电解应用练习案1(高中化学)

课时作业26电解原理的应用
时间：45分钟分值：100分
一、选择题(每小题4分，共44分)
1．下列有关工业生产的叙述正确的是()
A．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率
B．硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量
C．电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室
D．电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小
解析：本题通过对工业合成氨、制硫酸、氯碱工业、精炼铜相关知识的考查，检查同学们对化学工业生产知识的掌握情况。

A项，将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率，但不能加快正反应速率；B项，是利用SO2氧化为SO3时放出的热来预热即将参加反应的SO2和O2，使其达到适宜于反应的温度，还可以冷却反应后生成的气体；C项，Cl2在阳极室产生；D项，由于阳极为粗铜，较活泼的杂质金属先溶解，故同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小。

答案：D
2．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
解析：本题主要考查同学们对电解原理的掌握情况，侧重考查同学们灵活运用知识，将理论知识与实际生活、生产相联系的应用能力，这是今后高考的命题方向。

活泼电极(除C、Pt外的电极称活泼电极)在阳极失电子被氧化，A中铁放电，不能得到金属铝，D中阳极锌放电产生Zn2＋，补充Zn2＋，B、C中阴极不参加反应。

在深刻理解电解原理的基础上，熟记电解精炼、电镀的特点及电解中物质的放电顺序，是顺利解答该类题目的关键。

答案：A
3．三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后进行电解。

电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍氧化为三价镍。

以下说法正确的是()
A．可用铁作阳极材料
B．电解过程中阳极附近溶液的pH升高
C．阳极反应方程式为：2Cl－－2e－===Cl2↑
D．1 mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1 mol 电子
解析：两极的反应为，阴极：2H＋＋2e－===H2↑；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2＋2Ni2＋＋6OH－===Ni2O3＋2Cl－＋3H2O，A项
铁为活性电极，参与反应，Cl－不能放电，不能生成Cl2；B项阳极附近OH－被消耗，pH下降。

答案：CD
4．将Fe片和Zn片放在盛有NaCl溶液(其中滴入酚酞)的表面皿中，如图所示，最先观察到变红的区域是()
A．Ⅰ和ⅢB．Ⅰ和Ⅳ
C．Ⅱ和ⅢD．Ⅱ和Ⅳ
解析：分析甲、乙两图的特点可以判断出，甲图是原电池，乙图是电解池。

甲图中的电极反应为：负极(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋，正极(Fe)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，所以甲图中Ⅰ附近有OH－生成，先变红；乙图中Fe为阳极：Fe－2e－===Fe2＋，Zn为阴极：2H＋＋2e－===H2↑，H2O电离出的H＋放电变成H2，OH－增多，所以乙中Ⅳ附近先变红。

答案：B
5．下列图示中关于铜电极的连接错误的是()
答案：C
6．下列叙述中错误的是()
A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应
B．原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阳极C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应
D．电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气
解析：在电解池中阳极上发生氧化反应中，阴极上发生还原反应，所以A正确；原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阴极，因此B错误；电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应；电解饱和食盐水时，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极区得到氢氧化钠溶液和氢气，所以选项C、D正确。

答案：B
7．在盛有饱和Na2CO3溶液的烧杯中插入惰性电极进行电解，
若温度始终不变，则通电一段时间后，下列说法中不正确的是() A．溶液的pH不变
B．溶液中Na2CO3的物质的量不变
C．Na2CO3溶液的浓度不变，水解程度不变
D．溶液中水分子数与CO2－3的比值将不变
解析：用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液时，其电解实质是水的电解，若温度始终不变，溶液仍然维持饱和，溶液中溶质的物质的量浓度、质量分数、溶液的pH均不变，但溶质、溶剂的质量减少，所以选项A、C、D说法正确，选项B说法错误。

答案：B
8．(2012·湖北八校联考)化学实验小组在学习化学电源和氯碱工业相关知识后，在实验室进行实验验证。

他们设计组装了如图所示装置，已知a为石墨电极；b为铁电极；c为铝电极(已除去表面氧化膜)；d为多孔石墨电极，烧杯中是足量饱和食盐水(滴有酚酞)，连好导线后，电流计指针发生明显偏转。

下列判断正确的是()
A．b为负极，d为阳极
B．一段时间后，a和d电极附近溶液变红
C．b电极电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑
D．当电解一段时间，B中出现大量白色沉淀时，停止实验，再将A中溶液倒入B中混合，充分振荡，沉淀全部消失
解析：右端装置为原电池，左端装置为电解池．在右端装置中，通入O2的电极为电池的正极，其电极反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以在d电极附近，一段时间后出现红色，Al为原电池的负极，Al失去电子生成Al3＋，Al3＋与溶液中的OH－反应生成白色Al(OH)3沉淀，电池总反应为：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3↓，a与电池的正极相连，故a为电解池的阳极，b与电池负极相连，故b为电解池的阴极，电解饱和NaCl溶液时，溶液中的Cl－在a极放电生成Cl2，溶液中的H＋在b极放电生成H2、NaOH，根据得失电子守恒，A中产生的NaOH与B中Al3＋结合的OH－物质的量相等，所以电解一段时间后，将A、B混合并充分振荡，Al(OH)3与NaOH 反应而溶解．综合上述知选项D正确。

