高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册微项目 科学使用含氯消毒剂——运用氧化还原反应原理解决实际问题课后练习题

电解原理的应用

(建议用时：40分钟)

[基础过关练]

1．下列变化过程均与“电”相关，其中需要通电才能进行的是(　　)

①电离　②电解　③电镀　④电泳

A．①②③　 B．①②④

C．①③④  D．②③④

D　[电离需在水溶液或熔融状态下发生，不需要通电。]

2．在铁片上镀锌时，下列叙述正确的是(　　)

①将铁片接在电池的正极上　②将锌片接在电池的正极上③在铁片上发生的反应是Zn2＋＋2e－===Zn　④在锌片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　⑤需用FeSO4溶液　⑥需用ZnSO4溶液

A．②③⑥     B．②③④⑥

C．①④⑤  D．①③⑥

A　[在铁片上镀锌时，铁作电解池的阴极与电源负极相连，电解质溶液中的锌离子在铁片上得到电子发生还原反应生成锌；锌作电解池的阳极和电源正极相连，锌失电子发生氧化反应生成锌离子，电解质溶液为含锌离子的溶液。应将铁片接在电源的负极上，故①错误；应将锌片接在电源的正极上，故②正确；在铁片上发生的反应是Zn2＋＋2e－===Zn，故③正确；在锌片上发生的反应是Zn－2e－===Zn2＋，故④错误；电解质溶液为含锌离子的溶液，不能用FeSO4溶液，需用ZnSO4溶液，故⑤错误、⑥正确。综上所述，A正确。]

3．(素养题)如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是(　　)

A．通电一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色

B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应

C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝

D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触

D　[蛋壳可以将两极产物分开，防止产物之间发生反应。]

4．下列关于电解精炼铜与电镀的说法正确的是(　　)

A．电解精炼铜时，将电能转化为化学能，电路中每通过2 mol e－，阳极就会溶解64 g铜

B.电解精炼铜时，阳极为粗铜，阴极为精铜，电解过程中电解质溶液不需要更换

C．在铁制器皿上镀铝，熔融氧化铝作电解质，铁制器皿作阴极，铝棒作阳极

D．电镀过程中电镀液需要不断更换

C　[电解精炼铜时，阳极为粗铜，比铜活泼的金属也会反应，电路中每通过2 mol e－，阳极溶解的铜的质量小于64 g，A项错误。电解精炼铜时，比铜活泼的金属在阳极也会失去电子，而阴极上铜离子得到电子转化为铜单质，溶液中的铜离子浓度减小，因此在电解精炼过程中，需要更换电解质溶液，B项错误。电镀过程的实质是在电能的作用下，将阳极上的金属转移到阴极上，因此电镀液不需要更换，D项错误。]

5．某粗铜产品中含有Zn、Ag、Au等杂质，如图所示，用CH3OH碱性燃料电池电解硫酸铜溶液，闭合开关S进行电解。下列说法中不正确的是(　　)

左池　　　右池

A．左池负极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O

B．通电一段时间后，Ag、Au杂质金属沉积在电解槽底部

C．若粗铜电极质量减少6.4 g，则纯铜电极增重大于6.4 g

D．电解过程中右池纯铜和粗铜分别为阴极和阳极

C　[左池为原电池，负极发生氧化反应，甲醇失去电子在碱性条件下生成CO和H2O，负极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，故A正确；通电一段时间后，不如Cu活泼的Ag、Au杂质金属不能被氧化，沉积在电解槽底部形成阳极泥，故B正确；比Cu活泼的杂质金属Zn优先于Cu被氧化，Zn的相对原子质量比Cu大，转移电子数相同时，若粗铜电极质量减少6.4 g，则纯铜电极质量增加小于6.4 g，故C错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，故D正确。]

6．如下图所示，将两烧杯用导线如图相连，Pt、Cu、Zn、C分别为四电极，当闭合开关后，下列叙述中正确的是(　　)

