北京高考化学一轮复习电解原理及应用作业

北京高考化学一轮复习电解原理及应用作业

第19讲　电解原理及应用 A组　基础题组 ‎1.(2018北京海淀期末)电解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的装置如下图所示。下列说法中,不正确的是(　　)‎ A.阴极产生的物质A是H2‎ B.溶液中Na+由阳极室向阴极室迁移 C.阳极OH-放电,H+浓度增大,C转化为HC D.物质B是NaCl,其作用是增强溶液导电性 ‎2.(2018北京朝阳期末)高铁酸钠(Na2FeO4)是具有紫色光泽的粉末,是一种高效绿色强氧化剂,碱性条件下稳定,可用于废水和生活用水的处理。实验室以石墨和铁钉为电极,以不同浓度的NaOH溶液为电解质溶液,控制一定电压电解制备高铁酸钠,电解装置和现象如下:‎ c(NaOH)‎ 阴极现象 阳极现象 ‎1 mol·L-1‎ 产生无色气体 产生无色气体,10 min内溶液颜色无明显变化 ‎10 mol·L-1‎ 产生大量无色气体 产生大量无色气体,3 min后溶液变为浅紫红色,随后逐渐加深 ‎15 mol·L-1‎ 产生大量无色气体 产生大量无色气体,1 min后溶液变为浅紫红色,随后逐渐加深 下列说法不正确的是(　　)‎ A.a为铁钉,b为石墨 B.阴极主要发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-‎ C.高浓度的NaOH溶液有利于发生Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O D.制备Na2FeO4时,若用饱和NaCl溶液,可有效避免阳极产生气体 ‎3.(2017北京东城期末,11)氢氧化锂是制取锂和锂的化合物的原料,用电解法制备氢氧化锂的工作原理如下图所示:‎ 下列叙述不正确的是(　　)‎ A.b极附近溶液的pH增大 B.a极发生的反应为2H2O-4e- O2↑+4H+‎ C.该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品 D.当电路中通过1 mol电子时,可得到2 mol LiOH ‎4.如下图所示,请按要求回答下列问题。‎ ‎(1)打开K2,关闭K1。A为　　　　(填“正”或“负”)极,在该电极可观察到的现象是　　　　　　　　　　;B极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)打开K1,关闭K2。A为　　　　(填“阴”或“阳”)极,在该电极可观察到的现象是　　　　　　　　　　;B极的电极反应式为　　　　　　　　　　;当有0.2 mol电子转移时,则析出铜的质量为　　　　g。 ‎ B组　提升题组 ‎5.(2017北京海淀一模,10)实验室模拟工业制备高纯铁。用惰性电极电解FeSO4溶液制备高纯铁的原理如下图所示。‎ 下列说法的是(　　)‎ A.阴极主要发生反应:Fe2++2e- Fe B.向阳极附近滴加KSCN溶液,溶液变红 C.电解一段时间后,阴极附近pH减小 D.电解法制备高纯铁总反应:3Fe2+ Fe+2Fe3+‎ ‎6.(2017北京朝阳一模,10)在一定条件下,用石墨电极电解0.5 mol/L CuSO4溶液(含H2SO4),监测到阳极附近pH随时间变化关系如下图。下列说法的是(　　)‎ A.ab段,通电瞬间,阳离子向阴极移动 B.电解过程中,阳极发生的电极反应是2H2O-4e- 4H++O2↑‎ C.bc段,H+向阴极的移动速率大于其在阳极的生成速率 D.bc段,pH下降过程中,阴极发生的主要电极反应是Cu2++2e- Cu ‎7.(2018北京海淀期末)电镀行业产生的酸性含铬废水对环境有污染,其中所含的Cr(Ⅵ)是主要污染物,可采用多种方法处理将其除去。‎ 查阅资料可知:‎ ‎①在酸性环境下,Cr(Ⅵ)通常以Cr2的形式存在:Cr2+H2O2Cr+2H+‎ ‎②Cr2的氧化能力强于Cr ‎③常温下,部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表:‎ 阳离子 Fe3+‎ Fe2+‎ Cr3+‎ 开始沉淀的pH ‎1.9‎ ‎7.0‎ ‎4.3‎ 沉淀完全的pH ‎3.2‎ ‎9.0‎ ‎5.6‎ Ⅰ.腐蚀电池法 ‎(1)向酸性含铬废水中投放废铁屑和焦炭,利用原电池原理还原Cr(Ⅵ)。下列关于焦炭的说法正确的是　　　(填字母序号)。 ‎ a.作原电池的正极 b.在反应中作还原剂 c.表面可能有气泡产生 Ⅱ.电解还原法 向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体,以Fe为电极电解,经过一段时间,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成排出,从而使废水中铬含量低于排放标准。