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第四章　化学反应与电能
第二节　电解池
第1课时　电解原理
目
录
知识点二　电解规律
课时作业
知识点一　电解原理
即时演练
1.宏观辨识与微观探析:从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。2.证据推理与模型认知:建立对电解过程的系统分析的思维模型,理解电解的规律,会判断电解的产物,会书写电解的电极反应式和总反应式。
核心素养发展目标
一
知识点一　电解原理
1.实验探究(电解CuCl2溶液)
(1)按如图所示装置完成实验,并填写下表。
实验现象 实验结论
电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电,形成________
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层________ __________
与正极相连的a极上有______气味的气体产生,能使湿润的碘化钾淀粉试纸____ ________
闭合回路
红色物质
析出金属铜
刺激性
变蓝
产生氯气
(2)实验原理分析
①CuCl2溶液中存在的离子有____________________,通电前这些离子在溶液中作自由运动。
②通电时在电场的作用下,溶液中的离子作定向运动,即Cl-、OH-移向a极,Cu2+、H+移向b极。
③a极电极反应式是________________,b极电极反应式是_____________,总反应式是CuCl2 Cu+Cl2↑。
(3)结论:电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程。
Cu2+、Cl-、H+、OH-
2Cl--2e- Cl2↑
Cu2++2e- Cu
2.电解和电解池
(1)电解:使电流通过__________________________而在阳极、阴极引起________反应的过程。
(2)电解池:将____转化为______的装置(也称______)。
(3)电解池的电极名称
阴极:与电源____相连的电极,发生____反应;
阳极:与电源____相连的电极,发生____反应。
电解质溶液(或熔融电解质)
氧化还原
电能
化学能
电解槽
负极
还原
正极
氧化
(4)电解池的构成条件
电极
直流电源
闭合回路
(5)电解池的工作原理
接通电路后,电源、金属导线、阴极和阳极与电解质溶液形成闭合回路(如图所示)。
①电流方向:电源正极 金属导线 阳极 电解质溶液 阴极 金属导线 电源负极。
②电子、离子移动方向:在电解质溶液中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动;在外电路中,电子由阳极 正极,负极 阴极。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)电解池的两个电极必须是两个活动性不同的电极。(　 　)
(2)原电池的负极和电解池的阳极均发生氧化反应。(　 　)
(3)电解质溶液的导电实验发生化学变化。(　 　)
(4)电解池中电子的流向是负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极。(　 　)
(5)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现。(　 　)
基础诊断
×
√
√
×
√
1.某同学将电解池工作时电子、离子移动方向及电极种类等信息表示在图中,下列有关分析完全正确的是 (　 　)
B
选项 A B C D
a电极 阳极 阴极 阳极 阴极
d电极 正极 正极 负极 负极
Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子
解析:根据题图知,该装置有外接电源,所以属于电解池,根据电子流向知,c是负极,d是正极,a是阴极,b是阳极,电解时,电解质溶液中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,则Q离子是阳离子,P离子是阴离子,故B正确。
2.如图为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置,则下列说法不正确的是(　 　)
A.电源a极为负极
B.KI-淀粉溶液会变蓝
C.Cl-向电极Ⅱ区域移动
D.电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu-2e- Cu2+
解析:由题图知,电极Ⅱ处生成氯气,为阳极,则b为电源正极,a为电源负极,电极Ⅰ为阴极,电极反应为Cu2++2e- Cu。
D
3.如图所示,A、B、C三个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。
(1)A、B、C三个装置中属于电解池的是____。
解析:A中有自发进行的氧化还原反应:Zn+CuCl2 ZnCl2+Cu,所以为原电池,B、C均有外接电源,为电解池。
BC
(2)A池中Zn是__极,Cu极的电极反应式为__________________。
解析:A池中总反应为Zn+CuCl2 ZnCl2+Cu,所以Zn电极失电子发生氧化反应,为负极;Cu电极上Cu2+得电子生成Cu,电极反应式为Cu2++2e-
Cu。
(3)B池中Pt棒上的电极反应式为________________。B池中的总反应化学方程式为__________________。
解析:B池中Pt电极与电源的正极相连,为阳极,溶液中Cl-在阳极失电子被氧化,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑;C电极为阴极,Cu2+得电子被还原生成铜单质,所以总反应为CuCl2 Cu+Cl2↑。
Cu2++2e- Cu
2Cl--2e- Cl2↑
CuCl2 Cu+Cl2↑
负
(4)C池中Cu极电极反应式为______________。
解析:C池中Cu电极与电源正极相连,为阳极,铜失电子被氧化成Cu2+,电极反应式为Cu-2e- Cu2+。
Cu-2e- Cu2+
电解池的阴极、阳极的判断方法
方法规律
二
知识点二　电解规律
1.电极反应规律
阴极 无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应,发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+
(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阳极 溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中,其放电顺序:活泼金属阳极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-
2.电极反应的书写及电解规律
如图所示为某电解池示意图,请根据下列要求回答相关问题,并总结电解的相关规律。
(1)用惰性电极电解电解质溶液
①电解水型
电解质 特点 含氧酸 可溶性强碱 活泼金属的
含氧酸盐
实例 H2SO4 NaOH Na2SO4
阳极 反应 2H2O-4e- O2↑+4H+ 4OH--4e- O2↑+2H2O 2H2O-4e-
O2↑+4H+
阴极 反应 2H++2e- H2↑ 2H2O+2e- H2↑+2OH-
2H2O O2↑+2H2↑
电解质 特点 含氧酸 可溶性强碱 活泼金属的
含氧酸盐
总反应 __________________
电解过程 中,电极 附近溶液的pH 阳极区:____; 阴极区:____ 阳极区:____; 阴极区:____ 阳极区:____;
阴极区:____
pH 变化 ____ ____ ____
复原物质 加入H2O
减小
增大
减小
增大
减小
增大
减小
增大
不变
②电解电解质型
电解质特点 无氧酸 不活泼金属的无氧酸盐
实例 HCl CuCl2
阳极反应 ________________
阴极反应 ____________ ______________
