最新人教版选修4 第4章第3节 电解池第2课时 作业.docx
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最新人教版选修4第4章第3节电解池第2课时作业
第2课时 电解原理的应用
基础过关(20分钟)
1.关于镀铜和电解精炼铜,下列说法中正确的是( D )
A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B.电解液的成分都保持不变
C.阳极反应都只有Cu-2e-
Cu2+
D.阴极反应都只有Cu2++2e-
Cu
解析:
镀铜时,纯铜作阳极,镀件作阴极,而电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,A错误;电解精炼铜时,阳极上是金属锌、铁、镍先于铜失电子,但是电镀池中,阳极上始终是金属铜失电子,所以电镀池中,电解质溶液浓度不变,但是,电解精炼铜的装置中,电解质溶液中铜离子浓度减小,B错误;电镀池中,阳极上金属铜失电子,但是电解精炼铜时,阳极上是金属锌、铁、镍先于铜失电子,C错误;镀铜和电解精炼铜装置中,阴极反应都只有Cu2++2e-
Cu,D正确。
2.观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是( B )
A.装置①工业上可用于生产金属钠,电解过程中石墨电极产生金属
B.装置②中阳极产生的气体可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
C.装置③中的离子交换膜允许阳离子、阴离子和小分子水通过
D.装置④的待镀铁制品应与电源正极相连
解析:
装置①中阴极上金属离子放电生成单质,即金属单质在铁电极上生成,A错误;装置②中氯离子在阳极失电子,生成氯气,氯气能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,B正确;装置③中应是阳离子交换膜,所以只允许阳离子通过,而不允许阴离子氢氧根离子通过,C错误;装置④中,电镀池中,镀层作电解池阳极,待镀金属作阴极,则待镀铁制品应与电源负极相连,D错误。
3.下列关于铜电极的叙述不正确的是( D )
A.铜锌原电池中铜是正极
B.用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极
C.在镀件上电镀铜时,用金属铜作阳极
D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
解析:
A项,锌比铜活泼,所以铜锌原电池中铜是正极,正确;B项,用电解法精炼铜时粗铜作阳极,发生氧化反应,纯铜作阴极,发生还原反应得到单质铜,正确;C项,电镀时,镀层金属作阳极,镀件作阴极,所以在镀件上镀铜时可用铜作阳极,正确;D项,电解稀硫酸制H2、O2时,若铜作阳极,则在阳极放电的是活性电极Cu,不是氢氧根离子,所以得不到氧气,错误。
4.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍(已知:
氧化性Fe2+ 下列叙述正确的是( D ) A.阳极发生还原反应,电极反应式只有: Ni2++2e- Ni B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后,电解槽底部的阳极泥中含有Cu和Pt 解析: 阳极发生氧化反应,其电极反应式: Ni-2e- Ni2+,Fe-2e- Fe2+;Zn-2e- Zn2+,A错误;电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni,粗镍中的Cu、Pt沉积在电解池底部;阴极Ni析出的是Ni;依据电子守恒,阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等,B错误;电解后,溶液中存在的金属阳离子有Fe2+、Zn2+、Ni2+;C错误;粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质作阳极,铜和铂活动性较镍弱,不失电子沉降电解池底部形成阳极泥,电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,D正确。 5.若要在铜片上镀银时,下列叙述错误的是( C ) ①将铜片接在电源的正极 ②将银片接在电源的正极 ③在铜片上发生的反应是: Ag++e- Ag ④在银片上发生的反应是: 4OH--4e- O2↑+2H2O ⑤可用硫酸溶液作电解质溶液 ⑥可用硝酸银溶液作电解质溶液 A.①③⑥B.②③⑥ C.①④⑤D.②③④⑥ 解析: 在铜片上镀银时,应该将单质银作为阳极,铜片作为阴极,用硝酸银溶液作为电解液。 所以①将铜片接在电源的正极是错误的,铜片应该连接电源负极。 ④在银片上发生的反应是Ag-e- Ag+。 ⑤可用硫酸溶液作电解质溶液,是错误的,应该用硝酸银溶液,故C正确。 6.下列描述中,不符合生产实际的是( A ) 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: 电解Al2O3时,Fe作阴极,石墨作阳极,若铁作阳极,Fe放电生成Fe2+。 7.按如图装置实验,若x轴表示流入阴极的电子的物质的量,则y轴可表示( D ) ①c(Ag+) ②c(N ) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的pH A.①③B.③④ C.①②④D.①②⑤ 解析: 该装置为电镀池,电解质溶液不变,故选D。 8.如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能,并生成环境友好物质的装置,同时利用此装置的电能在铁上镀铜,下列说法中正确的是( C ) A.乙装置中溶液颜色会变浅 B.铁电极应与Y相连接 C.M电极反应式: H2NCONH2+H2O-6e- CO2↑+N2↑+6H+ D.