电解原理及其应用综合能力测试第 I 卷(选择题，共60分) 一、选择题(本题包括5小题，每小题只有一个正确答案，5×4＝20分) 1．某氯碱厂不慎有大量氯气逸出周围空间，此时，可以用浸有某种物质的一定浓度的水溶液的毛巾捂住鼻子。最适宜采用的物质是( ) A．NaOH B．NaCl C．KBr D．Na2CO3 2．1L0.1mol/LAgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16g时，下列判断(设电解按理论进行，溶液不蒸发)正确的是( ) A．溶液的浓度变为0.08mol/L B．阳极上产生112mLO2(标准状况) C．转移的电子数是1.204×1022个 D．反应中有0.01mol的Ag被氧化 3．用质量均为100g的铜做电极，电解AgNO3溶液。电解一段时间后，两电极上的质量差为28g。则两极的质量分别为( ) A．阳极100g，阴极128g B．阳极93.6g，阴极121.6g C．阳极91.0g，阴极119.0g D．阳极86.0g，阴极114.0g 4．四个电解装置都以Pt做电极，它们分别装着如下电解质溶液进行电解，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是( ) ABCD电解质溶液HClAgNO3BaCl2KOHPH值变化减 小增 大不 变增 大 二、选择题(本题包括10小题，有1-2个正确答案，10×4＝40分) 5．电解硫酸溶液时，放出25mL(标况)O2，若以等量的电量在同样条件下电解盐酸溶液，所放出的气体的体积最接近下列数据中的( ) A．45mL B．50mL C．75mL D．100mL 6．用惰性电极电解pH＝6的CuSO414\n溶液500mL，当电极上有16mg铜析出时，溶液(设电解前后溶液体积变化可忽略，阴极上无H2析出)的pH约为( ) A．1 B．3 C．6 D．9 7．用指定材料做阳极和阴极来电解一定浓度的溶液甲，然后加入物质乙能使溶液恢复为甲溶液原来的浓度，则合适的组合是( ) 阳 极阴 极溶液甲物质乙APtPtNaOHNaOH固体BPtPtH2SO4H2OCPtPtNaClNaOHD粗 铜精 铜CuSO4Cu(OH)2 8．如图所示，四种装置工作一段时间后，测得导线上均通过了0.002mol电子，此时溶液的pH由小到大的排列顺序为(不考虑水解和溶液的体积变化)( ) A．①＜③＜②＜④ B．②＜①＜③＜④ C．②＜①＜④＜③ D．①＜②＜④＜③ 9．用惰性电极分别电解下列各物质水溶液一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量水能使溶液恢复到电解前浓度的是( ) A．AgNO3 B．Na2SO4 C．CuCl2 D．KCl 10．将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积的变化)。此时溶液中氢离子浓度约为( ) A．4×10-3mol/L B．2×10-3mol/L 14\n C．1×10-3mol/L D．1×10-7mol/L 11．在25℃时，将两个铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，通电一段时间后，在阳极逸出amol气体，同时有WgNa2SO4·10H2O晶体析出，若温度不变，此时剩余溶液中溶质的质量分数是( ) A． B． C． D． 12．X、Y、Z、M代表四种金属，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气析出；若电解含Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时，Y先析出；又知M2+离子的氧化性强于Y2+离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为( ) A．X＞Z＞Y＞M B．X＞Y＞Z＞M C．M＞Z＞X＞Y D．X＞Z＞M＞Y 13．目前，人们正在研究开发一种高能电池--钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以Na+导电的β-Al2O3陶瓷作固体电解质，反应式如下，以下说法正确的是( ) A．放电时，Na作正极，S作负极 B．充电时钠极与外电源的正极相连 C．若用此电池电解硝酸银溶液时，当阳极上产生标准状况下气体1.12L时，消耗金属钠4.6g D．充电时，阴极发生的反应为：Sx2--2e-=xS 14．用惰性电极电解VL某二价金属的硫酸盐溶液一段时间后，阴极有Wg金属析出，溶液的pH从6.5变为2.0(体积变化可以忽略不计)。析出金属的相对原子质量为( ) A． B． C． 14\n D． 15．以铁为阳极、铜为阴极，对足量的NaOH溶液进行电解，一段时间后得到2molFe(OH)3沉淀，此时消耗水的物质的量共为( ) A．