总反应 ____________________ ____________________
pH变化 ____ 略微增大
复原物质 加入______ 加入________
2Cl--2e- Cl2↑
2H++2e- H2↑
Cu2++2e- Cu
2Cl-+2H+ Cl2↑+H2↑
2Cl-+Cu2+ Cl2↑+Cu
增大
HCl
CuCl2
③放H2生碱型和放O2生酸型
电解质特点 活泼金属的无氧酸盐 不活泼金属的含氧酸盐
实例 NaCl CuSO4
阳极反应 ________________ ____________________
阴极反应 _____________________ ______________________
2Cl--2e- Cl2↑
2H2O-4e- O2↑+4H+
2H2O+2e- H2↑+2OH-
Cu2++2e- Cu
2H2O+2Cu2+ 2Cu+
电解质特点 活泼金属的无氧酸盐 不活泼金属的含氧酸盐
实例 NaCl CuSO4
总反应 ____________________________ ______________________________
电解过程中, 电极附近溶 液的pH 阳极区:一开始不变,后来增大; 阴极区:____ 阳极区:____;
阴极区:一开始几乎不变,后来pH不断减小
pH变化 ____ ____
复原物质 加入______ 加入_______________
2H2O+2Cl- Cl2↑+H2↑+2OH-
O2↑+4H+
增大
减小
增大
减小
HCl
CuO(或CuCO3)
(2)电极为活性电极(如Cu作电极)
电解质溶液 H2SO4 CuSO4
阳极反应 ______________ ______________
阴极反应 _______________ __________________
总反应 _____________________ -
Cu-2e- Cu2+
Cu-2e- Cu2+
2H++2e- H2↑
Cu2++2e- Cu
2H++Cu H2↑+Cu2+
用如图装置电解稀硫酸、CuCl2的混合液。
问题探究
(1)最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是什么
惰性电极电解稀硫酸、CuCl2的混合液,阳离子氧化性:Cu2+>H+,电极反应为Cu2++2e- Cu;阴离子还原性:Cl->OH->S,电极反应为2Cl--2e- Cl2↑,所以最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是Cu和Cl2。
(2)若将原溶液换为稀盐酸与CuSO4,最初一段时间两极产生的物质有无变化 为什么
无变化。稀盐酸与CuSO4混合液中离子与原溶液相同,故最初一段时间两极产生的物质与原溶液相同。
电解池中电极反应书写的3个关键点
(1)书写电解池中电极反应时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应时,弱电解质一定要写成化学式。
(2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物,然后根据“阴(极)得(e-)阳(极)失(e-)”加上得失电子数目,最后根据电解质溶液酸碱性补上H+、OH-或H2O,依据电荷守恒配平。
(3)要确保两极得失电子数目相等,且总反应注明条件“电解”。
归纳提升
1.下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(　 　)
A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
解析:电解HCl、CuCl2溶液就是电解电解质本身,电解NaBr、CuSO4溶液时,电解质、水均被电解,故C正确。
C
2.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内的物质),能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　 　)
A.AgNO3[AgNO3] B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl] D.CuSO4[Cu(OH)2]
B
解析:4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3,脱离反应体系的物质是4Ag + O2,相当于2Ag2O,所以应当加入适量Ag2O才能复原(加入AgNO3,会使N的量增加)。2H2O 2H2↑+O2↑,脱离反应体系的是2H2+O2,相当于2H2O,加入适量水可以复原。2KCl+2H2O 2KOH+ H2↑ +Cl2↑,脱离反应体系的是H2+Cl2,相当于2HCl,应通入适量HCl气体才能复原。2CuSO4+2H2O
2H2SO4+2Cu+O2↑,脱离反应体系的是2Cu+O2,相当于2CuO,加入适量CuO或CuCO3可以复原。故选B。
3.用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液,下列说法中不正确的是(　 　)
A.阴极发生的电极反应为Cu2++2e- Cu
B.阳极发生的电极反应为4OH--4e- 2H2O+O2↑
C.若有6.4 g金属Cu析出,放出的O2为0.05 mol
D.恰好电解完时,加入一定量的Cu(NO3)2溶液可恢复到原来的浓度
D
解析:用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液时,阴极发生得到电子的还原反应,Cu(NO3)2足量,Cu2+放电,则阴极的电极反应为Cu2++2e- Cu,A正确;阳极上发生失去电子的氧化反应,溶液中的OH-放电,阳极上的电极反应式为4OH--4e- 2H2O+O2↑,B正确;若有6.4 g即0.1 mol金属Cu析出,转移0.2 mol电子,根据得失电子守恒可知阳极放出的O2的物质的量为0.2 mol÷4=0.05 mol,C正确;由于Cu(NO3)2足量,根据生成物是硝酸、氧气和铜可知,恰好电解完时,加入一定量的CuO可恢复到原来的浓度,D错误。
电解后溶液pH的变化规律及电解质溶液的复原
(1)电极区域:①当阴极是由H+放电产生H2时,阴极区pH变大。②当阳极是由OH-放电产生O2时,阳极区pH变小。
(2)电解质溶液:①电解过程中,既产生H2,又产生O2,实质是电解水,溶液浓度增大(饱和溶液除外),因而原溶液若呈酸性,则pH变小;原溶液若呈碱性,则pH变大;原溶液若呈中性,则pH不变。②电解过程中,无H2和O2产生,pH几乎不变。③电解过程中,只产生H2,溶液中OH-浓度增大,pH变大。④电解过程中,只产生O2,溶液中H+浓度增大,pH变小。
(3)对于电解质溶液复原的问题,不仅要求溶质不变,还要注意溶质的浓度也不变。恢复电解质溶液,应遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原则。
方法规律
三
即时演练
D
1.下列关于电解池工作原理的说法错误的是(　 　)
A.一种将电能转化成化学能的装置
B.电解池中的阳极与直流电源的正极相连
C.电解池工作时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应
D.与原电池不同,电解池放电时,电极本身不会参加电极反应
解析:电解池是将电能转化成化学能的装置;电解池中阳极与直流电源的正极相连,阴极与直流电源的负极相连;电解池工作时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,A、B、C正确;电解池放电时,活性阳极会参加电极反应,D错误。
C
2.下列关于如图所示①②两个装置的叙述,正确的是(　 　)
A.装置名称:①是原电池,②是电解池
B.硫酸浓度变化:①减小,②增大
C.①中阳极电极反应式:2H2O-4e- 4H++O2↑;②中负极电极反应式:Zn -2e- Zn2+
D.离子移动方向:①中H+向阴极方向移动,②中H+向负极方向移动
