4-3-2电解原理的应用
一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)
1．将一直流电源的正、负极(电极材料为Pt)，用玻璃片分别压在一张用食盐水、碘化钾、淀粉溶液和石蕊试液浸透的滤纸上，经过一段时间后，两极附近滤纸的颜色分别是( )
A
B
C
D
阳极
蓝
白
红
蓝
阴极
白
蓝
蓝
蓝
【解析】 题中所述装置相当于电解食盐水装置。阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2使湿润的KI淀粉变蓝。阴极：2H＋＋2e－===H2↑阴极附近溶液呈碱性石蕊试液变蓝。
【答案】 D
2．下列图示中关于铜电极的连接错误的是( )
【解析】 铜锌原电池中锌作负极，铜作正极，A正确；电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，B正确；镀件上镀铜时，铜作阳极，镀件作阴极，C错误；电解氯化铜溶液时，石墨作阳极，铜作阴极，D错误。
【答案】 CD
3．下列描述中，不符合生产实际的是( )
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】 电解熔融的氧化铝制取金属铝，用碳作阳极，如果用铁做阳极，则铁失电子而消耗，故A不对；B、C、D符合生产实际，正确。
【答案】 A
4．(2010年钱桥中学高二期末检测)用铂电极分别电解KCl溶液和K2SO4溶液时，都会出现的现象或实验结果是( )
A．溶液中K＋离子浓度都不变
B．溶液的pH都不变
C．阳极上都生成能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的无色气体
D．阴极上都生成可燃的气体
【解析】 用Pt电极电解KCl溶液，反应为2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑，溶液的pH将增加，B错。用惰性电极电解K2SO4溶液，相当于电解水，K＋浓度将增加，A错。电解KCl溶液，阴极上产生H2，阳极上产生黄绿色气体Cl2，电解K2SO4溶液，阴极上产生H2，阳极上产生O2，所以C错。二者阴极均产生的可燃气体H2，D对。
【答案】 D
5．学生欲完成反应Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑而设计了下列四个实验，你认为可行的是( )
【解析】 Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑是非自发氧化还原反应，为使该反应能发生，应采用电解装置。Cu被腐蚀，应接电源的正极作为阳极。电解质溶液选用H2SO4溶液。
【答案】 C
6．如图两装置中，溶液体积均为200 mL，开始时，电解质溶液的浓度0.1 mol/L，工作一段时间后，测得导线上都通过0.02 mol e－。若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是( )
A．同条件时产生气体体积：①＝②
B．电极上析出固体质量：①<②
C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②中负极：2H＋＋2e－===H2↑
D．溶液的pH变化：①变小 ②增大
【解析】 图①为电解池，电极反应阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。图②为原电池，电极反应为正极：2H＋＋2e－===H2↑负极：Zn－2e－===Zn2＋，导线上通过0.02 mol e－时①中阴极生成0.01 mol Cu，阳极生成0.005 mol O2；②中正极生成H2 0.01 mol，负极溶解Zn 0.01 mol，①中OH－放电使溶液中c(H＋)变大，pH变小，②中c(H＋)减小，pH变大。
【答案】 D
7．如图装置分别通电一段时间后，溶液的质量增加的是( )
【解析】 A项实质是电解水，2H2O2H2↑＋O2↑，溶液质量减少。B项电解CuCl2，CuCl2Cu＋Cl2↑，溶液质量减少。C项，阳极是活性电极Cu，电极反应Cu－2e－===Cu2＋；阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu溶液质量无变化。D项阳极是活性电极Ag，电极反应2Ag－2e－===2Ag＋，阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，总反应2Ag＋Cu(NO3)22AgNO3＋Cu，溶液质量增大。
【答案】 D
8．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常用电解精炼法将粗铜提纯，在电解精炼时( )
A．精炼时粗铜接电源负极
B．精炼时纯铜作阴极
C．杂质都将以单质形式沉积到池底
D．纯铜片增重2. 56 g，电路中通过电子为0.04 mol
【解析】 由金属活动性顺序Zn>Cu>Ag>Au可知，首先锌失去电子进入溶液，而后是铜失去电子，由于杂质Au、Ag很少，铜溶解时，二者以单质形式沉积到池底。纯铜增重2. 56 g时，得到电子：[2.56 g/64(g·mol－1)]×2＝0.08 mol，即电路中通过电子0. 08 mol。
【答案】 B
9.
某同学按上图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( )
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，反应方程式为：Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
D．整个电解过程中，溶液中的H＋的浓度不断增大
【解析】 活泼金属铜作阳极，阳极发生反应为：Cu－2e－===Cu2＋，初期阴极溶液中H＋放电：2H＋＋2e－===H2↑。溶液中的H＋的浓度不断减小，总方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑。随着反应进行，溶液中Cu2＋数目增多，Cu2＋在阴极上得电子：Cu2＋＋2e－===Cu，此时，该装置为电镀铜，溶液中的H＋浓度保持不变。
【答案】 BC
10．电解硫酸铜溶液要达到如下三个要求：①阳极质量减小，②阴极质量增加，③电解过程中Cu2＋浓度不变。则可选用的电极是( )
A．石墨作阳极，铁作阴极
B．粗铜(含Fe、Ni、Zn)作阳极，纯铜作阴极
C．纯铜作阳极，铁作阴极
D．铁作阳极，纯铜作阴极
【解析】 本题中所述的电解过程实际就是电镀过程：阳极质量减少，须用活性金属电极作阳极，则A选项不符合题意；由于Cu2＋的放电能力比H＋的大，阴极质量增加，但是要使Cu2＋浓度不变，则阳极必须用纯铜，所以选C.
