【新教材】高考化學配套作業(yè)：專題6 第3單元 電解池的工作原理及應(yīng)用 含解析

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1、新教材適用·高考化學 課時提升作業(yè)(十八) (45分鐘　100分) 一、選擇題(本題包括10小題,每小題6分,共60分) 1.(2013·武漢模擬)下列說法中正確的是(　　) A.精煉銅時粗銅作陰極,純銅作陽極 B.工業(yè)上利用電解飽和AlCl3溶液的方法生產(chǎn)金屬鋁 C.氯堿工業(yè)和金屬鈉的冶煉都用到了NaCl,陽極反應(yīng)都是2Cl--2e-====Cl2↑ D.鋼鐵的腐蝕通常為電化學腐蝕,該腐蝕過程中負極反應(yīng)為Fe-3e-====Fe3+ 2.若用如圖所示裝置(X、Y是直流電源的兩極)分別進行下列各組實驗,則下表中所列各項對應(yīng)關(guān)系均正確的一組是(　　) 選項 電源 X極

2、 實驗前U形管中液體 混合溶液通電后現(xiàn)象或結(jié)論 A 正極 Na2SO4 溶液U形管兩端滴入酚酞后,a管中呈紅色 B 正極 AgNO3溶液 b管中電極反應(yīng)式是4OH--4e-====2H2O+O2↑ C 負極 KCl和CuCl2 相同條件下,a、b兩管中產(chǎn)生的氣體總體積可能相等 D 負極 Fe(OH)3 b管中液體顏色加深 3.(2013·阜新模擬)用石墨電極電解AlCl3溶液時,下列曲線合理的是(　　) 4.(2013·紹興模擬)如圖裝置堪稱多功能電化學實驗裝置。下列有關(guān)此裝置的敘述中,不正確的是(　　) A.若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開關(guān)K

3、置于M處,銅棒質(zhì)量將增加,此時外電路中的電子向銅電極移動 B.若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開關(guān)K置于N處,鐵棒質(zhì)量將增加,溶液中銅離子濃度將減小 C.若X為鋅棒,Y為NaCl溶液,開關(guān)K置于M處,可減緩鐵的腐蝕,這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護法 D.若X為碳棒,Y為NaCl溶液,開關(guān)K置于N處,可減緩鐵的腐蝕,溶液中的陽離子向鐵電極移動 5.(2013·寧波模擬)已知電極上每通過96 500 C的電量就會有1 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。精確測量金屬離子在惰性電極上以鍍層形式沉積的金屬質(zhì)量,可以確定電解過程中通過電解池的電量。實際測量中,常用銀電量計,如圖所示。下列說法不正確的是(　　)

4、 A.電量計中的銀棒應(yīng)與電源的正極相連,鉑坩堝上發(fā)生的電極反應(yīng)是:Ag++e-====Ag B.稱量電解前后鉑坩堝的質(zhì)量變化,得金屬銀的沉積量為108.0 mg,則電解過程中通過電解池的電量為96.5 C C.實驗中,為了避免銀溶解過程中可能產(chǎn)生的金屬顆粒掉進鉑坩堝而導致測量誤差,常在銀電極附近增加一個收集網(wǎng)袋。若沒有收集網(wǎng)袋,測量結(jié)果會偏高 D.若要測定電解飽和食鹽水時通過的電量,可將該銀電量計中的銀棒與待測電解池的陽極相連,鉑坩堝與電源的負極相連 6.中學階段介紹的應(yīng)用電解法制備的物質(zhì)主要有三種:一是鋁的工業(yè)制備、二是氯堿工業(yè)、三是金屬鈉或鎂的制備。下列關(guān)于這三個工業(yè)生產(chǎn)的描述中正