装置如图所示:‎ ‎(2)A极连接电源的　　　　极,A极上的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)电解开始时,B极上主要发生的电极反应为2H++2e-H2↑,此外还有少量Cr2在B极上直接放电,该反应的电极反应式为　 。 ‎ ‎(4)电解过程中,溶液的pH不同时,通电时间(t)与溶液中Cr元素去除率的关系如下图所示。‎ ‎①由图知,电解还原法应采取的最佳pH范围为　　　。 ‎ a.2~4　　　　b.4~6　　　　c.6~10‎ ‎②解释曲线Ⅰ和曲线Ⅳ去除率低的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎8.(2017北京西城一模,27)以黄铜矿(主要成分为二硫化亚铁铜CuFeS2)为原料,用Fe2(SO4)3溶液作浸取剂提取铜,总反应的离子方程式是CuFeS2+4Fe3+ Cu2++5Fe2++2S。‎ ‎(1)该反应中,Fe3+体现　　　　　性。 ‎ ‎(2)上述总反应的原理如下图所示。负极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)一定温度下,控制浸取剂pH=1,取三份相同质量的黄铜矿粉末分别进行如下实验:‎ 实验 操作 ‎2小时后Cu2+浸出率/%‎ Ⅰ 加入足量0.10 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液 ‎78.2‎ Ⅱ 加入足量0.10 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液,通入空气 ‎90.8‎ Ⅲ 加入足量0.10 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液,再加入少量0.000 5 mol·L-1 Ag2SO4溶液 ‎98.0‎ ‎①对比实验Ⅰ、Ⅱ,通入空气,Cu2+浸出率提高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②由实验Ⅲ推测,在浸取Cu2+过程中Ag+作催化剂,催化原理是:‎ ⅰ.CuFeS2+4Ag+ Fe2++Cu2++2Ag2S ⅱ.Ag2S+2Fe3+ 2Ag++2Fe2++S 为证明该催化原理,进行如下实验:‎ a.取少量黄铜矿粉末,加入少量0.000 5 mol·L-1 Ag2SO4溶液,充分混合后静置。取上层清液,加入稀盐酸,观察到溶液中　　　　　　　　,证明发生反应ⅰ。 ‎ b.取少量Ag2S粉末,加入　　　　　　　　　　　　溶液,充分混合后静置。取上层清液,加入稀盐酸,有白色沉淀,证明发生反应ⅱ。 ‎ ‎(4)用实验Ⅱ的浸取液电解提取铜的原理如图所示:‎ ‎①电解初期,阴极没有铜析出。用电极反应式解释原因:　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②将阴极室的流出液送入阳极室,可使浸取剂再生,再生的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 答案精解精析 A组　基础题组 ‎1.D　A项,由图分析可知,阴极室H+得到电子生成H2,所以物质A为H2;B项,Na+为阳离子,可以通过阳离子交换膜向阴极移动;C项,阳极室OH-放电生成O2,同时c(H+)增大,与C结合生成HC;D项,若B是NaCl,则阴极室产物为氢氧化钠和氯化钠的混合液,与题干不符,所以B应为NaOH,增强溶液的导电性。‎ ‎2.D　A项,制备高铁酸钠需要铁在阳极放电,发生氧化反应,即a为铁钉,b为石墨;B项,电解池的阴极为阳离子放电,水电离的H+放电能力强于Na+,故阴极的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-;C项,观察实验现象,碱性越强,越易生成Fe,故高浓度的NaOH溶液有利于发生Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O;D项,若选用饱和NaCl溶液,在阳极Cl-放电能力强于OH-,会更容易产生气体。‎ ‎3.D　根据离子的移动方向可推出,石墨a是阳极,石墨b是阴极;a极发生氧化反应,即2H2O-4e- O2↑+4H+,H+结合S得硫酸;b极H+得电子放出氢气,c(OH-)增大,溶液的pH增大,OH-结合Li+生成LiOH;由得失电子守恒知,电路中通过1 mol电子时,得到1 mol LiOH。‎ ‎4.答案　(1)负　A极金属不断溶解　Cu2++2e- Cu ‎(2)阴　A极上有红色金属析出　Cu-2e- Cu2+　6.4‎ 解析　(1)打开K2,关闭K1,形成原电池,A为负极,锌不断溶解,Zn-2e- Zn2+;B为正极,发生还原反应生成铜,电极反应式为Cu2++2e- Cu。