解析:①有外加电源,为电解池,②无外加电源,构成了锌铜原电池,A错误;装置①中电解稀硫酸,实质是电解水,硫酸浓度增大,②为锌铜原电池,正极不断消耗H+,硫酸浓度减小,B错误;①中阳极上水电离出的OH-发生反应生成氧气:2H2O-4e- 4H++O2↑,②中Zn为负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,C正确;电解池工作时,阳离子向阴极移动,原电池工作时,阳离子向正极移动,则①中H+向阴极方向移动,②中H+向正极方向移动,D错误。
B
3.利用活性石墨电极电解饱和食盐水,进行如图所示实验,M为直流电源。闭合K1,一段时间后b处出现了蓝色,下列说法正确的是(　 　)
A.a处布条褪色,说明Cl2具有漂白性
B.c处应该使用浸有浓NaOH溶液的棉花
C.U形管右侧电势高于左侧电势
D.一段时间后断开K1,立刻闭合K2,电流表不发生偏转
解析:根据题图中装置和题干信息,一段时间后b处出现了蓝色,说明产生了Cl2,Cl2将I-氧化为碘单质,因此左侧为阳极,电极反应为2Cl--2e-
Cl2↑,右侧为阴极,电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,总反应为2NaCl+2H2O H2↑+2NaOH+Cl2↑。左侧生成氯气,氯气遇到水生成的HClO具有漂白性,则a处布条褪色,说明HClO具有漂白性,故A错误;c处应该使用浸有浓NaOH溶液的棉花,可以吸收产生的氯气,避免污染空气,故B正确;阳极电势高于阴极电势,因此左侧电势高于右侧电势,故C错误;由于电解时,阳极产生了氯气,阴极产生了H2,因此一段时间后断开K1,立刻闭合K2,此时构成氢氯燃料电池,产生电流,电流表发生偏转,故D错误。
D
4.用惰性电极进行电解,下列说法正确的是 (　 　)
A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀NaOH溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解Na2SO4溶液,在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为
1︰2
D.电解CuCl2溶液,在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为1︰1
解析:电解稀硫酸时,实质上是电解水,溶剂的质量减少,溶质的质量不变,所以H+的浓度增大,溶液的pH变小,A项错误;电解稀NaOH溶液时,实质上是电解水,溶剂的质量减少,溶质的质量不变,所以OH-的浓度增大,溶液的pH变大,B项错误;电解Na2SO4溶液时,实质上是电解水,阴极上H+得电子生成氢气,阳极上OH-失电子生成氧气,根据得失电子守恒,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2︰1,C项错误;电解CuCl2溶液时,阴极上Cu2+得电子生成铜,阳极上Cl-失电子生成氯气,根据得失电子守恒,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1︰1,D项正确。
5.为了加深对电解规律的理解,某同学做了以下探究,要求从H+、Cu2+、Na+、S、Cl- 5种离子中两两组成恰当的电解质,按下列要求进行电解:
(1)以碳棒为电极,电解过程中电解质质量减少,水量不变,则采用的电解质是_____________。若要恢复到电解前的状态,应加入的物质是________________。
解析:以碳棒为电极,电解过程中电解质质量减少,水量不变,则阳离子只能为H+、Cu2+,阴离子只能是Cl-,其电解质是HCl、CuCl2。
HCl、CuCl2
HCl、CuCl2
(2)以碳棒为电极,电解过程中电解质质量不变,水量减少,则采用的电解质是________________。若要恢复到电解前的状态,应加入的物质是____。
解析:实质上是电解水,H+、OH-分别在两极上放电,因此,其电解质是Na2SO4、H2SO4。
(3)以碳棒为阳极,铁棒为阴极,电解过程中电解质和水量都减少,则电解质是__________________。若要恢复到电解前的状态,应加入的物质是________________________。
解析:电解质是CuSO4,2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑,若恢复到原状态,可加入CuO,也可加入CuCO3。电解质是NaCl,2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,要恢复到原状态,可通入HCl。
Na2SO4、H2SO4
H2O
CuSO4、NaCl
CuO或CuCO3、HCl
四
课时作业26
C
1.(3分)如图所示装置中,属于电解池的是 (　 　)
解析:装置A、B、D中无直流电源,且装置D中不能形成闭合回路,故A、B、D不属于电解池。
B
2.(3分)在某电解质溶液里,用M和N作电极,通电一段时间后,发现M极质量减小,N极质量增大,符合这一情况的是 (　 　)
A.电解质溶液是稀硫酸
B.M是阳极,N是阴极
C.M和N都是石墨电极
D.M是阴极,N是阳极
解析:由题干信息可知,M极为阳极,N极为阴极,B符合题意,D不符合题意。电解稀硫酸,阴极发生还原反应放出氢气,N极质量不变,A不符合题意。如果M和N均是石墨电极,M极质量不会减小,C不符合题意。
3. (3分)如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是(　 　)
A.a为负极、b为正极
B.a为阳极、b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,Cl-浓度不变
解析:电流从电源的正极流出,因此a为正极,b为负极,则c为阳极,d为阴极。电解CuCl2溶液的电极反应分别为阳极(c电极):2Cl--2e- Cl2↑,阴极(d电极):Cu2++2e- Cu,故C项正确。
C
C
4.(3分)中国科学家开发了一种从空气中提取水制取H2的新技术,即利用太阳能、风能等绿色能源驱动电解槽装置吸收空气中的水分并将获得的水分解成H2和O2。下列说法正确的是 (　 　)
A.该装置工作时仅涉及两种能量转化
B.阳极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑
C.该装置获得H2、O2的物质的量之比为2︰1
D.该装置工作时阳离子向阳极迁移
解析:该装置工作时涉及风能转化为电能、太阳能转化为电能以及电能再转化为化学能等能量转化,故A错误;阳极水失去电子转化为氧气,电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,故B错误;该装置分解水的总反应为2H2O
O2↑+2H2↑,获得H2、O2的物质的量之比为2︰1,故C正确;电解池工作时阳离子向阴极迁移,故D错误。
5.(3分)用惰性电极电解下列溶液(足量),电解一段时间后加适量水,溶液能恢复至电解前状态的是 (　 　)
A.CuCl2溶液 B.AgNO3溶液
C.H2SO4溶液 D.KCl溶液
解析:用惰性电极电解CuCl2溶液时,阴极析出Cu,阳极生成Cl2,要使溶液复原应加入适量CuCl2,A错误;用惰性电极电解AgNO3溶液时,阴极析出Ag,阳极生成O2,要使溶液复原应加入适量Ag2O,B错误;用惰性电极电解H2SO4溶液时,阳极生成O2,阴极生成H2,相当于电解水,要使溶液复原应加入适量水,C正确;用惰性电极电解KCl溶液时,生成KOH、H2、Cl2,要使溶液复原应通入适量HCl气体,D错误。
C
D
6.(3分)将图1所示装置中的盐桥(琼脂—饱和KCl溶液)换成铜导线与石墨棒连接得到图2所示装置,发现电流计指针仍然有偏转。下列说法正确的是 (　 　)
A.图1中,铁棒质量减少5.6 g,则乙池CuCl2溶液的质量减少6.4 g
B.图2丙池中石墨c电极附近pH减小
C.图1中的石墨电极与图2中丁池石墨b电极的电极反应式相同
D.图2中电流方向为石墨c→铜丝→石墨b→石墨a→电流计→Fe
