资源简介 中小学教育资源及组卷应用平台第21讲 电解原理的应用(模块导航)(模块一氯碱工业)1.概念用电解 的方法来制取 ,并以它们为原料生产一系列化工产品的工业,称为氯碱工业。2.原理(1)阳极反应: ( 反应)(2)阴极反应: ( 反应)(3)总反应①化学方程式:②离子方程式:3.现象及检验阴极:有 产生,滴加酚酞——变阳极:有 的气体产生,使湿润的淀粉KI试纸变4.阳离子交换膜的作用(1)将电解池隔成 ,只允许 通过,而阻止 通过(2)既能防止阴极产生的 和阳极产生的 而引起爆炸,又能避免 和 作用生成 而影响烧碱的质量(模块二电镀和电解精炼铜)1.电解精炼铜(1)电极材料:阳极为 ,阴极为 。(2)电解质溶液:含 的盐溶液。(3)电极反应式阳极:Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;阴极: 。④阳极泥的形成粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)在阳极难以失去电子,当阳极上的铜失去电子变成离子之后,它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部,成为 。2.利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。总方程式 阳极、阴极反应式冶炼钠 2Cl--2e-===Cl2↑、2Na++2e-===2Na冶炼镁 2Cl--2e-===Cl2↑、Mg2++2e-===Mg冶炼铝 6O2--12e-===3O2↑、4Al3++12e-===4Al【归纳总结】工业上不能电解熔融MgO、AlCl3制Mg和Al。MgO的熔点较高,MgCl2的熔点较低,工业上电解熔融MgCl2制Mg。由于AlCl3为共价化合物,熔融状态下不导电,所以电解冶炼铝时,电解熔点很高的氧化铝,为降低熔点,加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6);而且电解过程中,阳极生成的氧气与石墨电极反应,所以石墨电极需定期检查并及时更换补充。3.电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他 的方法。实例——电镀铜阳极(铜片): ;阴极(待镀铁件): 。【归纳总结】1.电解或电镀时,电极质量减小的电极必为金属电极——阳极;电极质量增大的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。2.电解精炼铜时,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子变成金属阳离子进入溶液,金属活动性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度会减小。3.电镀时,阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等,电镀液的浓度保持不变。(题型归纳)【题型1 氯碱工业】1.1氯碱工业用离子交换膜法电解饱和食盐水,装置示意图如图。下列说法错误的是A.a为阳极,发生氧化反应生成氯气B.b极的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-C.电解时,Na+穿过离子交换膜进入阳极室D.饱和食盐水从c处进入,淡盐水从d处流出1.2如图是用惰性电极电解足量饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是A.该装置是将电能转化为化学能B.装置中出口①处的物质是氯气,出口②处的物质是氢气C.装置中发生反应的离子方程式为D.电解一段时间后,再加入一定量的盐酸能使电解后的溶液与原来溶液一样1.3某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理,形成如下问题(显示的电极均为石墨)。(1)图1中,电解一段时间后,气球b中的气体是________(填化学式),U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器,可制备“84”消毒液的有效成分,则c为电源的________极;该发生器中反应的总离子方程式为________________________________。(3)氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3所示(其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过)。①燃料电池B中的电极反应式分别为负极:________________________________________________________,正极:________________________________________________________。②分析图3可知,氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%,由大到小的顺序为________。【题型2 电镀、电解精炼】2.1利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt 等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是A.电解时以精铜作阳极B.粗铜接电源的负极,其电极反应是Cu-2e - = Cu2+C.电解后,电解槽底部会形成含少量Fe、Ag、Pt等金属的阳极泥D.以CuSO4溶液为电解质溶液,同时应向电解液中加入硫酸以抑制金属阳离子水解2.2如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图,下列有关叙述不正确的是( )A.电极A是粗铜,电极B是纯铜B.电路中通过1 mol电子,生成32 g铜C.溶液中SO向电极A迁移D.膜B是过滤膜,阻止阳极泥及杂质进入阴极区2.3氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂,利用如图所示装置制备氧化亚铜和精炼铜,已知粗铜中含有铁、碳、锌、银等杂质。下列说法错误的是( )A.