当N电极消耗0.25mol气体时,铜电极质量减少16g 解析: 乙装置为电镀装置,电镀液的浓度不变,因此溶液颜色不变,A项错误;电镀时,待镀金属作阴极,与电源负极相连,而N电极上O2转化为H2O,发生还原反应,N电极为正极,B项错误;根据N电极反应式: O2+4H++4e- 2H2O、铜电极反应式: Cu-2e- Cu2+,由各电极上转移电子数相等,可得关系式: O2~2Cu,则N电极消耗0.25molO2时,铜电极质量减少0.25mol×2×64g·mol-1=32g,D项错误。 9.制备二氧化锰的装置如图,阳极以硫酸锰和硫酸混合液为电解液,阴极以稀硫酸为电解液,电解装置中大箭头表示溶液中阳离子移动的方向。 下列说法正确的是( C ) A.N是电源的负极 B.右侧气孔逸出的气体可能为副产物H2 C.石墨电极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+ D.电解过程中阳离子交换膜左侧硫酸浓度基本不变,右侧减小 解析: 阳离子向阴极移动,说明左侧为阴极,则M为电源负极,N为电源正极,A项错误;右侧为阳极,逸出的气体可能是溶液中的氢氧根离子放电生成的氧气,B项错误;石墨电极为阳极,锰离子失去电子生成二氧化锰,C项正确;电解过程中阳离子向左侧移动,左侧溶液中H+放电生成H2,硫酸浓度不变,右侧MnSO4电解生成MnO2和H2SO4,硫酸浓度增加,D项错误。 10.对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。 (1)以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应为 。 取少量废电解液,加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是 。 (2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 。 (3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是 。 a.电能全部转化为化学能 b.粗铜接电源正极,发生氧化反应 c.溶液中Cu2+向阳极移动 d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属 (4)粗铜的电解精炼如图所示。 在粗铜的电解过程中,粗铜板是图中电极 (填图中的字母);在电极d上发生的电极反应为 ; 若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,它们在电解槽中的存在形式和位置为 。 解析: (1)阳极是Al发生氧化反应,要生成氧化膜,还必须有H2O参加,故电极反应式为2Al+3H2O-6e- Al2O3+6H+;加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀,是由于废电解液中的H+与HC 反应生成CO2气体,H+被消耗,c(OH-)增大,OH-与Al3+结合生成Al(OH)3白色沉淀。 (2)电镀时,阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+,以补充溶液中的Cu2+。 (3)电解精炼的过程中电能不能全部转化为化学能,小部分转化为热能,故a错误;粗铜的电解精炼,粗铜接电源正极,失电子发生氧化反应,故b正确;溶液中Cu2+向阴极移动,故c错误;Ag、Pt、Au等金属氧化性比Cu弱,将以沉淀的形式沉积于电解槽底部形成阳极泥,故d 正确。 (4)根据电解精炼铜的原理,粗铜作阳极,连接电源正极,即为图中c;电极d连接电源负极,即d作阴极,电极反应为Cu2++2e- Cu;粗铜中的Au、Ag的氧化性比Cu弱,以单质的形式沉积在c极下方形成阳极泥,而Fe氧化性强于Cu,先失电子形成Fe2+进入电解质溶液中。 答案: (1)2Al+3H2O-6e- Al2O3+6H+ H+与HC 反应生成CO2气体,H+被消耗,溶液中c(OH-)增大,OH-与Al3+结合生成Al(OH)3沉淀 (2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+,以补充溶液中的Cu2+ (3)bd (4)c Cu2++2e- Cu Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方,Fe以Fe2+的形式进入电解质溶液中 能力提升(15分钟) 11.电化学降解N 的原理如图所示。 下列说法中不正确的是( D ) A.铅蓄电池的A极为正极,电极材料为PbO2 B.铅蓄电池工作过程中负极质量增加 C.该电解池的阴极反应为2N +6H2O+10e- N2↑+12OH- D.若电解过程中转移2mol电子,则交换膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)为10.4g 解析: 根据图知,电解槽右边部分N元素化合价由+5价变为0价,所以硝酸根离子发生还原反应,则Ag-Pt电极为阴极、Pt电极为阳极,所以A是正极、电极材料为PbO2,A正确;铅蓄电池工作过程中负极为Pb失电子生成硫酸铅,所以负极质量增加,故B正确;阴极上硝酸根离子得电子发生还原反应,电极反应式为2N +6H2O+10e- N2↑+12OH-,C正确;转移2mol电子时,阳极(阳极反应为H2O失电子被氧化为O2和 (H+)消耗1mol水,产生2molH+进入阴极室,阳极室质量减少18g;阴极的电极反应式为2N +6H2O+10e- N2↑+12OH-,转移2mol电子,阴极室中放出0.2molN2(5.6g),同时有2molH+(2g)进入阴极室,因此阴极室质量减少3.6g,故膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)=18g-3.6g=14.4g,D错误。 12.工业上,常用Fe2(SO4)3溶液作腐蚀液,腐蚀铜质电路板得到废液主要成分是FeSO4和CuSO4,含少量Fe2(SO4)3。 某学习小组设计装置从废液中提取铜,如图所示。 已知: Fe2+失电子能力比OH-强。 下列说法正确的是( D ) A.电解初期阴极没有铜析出,原因是2H++2e- H2↑ B.石墨极的电极反应式为2H2O+4e- 4H++O2↑ C.