解析:题图1为原电池装置,题图2为电解池装置,丙中铁作负极,石墨c作正极。题图1中,铁棒作负极,铁棒质量减少5.6 g,即0.1 mol,则失去0.2 mol电子,乙池CuCl2溶液中消耗0.1 mol Cu2+(6.4 g)得0.2 mol电子,但盐桥中有K+向乙烧杯中移动,乙池CuCl2溶液的减少质量小于6.4 g,A错误。题图2丙池发生吸氧腐蚀,正极电极反应式:O2+4e-+2H2O 4OH-,pH增大,B错误。题图1中的石墨电极作原电池正极,Cu2+发生还原反应生成铜;题图2中丁池石墨b电极为电解池阳极,Cl-发生氧化反应生成氯气,C错误。题图2中电流方向为石墨c→铜丝→石墨b→石墨a→电流计→Fe,D正确。
7.(3分)用惰性电极电解CuSO4溶液,一段时间后停止电解,往电解后的电解液中加入22.2 g Cu2(OH)2CO3,充分反应后,电解液恢复到电解前状态,下列说法错误的是 (　 　)
A.阳极产生的气体只有一种
B.电路中共转移0.4 mol电子
C.相同条件下,阴、阳两极生成的气体体积比为2︰3
D.电解过程中,阴极析出铜的总质量为12.8 g
B
解析:22.2 g Cu2(OH)2CO3的物质的量为0.1 mol,电解CuSO4溶液后溶液呈酸性,向电解后的溶液中加入Cu2(OH)2CO3能恢复原溶液,Cu2(OH)2CO3和硫酸反应生成CuSO4、水和CO2:Cu2(OH)2CO3+ 2H2SO4 2CuSO4+3H2O+CO2↑,0.1 mol Cu2(OH)2CO3和硫酸反应生成0.2 mol CuSO4、0.3 mol水和0.1 mol CO2。电解CuSO4溶液第一阶段:2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4、第二阶段:2H2O
2H2↑+O2↑。阳极产生的气体只有一种,为氧气,故A正确;参与反应的CuSO4的物质的量为0.2 mol,转移电子0.4 mol,参与2H2O 2H2↑
+O2↑反应的水的物质的量为0.3 mol-0.2 mol=0.1 mol,转移0.2 mol电子,
电路中共转移0.6 mol电子,故B错误;参与反应的CuSO4的物质的量为0.2 mol,生成氧气的物质的量为0.1 mol,参与2H2O 2H2↑+O2↑反应的水的物质的量为0.1 mol,生成氢气的物质的量为0.1 mol、氧气的物质的量为0.05 mol,相同条件下,阴、阳两极生成的气体体积比为2︰3,故C正确;电解过程中,参与反应的CuSO4的物质的量为0.2 mol,阴极析出铜的总质量为0.2 mol×64 g/mol=12.8 g,故D正确。
D
8.(3分)如图为CO2电甲烷化的装置图(MEC),其利用微生物催化驱动工作,该生物电催化技术既有助于降低温室效应,也可处理有机废水。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法不正确的是(　 　)
A.b电极为MEC的阴极
B.若b电极转化1.5 mol CO2,装置中转移的电子数是12NA
C.MEC工作时,质子将从a电极室向b电极室迁移
D.b电极发生的反应为CO2+8e-+6H2O CH4+8OH-
解析:b电极CO2得电子发生还原反应生成CH4,为MEC的阴极,A正确;b电极发生反应CO2-8e-+8H+ CH4+2H2O,若转化1.5 mol CO2,装置中转移12 mol电子,即转移电子数为12NA,B正确,D错误;MEC工作时,b是阴极,质子将从a电极室向b电极室迁移,C正确。
9.(3分)5N(表示纯度)高纯铜作为现代尖端领域的基础材料,与常规的4N铜相比,拥有更低的电阻率、更高的导热性能等。以4N铜为原料,H2O2-硝酸体系为电解质,电解液pH=1,制备5N高纯铜的原理如图。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是(　 　)
A.4N铜应连接电源的正极
B.阴极的副反应为N+H2O
C.每生成64 g铜,电路中转移的电子数为2NA
D.H2O2的加入可在一定程度上维持N的浓度
C
解析:题图中4N钛板电极附近,N
、铜单质,4N钛板电极为阴极,则4N铜在电解池中失电子发生氧化反应,4N铜电极为阳极,应连接化学电源的正极,A正确;当生成64 g铜(1 mol)时,铜元素的化合价:+2价→0价,转移2 mol电子,但阴极还存在N的副反应,实际电路中转移的电子数大于2NA,C错误;H2O2具有氧化性,可将副反应产生的N,从而可以在一定程度上维持N的浓度,D正确。
10.(3分)电解脱硫的基本原理如图所示,下列有关说法错误的是(　 　)
A.阴极电极反应为2H++2e- H2↑
B.生成1 mol Fe3+,消耗15 mol Mn3+
C.电解过程中混合溶液的pH增大
D.电解过程中OH-向石墨a电极移动
C
解析:由题图可知,石墨a为阳极,石墨b为阴极,Mn3+将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3+和S。石墨b为阴极,电极反应为2H++2e-
H2↑,A正确;根据反应:FeS2+15Mn3++8H2O Fe3++15Mn2+ +2S +16H+可知,生成1 mol Fe3+,消耗15 mol Mn3+,B正确;根据电极反应式和溶液中的反应可知,溶液中H+浓度在增大,电解过程中混合溶液的pH减小,C错误;石墨a电极为阳极,电解过程中OH-向石墨a电极移动,D正确。
11.(12分)如图所示是一个用石墨作电极,电解稀MgSO4溶液的装置,电解液中已加入指示剂,此时溶液呈红色(指示剂变色的pH范围是6.8~8.0,酸性溶液中呈红色,碱性溶液中呈黄色)。
回答下列问题:
(1)在电解过程中,A极附近溶液由红色变为黄色的原因是______________ _____________________________________。
解析:电解时,A为阴极,A极上H+放电生成氢气,同时电极附近有OH-生成,溶液呈碱性,溶液呈黄色。
(2)B极发生的电极反应式为______________________,检验b管中气体的方法是_____________________________________________。
解析:B为阳极,B管中OH-放电生成氧气,电极反应式为4OH--4e- O2↑ +2H2O,b管中收集的气体是氧气,氧气具有助燃性,其检验方法将带火星的木条放置于试管口,观察到木条复燃。
A极电极附近有OH-生成,溶液呈碱性,使指示剂呈黄色
4OH--4e- O2↑+2H2O
将带火星的木条放置于b试管口,观察到木条复燃
(3)电解一段时间后,MgSO4溶液的物质的量浓度____(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:电解MgSO4溶液相当于电解水,电解一段时间后,MgSO4溶液的物质的量浓度增大。
增大
(4)当a管收集到1.12 L气体时(标准状况),则:
①b管收集气体的质量为______ g。
②理论上电路中通过的电子的物质的量为______ mol。
解析:a管收集到1.12 L氢气,标准状况下物质的量为0.05 mol,每生成1 mol氢气转移2 mol电子,理论上生成0.05 mol氢气转移0.1 mol电子,b管收集的气体是氧气,根据电极反应式:4OH--4e- 2H2O+O2↑,每生成1 mol氧气转移4 mol电子,则生成0.025 mol氧气,b管收集气体的质量为0.025 mol×32 g/mol=0.8 g。
0.8
0.1
12.(13分)某兴趣小组以甲烷燃料电池为电源研究有关电化学的问题。
(1)甲池中,通入甲烷一极的电极反应式为__________________________ _____________。
解析:甲池为燃料电池,乙、丙、丁池为电解池;甲烷发生氧化反应,通甲烷的一极为负极,通氧气的一极为正极。则A为阳极,B为阴极,C为阳极,D为阴极,Cu为阳极,Ti为阴极。甲池中甲烷发生氧化反应,其中C的化合价由-4价升高到+4价,失去电子,最后变成C,电极反应式为CH4-8e-+10OH- C+7H2O。
CH4-8e-+10OH-
C+7H2O
(2)乙池中,总的化学方程式为__________________________________。