乙池中电解后X极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳B.电压过高时,乙中可能会产生有刺激性气味的气体,将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体C.若该装置的能量转化率为80%,则当外电路有1.93×105 C电量通过(法拉第常数F=9.65×104 C·mol-1)时可制得115.2 g的Cu2OD.由图可知装置甲中制备Cu2O的总反应式为2Cu+H2OCu2O+H2↑2.4电解原理在化学工业中有着广泛的应用。如图所示装置中,E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同,A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F极附近溶液呈红色。下列说法不正确的是( )A.用甲装置精炼铜时,C电极材料为粗铜B.乙装置中E电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑C.用丙装置给铜件镀银,当乙中溶液的OH-浓度是0.1 mol·L-1时(此时乙溶液体积为500 mL),丙中镀件上析出银的质量为5.4 gD.电解一段时间后,发现丁中Y极附近溶液红褐色加深,则Fe(OH)3胶体带正电荷【题型3 电冶金】3.1研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,利用图示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法不正确的是( )A.由TiO2制得1 mol金属Ti,理论上外电路转移4 mol电子B.阳极的电极反应式为2O2--4e-===O2↑C.在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量不会减少D.装置中石墨电极材料需要定期更换3.2工业上采用电解氧化铝-冰晶石(Na3AlF6)熔融体的方法冶炼得到金属铝:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。加入冰晶石的作用是________________,两极的电极反应分别是__________________________、_____________________________,在电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是_________ __________。3.3金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知:氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)( )A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-===NiB.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt(模块三分层训练)1.铁钉镀铜的实验如图所示,有关说法不正确的是A.砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污,再用盐酸除锈B.铁钉与直流电源正极相连,铜与直流电源负极相连,将两极平行浸入电镀液中C.在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液,可使镀层光亮D.电镀一段时间后,在铁钉表面可看到光亮的紫红色物质,铜片逐渐变薄2.氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示,下列有关说法不正确的是A.能通过离子交换膜B.产品溶液从口导出C.从口补充饱和溶液D.用盐酸控制阳极区溶液的在2~3,有利于氯气的逸出3.下列关于用铜做电极的叙述错误的是A.铜锌原电池中铜作正极 B.电解食盐水制氯气用铜作阳极C.电解精炼铜中粗铜作阳极 D.金属表面镀铜用铜作阳极4.工业上用电解法精炼粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Zn)的装置如下图。已知:为强酸,的电离方程式为。下列说法正确的是A.Y极材料为粗铅 B.通电过程中,溶液中不变C.通电时,向X极移动 D.阳极泥的成分包括Cu、Ag和Zn5.下列关于电解精炼铜与电镀铜的说法正确的是A.电解精炼铜时,电路中每通过2mol ,阳极质量一定减少64gB.从阳极泥中可提取金、银等贵重金属C.电解精炼铜时,粗铜应与电源正极相连,发生还原反应,电镀铜时,阳极材料一定要是镀层金属D.电镀过程中电镀液无需更换6.三室式电渗析法将含废水处理并得到两种常见的化工产品,原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜。下列叙述正确的是A.阴极附近碱性增强B.阳极区电解质溶液可以是稀溶液C.ab为阴离子交换膜,cd为阳离子交换膜D.若阳极材料为石墨电极,长时间使用不会损耗7.NA代表阿伏加德罗常数的值。下图电路中,电极6增重0.64g时,下列叙述不正确的是A.电极2上析出的气体在标况下的体积为224mLB.电极5质量减少1.08gC.忽略离子的扩散,盐桥中进入左侧AgNO3溶液中数目为0.02NAD.为使装Na2SO4溶液的电解池恢复到电解前状态,需加入H2O的质量为0.18g8.利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度Cu的装置如图所示,下列叙述错误的是A.电极A是粗铜,电极B是纯铜B.电路中通过1 mol电子,溶解32 g粗铜C.溶液中向电极A迁移D.膜A是过滤膜,阻止阳极泥及杂质进入阴极区9.下列指定反应的离子方程式正确的是A.电解氯化镁溶液:B.用铜做电极电解溶液:C.用惰性电极电解溶液:D.电解熔融氧化铝时反应的离子方程式:10.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述错误的是A.电解时以粗铜作阳极B.电解时阳极上金属的放电顺序为Zn、Fe、CuC.