第四章《电化学基础》第三节《电解池》
周考卷二十三 ——电解原理
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(每小题4分，每小题有1－2个正确选项)
1．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是( )
A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
解析：电解稀H2SO4，实质上是电解水，硫酸的物质的量不变，但溶液体积减小，浓度增大，故溶液pH减小，A不正确。电解稀NaOH溶液，阳极消耗OH－，阴极消耗H＋，实质也是电解水，NaOH溶液浓度增大，故溶液的pH增大，B不正确。电解Na2SO4溶液时，在阳极发生反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，由于两电极通过电量相等，故析出H2与O2的物质的量之比为2∶1，C不正确。电解CuCl2溶液时，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，两极通过电量相等时，Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1，D正确。
答案：D
2．下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用锌片作阳极，铁片作阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
解析：铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4溶液中，铜片上的H＋获得由铁片传递过来的电子：2H＋＋2e－===H2↑，所以可观察到铜片表面出现气泡。用锌板作阳极、铁片作阴极电解ZnCl2溶液，实为电镀，两极发生的反应如下：阳极反应：Zn－2e－===Zn2＋，阴极反应：Zn2＋＋2e－===Zn，阴极上析出锌。铜片插入FeCl3溶液发生的反应是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，并没有单质铁的析出。向盛有锌粒和盐酸的试管中滴入几滴CuCl2溶液，发生反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，置换出的Cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2H＋＋2e－===H2↑反应，可观察到气泡放出速率加快。
答案：C
3．在外界提供相同电量的条件下，Cu2＋和Ag＋分别按Cu2＋＋2e－===Cu和Ag＋＋e－===Ag在电极上放电，析出铜的质量为1.92g，则析出银的质量为( )
A．1.62g B．6.48g
C．3.24g D．12.96g
解析：电解过程中，电极上析出金属的质量与电子转移数量成正比，析出1mol铜需转移2mol电子，析出1mol银需转移
1mol电子，外界提供电量相同时：
Cu641.92g ～ 2Ag216x
x＝6.48g
答案：B
4．将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。有以下结论：①溶液中几乎没有Br－；②电解质溶液为无色；③最终溶液显碱性；④K＋、Na＋和SO的浓度几乎没有变化。正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)( )
A．①②③ B．仅③ C．①④ D．均正确
解析：此题电解的是混合溶液，目的是考查学生对阴、阳离子放电顺序掌握的熟练性。溶液中存在的阴离子有：Cl－、Br－、SO、OH－，阳离子有：K＋、Cu2＋、Na＋、H＋。因用Pt电极电解足够长的时间，阴离子首先放电的是Br－，其次是Cl－，最后是OH－，SO在溶液中不放电，阳离子先放电的是Cu2＋，其次是H＋。所以先电解CuBr2，两极分别析出Cu和Br2，当CuBr2电解完毕时，相当于继续电解HCl(H＋来自于水中)，当Cl－被消耗尽时，则继续电解水。由于Cu2＋转化为单质铜，电解液变为无色；Cl－放电时，水电离出的H＋放电，使溶液中的c(OH－)增大；由于水被消耗，c(K＋)、c(Na＋)和c(SO)会增大。
答案：A
5．根据金属活动性顺序表，Cu不能发生：Cu＋2H2O===Cu(OH)2＋H2↑的反应。但选择恰当电极材料和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四组电极和电解液中，能实现该反应最为恰当的是( )
A
B
C
D
阳极
石墨棒
Cu
Cu
Cu
阴极
石墨棒
石墨棒
Fe
Pt
电解液
CuSO4溶液
Na2SO4溶液
H2SO4溶液
H2O
解析：Cu作阳极时，自身失电子电极反应为Cu－2e－===Cu2＋阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑；C项电解液H2SO4会与生成的Cu(OH)2中和，实际上不会生成Cu(OH)2；D项中H2O导电能力不强，故B项中Na2SO4溶液起增强导电性作用。电解总反应为Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑
答案：B
6．将两根铂插入500mL的CuSO4溶液中进行电解，通电一段时间后，某电极质量增加0.064g(设电解时无H2放出，且不考虑水解和溶液体积变化)。此时溶液中H＋浓度约为( )
A．4×10－3mol/L B．3×10－3mol/L
C．1×10－3mol/L D．1×10－7mol/L
解析：用铂电极电解CuSO4，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu；阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，电极质量增加0.064g，一定为阴极，由2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，每生成1mol Cu同时生成1mol H2SO4，则c(H＋)＝＝4×10－3mol/L。
答案：A
7．0.4mol CuSO4和0.4mol NaCl溶于水，配成1 L溶液，用惰性电极进行电解，当一个电极得到0.3molCu时，另一个电极上生成的气体在标准状况下的体积是( )
A．5.6L B． 6.72L
C．1.344L D．11.2L
解析：阴极有Cu2＋与H＋，Cu2＋放电，有0.3mol Cu析出时，则得到0.3×2＝0.6mol e－，阳极有Cl－、OH－，Cl－放电失去0.4mol电子，则OH－放电失去0.2mol电子，生成0.2mol Cl2和0.05mol O2，生成的气体在标准状况下的体积为
(0.2＋0.05)mol×22.4 L/mol＝5.6L。
答案：A
8．将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为( )
A．6∶3∶2 B．6∶3∶1
C．1∶2∶3 D．3∶2∶1
解析：设电路中通过6mol电子，根据K＋＋e－===K可算得析出6molk；根据Mg2＋＋2e－===Mg算得析出3molmg；根据Al3＋＋3e－===Al算得析出2mol Al。析出钾、镁、铝的物质的量之比为6∶3∶2。
答案：A
9．将等物质的量K2SO4、NaCl、Ba(NO3)2、AgNO3混合均匀后，置于指定容器中，加入足量的水，经搅拌、静置、过滤。取滤液，用铂电极电解该滤液一段时间。则两个极区析出的氧化产物与还原产物的质量比约为( )
A．35.5∶108 B．108∶35.5
C．8∶1 D．1∶2
解析：四种物质混合加水，最后过滤后，得到KNO3和NaNO3的混合溶液，所以阳极产物为O2，阴极产物为H2。
答案：C
10．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )
A．阴极只析出H2
B．阳极先极出Cl2，后析出O2
C．电解最后阶段为电解水
D．溶液pH不断增大，最后为7
解析：电解质溶液中，n(Na＋)∶n(Cl－)∶n(H＋)∶n(SO)＝3∶3∶2∶1。开始电解产生H2和Cl2，随着产生H2和Cl2的同时生成的OH－中和H2SO4，且OH－过量，最后是电解水，因而最后溶液的pH>7，阴极只放出H2。三个阶段分别相当于电解HCl―→NaCl―→H2O。
答案：D
二、非选择题(共60分)
11．如下图为持续电解含一定CaCl2水溶液的装置(以铂为电极)，A为电流表。电解一段时间t1后，将CO2持续通入电解液中。
(1)电解时，F极发生________反应，电极反应式为：________，E极发生________反应，电极反应式为：________，电解总反应式为：_____________________________________。
(2)电解池中产生的现象：
①________________________________
②________________________________
③________________________________
解析：溶液中含有Ca2＋、H＋、Cl－、OH－，通电时，Ca2＋、H＋移向阴极，由于H＋放电能力比Ca2＋强，在E极上发生反应：2H＋＋2e－===H2↑；Cl－、OH－移向阳极，Cl－在阳极放电；2Cl－－2e－===Cl2↑，电解至t1后，溶液中OH－浓度增大，通入CO2后会有CaCO3沉淀生成。
答案：(1)氧化 2Cl－－2e－===Cl2↑ 还原
2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(2)①通电后E极处溶液呈红色。
②通电时，E极、F极均有气体生成。
③通CO2时，溶液中先出现白色沉淀继续通CO2沉淀又消失。
12．如图当线路接通时，发现M(用石蕊试液浸润过的滤纸)a端显蓝色，b端显红色，且知甲中电极材料是锌、银，乙中电极材料是铂、铜，且乙中两极不发生变化。回答：
(1)甲、乙分别是什么装置________、________。
(2)写出A、B、C、D的电极名称以及电极材料
________、________、________、________。
答案：(1)原电池 电解池
(2)A：负极，Zn B：正极，Ag C：阳极，Pt D：阴极，Cu