A．Cu极为原电池负极

B．Cu极附近显碱性

C．C极发生氧化反应

D．电子流向为由C极流向Pt极

B　[根据金属活动性及原电池形成条件可判断出右烧杯为原电池，左烧杯为电解池。Zn作负极，C作正极，Cu作阴极，H＋在阴极放电。Cu极附近显碱性。C极发生还原反应，电子流向为由Pt极流向C极。]

7．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的状态(不考虑二氧化碳的溶解)，则电解过程中阳极产生气体的体积(标准状况)为(　　)

A．3.36 L　　B．4.48 L　　C．6.72 L　　D．2.24 L

A　[电解CuSO4溶液可得到H2SO4，碱式碳酸铜和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，所以加入0.1 mol碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]相当于加入0.2 mol CuO、0.1 mol H2O，电解过程分为两个阶段，第一个阶段阳极生成O2，阴极生成Cu，加入0.2 mol CuO可恢复原状，第二阶段阳极生成O2，阴极生成H2，加入0.1 mol H2O可恢复原状；根据氧原子守恒可知阳极生成O2的物质的量为＝0.15 mol，标准状况下体积为0.15 mol×22.4 L·mol－1＝3.36 L，答案选A。]

8．图甲为锌铜原电池装置，图乙为电解熔融氯化钠制备金属钠的装置。下列说法正确的是(　　)

图甲　　　　　图乙

A．甲装置中锌为负极，发生还原反应；铜为正极，发生氧化反应

B．甲装置中盐桥可以使反应过程中溶液保持电中性

C．乙装置中铁极的电极反应为：2Na－2e－===2Na＋

D．乙装置中B是氯气出口，A是钠出口

B　[在原电池中活泼金属作为负极，发生氧化反应，A错误；盐桥的作用是调节电荷，使溶液保持电中性，B项正确；乙装置中铁作为阴极，电极反应为：2Na＋＋2e－===2Na，C错误；根据图示可知A是氯气出口，B是钠出口，D错误。]

9．(双选)在一定温度下，用铂电极电解饱和硫酸钠溶液，对电解质溶液的判断正确的是(　　)

A．有晶体析出     B．浓度变大

C．浓度变小  D．pH不变

AD　[电解Na2SO4溶液实质是电解水，Na2SO4溶液是饱和的，故有晶体析出，溶液浓度不变，溶液呈中性，pH不变。]

10．用石墨作电极电解1 000 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，通电一段时间后关闭电源，测得溶液的质量减少了13.4 g。下列有关叙述正确的是(NA代表阿伏加德罗常数的值)(　　)

A．电解过程中流经外电路的电子数目为0.1NA

B．在标准状况下，两极共产生3.92 L气体

C．电解后溶液中H＋浓度为0.01 mol·L－1(假设溶液体积不变)

D．加入13.8 g Ag2CO3可将溶液恢复到与电解前完全相同

B　[用石墨作电极电解1 000 mL 0.1 mol·L－1AgNO3溶液，阴极反应首先是Ag＋＋e－===Ag，假设0.1 mol银离子全部放电，转移电子的物质的量为0.1 mol，则析出金属银的质量为0.1 mol×108 g·mol－1＝10.8 g，此时阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，转移0.1 mol电子时生成的氧气的质量是0.025 mol×32 g·mol－1＝0.8 g，溶液质量共减少10.8 g＋0.8 g＝11.6 g<13.4 g，则Ag＋完全消耗后，阴极放电的是H＋，阳极仍是OH－放电，此阶段相当于电解水，电解消耗水的质量为13.4 g－11.6 g＝1.8 g，电解1.8 g(即0.1 mol)水转移电子的物质的量为0.2 mol，所以整个过程电路中转移电子的总物质的量为0.3 mol，个数为0.3NA，A错误；阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当转移0.3 mol电子时，产生氧气的物质的量为0.075 mol，当转移0.2 mol电子时，阴极上产生氢气的物质的量为0.1 mol，所以在标准状况下，两极共产生(0.075＋0.1)mol×22.4 L·mol－1＝3.92 L气体，B正确；电解过程中溶液中共产生0.1 mol H＋，最后溶液中c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，C错误；电解过程相当于消耗了氧化银和水，只加入Ag2CO3不能将溶液彻底复原，D错误。]