5、確的是(　　) A.電解法制鎂時一般是電解熔融態(tài)的氯化鎂,但也可用其相應(yīng)的鹽,如熔融態(tài)的碳酸鎂 B.電解法生產(chǎn)鋁時,需對鋁土礦進行提純,在提純過程中應(yīng)用了氧化鋁或氫氧化鋁的兩性 C.在氯堿工業(yè)中,電解池中的陰極產(chǎn)生的是H2,NaOH在陽極附近產(chǎn)生 D.氯堿工業(yè)和金屬鈉的冶煉都用到了NaCl,在電解時它們的陰極都是Cl-失電子 7.(2013·紹興模擬)如用下圖Ⅰ所示裝置通電10分鐘后,去掉直流電源,連接成圖Ⅱ所示裝置,可觀察到U形管左端鐵電極表面析出白色膠狀物質(zhì),U形管右端液面上升。下列說法不正確的是(　　) A.同溫、同壓下裝置Ⅰ中石墨電極上方得到氣體的體積與鐵電極上方得到氣

6、體的體積相等 B.用裝置Ⅱ進行實驗時鐵電極的電極反應(yīng)為Fe-2e-+2OH-====Fe(OH)2 C.用裝置Ⅱ進行實驗時石墨電極的電極反應(yīng)為Cl2+2e-====2Cl- D.裝置Ⅰ通電10分鐘后鐵電極周圍溶液的pH上升 8.(2013·成都模擬)第三代混合動力車,可以用電動機、內(nèi)燃機或二者結(jié)合作為動力。汽車在剎車或下坡時,電池處于充電狀態(tài)?；旌蟿恿嚹壳耙话闶褂面嚉潆姵?該電池中鎳的化合物為正極,儲氫金屬(以M表示)為負極,堿液(主要為KOH)為電解質(zhì)溶液。下圖是鎳氫電池充放電原理的示意圖,其總反應(yīng)式為H2+2NiOOH2Ni(OH)2。下列說法中正確的是(　　) A.混合動

7、力車上坡或加速時,溶液中的OH-向乙電極移動 B.混合動力車剎車或下坡時,乙電極周圍溶液的pH增大 C.混合動力車上坡或加速時,乙電極的電極反應(yīng)式為NiOOH+H2O+e-====Ni(OH)2+ OH- D.混合動力車剎車或下坡時,甲電極的電極反應(yīng)式為H2+2OH-+2e-====2H2O 9.圖中X為電源,Y為浸透飽和食鹽水和酚酞試液的濾紙,濾紙中央滴有一滴KMnO4溶液,通電后Y中央的紫紅色斑向d端擴散。下列判斷正確的是(　　) A.濾紙上c點附近會變紅色 B.Cu電極質(zhì)量減小,Pt電極質(zhì)量增大 C.Z中溶液的pH先減小,后增大 D.溶液中的SO42-向Cu電極定向

8、移動 10.(能力挑戰(zhàn)題)(2013·溫州模擬)用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液,通電一段時間后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后,恰好恢復到電解前的濃度和pH,則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子為(　　) A.0.1 mol B.0.2 mol C.0.3 mol D.0.4 mol 二、非選擇題(本題包括3小題,共40分) 11.(12分)(2013·杭州模擬)蓄電池是一種可以反復充電、放電的裝置。有一種蓄電池在充電和放電時發(fā)生的反應(yīng)是NiO2+Fe+2H2O====Fe(OH)2+Ni(OH)2。 (1)若此蓄電池放電時,該電池某一電極發(fā)生還原反應(yīng)的物

9、質(zhì)是_________(填序號)。 A.NiO2　　 B.Fe　 　C.Fe(OH)2 　　D.Ni(OH)2 (2)該電池放電時,正極附近溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (3)充電時該電池陽極的電極反應(yīng)式____________________________________。 (4)用此蓄電池分別電解以下兩種溶液,假如電路中轉(zhuǎn)移了0.02 mol e-,且電解池的電極均為惰性電極,試回答下列問題。 ①電解M(NO3)x溶液時某一電極增加了a g M,則金屬M的相對原子質(zhì)量為________(用含“a、x”的表達式表示)。 ②電解含有0.01

10、mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液100 mL,陽極產(chǎn)生的氣體在標準狀況下的體積是________mL;將電解后的溶液加水稀釋至1 L,此時溶液的pH=________。 12.(12分)如圖是一個用鉑絲作電極,電解稀MgSO4溶液,電解液中加有中性紅指示劑,此時溶液呈紅色。(指示劑的pH變色范圍:6.8～8.0,酸色—紅色,堿色—黃色) 回答下列問題: (1)下列關(guān)于電解過程中電極附近溶液顏色變化的敘述正確的是________(填編號); ①A管溶液由紅變黃　　　 ②B管溶液由紅變黃 ③A管溶液不變色 ④B管溶液不變色 (2)寫出A管中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)