精铜连接电源负极,其电极反应为D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥11.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,即保持污水的在5.0~6.0之间,通过电解生成胶体,胶体具有吸附作用,可吸附水中的污物而使其沉淀下来,起到净水的作用,其原理如图所示。下列说法错误的是A.石墨电极上发生还原反应B.通甲烷的电极反应式:C.通空气的电极反应式为D.甲烷燃料电池中向空气一极移动12.一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图),可用于湿法冶铁的研究。电解过程中,下列说法不正确的是A.理论上每消耗,阳极室溶液减少B.阴极区溶液中浓度逐渐升高C.阳极反应:D.理论上每消耗,通过阳离子交换膜的离子的物质的量为13.电化学的发展是化学对人类的一项重大贡献。探究原电池和电解池原理,对生产生活具有重要的意义。(1)利用甲醇燃料电池(甲池)作电源同时电解乙池和丙池。①放电时,向 (填“A极”或“B极”)移动;溶液过量时,甲池中负极的电极反应式为 。②当乙池中C极质量减轻时,甲池中B极理论上消耗的体积为 (标准状况)。③一段时间后,断开电键K,欲使丙池恢复到反应前的浓度,可加入的试剂是 (填化学式)。(2)氯碱工业是高耗能产业,将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节能30%以上,相关物料的传输与转化关系如图所示,其中的电极未标出所用的离子膜都只允许阳离子通过。①图中Y是 (填化学式);X与稀溶液反应的离子方程式为 。②比较图示中氢氧化钠的质量分数a%与b%的大小: 。③若用装置B作为装置A的辅助电源,则每消耗标准状况下氧气时,装置B可向装置A提供的电量约为 (一个的电量为,计算结果精确到0.01)。14.电化学与能源、材料、化工等领域紧密联系,应用广泛.利用N2H4燃料电池电解AgNO3溶液并制备,装置如图所示(均为石墨电极,假设各装置在工作过程中溶液体积不变).(1)工作时,甲装置电极为 (填“正”“负”“阳”或“阴”)极,电极反应式为 。(2)工作时,乙装置中向 (填“”或“Ag”)极移动.(3)若乙装置中溶液体积为400mL,当电极质量增加4.32g时,溶液pH约为 。若将乙装置中两电极调换,一段时间后,溶液浓度将 (填“增大”“减小”或“不变”).(4)丙装置中K、M、L为离子交换膜,其中M膜是 (填“阳离子”“阴离子”或“质子”)交换膜.(5)若甲装置电极上消耗标准状况下2.24L的,理论上丙装置阳极室溶液质量减少 g.21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台第21讲 电解原理的应用(模块导航)(模块一氯碱工业)1.概念用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气,并以它们为原料生产一系列化工产品的工业,称为氯碱工业。2.原理(1)阳极反应:2Cl--2e-===Cl2↑(__氧化__反应)(2)阴极反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-(__还原__反应)(3)总反应①化学方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑②离子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑3.现象及检验阴极:有无色、无味气泡产生,滴加酚酞——变红阳极:有黄绿色、刺激性气味 的气体产生,使湿润的淀粉KI试纸变蓝4.阳离子交换膜的作用(1)将电解池隔成阳极室和阴极室,只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体 通过(2)既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH 作用生成NaClO而影响烧碱的质量(模块二电镀和电解精炼铜)1.电解精炼铜(1)电极材料:阳极为粗铜,阴极为纯铜。(2)电解质溶液:含Cu2+的盐溶液。(3)电极反应式阳极:Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;阴极:Cu2++2e-===Cu。④阳极泥的形成粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)在阳极难以失去电子,当阳极上的铜失去电子变成离子之后,它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部,成为阳极泥。2.利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。总方程式 阳极、阴极反应式冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ 2Cl--2e-===Cl2↑、2Na++2e-===2Na冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 2Cl--2e-===Cl2↑、Mg2++2e-===Mg冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 6O2--12e-===3O2↑、4Al3++12e-===4Al【归纳总结】工业上不能电解熔融MgO、AlCl3制Mg和Al。MgO的熔点较高,MgCl2的熔点较低,工业上电解熔融MgCl2制Mg。由于AlCl3为共价化合物,熔融状态下不导电,所以电解冶炼铝时,电解熔点很高的氧化铝,为降低熔点,加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6);而且电解过程中,阳极生成的氧气与石墨电极反应,所以石墨电极需定期检查并及时更换补充。3.电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。实例——电镀铜阳极(铜片):Cu-2e-===Cu2+;阴极(待镀铁件):Cu2++2e-===Cu。【归纳总结】1.