消耗的 H2SO4 为 0.2 mol 　　C．K 闭合时，Ⅱ中 SO42－向 c 电极迁移 　　D．K 闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d 电极为正极 13．镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放 电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是( 　) 　　A．放电时正极反应：NiOOH + H2O +e—=Ni(OH)2+ OH- 　　B．充电过程是化学能转化为电能的过程 　　C．放电时负极附近溶液的碱性不变 　　D．放电时电解质溶液中的 OH-向正极移动 二、非选择题 1．如图所示，当线路接通时，发现 M（用石蕊试液浸润过的滤纸）a 端显 蓝色，b 端显红色，且知甲中电极材料是锌、银，乙中电极材料是铂、铜， 且乙中两电极不发生变化。填写下列空白： （1）甲、乙分别是什么装置________、________。 （2 ）写出 A 、B 、C 、D 的电极名称以及电极材料和电极反应式 ________。 2．某课外活动小组准备用如图所示的装置进行实验。现有甲、乙、丙三位同学分别选择了如下电极材料和电解 质溶液： （1）甲同学在实验中将电键 K5 闭合，Zn 电极上的电极反应式为________。 （2）乙同学准备进行电解 CuCl2 溶液的实验，则电解时的总反应方程式为________；实验时应闭合的电键 组合是________。（从下列五项中选择所有可能组合，第三小题也在这五项中选择） A．K1 和 K2 B．K1 和 K3 C．K1 和 K4 D．K2 和 K3 E．K2 和 K4 （3）丙同学准备在 Fe 上镀 Cu，选择了某种盐来配制电镀液，则该盐的化学式为________，实验时，应闭 合的电键组合是________（选项如上）。 3．如图所示，若电解 5 min 时，测得铜电极的质量增加 2.16 g，试回答： 4 （1）电源中 X 极是________（填“正”或“负”）极。 （2）通电 5 min 时，B 中共收集到 224 mL（标准状况）气体，溶液体积为 200 mL。（电解前后溶液的体积变 化忽略不计），则通电前 c (CuSO4)=________。 （3）若 A 中 KCl 溶液的体积也是 200 mL，则电解后溶液的 pH=________。 【答案与解析】 一、选择题 1．D 【解析】放电时，是原电池，反应应从左向右看，显然 H2 失 e－，为电源负极反应物，生成 H+，其周围 pH 减小，A 错，D 对；NiO(OH)为正极，得电子生成 Ni(OH)2，被还原，B 错；电池充电时，是电解池，反应式应从右向左 看，显然氢元素被还原，C 不对。 2．D 【解析】A 电解 NaOH 溶液实际是电解 H2O，一段时间后，溶液中溶质的质量分数增大。 B、用电解法精练粗铜时，用粗铜极作阳极，与直流电源的正极相连，用纯铜片作阴极，与电源的负极相连，用 CuSO4 溶液作电解液。 C、 得：x＝0.01mol 因此 OH－浓度为 3．D 【解析】用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水时，C1－在阳极放电，H2O 电离出的 H+在阴极放电，因此食盐水和 纯水分别进入阳极室和阴极室，A,B 对；在阴极 H+放电，生成 H2 的同时，产生大量 OH－,故 H2 和 NaOH 为阴极产 物，C 项对；电解槽的阳极材料用金属钛网制成（一种惰性材料），不能用非惰性材料铁网，D 错。 4．A 【解析】在铁制品上镀锌，即要求锌作阳极，镀件铁为阴极，电解质溶液中含锌离子，阳极 Zn 放电生成 Zn2+进 入溶液补充由于在阴极放电而消耗的 Zn2+，Zn2+在阴极铁（镀件）上析出。 5．B 5 【解析】①电离是指电解质在水溶液中或在高温熔融时离子键被破坏而离解成阴阳离子的过程； ②电解是指使电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程，必须通电才能进行； ③电镀是电解的一种，需要通电； ④电泳是指带电微粒（主要指胶体颗粒）在直流电源的外加电场作用下发生定向移动，需要通电才能进行； ⑤电化学腐蚀是指金属因形成原电池被氧化而腐蚀，该过程是自发的不需通电，反而会形成电流。 6．C 【解析】精炼某金属，含杂质金属应作阳极，纯单质作阴极，含该种金属元素的离子作电解液，金属活动性在 Cu 后面的金属杂质形成阳极泥，活动性在 Cu 前面的金属先放电进入溶液但其阳离子不放电，从而将该金属与杂质 分离。 7．B 【解析】原电池的两极一般称为正极和负极。负极是电子流出的极，即负极材料失去电子，发生氧化反应；电解 池的两极一般称之为阴极和阳极，阴极与电源的负极相连，电源负极流出的电子聚集在电解池的阴极，因此阴极 处有物质得电子，发生还原反应，而阳极与电源的正极相连，阳极处有物质失电子，发生氧化反应，因此选项 A 错，B 对； 电解池的阴极一般为电解质溶液中的阳离子得电子，而其阳极若阳极材料为惰性电极（石墨、Au、Pt）则溶液中 的阴离子失电子放电，但若阳极为非惰性电极（除 Au、Pt 以外的金属）则阳极材料本身优先于溶液中的阴离子 而放电，因此选项 D 错；原电池两极一定是活泼性不同的导体（石墨也为导体）故 C 错。 8．C 【解析】选项 A，电解池的阴极发生的是还原反应。选项 B，用惰性电极电解 Na2SO4 溶液，其实质是电解水，阴 极产生 H2，阳极产生 O2，其体积之比为 2∶1；选项 C，用 Cu 作电极电解稀硫酸可发生反应：Cu+H2SO4 CuSO4+H2↑。