13．某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数数值，其实验方案的要点为：①用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如下图所示。②在电流强度为I A。通电时间为ts后，精确测得电极上析出铜的质量为mg。
试回答：
(1)连接这些仪器的正确顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示。下同)
E接________，C接________，________接F。
实验线路中的电流方向______→________→
________→C→________→________。
(2)写出B电极上发生反应的离子方程式：
________；G试管中淀粉KI溶液变化的现象为_______________ ___________，相应的离子方程式是__________________________。
(3)为精确测定电极上析出的铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序应是________。(选填下列操作步骤的编号)
①称量电解前电极质量
②刮下电解后电极上的铜并清洗
③用蒸馏水清洗电解后的电极
④低温烘干电极后称量
⑤低温烘干刮下的铜后称量
⑥再次低温烘干后称量至恒重
(4)已知电子的电量为1.6×10－19C。试列出阿伏加德罗常数的计算公式：NA＝________。
解析：(1)G为Cl2的吸收装置，所以B为阳极，A为阴极，则仪器的连接顺序为E接D，C接A，B接F。实验线路中的电流方向与电子流向正好相反，为F→B→A→C→D→E。
(2)B电极产生Cl2，电极反应的离子方程式为2Cl－－2e－===Cl2↑，它使淀粉KI溶液变蓝，离子方程式为Cl2＋2I－===2Cl－＋I2。
(3)测定电极上析出的Cu的质量的先后顺序应为①③④⑥，而无须刮下电极上析出的铜再称量。另外，之所以烘干称量两次的原因在于减少称量误差。
(4)由电量守恒得：
Q＝It＝×2×NA×1.60×10－19
NA＝×
答案：(1)D A B F B A D E (2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 变蓝色 Cl2＋2I－===2Cl－＋I2 (3)①③④⑥
(4)×
14．按要求回答问题：
(1)写出用惰性电极电解下列溶液时的阴极产物。
①CuCl2溶液__________；
②KCl溶液__________；
③AgNO3溶液__________；
④NaOH溶液__________；
(2)写出用惰性电极电解下列溶液时的阳极产物。
①KOH溶液__________；
②Na2SO4溶液__________；
③ZnCl2溶液__________；
(3)当以铜为电极电解下列溶液时，写出其电极反应式。
①AgNO3溶液
阳极：_______________________________________________；
阴极：_______________________________________________；
总反应：_____________________________________________。
②稀H2SO4
阳极：_______________________________________________；
阴极：_______________________________________________；
总反应：_____________________________________________。
答案：(1)①Cu ②H2 ③Ag ④H2 (2)①O2 ②O2 ③Cl2
(3)①4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 4Ag＋＋4e－===4Ag
2H2O＋4Ag＋O2↑＋4Ag＋4H＋ ②2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4H＋＋4e－===2H2↑ 2H2O===O2↑＋2H2↑
15．用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液250mL，
经过一段时间后，两极均生成11.2 L(标准状况)气体，求原溶液中Cu2＋和Cl－的物质的量浓度范围。
解析：根据题意，在阴极放电的离子有Cu2＋、H＋，在阳极放电的离子有Cl－、OH－(若只有Cl－放电，阴阳两极生成的气体不可能一样多)。设c(Cl－)＝xmol/L，c(Cu2＋)＝ymol/L。
阴极反应：
Cu2＋0.25ymol＋2e－0.5ymol===Cu,2H＋＋2e－1mol=== H2↑0.5mol
阳极反应：
2Cl－0.25xmol－2e－0.25xmol===Cl2↑0.125 xmol
4OH－－ 4e－(2－0.5xmol)===2H2O＋O2↑(0.5－0.125x)mol
因为阳极生成的气体不可能全为O2，所以0<0.5－0.125x<0.5,0
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