2mol B．3mol C．4mol D．5mol第 Ⅱ 卷(非选择题，共90分) 三、(本题包括2小题，共28分) 16．熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混和气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 负极反应式：2CO+2CO32-→4CO2+4e- 正极反应式：_____________； 总电他反应式：________________。 17．工业上通过电解饱和氯化钠溶液的方法获得氢氧化钠，我国的氯碱工业大多采用离子交换膜电解槽。 (1)写出电解饱和氯化钠溶液时的电极反应和总的离子反应方程式： 阳极：______________；阴极：______________；电解反应方程式：______________。 (2)离子交换膜电解槽一般采用金属钛做阳极，其原因是______________。阴极一般用碳钢网制成。阳离子交换膜把电解槽隔成阳极室和阴极室，其作用是______________。 (3)为了使电解氯化钠的速度加快，下列措施可行的是( ) a．增加阴极碳钢网面积 b．提高饱和氯化钠溶液的温度 c．加大阴极与阳极间的距离 d．提高电解时的电源电压 (4)如果将某离子交换膜电解槽的①电解时的电压增大到原来的2倍，②电解时电流强度增大到原来的2倍，③电解时的温度从30℃提高到60℃，则电解速率一定会达到原来的2倍的是__________，解释其原因：____________。 四、(本题包括3小题，共27分) 18．工业上处理含Cr2O72-的酸性工业废水用以下方法：①往工业废水中加入适量的NaCl，搅拌均匀；②用Fe为电极进行电解，经过一段时间有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀产生；③过滤回收沉淀，废水达到排放标准。试回答：14\n (1)电解时的电极反应：阳极______________，阴极______________。 (2)Cr2O72-转变成Cr3+的离子反应方程式：______________。 (3)电解过程Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀是怎样产生的? (4)能否用Cu电极来代替Fe电极?______________(填“能”或“不能”)，简述理由。 19．下图为持续电解饱和CaCl2水溶液(含酚酞)的装置(以铂为电极，A为电流表)，电解一段时间后，在左图中从1小时起将CO2连续通入电解液中，请在右图中完成实验中电流对时间的变化关系图，并回答有关问题。 (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______；电解方程式为______。 (2)电解池中产生的现象：①______，②______，③______。 20．工业上用MnO2和KOH为原料制取KMnO4，主要生产过程分为两步进行：第一步将MnO2和KOH粉碎，混匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌，制取K2MnO4；第二步将K2MnO4的浓溶液用惰性电极进行电解，在阳极上得到KMnO4，在阴极上得到KOH。 (1)制取K2MnO4的反应方程式是__________，连续搅拌的目的是__________。 (2)电解K2MnO4的浓溶液时，两极发生的电极反应式，阴极是__________，阳极是__________；电解方程式是__________。 五、(本题包括2小题，共16分) 21．某硝酸盐晶体的化学式为M(NO3)x·nH2O，其式量为242。将1.21g该晶体溶于水制成100mL溶液，用惰性电极进行电解，当有0.01mol电子转移后，可使金属离子还原，析出0.32g14\n金属。求：(1)金属的相对原子质量及x、n的值。(2)电解后溶液的pH。 22．由于Fe(OH)2极易被氧化．所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。应用如图4-18所示电解实验可制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。两电极的材料分别为石墨和铁。 (1)a电极材料应为______，电极反应式为______。 (2)电解液C可以是______(填编号)。 A．纯水 B．NaCl溶液 C．NaOH溶液 D．CuCl2溶液 (3)d为苯，其作用为__________，在加入苯之前对C应做何简单处理?__________。 (4)为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是(填编号)______。 A．改用稀硫酸作电解液 B．适当增大电源的电压 C．适当减小两电极间距离 D．