解析:乙池为电解池,阴极为H2O放电生成氢气和OH-,阳极为Cl-放电生成Cl2,总的化学方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。
(3)丙池中反应一段时间后,溶液中c(Ag+)将____(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:丙池为电解池,阴极为Ag+放电生成Ag,阳极为Ag放电生成Ag+,故反应一段时间后,溶液中Ag+的浓度不变。
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
不变
(4)丁池中,利用离子交换膜控制电解液中c(OH-)来制备纳米Cu2O,离子交换膜为阴离子交换膜,只允许阴离子通过,阴离子移动方向为________(填“从左往右”或“从右往左”)。Cu电极的电极反应式为________________________________。
解析:丁池为电解池,且Cu为阳极,阴离子移向阳极移动,故OH-从右往左移动;阳极上Cu失电子发生氧化反应生成纳米Cu2O,电极反应式为2Cu+2OH--2e- Cu2O+H2O。
从右往左
2Cu+2OH--2e- Cu2O+H2O
Thank you
本课结束第二节　电解池
第1课时　电解原理
1.宏观辨识与微观探析:从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。2.证据推理与模型认知:建立对电解过程的系统分析的思维模型,理解电解的规律,会判断电解的产物,会书写电解的电极反应式和总反应式。
知识点一　电解原理
1.实验探究(电解CuCl2溶液)
(1)按如图所示装置完成实验,并填写下表。
实验现象 实验结论
电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电,形成闭合回路
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生氯气
(2)实验原理分析
①CuCl2溶液中存在的离子有Cu2+、Cl-、H+、OH-,通电前这些离子在溶液中作自由运动。
②通电时在电场的作用下,溶液中的离子作定向运动,即Cl-、OH-移向a极,Cu2+、H+移向b极。
③a极电极反应式是2Cl--2e-Cl2↑,b极电极反应式是Cu2++2e-Cu,总反应式是CuCl2Cu+Cl2↑。
(3)结论:电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程。
2.电解和电解池
(1)电解:使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。
(2)电解池:将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。
(3)电解池的电极名称
阴极:与电源负极相连的电极,发生还原反应;
阳极:与电源正极相连的电极,发生氧化反应。
(4)电解池的构成条件
(5)电解池的工作原理
接通电路后,电源、金属导线、阴极和阳极与电解质溶液形成闭合回路(如图所示)。
①电流方向:电源正极金属导线阳极电解质溶液阴极金属导线电源负极。
②电子、离子移动方向:在电解质溶液中,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动;在外电路中,电子由阳极正极,负极阴极。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)电解池的两个电极必须是两个活动性不同的电极。 (　×　)
(2)原电池的负极和电解池的阳极均发生氧化反应。(　√　)
(3)电解质溶液的导电实验发生化学变化。 (　√　)
(4)电解池中电子的流向是负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极。(　×　)
(5)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现。(　√　)
1.某同学将电解池工作时电子、离子移动方向及电极种类等信息表示在图中,下列有关分析完全正确的是 (　B　)
选项 A B C D
a电极 阳极 阴极 阳极 阴极
d电极 正极 正极 负极 负极
Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子
解析:根据题图知,该装置有外接电源,所以属于电解池,根据电子流向知,c是负极,d是正极,a是阴极,b是阳极,电解时,电解质溶液中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,则Q离子是阳离子,P离子是阴离子,故B正确。
2.如图为用惰性电极电解CuCl2溶液并验证其产物的实验装置,则下列说法不正确的是 (　D　)
A.电源a极为负极
B.KI-淀粉溶液会变蓝
C.Cl-向电极Ⅱ区域移动
D.电极Ⅰ上发生的电极反应为Cu-2e-Cu2+
解析:由题图知,电极Ⅱ处生成氯气,为阳极,则b为电源正极,a为电源负极,电极Ⅰ为阴极,电极反应为Cu2++2e-Cu。
3.如图所示,A、B、C三个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。
(1)A、B、C三个装置中属于电解池的是BC。
(2)A池中Zn是负极,Cu极的电极反应式为Cu2++2e-Cu。
(3)B池中Pt棒上的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑。B池中的总反应化学方程式为CuCl2Cu+Cl2↑。
(4)C池中Cu极电极反应式为Cu-2e-Cu2+。
解析:(1)A中有自发进行的氧化还原反应:Zn+CuCl2ZnCl2+Cu,所以为原电池,B、C均有外接电源,为电解池。(2)A池中总反应为Zn+CuCl2ZnCl2+Cu,所以Zn电极失电子发生氧化反应,为负极;Cu电极上Cu2+得电子生成Cu,电极反应式为Cu2++2e-Cu。(3)B池中Pt电极与电源的正极相连,为阳极,溶液中Cl-在阳极失电子被氧化,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑;C电极为阴极,Cu2+得电子被还原生成铜单质,所以总反应为CuCl2Cu+Cl2↑。(4)C池中Cu电极与电源正极相连,为阳极,铜失电子被氧化成Cu2+,电极反应式为Cu-2e-Cu2+。
电解池的阴极、阳极的判断方法
知识点二　电解规律
1.电极反应规律
阴极 无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应,发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阳极 溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中,其放电顺序:活泼金属阳极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-
2.电极反应的书写及电解规律
如图所示为某电解池示意图,请根据下列要求回答相关问题,并总结电解的相关规律。
(1)用惰性电极电解电解质溶液
①电解水型
电解质 特点 含氧酸 可溶性强碱 活泼金属的 含氧酸盐
实例 H2SO4 NaOH Na2SO4
阳极 反应 2H2O-4e-O2↑+4H+ 4OH--4e-O2↑+2H2O 2H2O-4e-O2↑+4H+
阴极 反应 2H++2e-H2↑ 2H2O+2e-H2↑+2OH-
总反应 2H2OO2↑+2H2↑
电解过程 中,电极 附近溶液 的pH 阳极区:减小; 阴极区:增大 阳极区:减小; 阴极区:增大 阳极区:减小; 阴极区:增大
pH 变化 减小 增大 不变
复原物质 加入H2O
②电解电解质型
电解质特点 无氧酸 不活泼金属的无氧酸盐
实例 HCl CuCl2
阳极反应 2Cl--2e-Cl2↑
阴极反应 2H++2e-H2↑ Cu2++2e-Cu
总反应 2Cl-+2H+Cl2↑+H2↑ 2Cl-+Cu2+Cl2↑+Cu
