【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用 含解析

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,陽極反應都是2Cl-2e-=Cl2D.鋼鐵的腐蝕通常為電化學腐蝕,該腐蝕過程中負極反應為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關(guān)系均正確的一組是()選項電源X極實驗前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管中電極反應式是4OH-4e-=2H2O+O2C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)3b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()A.電量計中的銀棒應與電源的正極相連,鉑坩堝上發(fā)生的電極反應是:Ag+e-=AgB.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 CC.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)如用下圖所示裝置通電10分鐘后,去掉直流電源,連接成圖所示裝置,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、同壓下裝置中石墨電極上方得到氣體的體積與鐵電極上方得到氣體的體積相等B.用裝置進行實驗時鐵電極的電極反應為Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2C.用裝置進行實驗時石墨電極的電極反應為Cl2+2e-=2Cl-D.裝置通電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,其總反應式為H2+2NiOOH2Ni(OH)2。下列說法中正確的是()A.混合動力車上坡或加速時,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,甲電極的電極反應式為H2+2OH-+2e-=2H2O9.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 molB.0.2 molC.0.3 molD.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)生還原反應的物質(zhì)是_(填序號)。A.NiO2B.FeC.Fe(OH)2D.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。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)。電解含有0.01 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:6.88.0,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);A管溶液由紅變黃B管溶液由紅變黃A管溶液不變色B管溶液不變色(2)寫出A管中發(fā)生反應的反應式: _;(3)寫出B管中發(fā)生反應的反應式: _;(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_。13.(16分)(能力挑戰(zhàn)題)已知鉛蓄電池的工作原理為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+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,鉛蓄電池正極反應式為_,放電過程中電解液的密度_(填“減小”“增大”或“不變”)。(2)Ag電極的電極反應式是_,該電極的電極產(chǎn)物共_g。(3)Cu電極的電極反應式是_,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項錯誤;氯堿工業(yè)和金屬鈉的冶煉都用到了NaCl,陽極反應都是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:2Cl-2e-=Cl2,陰極反應:2H2O+2e-=2OH-+H2,Al3+3OH-=Al(OH)3。根據(jù)反應式可得關(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,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,而H2不溶于水,故同溫同壓下兩電極上方得到氣體的體積不相等。裝置是原電池,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,此時甲是陰極,乙是陽極,電極反應式分別為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,總反應式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4,Pt電極附近生成H+,則SO42-向Pt電極移動,B、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,由電解的總反應式:2H2O+2CuSO42Cu+O2+2H2SO4,2H2O2H2+O2,知:2H2SO44e-,2H2O4e-,所以電解過程中轉(zhuǎn)移電子為0.2 mol+0.2 mol=0.4 mol?！菊`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0.2 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,正極發(fā)生還原反應,再根據(jù)元素化合價變化,可判斷該電池負極發(fā)生反應的物質(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。(2)正極的電極反應生成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:Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O。(4)由蓄電池反應式:Mx+xe-=M可以看出,反應中轉(zhuǎn)移x mol電子,則生成1 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。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)50xa168 212.【解析】由裝置圖可知A為電解池的陰極,電極反應式為4H+4e-=2H2;B為電解池的陽極,電極反應式為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,指示劑應顯黃色,同時還會發(fā)生反應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)(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是電源的負極,B是電源的正極,電解時Ag極作陰極,電極反應式為2H+2e-=H2,Fe作陽極,電極反應式為Fe-2e-=Fe2+,左側(cè)U形管中總反應式為Fe+2H+=Fe2+H2。右側(cè)U形管相當于電鍍裝置,Zn電極作陰極,電極反應式為Cu2+2e-=Cu,銅電極作陽極,電極反應式為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-=H20.4(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-2H2O22Cu2+2Cu4Ag4Ag+4Cl-2Cl2等。