选项 D，因粗铜中的杂质也可能失去电子，所以粗铜减少的铜的质量与阴极析出铜的质量不等，溶 液中的 Cu2+浓度会减小。 9．D 【解析】A 项，电极反应式分别为阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑，阴极：Cu2++2e－＝Cu，阳极产生的 Cl2 能使湿润的 淀粉 KI 试纸变蓝；B 项，电镀装置中待镀铁制品（镀件）应与电源负极相连接；C 项，氢氧燃料电池工作时，负 极上通入的 H2 失电子，电子由 a 极流向 b 极；D 项，氯碱工业中阳极产生 Cl2，阴极附近溶液中生成 NaOH，为防 止 Cl2 与 NaOH 发生反应 Cl2+2NaOH＝NaCl+NaClO+H2O，工业上常采用离子交换膜法电解装置。 10．D 【解析】①是电解池，阴极：Cu2++2e－＝Cu，阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。②是原电池，负极：Zn－2e－＝Zn2+， 正极：2H++2e－＝H2↑。A 项 pH 变化是①中 OH－放电，pH 减小，②中有 H+放电，pH 增大，错误；D 项通过 0.02 mol 电子后，产生的气体①中为 0.005 mol，②中为 0.01 mol，正确。 11．C 【解析】电镀时，通常把待镀的金属制品作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。因 此在铁制品上镀锌时，铁作阴极，锌作阳极，由于锌比铁活泼，因此未通电前可以构成原电池，但此时锌作负极 失去电子，铁作正极，而电镀时锌仍然失电子，所以选项 A 不正确；在氧化还原反应中必需满足得失电子守恒， 因此电镀时通过的电量与锌的析出量有确定关系而与能量变化无关，B 不正确；由于电镀时保持电流恒定，因此 导线中通过的电子速率是不变的，所以升高温度不能改变电解反应速率，C 正确；镀锌层破损后，由于锌比铁活 泼，所以即使发生电化学腐蚀也是锌失去电子而保护了铁，即选项 D 也不正确。 电解 6 【总结升华】在电解池中，阴极：得电子，发生还原反应，电极本身不参加反应，一定是电解质溶液中阳离子“争” 得电子；阳极：失电子，氧化反应，若为金属（非惰性）电极，电极失电子，若为惰性电极，电解质溶液中阴离 子“争”失电子。 12．C 【解析】C 项，当 K 闭合时Ⅰ为原电池、Ⅱ为电解池，Ⅱ中 c 电极上的 PbSO4 转化为 Pb 和 SO42－，d 电极上的 PbSO4 转化为 PbO2 和 SO42－，故 SO42－从两极上脱离下来向四周扩散而并非做向定移动。 【总结升华】电化学解题的关键：一定要分析清楚电极的材料、各电极的反应。有关电解的计算：通常是求电解 后某产物的质量、物质的量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的 pH、物质的量浓度等。运用电子守恒原 理解答。 13．A 【解析】此题以可充电电池为载体，考察了原电池和电解池的工作原理。可充电电池的放电过程是原电池工作的 过程，而充电的过程相当于是电解的过程，因此是电能转化成化学能的过程，B 错；放电时负极反应是： Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，因消耗了 OH-，所以负极附近的 pH 下降，C 错；放电时，电解质中的 OH-向负极移动，D 错。 二、非选择题 1．（1）原电池 电解池 （2）A 极（负极 Zn）：Zn－2e－＝Zn2+；B 极（正极 Ag）：Cu2++2e－＝Cu；C 极（阳极 Pt）：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑，D 极（阴极 Cu）：2H++2e－＝H2↑ 【解析】由于 a 端显蓝色，可推知 a 端附近呈碱性 显然滤纸上水电离的 H+在 a 端获得电子发生反应，使该端 OH －浓度较大。由于锌活动性强于银，甲池为原电池。乙池中 Cu、Pt 不参与反应，故 C 极为 Pt，D 极为 Cu，显然 乙池为电解池。电子从 A→a→b→D→C→B→A。滤纸上水电离的 OH－在 b 端反应，b 端 H+浓度增大，使 b 端出现 红色。 2．（1）Zn－2e－＝Zn2+ （2）CuCl2 Cu+Cl2↑ C、D （3）CuCl2 或 CuSO4 D 3．（1）负 （2）0.025 mol／L （3）13 【解析】（1）铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X 为负极。 （2）因为 C 中铜电极增重 2.16 g，所以共有 0.02 mol 电子转移，而转移的电子和 B 池转移的电子数目相 同，故 B 池中 OH－共放电 0.02 mol，假设 B 池中阴极只有 Cu2+放电，那么气体全为 O2，共 0.01 mol，由 4OH－－4e －＝O2↑+2H2O 得共有 0.04 mol 电子转移，与 0.02 mol 不符，说明气体中还有 H2，可列方程解得有 0.005 mol O2 和 0.005 mol H2，故 Cu2+共放电 0.01 mol，原有 0.005 mol Cu2+，通电前 c (CuSO4)=0.025 mol／L。 （3）A 池电极反应式为：阴极：2H++2e－＝H2↑，阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑，所以共有 0.02 mol 的 H+转换 成 H2，此时 A 池相当于多了 0.02 mol 的 OH－，此时为碱溶液，故 pH=14+lg[c (OH)]=14+lg [0.02／(200×10－ 3)]=13。 电解