pH变化 增大 略微增大
复原物质 加入HCl 加入CuCl2
③放H2生碱型和放O2生酸型
电解质特点 活泼金属的无氧酸盐 不活泼金属的含氧酸盐
实例 NaCl CuSO4
阳极反应 2Cl--2e-Cl2↑ 2H2O-4e-O2↑+4H+
阴极反应 2H2O+2e-H2↑+2OH- Cu2++2e-Cu
总反应 2H2O+2Cl-Cl2↑+H2↑+2OH- 2H2O+2Cu2+2Cu+O2↑+4H+
电解过程中, 电极附近溶 液的pH 阳极区:一开始不变,后来增大; 阴极区:增大 阳极区:减小; 阴极区:一开始几乎不变,后来pH不断减小
pH变化 增大 减小
复原物质 加入HCl 加入CuO(或CuCO3)
(2)电极为活性电极(如Cu作电极)
电解质溶液 H2SO4 CuSO4
阳极反应 Cu-2e-Cu2+ Cu-2e-Cu2+
阴极反应 2H++2e-H2↑ Cu2++2e-Cu
总反应 2H++CuH2↑+Cu2+ -
用如图装置电解稀硫酸、CuCl2的混合液。
(1)最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是什么
惰性电极电解稀硫酸、CuCl2的混合液,阳离子氧化性:Cu2+>H+,电极反应为Cu2++2e-Cu;阴离子还原性:Cl->OH->S,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,所以最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是Cu和Cl2。
(2)若将原溶液换为稀盐酸与CuSO4,最初一段时间两极产生的物质有无变化 为什么
无变化。稀盐酸与CuSO4混合液中离子与原溶液相同,故最初一段时间两极产生的物质与原溶液相同。
电解池中电极反应书写的3个关键点
(1)书写电解池中电极反应时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应时,弱电解质一定要写成化学式。
(2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物,然后根据“阴(极)得(e-)阳(极)失(e-)”加上得失电子数目,最后根据电解质溶液酸碱性补上H+、OH-或H2O,依据电荷守恒配平。
(3)要确保两极得失电子数目相等,且总反应注明条件“电解”。
1.下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(　C　)
A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
解析:电解HCl、CuCl2溶液就是电解电解质本身,电解NaBr、CuSO4溶液时,电解质、水均被电解,故C正确。
2.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内的物质),能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是 (　B　)
A.AgNO3[AgNO3] B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl] D.CuSO4[Cu(OH)2]
解析:4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3,脱离反应体系的物质是4Ag+O2,相当于2Ag2O,所以应当加入适量Ag2O才能复原(加入AgNO3,会使N的量增加)。2H2O 2H2↑+O2↑,脱离反应体系的是2H2+O2,相当于2H2O,加入适量水可以复原。2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑,脱离反应体系的是H2+Cl2,相当于2HCl,应通入适量HCl气体才能复原。2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑,脱离反应体系的是2Cu+O2,相当于2CuO,加入适量CuO或CuCO3可以复原。故选B。
3.用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液,下列说法中不正确的是(　D　)
A.阴极发生的电极反应为Cu2++2e-Cu
B.阳极发生的电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑
C.若有6.4 g金属Cu析出,放出的O2为0.05 mol
D.恰好电解完时,加入一定量的Cu(NO3)2溶液可恢复到原来的浓度
解析:用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液时,阴极发生得到电子的还原反应,Cu(NO3)2足量,Cu2+放电,则阴极的电极反应为Cu2++2e-Cu,A正确;阳极上发生失去电子的氧化反应,溶液中的OH-放电,阳极上的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,B正确;若有6.4 g即0.1 mol金属Cu析出,转移0.2 mol电子,根据得失电子守恒可知阳极放出的O2的物质的量为0.2 mol÷4=0.05 mol,C正确;由于Cu(NO3)2足量,根据生成物是硝酸、氧气和铜可知,恰好电解完时,加入一定量的CuO可恢复到原来的浓度,D错误。
电解后溶液pH的变化规律及电解质溶液的复原
(1)电极区域:①当阴极是由H+放电产生H2时,阴极区pH变大。②当阳极是由OH-放电产生O2时,阳极区pH变小。
(2)电解质溶液:①电解过程中,既产生H2,又产生O2,实质是电解水,溶液浓度增大(饱和溶液除外),因而原溶液若呈酸性,则pH变小;原溶液若呈碱性,则pH变大;原溶液若呈中性,则pH不变。②电解过程中,无H2和O2产生,pH几乎不变。③电解过程中,只产生H2,溶液中OH-浓度增大,pH变大。④电解过程中,只产生O2,溶液中H+浓度增大,pH变小。
(3)对于电解质溶液复原的问题,不仅要求溶质不变,还要注意溶质的浓度也不变。恢复电解质溶液,应遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原则。
1.下列关于电解池工作原理的说法错误的是 (　D　)
A.一种将电能转化成化学能的装置
B.电解池中的阳极与直流电源的正极相连
C.电解池工作时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应
D.与原电池不同,电解池放电时,电极本身不会参加电极反应
解析:电解池是将电能转化成化学能的装置;电解池中阳极与直流电源的正极相连,阴极与直流电源的负极相连;电解池工作时,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,A、B、C正确;电解池放电时,活性阳极会参加电极反应,D错误。
2.下列关于如图所示①②两个装置的叙述,正确的是(　C　)
A.装置名称:①是原电池,②是电解池
B.硫酸浓度变化:①减小,②增大
C.①中阳极电极反应式:2H2O-4e-4H++O2↑;②中负极电极反应式:Zn -2e-Zn2+
D.离子移动方向:①中H+向阴极方向移动,②中H+向负极方向移动
解析:①有外加电源,为电解池,②无外加电源,构成了锌铜原电池,A错误;装置①中电解稀硫酸,实质是电解水,硫酸浓度增大,②为锌铜原电池,正极不断消耗H+,硫酸浓度减小,B错误;①中阳极上水电离出的OH-发生反应生成氧气:2H2O-4e-4H++O2↑,②中Zn为负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,C正确;电解池工作时,阳离子向阴极移动,原电池工作时,阳离子向正极移动,则①中H+向阴极方向移动,②中H+向正极方向移动,D错误。
3.利用活性石墨电极电解饱和食盐水,进行如图所示实验,M为直流电源。闭合K1,一段时间后b处出现了蓝色,下列说法正确的是(　B　)
A.a处布条褪色,说明Cl2具有漂白性
B.c处应该使用浸有浓NaOH溶液的棉花
C.U形管右侧电势高于左侧电势