适当降低电解液的温度 (5)若C为Na2SO4溶液，当电解一段时间看到白色Fe(OH)2沉淀后，再反接电源来电解，除了电极上看到气泡外，混合物中另一明显现象为__________。 六、(本题包括2小题，共19分) 23．对于柯尔贝反应：（R代表烃基；未配平）。在电解过程中生成的H2和CO2的体积之比是（在相同条件下）：_______。 24．(1)当电源通过2L6％的KOH溶液(密度为：1.05g/mL)时，溶液的浓度改变了2％，此时阳极析出的物质是什么?质量为多少克? (2)若电解后溶液不小心混入KCl杂质，为了除去杂质又进行电解，当有5.6L(标况)Cl2析出，可认为电解作用是完全的，求最后所得溶液中KOH的质量分数为多少?14\n电解原理及其应用综合能力测试参考答案 一、选择题 1．D 分析： 所给4个选项中能较好吸收Cl2有A：NaOH，C：KBr，D：Na2CO3；其中A的NaOH有强烈腐蚀性，且吸收氯气后生成强氧化性的NaClO不宜直接与人口鼻接触；C中KBr吸收氯气后生成刺激性、腐蚀性的Br2；而D中Na2CO3吸收氯气后生成CO2对人体无害。 2．C 分析： 由上图知，电极反应式为： 阳极：Ag-e－=Ag+ 阴极：Ag++e－=Ag 有如下对应关系：Ag ～ e－ ～ 阴极增重 1mol 6.02×1023个 108g n(Ag) N 2.16g 解得：n(Ag)＝0.02mol N＝1.204×1023 所以选项C正确；D错误。 由上图知：这是一个电渡银装置，阳极银溶解，阴极析出银，溶液中硝酸银浓度不变。所以A、B错误。 3．B 分析： 阳极：Cu－2e－＝Cu2+ 阴极：2Ag++2e－＝2Ag 即：阳极每溶解64g铜，对应阴极增加216g银，两电极质量相关为280g 所以 Cu ～ 2Ag △m 64g 216g 280g m(Cu) m(Ag) 28g 解得：m(Cu)＝6.4g m(Ag)＝21.6g 所以阳极的质量为100g－6.4g＝93.6g14\n 阴极的质量为100g+21.6g＝121.6g 4．D 分析： 从各选项的电解方程式可得到结论： A．2HClH2↑+Cl2↑ HCl浓度减小，pH升高。 B．4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑ 生成硝酸，所以溶液的pH下降。 C．BaCl2+2H2OBa(OH)2+H2↑+Cl2↑ 生成强碱Ba(OH)2所以溶液pH升高。 D．2H2OH2↑+O2↑ 由于水减小，KOH溶液浓度增大，所以pH升高。 5．D 分析： 电解H2SO4时：阳极 4OH――4e－＝2H2O+O2↑ 电解HCl时：阴极 2H++2e－＝H2↑ 阳极 2Cl――2e－＝Cl2↑ 所以 O2 ～ （2H2+2Cl2） 25mL 100mL 6．B 分析： 由电解方程式 2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑ 128g 2mol 0.016g n(H2SO4) n(H2SO4)=2.5×10－4mol 所以n(H+)=5×10－4mol c(H+)=1×10－3mol/L 由硫酸形成的pH＝－lg(1×10－3)=3由于是硫酸的酸性环境，所以Cu2+的水解产生H+可忽略，所以选B。 7．B 分析： A相当电解水，会使NaOH溶液浓度增大，再加入固体NaOH溶液浓度会更大，不能恢复原甲溶液。 B相当于电解水，可再加入水恢复原溶液。 C电解的是水和NaCl，不能靠加入NaOH恢复原溶液。 D是粗铜的精炼，溶液中硫酸铜的溶液不变，不用加入Cu(OH)2恢复。 8．A 分析：14\n ①2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+ 转移电子 4mol 4mol n(H+) 0.002mol n(H+)=0.002mol c(H+)=0.01mol/L ②Zn+2H+Zn2++H2↑ 转移电子 2mol 2mol n(H+) 0.002mol n(H+)=0.002mol 余H+物质的量为：0.2L×0.005mol/L×2－0.002＝0 表明溶液变为了硫酸锌溶液 ③CuCl2Cu+Cl2↑ 转移电子 1mol 2mol n(Cl2) 0.002mol n(Cl2)=0.002mol生成的Cl2有少量与水反应生成少量HCl和HClO。 ④Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑ 转移电子 2mol 2mol n[Fe(OH)2] 0.002mol n[Fe(OH)2]=0.001mol 由上面的分析可知，溶液中H+浓度由大到小的顺序为①③②④，pH的顺序与之相反。 9．B 分析： 此题要求电解的物质是水才行，要求电解为含氧酸、强碱、强碱的含氧酸盐等。只有B符合。 10．A 分析： 根据电解方程式分析 2Cu2++2H2O4H++2Cu+O2↑ 4mol 128g n(H+) 0.064g n(H+)=0.002mol c(H+)=0.002mol÷0.5L＝0.004mol/L 11．