北京高考化学一轮复习第19讲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Na 2CO 3溶液制取NaHCO 3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H 2
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
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(Na 2FeO 4)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
:
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:2H 2O+2e
-H 2↑+2OH -
C.高浓度的NaOH溶液有利于发生Fe-6e-+8OH-2O
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。

( )
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( )
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Cr22O+
②Cr
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:
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Cr 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:
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-1Ag2SO4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2H 2O+2e-H2↑+2OH-;C项,观察实验现
象,碱性越强,越易生成故高浓度的NaOH溶液有利于发生Fe-6e-+8OH-2O;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2H 2O-4e-
O2↑+4H+,H+结合;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
- Zn2+;B为正极,发生还原反应生
解析(1)打开K
成铜,电极反应式为Cu2++2e- Cu。

(2)打开K 1,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2H 2O-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)Cr -+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,其氧化能力弱于Cr
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Cr
,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
Cr -+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)CuFeS 2-4e- Fe2++2S+Cu2+
(3)①通入O 2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+,Fe 2(SO4)3溶液再生
3+ Cu2++5Fe2++2S中,Fe3+转化为Fe2+,铁元素化合价降低,Fe3+作氧化剂,
解析(1)在反应CuFeS
表现氧化性;
(2)观察图像知,CuFeS 2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++O 2+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+通过阴离子交换膜进入阳极室,Fe2(SO4)3溶液再生。