D.一段时间后断开K1,立刻闭合K2,电流表不发生偏转
解析:根据题图中装置和题干信息,一段时间后b处出现了蓝色,说明产生了Cl2,Cl2将I-氧化为碘单质,因此左侧为阳极,电极反应为2Cl--2e- Cl2↑,右侧为阴极,电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,总反应为2NaCl+2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑。左侧生成氯气,氯气遇到水生成的HClO具有漂白性,则a处布条褪色,说明HClO具有漂白性,故A错误;c处应该使用浸有浓NaOH溶液的棉花,可以吸收产生的氯气,避免污染空气,故B正确;阳极电势高于阴极电势,因此左侧电势高于右侧电势,故C错误;由于电解时,阳极产生了氯气,阴极产生了H2,因此一段时间后断开K1,立刻闭合K2,此时构成氢氯燃料电池,产生电流,电流表发生偏转,故D错误。
4.用惰性电极进行电解,下列说法正确的是 (　D　)
A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀NaOH溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解Na2SO4溶液,在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为1︰2
D.电解CuCl2溶液,在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为1︰1
解析:电解稀硫酸时,实质上是电解水,溶剂的质量减少,溶质的质量不变,所以H+的浓度增大,溶液的pH变小,A项错误;电解稀NaOH溶液时,实质上是电解水,溶剂的质量减少,溶质的质量不变,所以OH-的浓度增大,溶液的pH变大,B项错误;电解Na2SO4溶液时,实质上是电解水,阴极上H+得电子生成氢气,阳极上OH-失电子生成氧气,根据得失电子守恒,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2︰1,C项错误;电解CuCl2溶液时,阴极上Cu2+得电子生成铜,阳极上Cl-失电子生成氯气,根据得失电子守恒,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1︰1,D项正确。
5.为了加深对电解规律的理解,某同学做了以下探究,要求从H+、Cu2+、Na+、S、Cl- 5种离子中两两组成恰当的电解质,按下列要求进行电解:
(1)以碳棒为电极,电解过程中电解质质量减少,水量不变,则采用的电解质是HCl、CuCl2。若要恢复到电解前的状态,应加入的物质是HCl、CuCl2。
(2)以碳棒为电极,电解过程中电解质质量不变,水量减少,则采用的电解质是Na2SO4、H2SO4。若要恢复到电解前的状态,应加入的物质是H2O。
(3)以碳棒为阳极,铁棒为阴极,电解过程中电解质和水量都减少,则电解质是CuSO4、NaCl。若要恢复到电解前的状态,应加入的物质是CuO或CuCO3、HCl。
解析:(1)以碳棒为电极,电解过程中电解质质量减少,水量不变,则阳离子只能为H+、Cu2+,阴离子只能是Cl-,其电解质是HCl、CuCl2。(2)实质上是电解水,H+、OH-分别在两极上放电,因此,其电解质是Na2SO4、H2SO4。(3)电解质是CuSO4,2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑,若恢复到原状态,可加入CuO,也可加入CuCO3。电解质是NaCl,2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,要恢复到原状态,可通入HCl。
(总分:55分)
1.(3分)如图所示装置中,属于电解池的是 (　C　)
解析:装置A、B、D中无直流电源,且装置D中不能形成闭合回路,故A、B、D不属于电解池。
2.(3分)在某电解质溶液里,用M和N作电极,通电一段时间后,发现M极质量减小,N极质量增大,符合这一情况的是 (　B　)
A.电解质溶液是稀硫酸
B.M是阳极,N是阴极
C.M和N都是石墨电极
D.M是阴极,N是阳极
解析:由题干信息可知,M极为阳极,N极为阴极,B符合题意,D不符合题意。电解稀硫酸,阴极发生还原反应放出氢气,N极质量不变,A不符合题意。如果M和N均是石墨电极,M极质量不会减小,C不符合题意。
3. (3分)如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是 (　C　)
A.a为负极、b为正极
B.a为阳极、b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,Cl-浓度不变
解析:电流从电源的正极流出,因此a为正极,b为负极,则c为阳极,d为阴极。电解CuCl2溶液的电极反应分别为阳极(c电极):2Cl--2e-Cl2↑,阴极(d电极):Cu2++2e-Cu,故C项正确。
4.(3分)中国科学家开发了一种从空气中提取水制取H2的新技术,即利用太阳能、风能等绿色能源驱动电解槽装置吸收空气中的水分并将获得的水分解成H2和O2。下列说法正确的是 (　C　)
A.该装置工作时仅涉及两种能量转化
B.阳极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.该装置获得H2、O2的物质的量之比为2︰1
D.该装置工作时阳离子向阳极迁移
解析:该装置工作时涉及风能转化为电能、太阳能转化为电能以及电能再转化为化学能等能量转化,故A错误;阳极水失去电子转化为氧气,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,故B错误;该装置分解水的总反应为2H2OO2↑+2H2↑,获得H2、O2的物质的量之比为2︰1,故C正确;电解池工作时阳离子向阴极迁移,故D错误。
5.(3分)用惰性电极电解下列溶液(足量),电解一段时间后加适量水,溶液能恢复至电解前状态的是 (　C　)
A.CuCl2溶液 B.AgNO3溶液
C.H2SO4溶液 D.KCl溶液
解析:用惰性电极电解CuCl2溶液时,阴极析出Cu,阳极生成Cl2,要使溶液复原应加入适量CuCl2,A错误;用惰性电极电解AgNO3溶液时,阴极析出Ag,阳极生成O2,要使溶液复原应加入适量Ag2O,B错误;用惰性电极电解H2SO4溶液时,阳极生成O2,阴极生成H2,相当于电解水,要使溶液复原应加入适量水,C正确;用惰性电极电解KCl溶液时,生成KOH、H2、Cl2,要使溶液复原应通入适量HCl气体,D错误。
6.(3分)将图1所示装置中的盐桥(琼脂—饱和KCl溶液)换成铜导线与石墨棒连接得到图2所示装置,发现电流计指针仍然有偏转。下列说法正确的是 (　D　)
A.图1中,铁棒质量减少5.6 g,则乙池CuCl2溶液的质量减少6.4 g
B.图2丙池中石墨c电极附近pH减小
C.图1中的石墨电极与图2中丁池石墨b电极的电极反应式相同
D.图2中电流方向为石墨c→铜丝→石墨b→石墨a→电流计→Fe
解析:题图1为原电池装置,题图2为电解池装置,丙中铁作负极,石墨c作正极。题图1中,铁棒作负极,铁棒质量减少5.6 g,即0.1 mol,则失去0.2 mol电子,乙池CuCl2溶液中消耗0.1 mol Cu2+(6.4 g)得0.2 mol电子,但盐桥中有K+向乙烧杯中移动,乙池CuCl2溶液的减少质量小于6.4 g,A错误。题图2丙池发生吸氧腐蚀,正极电极反应式:O2+4e-+2H2O4OH-,pH增大,B错误。题图1中的石墨电极作原电池正极,Cu2+发生还原反应生成铜;题图2中丁池石墨b电极为电解池阳极,Cl-发生氧化反应生成氯气,C错误。题图2中电流方向为石墨c→铜丝→石墨b→石墨a→电流计→Fe,D正确。
7.(3分)用惰性电极电解CuSO4溶液,一段时间后停止电解,往电解后的电解液中加入22.2 g Cu2(OH)2CO3,充分反应后,电解液恢复到电解前状态,下列说法错误的是 (　B　)
A.阳极产生的气体只有一种
B.电路中共转移0.4 mol电子
C.相同条件下,阴、阳两极生成的气体体积比为2︰3