电解或电镀时,电极质量减小的电极必为金属电极——阳极;电极质量增大的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。2.电解精炼铜时,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子变成金属阳离子进入溶液,金属活动性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度会减小。3.电镀时,阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等,电镀液的浓度保持不变。(题型归纳)【题型1 氯碱工业】1.1氯碱工业用离子交换膜法电解饱和食盐水,装置示意图如图。下列说法错误的是A.a为阳极,发生氧化反应生成氯气B.b极的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-C.电解时,Na+穿过离子交换膜进入阳极室D.饱和食盐水从c处进入,淡盐水从d处流出【答案】C【分析】从图中看出,右侧通入水,故c侧通入饱和食盐水;e出口为氢氧化钠溶液,故b为阴极,钠离子通过离子交换膜移向右侧;a电极为阳极,d出口为淡盐水。【解析】A.a为阳极,氯离子失去电子生成氯气,发生氧化反应,A正确;B.b极为阴极,水得电子生成氢气和氢氧根,电极反应为:2H2O+2e-=H2↑+2OH-,B正确;C.电解时,Na+穿过离子交换膜进入阴极室,C错误;D.根据分析,饱和食盐水从c处进入,淡盐水从d处流出,D正确;故选C。1.2如图是用惰性电极电解足量饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是A.该装置是将电能转化为化学能B.装置中出口①处的物质是氯气,出口②处的物质是氢气C.装置中发生反应的离子方程式为D.电解一段时间后,再加入一定量的盐酸能使电解后的溶液与原来溶液一样【答案】D【分析】①是电解池的阳极,装置中出口①处的物质是氯气,②是电解池的阴极,出口②处的物质是氢气,总反应为。【解析】A. 该装置是电解装置,将电能转化为化学能,故A正确;B. ①是电解池的阳极,装置中出口①处的物质是氯气,②是电解池的阴极,出口②处的物质是氢气,故B正确;C. 装置中发生反应生成氢气、氯气和氢氧化钠,离子方程式为,故C正确;D. 从质量守恒的角度,电解产生的氢气和氯气的总质量与两者反应生成的氯化氢一样,电解一段时间后,应通入一定量的气体才能使电解后的溶液与原来溶液一样,故D错误;故选D。1.3某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理,形成如下问题(显示的电极均为石墨)。(1)图1中,电解一段时间后,气球b中的气体是________(填化学式),U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器,可制备“84”消毒液的有效成分,则c为电源的________极;该发生器中反应的总离子方程式为________________________________。(3)氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3所示(其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过)。①燃料电池B中的电极反应式分别为负极:________________________________________________________,正极:________________________________________________________。②分析图3可知,氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%,由大到小的顺序为________。【答案】(1)H2 右(2)负 Cl-+H2OClO-+H2↑(3)①2H2-4e-+4OH-===4H2O O2+4e-+2H2O===4OH- ②b%>a%>c%【解析】(1)图1中,根据电子流向知,左边电极是电解池阳极,右边电极是电解池阴极,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上水放电生成氢气,所以气球a中气体是氯气,气球b中气体是氢气,同时阴极附近有NaOH生成,溶液呈碱性,无色酚酞遇碱变红色,所以U形管右边溶液变红色。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电生成氢气,同时阴极有NaOH生成,氯气和氢氧化钠反应生成NaClO,次氯酸钠具有漂白性,为了使反应更充分,则下边电极生成氯气,上边电极附近有NaOH生成,上边电极生成氢气,为阴极,则c为负极,d为正极,总反应离子方程式为Cl-+H2OClO-+H2↑。(3)①B是燃料电池,右边电极中通入空气,左边通入气体Y,则Y是氢气,则电解池中左边电极是阳极,右边电极是阴极,阳极上氯离子放电,阴极上氢离子放电;燃料电池中通入空气的电极是正极,通入氢气的电极是负极,正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水,负极、正极反应式分别为2H2-4e-+4OH-===4H2O、O2+4e-+2H2O===4OH-。②图3电解池中加入NaOH的目的是增大溶液导电性,通入电解池后生成氢氧化钠,所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度;原电池中,正极上生成氢氧化钠,且其浓度大于加入的氢氧化钠,所以氢氧化钠浓度大小顺序是b%>a%>c%。【题型2 电镀、电解精炼】2.1利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt 等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是A.电解时以精铜作阳极B.粗铜接电源的负极,其电极反应是Cu-2e - = Cu2+C.电解后,电解槽底部会形成含少量Fe、Ag、Pt等金属的阳极泥D.以CuSO4溶液为电解质溶液,同时应向电解液中加入硫酸以抑制金属阳离子水解【答案】D【解析】A.电解时,阳极发生氧化反应,故精铜放在阴极,粗铜放在阳极,A错误;B.