答案：D
9．将0.2 mol AgNO3、0.4 mol Cu(NO3)2、0.6 mol KCl溶于水，配成100 mL溶液，用惰性电极电解一段时间后，若在一极析出0.3 mol Cu，此时在另一极上产生的气体体积(标准状况)为() A．4.48 L B．5.6 L
C．6.72 L D．7.84 L
解析：解答此题很容易出现的错误是根据溶液中存在的离子及放
电顺序直接计算，实际上把三种物质溶于水后，AgNO3和KCl之间发生反应，KCl剩余0.4 mol。

与放电有关的离子有：0.4 mol Cu2＋、0.4 mol Cl－及H＋、OH－，阴极发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，生成0.3 mol Cu时，通过电子0.6 mol；阳极先发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，当0.4 mol Cl－放电时，通过电子0.4 mol，生成Cl2 0.2 mol，阳极再发生反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，根据阴、阳两极通过电子数相等得，再通过0.2 mol电子时，生成0.05 mol O2，所以阳极共生成气体0.25 mol，即体积为5.6 L(标准状况)。

故B项正确。

答案：B
10．如图乙所示是根据图甲的电解池进行电解时，某个量(纵坐标x)随时间变化的函数图像(各电解池都用石墨作电极，不考虑电解过程中溶液浓度变化对电极反应的影响)，这个量x表示()
A．各电解池析出气体的体积
B．各电解池阳极质量的增加量
C．各电解池阴极质量的增加量
D．各电极上放电的离子总数
解析：电解NaCl 溶液时阴、阳极都产生气体，电解AgNO 3溶液时阴极上产生单质银，电解CuSO 4溶液时阴极上产生单质铜，所以随着电解的进行，阴极质量的增加量有如题中图乙所示的变化。

答案：C
11．在25℃时，将铜电极插入一定量的饱和硫酸钠溶液中进行电解，通电一段时间后，阴极逸出a mol 气体，同时有b g Na 2SO 4·10 H 2O 晶体析出。

若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数是( )
A.b b ＋18a
×100% B.b b ＋36a ×100% C.71b 161(b ＋36a )×100% D.71b 161(b ＋18a )
×100% 解析：用铜做电极时，阳极上铜失去电子被氧化，电极反应为Cu －2e －===Cu 2＋；阴极上生产H 2，电极反应为2H ＋＋2e －===H 2↑，阴极区产生的OH －与阳极区产生的Cu 2＋结合生成Cu(OH)2沉淀。

总反应为Cu ＋2H 2O=====电解Cu(OH)2＋H 2
↑，即阴极每生成a mol H 2，就有2a mol 水被电解，发生电解的水与析出的Na 2SO 4·10H 2O 晶体可以组成该温度下的饱和溶液。

该饱和溶液的质量为b g ＋2a
mol ×18 g/mol ＝(b ＋36a )g ，溶质的质量为142322
×b g 。

故w (Na 2SO 4)＝142b 322
b ＋36a ×100%＝71b 161(b ＋36a )
×100%。

答案：C
二、非选择题(共5个小题，共56分)
12．(10分)电解原理在化学工业中有广泛的应用。

如图表示一个电解池，装有电解质溶液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。

请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则电解池中X极上的电极反应式为________。

在X极附近观察到的实验现象是________。

Y电极上的电极反应式为________，检验该电极反应产物的方法是________。

(2)如果用电解的方法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是________，电极反应式为________。

Y电极的材料是________，电极反应式为________(杂质发生的电极反应不必写出)。

解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e －===Cl2↑，阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑。

与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。

所以X为阴极，Y为阳极。

X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；Y极
产生Cl2，能使湿润的KI淀粉试纸变为蓝色。

(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。

反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活泼性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。

根据装置图可知X为阴极，Y为阳极。

所以X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu －2e－===Cu2＋。

答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑有气泡产生，溶液变红2Cl－－2e－===Cl2↑把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色
(2)纯铜Cu2＋＋2e－===Cu粗铜Cu－2e－===Cu2＋
13．(10分)下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。

通电一段时间后，只在c、d两极上共收集到336 mL(标准状况)气体。

回答：
(1)直流电源中，M 为________极。

(2)Pt 电极上生成的物质是________，其质量为________g 。

(3)电源输出的电子，其物质的量与电极b 、c 、d 分别生成的物质的物质的量之比为2:________:________:________。

(4)AgNO 3溶液的浓度________，(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，AgNO 3溶液的pH________，H 2SO 4溶液的浓度________，H 2SO 4溶液的pH________。

(5)若H 2SO 4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H 2SO 4溶液为________g 。

解析：由于是串联电路，电路中的电流是相等的，两个电解池中所消耗的电量相等。

电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。

因此，该电解池反应：2H 2O===2H 2↑＋O 2↑，V (H 2):V (O 2)＝2:1。

据此可确定d 极为阴极，则电源的N 极为负极，M 极为正极。

在336
mL 气体中，V (H 2)＝23×336 mL ＝224 mL ，为0.01 mol ，V (O 2)＝13
×336 mL ＝112 mL ，为0.005 mol 。