D.电解过程中,阴极析出铜的总质量为12.8 g
解析:22.2 g Cu2(OH)2CO3的物质的量为0.1 mol,电解CuSO4溶液后溶液呈酸性,向电解后的溶液中加入Cu2(OH)2CO3能恢复原溶液,Cu2(OH)2CO3和硫酸反应生成CuSO4、水和CO2:Cu2(OH)2CO3+2H2SO4
2CuSO4+3H2O+CO2↑,0.1 mol Cu2(OH)2CO3和硫酸反应生成0.2 mol CuSO4、0.3 mol水和0.1 mol CO2。电解CuSO4溶液第一阶段:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4、第二阶段:2H2O2H2↑+O2↑。阳极产生的气体只有一种,为氧气,故A正确;参与反应的CuSO4的物质的量为0.2 mol,转移电子0.4 mol,参与2H2O2H2↑+O2↑反应的水的物质的量为0.3 mol-0.2 mol=0.1 mol,转移0.2 mol电子,电路中共转移0.6 mol电子,故B错误;参与反应的CuSO4的物质的量为0.2 mol,生成氧气的物质的量为0.1 mol,参与2H2O2H2↑+O2↑反应的水的物质的量为0.1 mol,生成氢气的物质的量为0.1 mol、氧气的物质的量为0.05 mol,相同条件下,阴、阳两极生成的气体体积比为2︰3,故C正确;电解过程中,参与反应的CuSO4的物质的量为0.2 mol,阴极析出铜的总质量为0.2 mol×64 g/mol=12.8 g,故D正确。
8.(3分)如图为CO2电甲烷化的装置图(MEC),其利用微生物催化驱动工作,该生物电催化技术既有助于降低温室效应,也可处理有机废水。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法不正确的是(　D　)
A.b电极为MEC的阴极
B.若b电极转化1.5 mol CO2,装置中转移的电子数是12NA
C.MEC工作时,质子将从a电极室向b电极室迁移
D.b电极发生的反应为CO2+8e-+6H2OCH4+8OH-
解析:b电极CO2得电子发生还原反应生成CH4,为MEC的阴极,A正确;b电极发生反应CO2-8e-+8H+CH4+2H2O,若转化1.5 mol CO2,装置中转移12 mol电子,即转移电子数为12NA,B正确,D错误;MEC工作时,b是阴极,质子将从a电极室向b电极室迁移,C正确。
9.(3分)5N(表示纯度)高纯铜作为现代尖端领域的基础材料,与常规的4N铜相比,拥有更低的电阻率、更高的导热性能等。以4N铜为原料,H2O2-硝酸体系为电解质,电解液pH=1,制备5N高纯铜的原理如图。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是(　C　)
A.4N铜应连接电源的正极
B.阴极的副反应为N+H2O
C.每生成64 g铜,电路中转移的电子数为2NA
D.H2O2的加入可在一定程度上维持N的浓度
解析:题图中4N钛板电极附近,N、铜单质,4N钛板电极为阴极,则4N铜在电解池中失电子发生氧化反应,4N铜电极为阳极,应连接化学电源的正极,A正确;当生成64 g铜(1 mol)时,铜元素的化合价:+2价→0价,转移2 mol电子,但阴极还存在N的副反应,实际电路中转移的电子数大于2NA,C错误;H2O2具有氧化性,可将副反应产生的N,从而可以在一定程度上维持N的浓度,D正确。
10.(3分)电解脱硫的基本原理如图所示,下列有关说法错误的是(　C　)
A.阴极电极反应为2H++2e-H2↑
B.生成1 mol Fe3+,消耗15 mol Mn3+
C.电解过程中混合溶液的pH增大
D.电解过程中OH-向石墨a电极移动
解析:由题图可知,石墨a为阳极,石墨b为阴极,Mn3+将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3+和S。石墨b为阴极,电极反应为2H++2e-H2↑,A正确;根据反应:FeS2+15Mn3++8H2OFe3++15Mn2++2S+
16H+可知,生成1 mol Fe3+,消耗15 mol Mn3+,B正确;根据电极反应式和溶液中的反应可知,溶液中H+浓度在增大,电解过程中混合溶液的pH减小,C错误;石墨a电极为阳极,电解过程中OH-向石墨a电极移动,D正确。
11.(12分)如图所示是一个用石墨作电极,电解稀MgSO4溶液的装置,电解液中已加入指示剂,此时溶液呈红色(指示剂变色的pH范围是6.8~8.0,酸性溶液中呈红色,碱性溶液中呈黄色)。
回答下列问题:
(1)在电解过程中,A极附近溶液由红色变为黄色的原因是A极电极附近有OH-生成,溶液呈碱性,使指示剂呈黄色。
(2)B极发生的电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,检验b管中气体的方法是将带火星的木条放置于b试管口,观察到木条复燃。
(3)电解一段时间后,MgSO4溶液的物质的量浓度增大(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)当a管收集到1.12 L气体时(标准状况),则:
①b管收集气体的质量为0.8 g。
②理论上电路中通过的电子的物质的量为0.1 mol。
解析:(1)电解时,A为阴极,A极上H+放电生成氢气,同时电极附近有OH-生成,溶液呈碱性,溶液呈黄色。(2)B为阳极,B管中OH-放电生成氧气,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,b管中收集的气体是氧气,氧气具有助燃性,其检验方法将带火星的木条放置于试管口,观察到木条复燃。(3)电解MgSO4溶液相当于电解水,电解一段时间后,MgSO4溶液的物质的量浓度增大。(4)a管收集到1.12 L氢气,标准状况下物质的量为0.05 mol,每生成1 mol氢气转移2 mol电子,理论上生成0.05 mol氢气转移0.1 mol电子,b管收集的气体是氧气,根据电极反应式:4OH--4e-2H2O+O2↑,每生成1 mol氧气转移4 mol电子,则生成0.025 mol氧气,b管收集气体的质量为0.025 mol×32 g/mol=0.8 g。
12.(13分)某兴趣小组以甲烷燃料电池为电源研究有关电化学的问题。
(1)甲池中,通入甲烷一极的电极反应式为CH4-8e-+10OH-C+7H2O。
(2)乙池中,总的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。
(3)丙池中反应一段时间后,溶液中c(Ag+)将不变(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)丁池中,利用离子交换膜控制电解液中c(OH-)来制备纳米Cu2O,离子交换膜为阴离子交换膜,只允许阴离子通过,阴离子移动方向为从右往左(填“从左往右”或“从右往左”)。Cu电极的电极反应式为2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O。
解析:甲池为燃料电池,乙、丙、丁池为电解池;甲烷发生氧化反应,通甲烷的一极为负极,通氧气的一极为正极。则A为阳极,B为阴极,C为阳极,D为阴极,Cu为阳极,Ti为阴极。(1)甲池中甲烷发生氧化反应,其中C的化合价由-4价升高到+4价,失去电子,最后变成C,电极反应式为CH4-8e-+10OH-C+7H2O。(2)乙池为电解池,阴极为H2O放电生成氢气和OH-,阳极为Cl-放电生成Cl2,总的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。(3)丙池为电解池,阴极为Ag+放电生成Ag,阳极为Ag放电生成Ag+,故反应一段时间后,溶液中Ag+的浓度不变。(4)丁池为电解池,且Cu为阳极,阴离子移向阳极移动,故OH-从右往左移动;阳极上Cu失电子发生氧化反应生成纳米Cu2O,电极反应式为2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O。

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