粗铜接电源阴极,电极反应式有:、、,B错误;C.电解时,活泼金属发生氧化反应,不活泼金属会沉到底部形成阳极泥。因此,电解槽底部会形成含有Ag、Pt等金属的阳极泥,C错误;D.以CuSO4溶液为电解质溶液,同时向电解液中加入硫酸,因为溶液中存在大量Cu2+和H+,会抑制金属阳离子水解,D正确。故本题选D。2.2如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图,下列有关叙述不正确的是( )A.电极A是粗铜,电极B是纯铜B.电路中通过1 mol电子,生成32 g铜C.溶液中SO向电极A迁移D.膜B是过滤膜,阻止阳极泥及杂质进入阴极区答案 D解析 电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,则电极A为粗铜,电极B为纯铜,A正确;阴极反应式为Cu2++2e-===Cu,当电路中通过1 mol电子时,生成0.5 mol Cu,即生成32 g Cu,B正确;根据电解原理,SO向阳极移动,C正确;阳极泥是阳极区产物,所以膜A为过滤膜,阻止阳极泥及杂质进入阴极区,膜B为阳离子交换膜,D错误。2.3氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂,利用如图所示装置制备氧化亚铜和精炼铜,已知粗铜中含有铁、碳、锌、银等杂质。下列说法错误的是( )A.乙池中电解后X极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳B.电压过高时,乙中可能会产生有刺激性气味的气体,将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体C.若该装置的能量转化率为80%,则当外电路有1.93×105 C电量通过(法拉第常数F=9.65×104 C·mol-1)时可制得115.2 g的Cu2OD.由图可知装置甲中制备Cu2O的总反应式为2Cu+H2OCu2O+H2↑答案 A解析 C电极上H2O→H2,发生还原反应,则C电极为阴极,Cu电极为阳极,X电极为阴极,Y电极为阳极,b为电源正极,a为电源负极。X电极为阴极,Y电极为阳极,电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,所以乙池中电解后Y极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳,A错误;电压过高时,Cl-会在阳极放电生成Cl2,而SO不会放电,将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体,B正确;当外电路有1.93×105 C电量通过时,转移电子的物质的量为=2 mol,该装置的能量转化率为80%,即有2 mol×80%=1.6 mol的电子发生氧化还原反应,则生成Cu2O的物质的量为0.8 mol,其质量为115.2 g,C正确。2.4电解原理在化学工业中有着广泛的应用。如图所示装置中,E、F、X、Y都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同,A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,F极附近溶液呈红色。下列说法不正确的是( )A.用甲装置精炼铜时,C电极材料为粗铜B.乙装置中E电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑C.用丙装置给铜件镀银,当乙中溶液的OH-浓度是0.1 mol·L-1时(此时乙溶液体积为500 mL),丙中镀件上析出银的质量为5.4 gD.电解一段时间后,发现丁中Y极附近溶液红褐色加深,则Fe(OH)3胶体带正电荷答案 D解析 由信息可知,将直流电源接通后,F极附近溶液呈红色,可知氢离子在该电极放电,所以F极是阴极,E极是阳极,则电源电极A是正极,电极B是负极,C极是阳极,D极是阴极,X极是阳极,Y极是阴极。用甲装置精炼铜时,C电极是阳极,电极材料为粗铜,A正确;乙装置中E电极是阳极,Cl-放电,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,B正确;当乙中溶液的OH-浓度是0.1 mol·L-1时(此时乙溶液体积为500 mL)时,根据电极反应2H2O+2e-===H2↑+2OH-,可知生成的OH-的物质的量为0.1 mol·L-1×0.5 L=0.05 mol,转移电子的物质的量为0.05 mol,丙中镀件上析出银的质量m(Ag)=0.05 mol×108 g·mol-1=5.4 g,C正确;Y为阴极,阴极上负电荷较多,电解一段时间后Y极附近溶液红褐色加深,说明Fe(OH)3胶粒带正电荷,Fe(OH)3胶体不带电荷,D错误。【题型3 电冶金】3.1研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,利用图示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法不正确的是( )A.由TiO2制得1 mol金属Ti,理论上外电路转移4 mol电子B.阳极的电极反应式为2O2--4e-===O2↑C.在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量不会减少D.装置中石墨电极材料需要定期更换答案 B解析 钙还原二氧化钛反应的化学方程式为2Ca+TiO2Ti+2CaO,由TiO2制得1 mol金属Ti,消耗2 mol Ca,电解池中阴极反应式为Ca2++2e-===Ca,则生成2 mol Ca外电路中转移4 mol电子,故A正确;阳极上电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑,故B错误;电解池总反应为2CaO+C2Ca+CO2↑,制备金属钛的反应为2Ca+TiO2Ti+2CaO,所以在制备金属Ti前后,CaO的总量不会减少,故C正确;阳极上电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑,C不断被消耗,装置中石墨电极材料需要定期更换,故D正确。