11、式: ___________________________________; (3)寫出B管中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)式: ___________________________________; (4)檢驗a管中氣體的方法是_________________________________________; (5)檢驗b管中氣體的方法是_________________________________________; (6)電解一段時間后,切斷電源,將電解液倒入燒杯內(nèi)觀察到的現(xiàn)象是________ _____________________________________________

12、__________________________________________________________________________________________。 13.(16分)(能力挑戰(zhàn)題)已知鉛蓄電池的工作原理為Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,現(xiàn)用如圖裝置進行電解(電解液足量),測得當鉛蓄電池中轉(zhuǎn)移 0.4 mol電子時鐵電極的質(zhì)量減少11.2 g。請回答下列問題: (1)A是鉛蓄電池的___________極,鉛蓄電池正極反應(yīng)式為__________________,放電過程中電解液的密度_______(填“減小”“增大”或“不變”

13、)。 (2)Ag電極的電極反應(yīng)式是________________________,該電極的電極產(chǎn)物共_______g。 (3)Cu電極的電極反應(yīng)式是_____________________,CuSO4溶液的濃度_______(填“減小”“增大”或“不變”)。 (4)如圖表示電解進行過程中某個量(縱坐標x)隨時間的變化曲線,則x表示________。 a.各U形管中產(chǎn)生的氣體的體積 b.各U形管中陽極質(zhì)量的減少量 c.各U形管中陰極質(zhì)量的增加量 答案解析 1.【解析】選C。精煉銅時純銅作陰極,粗銅作陽極,A項錯誤;工業(yè)上利用電解熔融的Al2O3的方法生產(chǎn)金屬鋁,B

14、項錯誤;氯堿工業(yè)和金屬鈉的冶煉都用到了NaCl,陽極反應(yīng)都是2Cl--2e-====Cl2↑,C項正確;鋼鐵的腐蝕通常為電化學腐蝕,該腐蝕過程中負極反應(yīng)為Fe-2e-====Fe2+,D項錯誤。 2.【解析】選C。本題考查電解池原理。A項電解Na2SO4溶液,a為陽極,OH-失電子破壞水的電離平衡,陽極周圍呈酸性,不會使酚酞變紅;B項電解硝酸銀溶液,a為陽極,電極反應(yīng)式為4OH--4e-====2H2O+O2↑,B項錯誤;C項電解KCl和CuCl2的混合溶液,先電解CuCl2,再電解KCl,隨著反應(yīng)的進行,繼續(xù)電解則為電解水,陽極依次生成Cl2、O2,陰極依次生成Cu和H2,兩極產(chǎn)生氣體的總

15、體積可能相等,C項正確;D項為電泳,Fe(OH)3膠粒帶正電,向陰極移動,a管顏色加深。 3.【解析】選D。電解氯化鋁溶液,陽極反應(yīng):2Cl--2e-====Cl2↑,陰極反應(yīng):2H2O+2e-====2OH-+H2↑,Al3++3OH-====Al(OH)3↓。根據(jù)反應(yīng)式可得關(guān)系式:Al3+～3Cl-～3OH-～Al(OH)3。電解過程中氯化鋁溶液的濃度不變,pH不變,A、B均不正確,OH-不會過量,則Al(OH)3不溶解。故選D。 4.【解析】選B。選項A中是原電池,鐵作負極,銅作正極,正確。B中構(gòu)成電解池,銅和電源的正極相連,作陽極,失去電子,鐵是陰極,相當于鐵鍍銅,溶液的濃度不變,

16、B不正確。C中構(gòu)成原電池,鐵是正極,被保護,正確。D中構(gòu)成電解池,鐵是陰極,被保護,正確,所以答案選B。 5.【解析】選D。電解時的電極反應(yīng)為陽極(Ag):Ag-e-====Ag+,陰極(Pt):Ag++e-====Ag,故A正確;析出Ag的物質(zhì)的量為108.0 mg÷108.0 g·mol-1= 0.001 mol根據(jù)Ag++e-====Ag可知通過電量為96.5 C,故B正確;銀溶解時有些可能未失電子變成銀離子然后在陰極(鉑坩堝)得電子析出,而是直接跌落到鉑坩堝中,造成鉑坩堝增重較多,導致計算出的電量偏大,所以必須增加收集網(wǎng)袋,故C正確;要將銀電量計與電解食鹽水的電解池串聯(lián),才能做到通