‎ ‎(2)打开K1,关闭K2,形成电解池,B为阳极,电极反应式为Cu-2e- Cu2+;A为阴极,电极反应式为Cu2++2e- Cu,该极上析出金属铜,当有0.2 mol电子转移时,析出铜的质量为 6.4 g。‎ B组　提升题组 ‎5.C　依据题意和装置图可知,电解硫酸亚铁溶液阴极生成铁,阳极生成Fe3+,电解的总反应方程式是3Fe2+ Fe+2Fe3+;阴极的电极反应式是Fe2++2e- Fe,电解一段时间后,阴极附近Fe2+的浓度降低,酸性减弱,pH增大;阳极的电极反应式是Fe2+-e- Fe3+,因此阳极附近滴加硫氰化钾溶液后溶液变红。‎ ‎6.C　A项,通电后形成电解池,在电解质溶液中阳离子移向阴极;B项,阳极上H2O失去电子发生氧化反应,电极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑;C项,bc段溶液的pH减小,则c(H+)增大,所以氢离子的生成速率大于移动速率;D项,Cu2+的得电子能力强于H+,所以bc 段阴极主要发生反应Cu2++2e- Cu。‎ ‎7.答案　(1)ac ‎(2)正　Fe-2e-Fe2+‎ ‎(3)Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O ‎(4)①b ‎②曲线Ⅰ的pH较小,此时Cr(Ⅳ)被还原生成的Cr3+难以生成Cr(OH)3沉淀,仍以Cr3+形式存在于溶液中,导致去除率较低;曲线Ⅳ的pH较大,铬元素主要以Cr形式存在,其氧化能力弱于Cr2,Cr(Ⅳ)难以被还原继而生成沉淀,导致去除率较低 解析　(1)铁屑与焦炭形成原电池,铁作负极,焦炭作正极,主要是Cr2在正极得到电子,因为溶液显酸性,H+也可能在正极得到电子生成氢气,所以焦炭表面可能有气泡。‎ ‎(2)B极生成氢气,因此是阴极,所以A为阳极,连接电源正极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+。‎ ‎(3)B极是阴极,得到电子发生还原反应,因为是酸性环境,则电极反应式为Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O。‎ ‎(4)①由图知,pH=4和pH=6时去除率高,因此电解还原法应采取的最佳pH范围为4~6。‎ ‎8.答案　(1)氧化 ‎(2)CuFeS2-4e- Fe2++2S+Cu2+‎ ‎(3)①通入O2后,发生反应4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,c(Fe2+)降低,c(Fe3+)升高,总反应的平衡正向移动 ‎②a.无明显现象 b.pH=1的0.10 mol·L-1Fe2(SO4)3‎ ‎(4)①Fe3++e- Fe2+ ‎ ‎②Fe2+在阳极失电子生成Fe3+:Fe2+-e- Fe3+,S通过阴离子交换膜进入阳极室,Fe2(SO4)3溶液再生 解析　(1)在反应CuFeS2+4Fe3+ Cu2++5Fe2++2S中,Fe3+转化为Fe2+,铁元素化合价降低,Fe3+作氧化剂,表现氧化性;‎ ‎(2)观察图像知,CuFeS2在负极失去电子,被氧化,负极的电极反应式是CuFeS2-4e- Fe2++2S+Cu2+;‎ ‎(3)①对比实验Ⅰ、Ⅱ,通入空气后,发生反应4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,c(Fe2+)降低,c(Fe3+)升高,总反应的平衡正向移动,故Cu2+浸出率提高;‎ ‎②a.若发生反应ⅰ,则上层清液中无Ag+,加入稀盐酸,溶液中无明显现象;‎ b.若要发生反应ⅱ,则需加入Fe3+,根据实验Ⅲ可知,应加入pH=1的0.10 mol·L-1Fe2(SO4)3溶液。取上层清液,加入稀盐酸,有白色沉淀,说明上层清液中含有Ag+,可证明发生了反应ⅱ;‎ ‎(4)①由于Fe3+的得电子能力强于Cu2+,因此电解初期溶液中的Fe3+在阴极得到电子生成Fe2+;‎ ‎②阴极室的流出液中含有Fe2+,将流出液送入阳极室后,Fe2+在阳极失电子生成Fe3+:Fe2+-e- Fe3+,S通过阴离子交换膜进入阳极室,Fe2(SO4)3溶液再生。‎ 予少家汉东，汉东僻陋无学者，吾家又贫无藏书。州南有大姓李氏者，其于尧辅颇好学。予为儿童时，多游其家，见有弊筐贮故书在壁间，发而视之，得唐《昌黎先生文集》六卷，脱落颠倒无次序，因乞李氏以归。读之，见其言深厚而雄博，然予犹少，未能悉究其义．徒见其浩然无涯，若可爱。‎ ‎ 是时天下学者杨、刘之作，号为时文，能者取科第，擅名声，以夸荣当世，未尝有道韩文者。予亦方举进士，以礼部诗赋为事。年十有七试于州，为有司所黜。因取所藏韩氏之文复阅之，则喟然叹曰：学者当至于是而止尔！因怪时人之不道，而顾己亦未暇学，徒时时独念于予心，以谓方从进士干禄以养亲，苟得禄矣，当尽力于斯文，以偿其素志。‎ ‎ ‎