3.2工业上采用电解氧化铝-冰晶石(Na3AlF6)熔融体的方法冶炼得到金属铝:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。加入冰晶石的作用是________________,两极的电极反应分别是__________________________、__________________________________,在电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是________________________。答案 作助熔剂,降低熔点 阳极:6O2--12e-===3O2↑ 阴极:4Al3++12e-===4Al 石墨电极被阳极上产生的氧气氧化3.3金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知:氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)( )A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-===NiB.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt【答案】D【解析】电解时,阳极Zn、Fe、Ni失去电子,发生氧化反应,A项错误;因氧化性Ni2+>Fe2+>Zn2+,故阴极反应式为Ni2++2e-===Ni,可见,阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解,而阴极质量增加是因为Ni析出,B项错误;电解后溶液中的阳离子除Fe2+和Zn2+外,还有Ni2+和H+,C项错误。(模块三分层训练)1.铁钉镀铜的实验如图所示,有关说法不正确的是A.砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污,再用盐酸除锈B.铁钉与直流电源正极相连,铜与直流电源负极相连,将两极平行浸入电镀液中C.在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液,可使镀层光亮D.电镀一段时间后,在铁钉表面可看到光亮的紫红色物质,铜片逐渐变薄【答案】B【分析】铁钉镀铜实验,镀件铁钉作为阴极,外接电源负极,b为负极;镀层铜作为阳极,外接电源正极,a为正极。【解析】A.砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污,再用盐酸除锈,A正确;B.据分析,铁钉与直流电源负极相连,铜与直流电源正极相连,将两极平行浸入电镀液中,B错误;C.在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液,可使镀层光亮,C正确;D.电镀一段时间后,在铁钉表面生成铜单质,可看到光亮的紫红色物质,阳极铜片逐渐氧化成离子进入溶液,铜片变薄,D正确;故选B。2.氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示,下列有关说法不正确的是A.能通过离子交换膜B.产品溶液从口导出C.从口补充饱和溶液D.用盐酸控制阳极区溶液的在2~3,有利于氯气的逸出【答案】C【分析】由图可知,与电源正极相连的左侧电极是电解池的阳极,氯离子在阳极发生氧化反应生成氯气,右侧电极为阴极,水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,则a口补充的是精制饱和食盐水、b口补充的是稀氢氧化钠溶液、c口流出的是浓氢氧化钠溶液、d口流出的是淡盐水,电解时钠离子通过离子交换膜由左侧阳极室移向右侧阴极室。【解析】A.由分析可知,电解时钠离子通过离子交换膜由左侧阳极室移向右侧阴极室,故A正确;B.由分析可知,c口流出的是浓氢氧化钠溶液,故B正确;C.由分析可知,b口补充的是稀氢氧化钠溶液,故C错误;D.氯气与水发生反应:Cl2+H2OHCl+HClO,用盐酸控制阳极区溶液的在2~3,溶液中氢离子浓度增大,平衡向逆反应方向移动,有利于氯气的逸出,故D正确;故选C。3.下列关于用铜做电极的叙述错误的是A.铜锌原电池中铜作正极 B.电解食盐水制氯气用铜作阳极C.电解精炼铜中粗铜作阳极 D.金属表面镀铜用铜作阳极【答案】B【解析】A.铜锌原电池中,金属性强于铜的锌作原电池的负极、铜作正极,故A正确;B.电解食盐水制氯气时,应选用惰性电极作电解池的阳极,不能选用铜作阳极,故B错误;C.电解精炼铜中粗铜作精炼池的阳极、纯铜作阴极,故C正确;D.金属表面镀铜用铜作电镀池的阳极,镀件作阴极,故D正确;故选B。4.工业上用电解法精炼粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Zn)的装置如下图。已知:为强酸,的电离方程式为。下列说法正确的是A.Y极材料为粗铅 B.通电过程中,溶液中不变C.通电时,向X极移动 D.阳极泥的成分包括Cu、Ag和Zn【答案】A【分析】电解法精炼粗铅,粗铅作为阳极,与外接直流电正极相连,放在Y极,X为阴极。【解析】A.据分析,Y极为阳极,材料为粗铅,A项正确;B.Zn比Pb活泼,通电过程中由于Zn先放电,阴极上Pb2+先得电子,所以溶液中降低,B项错误;C.通电时,阴离子朝阳极移动,向Y极移动,C项错误;D.Zn会先放电,所以阳极泥的成分不包括Zn,D项错误;故选A。5.下列关于电解精炼铜与电镀铜的说法正确的是A.电解精炼铜时,电路中每通过2mol ,阳极质量一定减少64gB.从阳极泥中可提取金、银等贵重金属C.电解精炼铜时,粗铜应与电源正极相连,发生还原反应,电镀铜时,阳极材料一定要是镀层金属D.电镀过程中电镀液无需更换【答案】B【解析】A.阳极的材料为粗铜,含有的杂质Zn、Fe、Ni等均会放电,因此电路中每通过2mole-,阳极质量不一定减少64g,故A错误;B.阳极的铁和铜等活泼金属失电子,不活泼的金银等金属会沉积在阳极附近,形成阳极泥,故B正确;C.粗铜与电源正极相连,发生氧化反应,在电镀过程中,阳极材料可以是镀层金属,也可以是惰性材料,故C错误;D.电镀过程中如果用待镀金属做阳极,电解液浓度几乎不变,就不需要更换,如果用其他材料做阳极,电镀液需要不断更换,故D错误;故答案选B。6.三室式电渗析法将含废水处理并得到两种常见的化工产品,原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜。下列叙述正确的是A.阴极附近碱性增强B.阳极区电解质溶液可以是稀溶液C.ab为阴离子交换膜,cd为阳离子交换膜D.若阳极材料为石墨电极,长时间使用不会损耗【答案】A【分析】由图可知左侧为阴极区,右侧为阳极区,两膜中间的和可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室,根据电解池“异性相吸”,则通电后通过中间隔室的阴离子交换膜(cd)向阳极迁移,阳极区中水电离出的氢氧根失去电子,氢离子和硫酸根结合形成硫酸得到产品2,同理左侧得到产品1。同时为了增强两极的导电能力,同时不引入新杂质,阴极区应该使用稀溶液,阳极区使用稀硫酸。【解析】A.阴极反应为,因此阴极附近碱性增强,A项正确;B.由分析可知,阳极区电解质溶液可以是稀硫酸溶液,B项错误;C.由分析可知,ab为阳离子交换膜,cd为阴离子交换膜,利于形成产品,C项错误;D.若阳极材料为石墨电极,石墨会因为发生氧化反应而造成损耗,D项错误;故选A。7.NA代表阿伏加德罗常数的值。下图电路中,电极6增重0.64g时,下列叙述不正确的是A.电极2上析出的气体在标况下的体积为224mLB.电极5质量减少1.08gC.忽略离子的扩散,盐桥中进入左侧AgNO3溶液中数目为0.02NAD.为使装Na2SO4溶液的电解池恢复到电解前状态,需加入H2O的质量为0.18g【答案】B【分析】电极6增重,则表明电极6上铜离子得到电子发生还原反应生成铜单质,6为阴极,则b为负极,a为正极,从而得出1、3、5为阳极,2、4、6为阴极。电极6增重0.64g,发生反应Cu2++2e- =Cu,线路中通过电子的物质的量为0.64g÷64g/mol=0.02mol。【解析】A.电极2为阴极,发生反应,线路中通过电子0.02mol,则析出的H2的物质的量为0.01mol,在标况下的体积为224mL,A正确;B.AgNO3溶液中,电极5为阳极,发生反应Ag-e-=Ag+,线路中通过电子0.02mol时,反应Ag0.02mol,减小质量为0.02mol×108g/mol=2.16g,B不正确;C.由B分析可知,生成银离子0.02mol,忽略离子的扩散,盐桥中进入左侧AgNO3溶液中为0.02mol,数目为0.02NA,C正确;D.电解Na2SO4溶液的实质是电解水生成氢气和氧气,线路中通过电子0.02mol时,电解水0.01mol,为使装Na2SO4溶液的电解池恢复到电解前状态,需加入H2O的质量为0.18g,D正确;故选B。8.利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度Cu的装置如图所示,下列叙述错误的是A.电极A是粗铜,电极B是纯铜B.电路中通过1 mol电子,溶解32 g粗铜C.溶液中向电极A迁移D.膜A是过滤膜,阻止阳极泥及杂质进入阴极区【答案】B【解析】A.精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,根据装置图可知,电极A为粗铜,电极B为纯铜,A正确;B.粗铜中含其他活泼金属杂质,也会失电子被溶解,当电路中通过1 mol电子时,溶解的粗铜质量不确定,B错误;C.根据电解原理,向阳极(电极A)移动,C正确;D.膜A为过滤膜,阻止阳极泥及杂质进入阴极区,膜B为阳离子交换膜,D正确;答案选B。9.下列指定反应的离子方程式正确的是A.电解氯化镁溶液:B.用铜做电极电解溶液:C.用惰性电极电解溶液:D.电解熔融氧化铝时反应的离子方程式:【答案】D【解析】A.电解氯化镁溶液的离子反应为,A错误;B.铜作阳极时,铜失电子变成Cu2+,Cl-不参与反应,B错误;C.用惰性电极电解NaCl溶液的离子方程式:,C 错误;D.氧化铝在熔融条件下,能电离成自由移动的离子,则电解熔融氧化铝时反应的离子方程式为,D正确;故选D。10.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述错误的是A.电解时以粗铜作阳极B.电解时阳极上金属的放电顺序为Zn、Fe、CuC.精铜连接电源负极,其电极反应为D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥【答案】C【解析】A.将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯时,粗铜作阳极,精铜连接电源负极作阴极,A正确;B.越活泼的金属,越易失去电子,阳极金属的放电顺序为Zn、Fe、Cu,B正确;C.电解精炼时,精铜连接电源负极,作阴极,电极反应为,C错误;D.Ag、Pt等金属不如铜活泼,沉淀在阳极底部成为阳极泥,D正确;故选C。11.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,即保持污水的在5.0~6.0之间,通过电解生成胶体,胶体具有吸附作用,可吸附水中的污物而使其沉淀下来,起到净水的作用,其原理如图所示。下列说法错误的是A.石墨电极上发生还原反应B.通甲烷的电极反应式:C.通空气的电极反应式为D.甲烷燃料电池中向空气一极移动【答案】D【分析】该装置是以甲烷燃料电池为电源,对污水进行电解处理,根据甲烷燃烧的原理,通甲烷的一极为负极,通氧气的一极为正极,所以铁电极为阳极,石墨为阴极,根据电极上发生的反应,结合溶液中阴阳离子的移动情况进行解答。【解析】A.甲烷燃料电池中通甲烷气体的电极是负极,电解池的石墨电极连接电池的负极,因此,电解池的石墨电极是阴极,发生还原反应,A正确;B.CH4中碳元素为-4价,它在负极上发生氧化反应转化为CO2,碳元素从-4价升高为+4价,一个CH4分子可失去8个电子,由于燃料电池的介质是熔融的碳酸盐,负极的电极反应式为:,B正确;C.甲烷燃料电池中通氧气的电极是正极,O2分子在该极上得到电子发生还原反应,由于介质是熔融的碳酸盐,正极通入氧气与二氧化碳的混合物,因此,正极的电极反应式为:,C正确;D.燃料电池属于原电池,工作时,阴离子向负极迁移,因此,向通甲烷的电极移动,D错误;故选D。12.一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图),可用于湿法冶铁的研究。电解过程中,下列说法不正确的是A.理论上每消耗,阳极室溶液减少B.阴极区溶液中浓度逐渐升高C.