17、過的電量相同。所以電源正極接電解食鹽水的電解池(待測電解池)的陽極,再從電解食鹽水的電解池(待測電解池)的陰極連接到銀電量計的銀棒,然后再從鉑坩堝接到電源的負極,故D錯誤。故選D。 6.【解析】選B。A中碳酸鎂高溫分解;C中NaOH是在陰極附近產(chǎn)生;D中在電解時它們的陽極都是Cl-失電子。 7.【解析】選A。裝置Ⅰ是電解10% NaCl溶液的電解池,石墨電極作陽極產(chǎn)生Cl2:2Cl--2e-====Cl2↑,鐵電極作陰極產(chǎn)生H2:2H2O+2e-====H2↑+2OH-,由于有OH-生成,故溶液的pH升高。因Cl2能溶解在水中,且與H2O發(fā)生反應(yīng),而H2不溶于水,故同溫同壓下兩電極上方得到

18、氣體的體積不相等。裝置Ⅱ是原電池,Fe為負極失去電子產(chǎn)生Fe2+,Fe2+再與溶液中的OH-反應(yīng)生成Fe(OH)2:Fe-2e-+2OH-====Fe(OH)2,正極為Cl2得到電子,故石墨電極反應(yīng)為Cl2+2e-====2Cl-,綜合上述,選A。 8.【解析】選C。汽車在剎車或下坡時,電池處于充電狀態(tài),則混合動力車上坡或加速時,電池處于放電狀態(tài)。充電相當于電解池,放電相當于原電池。A和C相當于原電池,原電池中負極失去電子,電子經(jīng)導線傳遞到正極,所以溶液中的陽離子向正極移動,則陰離子向負極移動。根據(jù)題意可知氫氣是負極,即甲是負極,乙是正極,所以A不正確,C正確。B和D相當于電解池,此時甲是陰

19、極,乙是陽極,電極反應(yīng)式分別為2H2O+2e-====H2↑+2OH-、2Ni(OH)2+2OH--2e-====2NiOOH+2H2O。所以B和D錯誤。 9.【解析】選A。紫紅色斑即MnO4-向d端擴散,根據(jù)陰離子向陽極移動的原理,可知d端為陽極,即b為正極,a為負極,c為陰極,NaCl溶液中H+放電,產(chǎn)生OH-, c點附近會變紅色,A正確;電解硫酸銅溶液時,Pt為陽極,溶液中的OH-放電:4OH--4e-====O2↑+2H2O,Cu為陰極,溶液中的Cu2+得電子,生成銅,總反應(yīng)式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,Pt電極附近生成H+,則SO42-向Pt電極移動,B

20、、D不正確。隨著電解的進行,Z中溶液變?yōu)榱蛩崛芤?再電解則為電解水,硫酸濃度增大,pH減小,C不正確。 10.【解析】選D。Cu(OH)2從組成上可看成CuO·H2O,加入0.1 mol Cu(OH)2后,恰好恢復到電解前的濃度和pH,即電解生成了0.1 mol H2SO4,并消耗0.1 mol H2O,由電解的總反應(yīng)式:2H2O+2CuSO42Cu+O2↑+2H2SO4,2H2O2H2↑+O2↑,知:2H2SO4～4e-,2H2O～4e-,所以電解過程中轉(zhuǎn)移電子為0.2 mol+0.2 mol= 0.4 mol。 【誤區(qū)警示】本題易忽視水的電解,而直接按生成0.1 mol Cu,轉(zhuǎn)移0