说明电路上有0.02 mol e －，因此
在b极(Pt、阴极)产生Ag：0.02×108＝2.16(g)，即0.02 mol的Ag。

则n(e－):n(Ag):n(O2):n(H2)＝0.02:0.02:0.005:0.01＝2:2:1
2:1。

由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗的溶液中Ag＋的物质的量等于Ag电极被氧化给溶液中补充的Ag＋的物质的量，因此c(AgNO3)不变，溶液的pH 也不变。

电解5.00%的H2SO4溶液，由于其中的水发生电解，因此c(H2SO4)增大，由于c(H＋)增大，故溶液的pH减小。

设原5.00%的H2SO4溶液质量为x，电解时消耗水0.01×18＝0.18 g，则：5.00%x ＝5.02%(x－0.18 g)，解得：x＝45.18 g。

答案：(1)正(2)Ag 2.16(3)21
2
1(4)不变不变增大
减小(5)45.18
14．(12分)铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。

请回答：
(1)工业冶炼铝的化学方程式是________。

(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是________。

(3)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除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________(填写“A”或“B”)导出。

解析：离子交换膜法电解提纯KOH 时，阳极反应为：4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑，阴极反应为：4H ＋＋4e －===2H 2↑。

电解过程中阳极附近的K ＋通过阳离子交换膜向阴极移动，含氧酸根离子不能通过阳离子交换膜。

一段时间后，阴极附近K ＋、OH －浓度变大，从B 处(阴极区)得到的溶液经过蒸发结晶后可得到较纯净的KOH 。

答案：(1)2Al 2O 3(熔融)=====通电冰晶石
4Al ＋3O 2↑ (2)2Al ＋2OH －＋2H 2O===2AlO －2＋3H 2↑
(3)①4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑
②H ＋放电，促进水的电离，OH －浓度增大
③B
15．(10分)冶炼铜矿石所获得的铜通常含有锌、铁、镍、银、金和铂等微量杂质，俗称粗铜。

工业上通常通过电解法除去这些杂质制
得精铜，提高铜的使用价值，扩大铜的应用范围。

几种金属的相对原子质量是：Fe—56，Ni—59，Cu—64，Zn—65，Ag—108，Au—197。

请回答下列问题：
(1)一般来说，电解精炼铜的初始电解质溶液里的阳离子是________，写出铜的电解精炼过程中的阴极反应式______________。

(2)如果转移0.020 mol e－，下列说法中一定正确的是________。

①阴极质量增加0.64 g②阳极质量减少0.64 g③电解质溶液的质量保持不变④电解质溶液的温度保持不变
解析：电解精炼铜的电解质溶液一般为用硫酸酸化了的硫酸铜溶液，其中的阳离子是H＋和Cu2＋。

粗铜中Fe、Zn、Ni均有可能放电转化为Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋，Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋、H＋和Cu2＋中放电能力Cu2＋最强，所以在阴极上放电的只有Cu2＋，当有0.020 mol e－转移时阴极增加0.020 mol
－1＝0.64 g。

2×64 g·mol
Ag和Au都不能放电，只是以固态单质的形式沉积于电解槽的底部。

Fe、Zn、Ni中，有相对原子质量比Cu大的，也有相对原子质量比Cu小的，且Fe、Zn、Ni的放电能力都强于Cu，首先在阳极上被溶解，因此阳极上放电的不只是铜，阳极质量减少量不固定，电解溶液的质量也不会保持不变。

在电解精炼铜的过程中，能量转化的形式主要是电能转化为化学能，但也有电能转化为热能，电解质溶液的温度肯定会变化。

答案：(1)H＋和Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu(2)①
16．(14分)如图所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空：
(1)X的电极名称是________极，发生的电极反应式为：________，Y极的电极材料是________，检验X极产物的方法是________。

(2)某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致X极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现X极附近出现了白色沉淀，此沉淀是________(填化学式)，其形成原因是__________________，该沉淀在空气中放置，现象是______________。

(3)工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室用离子交换膜隔开(如图所示)，其目的是________，阳极室(A处)加入________，阴极室(B处)加入________，离子交换膜只许________通过。

解析：与电源正极相接的为电解池的阳极，与电源负极相接的为电解池的阴极，若接反则金属Fe失去电子，而产生Fe(OH)2沉淀。

答案：(1)阳2Cl－－2e－===Cl2↑Fe用湿润的淀粉碘化钾试纸放在X极附近，若试纸变蓝，说明生成了Cl2
(2)Fe(OH)2铁作阳极时被氧化为Fe2＋，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H＋＋2e－===H2↑，生成的OH－与Fe2＋结合成Fe(OH)2先变灰绿色，后变红褐色
(3)防止H2与Cl2混合发生爆炸，防止Cl2与NaOH反应生成NaClO，使NaOH不纯饱和食盐水纯水(或NaOH稀溶液)Na ＋。