阳极反应:D.理论上每消耗,通过阳离子交换膜的离子的物质的量为【答案】A【分析】装置图中右侧为饱和食盐水,右侧电极上生成气体,则右侧为电解池的阳极,氯离子放电生成氯气,电极反应:2Cl--2e-=Cl2↑,左侧电极为阴极,发生还原反应,Fe2O3在碱性条件下转化为Fe,电极反应:Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-,中间为阳离子交换膜,Na+由阳极移向阴极,据此分析判断选项。【解析】A.理论上每消耗1mol Fe2O3,转移6mol电子,生成3mol氯气,同时有6mol Na+由阳极移向阴极,阳极室溶液减少质量=3mol×71g/mol+6mol×23g/mol=351g,故A错误;B.侧电极为阴极,发生还原反应,Fe2O3在碱性条件下转化为Fe,电极反应:Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-,阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高,故B正确;C.右侧为电解池的阳极,氯离子放电生成氯气,阳极反应:2Cl--2e-═Cl2↑,故C正确;D.理论上每消耗1mol Fe2O3,转移6mol电子,有6mol Na+由阳极移向阴极,故D正确;答案选A。13.电化学的发展是化学对人类的一项重大贡献。探究原电池和电解池原理,对生产生活具有重要的意义。(1)利用甲醇燃料电池(甲池)作电源同时电解乙池和丙池。①放电时,向 (填“A极”或“B极”)移动;溶液过量时,甲池中负极的电极反应式为 。②当乙池中C极质量减轻时,甲池中B极理论上消耗的体积为 (标准状况)。③一段时间后,断开电键K,欲使丙池恢复到反应前的浓度,可加入的试剂是 (填化学式)。(2)氯碱工业是高耗能产业,将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节能30%以上,相关物料的传输与转化关系如图所示,其中的电极未标出所用的离子膜都只允许阳离子通过。①图中Y是 (填化学式);X与稀溶液反应的离子方程式为 。②比较图示中氢氧化钠的质量分数a%与b%的大小: 。③若用装置B作为装置A的辅助电源,则每消耗标准状况下氧气时,装置B可向装置A提供的电量约为 (一个的电量为,计算结果精确到0.01)。【答案】(1)①B极 ②280 ③CuO或(2)① ②b%>a% ③【分析】甲醇燃料电池(甲池),A为负极,B为正极,C、E为阳极,D、F为阴极。A为电解池,电解饱和食盐水生成氢气、氯气和氢氧化钠溶液,B为氢氧燃料电池。【解析】(1)①甲醇燃料电池(甲池),放电时,根据“同性相吸”,则向正极即B极移动;溶液过量时,甲池中负极是甲醇变为碳酸根,其电极反应式为;故答案为:B极;。②当乙池中C极质量减轻时,物质的量为0.05mol,转移0.05mol电子,则甲池中B极理论上消耗物质的量为0.0125mol,其标准状况的体积为0.0125mol ×22.4L mol 1 ×1000mL L 1=280mL;故答案为:280。③一段时间后,断开电键K,丙池阳极得到氧气,阴极得到铜单质,溶液不断变为硫酸,欲使丙池恢复到反应前的浓度,可加入的试剂是CuO或;故答案为:CuO或。(2)①电解饱和食盐水得到氯气、氢气和氢氧化钠溶液,B为燃料电池,则Y为氢气,B形成氢氧燃料电池,因此图中Y是;X(氯气)与稀溶液反应的离子方程式为;故答案为:;。②B为氢氧燃料电池,电解质溶液为氢氧化钠溶液,负极是氢气失去电子和氢氧根结合生成水,正极是氧气得到电子和水反应生成氢氧根,因此图示中氢氧化钠的质量分数a%与b%的大小:b%>a%;故答案为:b%>a%。③若用装置B作为装置A的辅助电源,则每消耗标准状况下氧气(物质的量为0.5mol)时,转移2mol电子,则装置B可向装置A提供的电量约为2mol ×NAmol 1 ×=;故答案为:。14.电化学与能源、材料、化工等领域紧密联系,应用广泛.利用N2H4燃料电池电解AgNO3溶液并制备,装置如图所示(均为石墨电极,假设各装置在工作过程中溶液体积不变).(1)工作时,甲装置电极为 (填“正”“负”“阳”或“阴”)极,电极反应式为 。(2)工作时,乙装置中向 (填“”或“Ag”)极移动.(3)若乙装置中溶液体积为400mL,当电极质量增加4.32g时,溶液pH约为 。若将乙装置中两电极调换,一段时间后,溶液浓度将 (填“增大”“减小”或“不变”).(4)丙装置中K、M、L为离子交换膜,其中M膜是 (填“阳离子”“阴离子”或“质子”)交换膜.(5)若甲装置电极上消耗标准状况下2.24L的,理论上丙装置阳极室溶液质量减少 g.【答案】(1)负(2)(3)1 不变(4)阳离子(5)22.2【分析】甲为N2H4燃料电池,通燃料N2H4的为负极,通氧气的为正极,乙为电解池,C3为阳极,Ag为阴极,丙为电解池,C4为阳极,C5为阴极。【解析】(1)甲为N2H4燃料电池,通燃料N2H4的为负极,电极反应式为:;(2)乙为电解池,C3为阳极,Ag为阴极,溶液中阴离子向阳极C3移动;(3)乙装置为电解池,C3为阳极,Ag为阴极,电解池总反应式为:,溶液体积为400mL,当电极质量增加4.32g时,生成的n(HNO3)=0.04mol,,溶液pH约为1;将乙装置中两电极调换,阳极为活性阳极:Ag- e-= Ag+,阴极反应:Ag++e-= Ag,阴阳两极得失电子相等,所以一段时间后,溶液浓度将不变;(4)丙为电解池,C4为阳极,C5为阴极,阴极电极反应式为:,阴极生成带负电荷的OH-,原料室中的Na+经过M膜移向阴极室,M膜是阳离子交换膜;(5)甲为N2H4燃料电池,通氧气的为正极,电极反应式为:,丙为电解池,C4为阳极,其电极反应式为:,阳极室中Ca2+移向产品室中,由电子得失守恒及电荷守恒,可以得出如下关系:,阳极室溶液质量减少为逸出的氯气和移向产品室的Ca2+质量之和,甲装置电极上消耗标准状况下2.24L的即0.1mol,理论上丙装置阳极室溶液质量减少为22.2g。21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)21世纪教育网(www.21cnjy.com) 展开更多...... 收起↑ 资源列表 新高二化学 第21讲 电解原理的应用(学生版).docx 新高二化学 第21讲 电解原理的应用(教师版).docx