21、.2 mol電子計算,導致錯選B的結(jié)果。 11.【解析】本題主要考查原電池、電解池的基本原理及電解計算。 (1)根據(jù)原電池在放電時,負極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),再根據(jù)元素化合價變化,可判斷該電池負極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)為Fe,正極為NiO2,放電時,正極:NiO2+2H2O+2e-====Ni(OH)2+2OH-,NiO2極發(fā)生還原反應(yīng)。(2)正極的電極反應(yīng)生成OH-,溶液的pH增大。(3)充電時遵循電解原理,陽極發(fā)生氧化反應(yīng):Ni(OH)2-2e-+2OH-====NiO2+2H2O。 (4)①由蓄電池反應(yīng)式:Mx++xe-====M可以看出,反應(yīng)中轉(zhuǎn)移x mol電子,則生成 1

22、mol M,轉(zhuǎn)移0.02 mol電子增加了ag M,則金屬M的相對原子質(zhì)量為50ax。 ②電解含有0.01 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液時,陽極先是Cl-放電:2Cl--2e-====Cl2↑,生成0.005 mol Cl2,消耗0.01 mol電子;然后是水電離產(chǎn)生的OH-放電:4OH--4e-====2H2O+O2↑,0.01 mol OH-放電,消耗0.01 mol電子,生成0.002 5 mol O2,所以陽極一共生成0.007 5 mol氣體,在標準狀況下的體積為0.168 L。0.01 mol Cu2+在陰極放電:Cu2++2e-====Cu,正好消耗

23、0.02 mol電子,溶液中0.01 mol OH-放電后,產(chǎn)生0.01 mol H+,c(H+)=0.01 mol·L-1,pH=2。 答案:(1)A　(2)增大 (3)Ni(OH)2-2e-+2OH-====NiO2+2H2O (4)①50xa?、?68 　2 12.【解析】由裝置圖可知A為電解池的陰極,電極反應(yīng)式為4H++4e-====2H2↑;B為電解池的陽極,電極反應(yīng)式為4OH--4e-====2H2O+O2↑。根據(jù)放電情況可知A極由于H+放電附近顯堿性,指示劑應(yīng)顯黃色,同時還會發(fā)生反應(yīng)Mg2++2OH-====Mg(OH)2↓;B極由于OH-放電附近顯酸性,指示劑仍顯本身的

24、顏色紅色。在檢驗H2時利用其可燃性,檢驗O2時用能否使帶火星的木條復燃進行檢驗。由于該電解池實質(zhì)是電解水,所以將電解液倒入燒杯后,整個溶液呈中性,故指示劑變紅,Mg(OH)2沉淀會消失。 答案:(1)①④ (2)2H++2e-====H2↑、 Mg2++2OH-====Mg(OH)2↓ (3)4OH--4e-====2H2O+O2↑ (4)用拇指按住管口,取出試管,靠近火焰,放開拇指,有爆鳴聲 (5)用拇指按住管口,取出試管,放開拇指,將帶有火星的木條伸入試管內(nèi)會復燃 (6)溶液呈紅色,白色沉淀溶解(或大部分溶解) 13.【解析】根據(jù)在電解過程中鐵電極質(zhì)量的減少可判斷A是電源的

25、負極,B是電源的正極,電解時Ag極作陰極,電極反應(yīng)式為2H++2e-====H2↑,Fe作陽極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-====Fe2+,左側(cè)U形管中總反應(yīng)式為Fe+2H+====Fe2++H2↑。右側(cè)U形管相當于電鍍裝置,Zn電極作陰極,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-====Cu,銅電極作陽極,電極反應(yīng)式為Cu-2e-====Cu2+,電鍍過程中CuSO4溶液的濃度保持不變,根據(jù)上述分析可得答案。 答案:(1)負　PbO2+4H++SO42-+2e-====PbSO4+2H2O　減小　(2)2H++2e-====H2↑　0.4 (3)Cu-2e-====Cu2+　不變　 (4)b 【方法技巧】電解計算的一般解題思路 (1)先看陽極材料是活性電極還是惰性電極。 (2)找全離子,將溶液中的所有離子按陰陽離子分開。 (3)根據(jù)電子守恒,串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相同,即陰離子(活潑電極)失去的電子數(shù)等于陽離子得到的電子數(shù),列出關(guān)系式進行計算。常用的計算關(guān)系式有:4H+～4OH-～2H2～O2～2Cu2+～2Cu～4Ag～4Ag+～4Cl-～2Cl2等。