【答案】 C
11．(2011·湖北八校联考)化学实验小组在学习化学电源和氯碱工业相关知识后，在实验室进行实验验证，他们设计组装了如图所示装置，已知a为石墨电极；b为铁电极；c为铝电极(已除去表面氧化膜)；d为多孔石墨电极，烧杯中是足量饱和食盐水(滴有酚酞)，连好导线后，电流计指针发生明显偏转，下列判断正确的是( )
A．b为负极，d为阳极
B．一段时间后，a和d电极附近溶液变红
C．b电极电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑
D．当电解一段时间，B中出现大量白色沉淀时，停止实验，再将A中溶液倒人B中混合，充分振荡，沉淀全部消失
【解析】 右端装置为原电池，左端装置为电解池。在右端装置中，通入O2的电极为电池的正极，其电极反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以在d电极附近，一段时间后出现红色，Al为原电池的负极，Al失去电子生成Al3＋，Al3＋与溶液中的OH－反应生成白色Al(OH)3沉淀，电池总反应为：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3↓。a与电池的正极相连，故a为电解池的阳极，b与电池负极相连，故b为电解池的阴极，电解饱和NaCl溶液时，溶液中的Cl－在a极放电生成Cl2，溶液中的H＋在b极放电生成H2、NaOH，根据得失电子守恒，A中产生的NaOH与B中Al3＋结合的OH－物质的量相等，所以电解一段时间后，将A、B混合并充分振荡Al(OH)3与NaOH反应而溶解。综合上述知选项D正确。
【答案】 D
12．三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后进行电解，电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是( )
A．可用铁作阳极材料
B．电解过程中阳极附近溶液的pH升高
C．阳极反应方程式为：2Cl－－2e－===Cl2↑
D．1 mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1 mol电子
【解析】 由题意知电极反应，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阴极溶液呈碱性，pH升高，故A、B错误；由Ni2＋―→Ni3＋，失去1 mol e－，外电路中转移1 mol e－，即Cl－失去1 mol e－，H＋得到1 mol e－。
【答案】 CD
13．如图甲为锌铜原电池装置，乙为电解熔融氯化钠装置。则下列说法正确的是( )
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．甲装置盐桥的作用是使反应过程中ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性
C．乙装置中铁极的电极反应式为：2Na－2e－===2Na＋
D．乙装置中B是氯气出口，A是钠出口
【解析】 甲装置为原电池，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，A错；乙装置中铁为阴极，2Na＋＋2e－===Na，C错；石墨为阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，A为Cl2出口，B是Na出口，D错。
【答案】 B
14．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
【解析】 由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极上是溶液中的H＋反应，电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1 mol电子转移时，有0. 05 mol Cu2O生成，D选项错误。
【答案】 A
15．电解100 mL含c(H＋)＝0.30 mol/L的下列溶液，当电路中通过0. 04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是( )
A. 0. 10 mol/L Ag＋ B. 0. 20 mol/L Zn2＋
C. 0. 20 mol/L Cu2＋ D. 0. 20 mol/L Pb2＋
【解析】 因溶液中含Ag＋、Cu2＋、H＋、Pb2＋、Zn2＋分别为0. 01 mol、0.02 mol、0.03 mol、0.02 mol、0.02 mol；而电解时A、C中Ag＋、Cu2＋比H＋先放电，而C、D中则是H＋先放电，A中0. 01 molAg＋放电完全后，H＋放电，C中Cu2＋先放电完全后，H＋放电，即生成0. 02 mol Cu，其质量最大．
【答案】 C
二、非选择题
16．(2011年钱桥中学高二期末)如图装置闭合电键时，电流表A的指针将发生偏转。试回答下列问题。
(1)A池是________；Zn的电极名称是________
B池是________；Pt的电极名称是________(填电解池、原电池、阴、阳、正、负极等)
(2)写出下列有关反应：
Cu极上电极反应：_____________________________________ ___________________________________；
C极上电极反应：______________________________________ _________________________。
(3)B池中的总反应的化学方程式为________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________。
(4)如果要用B池给铁片上镀上一层Cu，则B池应作何改进________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【解析】 (1)A池是原电池，Zn活泼性强，为负极。B池为电解池，Pt电极与Cu相连，为阳极。
(2)Cu电极为正极，发生还原反应，2H＋＋2e－===H2↑
C电极为阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(4)给铁片镀铜，则Pt电极(阳极)换成Cu，C电极换成铁片。
【答案】 (1)原电池 负极 电解池 阳极
(2)2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu
(3)2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
(4)Pt电极改为Cu电极，C电极换为铁片
17．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，其原理如下图所示。
(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】 (1)由黄色变为蓝色，说明VO生成VO2＋，V化合价由＋5降为＋4，被还原。(2)充电过程中，右槽中发生还原反应，V3＋变为V2＋，颜色由绿色变为紫色。(3)放电时，氢离子参与正极的还原反应，生成水；充电时，转移的电子为0.5 mol时，生成的H＋物质的量为1 mol，由于H＋可以通过交换膜，其中0.5 mol H＋进入右槽，故左槽中H＋的变化量为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 0.5 mol
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