C 解析： 用惰性电极电解饱和硫酸钠溶液相当于电解水，阳极产生氧气。 2H2O2H2↑+O2↑ 2 1 2amol 14\n amol 当饱和溶液减少2amol水即36ag水时，有晶体析出。溶液仍为饱和溶液。 用换位思考：若将Wg Na2SO4·10H2O晶体加入到36ag水中所得溶液仍为饱和溶液。该溶液中溶质的质量分数为 12．A 分析： 根据原电池原理，由“金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气析出；”可知活泼性X＞Z；由电解时电极放电顺序及“电解了Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时，Y先析出；”知活泼性Z＞Y；根据金属单质的还原性与对应离子氧化性的关系及“M2+离子的氧化性强于Y2+离子”可知活泼性Y＞M。综合有A成立。 13．C 分析： 放电时负极失电子被氧化。所以A错误。 充电时阴极与电源的负极相连、被还原。由于充电时钠被还原，所以B错。 对于C，电解AgNO3时，阳极析出O2，电子由电池的钠提供。由 O2 ～ 4Na 22.4L 92g 1.12L m(Na) m(Na)=4.6gC正确 充电时，阴极得电子被还原。所以D错误。 注意放电、充电时的反应方向；Na2Sx中S的化合价。 14．B 分析： 此题可参照电解CuSO4进行分析。 电解时产生H+物质的量为0.01Vmol 设金属用M表示，则电解方程式为： 2M2+ + 2H2O M + 4H+ + O2↑ 2Ar(M)g 4mol Wg 0.01Vmol 解得Ar(M)＝ 15．D 分析：14\n 电解方程式为 Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑ 生成的Fe(OH)2又进一步被氧化 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 所以 2Fe(OH)3 ～ 5H2O 2mol 5mol 16．O2+2CO2+4e-=2CO32-。2CO+O2=2CO2。 解析： 熔融盐燃料电池工作原理跟其它电池相同，在电源的负极，还原剂失去电子，2CO+2CO32--4e-＝4CO2，正极上氧化剂得到电子，根据题意，氧化剂是O2，CO2也参加反应(但不可能是作为氧化剂)，由于负极上消耗CO32-，所以在正极上有CO32-生成，维持CO32-的浓度(如果正极上不生成CO32-，则需要补充大量的CO32-)，所以正极上的反应O2+4e-+2CO2＝2CO32-，把正极或负极上发生的反应方程式相加(在得失电子数相等时才能相加)得2CO+O2=2CO2。 17．(1)2Cl--2e-Cl2↑；；。 (2)阳极产生的Cl2不易腐蚀金属钛；既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaCl而影响烧碱的质量。 (3)a、b、d； (4)②；当电解时的电压增大到原来的2倍时，电解池的电阻可能会发生变化，电流强度不一定为原来的2倍；当电解时的温度从30℃提高到60℃时，电解池的内阻会有所降低，但并不一定恰好降低为原来的一半；当电解时的电流强度增大到原来的2倍时，单位时间内流过电路的电量恰好为原来的2倍，发生反应的物质的物质的量也恰好为原来的2倍，即反应速率为原来的2倍。 解析： 电解氯化钠的速率与单位时间通过的电量、离子迁移的速率有关。在解答(3)、(4)两问时，要结合物理电学知识来分析。 18．(1)Fe-2e-＝Fe2+；2H++2e-=H2↑； (2)6Fe2++Cr2O72－+14H+＝6Fe3++2Cr3++H2O； (3)在阴极反应及Cr2O72-与Fe2+反应过程中，将大量的消耗H+使溶液pH升高，促使Fe3+、Cr3+水解并最终转化为Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀； (4)不能；因阳极产生的Cu2+不能使Cr2O72-还原到低价态。 解析： Cr(Ⅵ)的化合物的毒性远远高于Cr(Ⅲ)化合物，将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)，对废水进行处理是电化学知识在实际生活中的具体运用。 首先应考虑溶液中，阴、阳离子在外电场作用下的定向迁移；然后再考虑阴、阳两极按放电顺序可能发生的电极反应。阴极：2H++2e-＝H2↑，阳极：Fe-2e-＝Fe2+，产生的Fe2+在向阴极迁移的过程中与向阳极迁移的Cr2O72-相遇，发生氧化还原反应：6Fe2++Cr2O72-+14H+＝6Fe3++2Cr3++7H2O，使Cr2O72-转化为Cr3+，同时Fe2+也转化为Fe3+，在以上电解的阴极反应及Cr2O72-与Fe2+的氧化还原反应过程中都消耗了大量的H+，溶液的pH不断变大，有利于Cr3+、Fe3+水解生成相应的Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀。若将Fe电极改换成Cu电极，由于产生的Cu2+不具有还原性，不能将Cr2O72-转化为毒性较低的Cr3+。 19．(1)电流对时间的变化关系图如图4-19：14\n 氧化；电极反应为：2Cl-+2e-=Cl2↑；还原；2H++2e-＝H2↑， 电解总方程式为：2H2O+CaCl2Ca(OH)2+Cl2↑+H2↑ (2)电解池中产生的现象：①有白色沉淀生成；②白色沉淀又溶解，③两极有气体放出：F极附近得黄绿色气体，E极产生无色气体，在E极附近溶液变为红色。 解析： (1)根据电源的正负极可知，F为阳极，发生氧化反应：电极反应为：2Cl-+2e-＝Cl2↑；E为阴极，发生还原反应：电极反应为：2H++2e-=H2↑(Ca2+氧化性较H+弱)；总的电解反应方程式为：2H2O+CaCl2Ca(OH)2+Cl2↑+H2↑(类似于电解NaCl溶液)。 (2)当连续将CO2通入电解液时，CO2与Ca(OH)2反应先生成CaCO3，然而由于CO2过量，CaCO3进一步转变成可溶的Ca(HCO3)2。反应为CO2+2OH-+Ca2+＝CaCO3↓+H2O，此时消耗Ca2+离子，Ca2+离子浓度下降，溶液导电性减弱，即电流减小。但电流不会减小到0，因CaCO3溶于水的部分能电离：CaCO3(s)=Ca2+(aq)+CO32-(aq)。然后发生反应：CaCO3(s)+CO2+H2O=Ca2+(aq)+2HCO3-(aq)，此时离子数增加，导电性增强。注意第1个反应消耗的离子数量等于第2个反应增加的离子数量，总体积又不变，所以开始与后来溶液的导电能力相同，即电流相等。 由于CaCl2溶液中加入酚酞，电解过程中阴极附近c(OH-)增大，阴极附近(E处)溶液变成红色。 20．(1)，使氧气与二氧化锰充分接触，发生氧化还原反应。 (2)2H++2e-=H2↑，2MnO42--2e-=2MnO4-；。 解析： 以O2为氧化剂，MnO2为还原剂，另有氢氧化钾作反应物，在熔化状态下发生氧化还原反应来制取K2MnO4。K2MnO4浓溶液中，阳离子有H+和K+，而H+在K+之前得电子，所以阴极反应为H+得电子还原为H2；根据题给信息，阳极得到KMnO4，则阳极反应为MnO42-失电子，氧化为MnO4-。 21．(1)金属的相对原子质量为：64，及x＝2，n＝3。 (2)电解后溶液的pH＝1。 解析： 电解M(NO3)x溶液时，阴极析出金属M，阳极放出O2，根据电解槽通过的电子物质的量可得： (1)，电解反应的关系式： M(NO3)x - M - xH+ - xe- 0.005mol 0.005mol 0.005xmol 14\n 0.005xmol 根据题意，通过的电子的物质的量为0.01mol，即0.005xmol＝0.01mol，x＝2 64+2×62+18n=242，n=3 (2) 22．(1)铁Fe，Fe-2e-＝Fe2+ (2)B、C (3)隔绝空气，防止Fe(OH)2被空气氧化；加热一段时间； (4)B、C； (5)白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。 提示： 以铁做阳极、石墨做阴极电解Na2SO4溶液时，电解方程式为： Fe+2H2OH2↑+Fe(OH)2↓ 在阴极（石墨）处生成白色沉淀 当反应电源后，铁做阴极被保护，电解方程式为： 2H2O2H2↑+O2↑ 在阳极（石墨）处生成O2，把上一步生成的Fe(OH)2氧化生成红褐色的Fe(OH)3，方程式如下：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 23．1∶2 解析： 首先写出阴极、阳极反应式和总的电解反应。由柯尔贝反应式推出阳极反应式为：2RCOOK-2e-=R-R+2CO2↑+2K+，阴极反应式为：2H2O+2e-＝H2↑+2OH-，电解方程式为： 。在相同条件下，H2和CO2的体积之比是1∶2。 24．(1)O2；467；(2)0.0966 解析： (1)被电解的物质为水；阳极放出氧气；电解后KOH的浓度增大2%，变为8%。可设电解后溶液的质量为m，则由溶质守恒有：2000mL×1.05g/mL×6%＝m×8% 解得m＝1575g。所以电解的水的质量为2000mL×1.05g/mL－1575g＝525g，放出O2的质量为 (2)可由氯气的量求得混入的KCl的质量；由电解方程式可求出放出的氢气的质量和生成的KOH的质量，从而知道溶液的总质量（原溶液的质量+KCl的质量－H2的质量－放出的Cl2的质量）和溶质的总质量（原KOH的质量+电解生成的KOH的质量）。也可认为引入的氯全部放出，溶液质量的变化是由引入的钾与放出的氢气的差量造成。 2×56g 22.4L 2×39-2=76g m(KOH) 5.6L m(溶液增重) 得m(KOH)=28(g) m(溶液增重)=19g 故：14\n14