11.已知＋2价的铁的化合物通常具有较强的还原性，易被氧化。实验室用亚铁盐溶液与烧碱反应很难制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，但是用电解的方法可以制得纯净的Fe(OH)2沉淀。制备装置如图所示，其中a、b两电极材料分别为铁和石墨。

(1)a电极上的反应式为__________________________。

(2)电解质溶液d最好选________(填编号)。

A．纯水     B．CuSO4溶液

C．NaOH溶液  D．H2SO4溶液

(3)液体c为________(填编号)。

A．四氯化碳     B．硝基苯

C．苯  D．乙醇

[解析]　(3)四氯化碳、硝基苯密度大于水，乙醇溶于水，应选苯来隔绝空气。

[答案]　(1)Fe－2e－===Fe2＋　(2)C　(3)C

12．电解在化工生产、金属冶炼及科学研究等方面有重要应用。

(1)工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。纯净氧化铝的熔点很高(约2 045 ℃)，在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)在1 000 ℃左右就可以得到熔融体。

①写出电解时阳极的电极反应式：

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________。

②电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________。

(2)电解食盐水是氯碱工业的基础。

①电解所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为______、______。电解时，阴极反应的主要产物是________________。

②电解时用盐酸控制阳极区的pH在2～3，用必要的文字和反应方程式说明原因：_____________________________________。

[解析]　(1)①由电解装置可知，阳极上氧离子失去电子，电极反应2O2－－4e－===O2↑  ；②阳极上产生氧气，石墨电极被阳极上产生的氧气氧化，故电解过程中作阳极的石墨易消耗。(2)①食盐溶液中混有Mg2＋和Ca2＋，可以利用过量NaOH溶液除去Mg2＋，利用过量Na2CO3溶液除去Ca2＋；电解时，阴极反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极反应的主要产物是NaOH和H2；②电解时用盐酸控制阳极区的pH在2～3，用必要的文字和反应方程式说明原因：Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大H＋和Cl－浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失。

[答案]　(1)①2O2－－4e－===O2↑　②石墨电极被阳极上产生的氧气氧化

(2)①NaOH　Na2CO3　NaOH和H2　②Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大H＋和Cl－浓度，抑制氯气与水的反应，减少氯气的损失

13．如图所示，A为直流电源，B为浸润饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现滤纸B上的c附近显红色。请回答：

(1)电源A中a为______极。

(2)滤纸B上发生的总反应方程式为

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________。

(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通开关K，使c、d短路，则电极e上发生的反应为_________，电极f上发生的反应为_________________，槽中盛放的电镀液可以是________或________(要求填两种电解质溶液)。

[解析]　(1)根据c附近显红色可知，该极发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a是电源的正极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。(3)电极e为阳极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，阴极铁上镀锌，则阴极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，电解液应为含镀层金属离子的溶液，所以可用ZnSO4溶液或ZnCl2溶液等。

[答案]　(1)正　(2)2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH　(3)Zn－2e－===Zn2＋　Zn2＋＋2e－===Zn　ZnSO4溶液　ZnCl2溶液

[拓展培优练]

14．在水中加入等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，将该溶液放在用惰性电极材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量比为(　　)

A．35.5∶108     B．16∶207

C．8∶1  D．108∶35.5

C　[加入等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，将有氯化银、硫酸铅沉淀生成，此时所得的溶液为硝酸钠溶液。电解该溶液的实质是电解水，阳极发生氧化反应得到氧气，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极发生还原反应得到氢气，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，根据电子守恒得氧化产物(O2)与还原产物(H2)的物质的量之比为1∶2，则质量比为8∶1，C项正确。]

15．KIO3在工业上可用电解法制取，以石墨和铁为电极，以KI溶液为电解质溶液。在一定条件下电解，总反应式为KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。下列有关说法正确的是(　　)