若电路中转移2mol电子,理论上有2molM从交换膜左侧向右侧迁移 D.若将废液2充入阳极室时可再生腐蚀液(硫酸铁溶液) 解析: 依题意,废液1含有Fe2+、Cu2+,少量的Fe3+,及少量的H+,氧化性: Fe3+>Cu2+>H+,初期没有铜析出,是因为Fe3++e- Fe2+,A错误;石墨极为阳极,阳极室的电解液是稀硫酸,阳极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,B错误;电解池中阴离子由阴极室移向阳极室,M为S 电路中转移2mol电子时,理论上迁移1molS C错误;将硫酸亚铁溶液充入阳极室,失去电子能力: Fe2+>OH-,阳极反应式为Fe2+-e- Fe3+,S 由阴极室迁移到阳极室,获得Fe2(SO4)3,D正确。 13.电解原理在化学工业中有广泛应用。 (1)电解食盐水是氯碱工业的基础。 目前比较先进的方法是阳离子交换膜法,电解示意图如图所示,图中的阳离子交换膜只允许阳离子通过,请回答以下问题: ①图中A极要连接电源的 (填“正”或“负”)极。 ②精制饱和食盐水从图中 位置补充,氢氧化钠溶液从图中 (填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”)位置流出。 ③电解总反应的离子方程式是 。 (2)电解法处理含氮氧化物废气,可回收硝酸,具有较高的环境效益和经济效益。 实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。 用NO2气体进行模拟电解法吸收实验。 ①写出电解时NO2发生反应的电极反应: 。 ②若有标准状况下2.24LNO2被吸收,通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H+为 mol。 (3)为了减缓钢制品的腐蚀,可以在钢制品的表面镀铝。 电解液采用一种非水体系的室温熔融盐,由有机阳离子、Al2C 和AlC 组成。 ①钢制品应接电源的 极。 ②已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为 。 ③若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极电极反应式为 。 解析: (1)①电解过程中阳离子向阴极移动,则图中A极为阳极,要连接电源的正极。 ②B电极为阴极,表面H+发生还原反应,促进水的电离,阴极区产生大量OH-,同时阳极区Cl-发生氧化反应,则精制饱和食盐水从图中a位置补充,氢氧化钠溶液从图中d位置流出。 ③电解饱和食盐水发生反应的离子方程式是2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-。 (2)①根据图知,电解时,左室中电极上氢离子放电生成氢气,则左室为阴极室,右室为阳极室,阳极上通入的是氮氧化物,生成硝酸,所以阳极上氮氧化物失电子和水生成硝酸,阳极反应式为NO2-e-+H2O N +2H+。 ②n(NO2)= =0.1mol,阳极反应式为NO2-e-+ H2O N +2H+,有0.2mol氢离子生成,因为有0.1mol硝酸生成,故有0.1mol氢离子通过阳离子交换膜。 (3)①依据电镀原理分析,钢铁上镀铝是利用铝作阳极与电源正极相连,钢铁作阴极与电源负极相连;②由有机阳离子、Al2C 和AlC 组成的离子液体作电解液来实现,离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系,电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,则阴极反应生成铝是发生的还原反应,铝元素化合价降低,分析离子液体成分,结合电荷守恒分析可知是Al2C 得到电子生成Al和AlC 电极反应为4Al2C +3e- Al+7AlC ;③改用AlCl3水溶液作电解液,则溶液中氢离子在阴极放电生成氢气: 2H++2e- H2↑。 答案: (1)①正 ②a d ③2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH- (2)①NO2-e-+H2O N +2H+ ②0.1 (3)①负 ②4Al2C +3e- Al+7AlC ③2H++2e- H2↑ 14. (1)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。 阳极的电极反应式为 。 电解后, 室的NaHSO3浓度增加。 将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。 (2)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料,通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH],装置如图所示。 ①收集到(CH3)4NOH的区域是 (填“a”“b”“c”或“d”)。 ②写出电池总反应: 。 解析: (1)阳极上阴离子OH-放电,电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,电解过程中H+透过阳离子交换膜进入a室,故a室中NaHSO3浓度增加。 (2)①根据题给信息及题图,阴极的电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,阳极的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑;根据阳离子交换膜只允许阳离子通过,所以收集到(CH3)4NOH的区域是d。 ②根据题意,参与电极反应的物质实际上是(CH3)4NCl和水,产物是(CH3)4NOH、Cl2和H2,由此可写出电池的总反应为2(CH3)4NCl+2H2O 2(CH3)4NOH+H2↑+Cl2↑。 答案: (1)2H2O-4e- 4H++O2↑ a (2)①d ②2(CH3)4NCl+2H2O 2(CH3)4NOH+H2↑+Cl2↑
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