A．电解时，石墨作阳极，铁作阴极

B．电解时，在阳极上产生氢气

C．电解后得到KIO3产品的步骤：过滤→浓缩→结晶→灼烧

D．电解过程中，每转移0.6 mol电子，理论上可得到0.6 mol无水KIO3晶体

A　[电解过程中，阳极上I－放电生成IO，阴极上H2O电离出的H＋放电生成H2，因此阳极应为惰性电极，A项正确，B项错误。电解后得到KIO3产品的步骤：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，C项错误。1 mol I－生成1 mol IO转移电子6 mol，则每转移0.6 mol电子，理论上可得到0.1 mol无水KIO3晶体，D项错误。]

16．如图所示，三个烧杯中盛有足量的电解质溶液，a、b、c、d、e均为石墨电极，通电一段时间后，a电极上有红色物质析出。下列说法正确的是(　　)

A．e电极上可以析出使湿润的淀粉­KI试纸变蓝的气体

B．c电极周围的溶液变红

C．A烧杯中溶液的pH升高

D．B烧杯中加一定量的KCl固体可使溶液恢复原状

B　[a电极上有红色物质析出，说明a为阴极，则b为阳极，c为阴极，d为阳极，e为阴极，则电解CuCl2溶液时，e电极(阴极)上析出铜，A项错误；c为阴极，c电极附近生成氢氧化钠，可使酚酞试液变红，B项正确；A烧杯中阳极铜被氧化，阴极上析出铜，因此溶液的溶质不变，其pH不变，C项错误；B烧杯中阳极上析出氯气，阴极上析出氢气，因此通入一定量的氯化氢气体可使电解质溶液恢复原状，D项错误。]

17．将物质的量浓度相等的CuSO4溶液和NaCl溶液等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液的pH随时间t的变化曲线如图所示，则下列说法不正确的是(　　)

A．AB段，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．BC段，阴、阳两极产物的物质的量之比是1∶1

C．整个过程中阳极先产生Cl2，后产生O2

D．CD段，电解总反应为2H2O2H2↑＋O2↑

B　[AB段，阳极上氯离子失去电子有氯气生成，阴极上铜离子得到电子有金属铜生成；BC段，阳极上氢氧根离

子失去电子有氧气生成，阴极上铜离子得到电子有金属铜生成，根据电子守恒可知，氧气(阳极产物)与铜(阴极产物)的物质的量之比为1∶2；CD段，阳极上氢氧根离子失去电子有氧气生成，阴极上氢离子得到电子有氢气生成。]

18．全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。

(1)当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为

_____________________________________________________________。

(2)充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由________色变为________色。

(3)放电过程中氢离子的作用是_____________和________________；

充电时若转移的电子数为3.01×1023个，左槽溶液中n(H＋)的变化量为________。

[解析]　解本题时需注意电解池内部是离子的定向移动形成的闭合回路，离子的移动会造成溶液中离子物质的量的变化。

(1)由左槽电解液颜色的变化可知，溶液中的VO转化为VO2＋，即V元素的化合价从＋5降低为＋4，VO在左侧电极上发生还原反应，由于电解液是酸性的，因此可以判断该电极上发生的电极反应是VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，同时能判断此时右槽发生的是氧化反应。(2)该装置作为电解池充电时，右侧电极为阴极，V3＋在该电极上得电子转化为V2＋，因此，溶液颜色由绿色变为紫色。(3)在放电过程中，右槽中将发生氧化反应，即左槽中发生还原反应，VO在左侧电极上放电时，H＋参与了反应，氢离子从右槽通过交换膜向左槽移动，使电流通过溶液。在充电时，左槽的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋。左槽中每生成2 mol氢离子，伴随有1 mol电子的转移，同时有1 mol氢离子从左槽通过交换膜到达右槽，左槽中氢离子的变化量(增加)是1 mol。因此，当转移的电子数为3.01×1023个时，n(H＋)的变化量为n＝N/NA＝3.01×1023/(6.02×1023)mol＝0.5 mol。

[答案]　(1)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O 　(2)绿　紫　(3)参与正极反应　通过交换膜定向移动使电流通过溶液，构成闭合回路　0.5 mol