《电解原理及应用》李仕才（考试时间：45分钟满分：100分）一、单项选择题：本题包括10小题，每小题5分，共50分。1.若某池(电解池或原电池)的总反应离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，关于此池的有关说法正确的是A．该池只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极B．该池只能是原电池，且电解质溶液为硝酸C．该池可能是原电池，也可能是电解池D．该池只能是电解池，电解质溶液可以是硫酸铜答案 A解析：铜与H＋不反应，因此不可能是原电池，只能是电解池。在该电解池中，铜失去电子被氧化，因此铜作电解池的阳极，A正确，B、C错误；D选项中若电解质溶液是硫酸铜溶液，则相当于电镀铜，与题给离子方程式不符，故D错误。2．某溶液中含有Cu2＋、Fe2＋、Al3＋、Cl－、NO，且浓度均为0.1mol/L，用石墨作电极进行电解时，肯定得不到的产物是( )A．Cl2 B．Al C．Cu D．H2答案 B解析： 阴极上Al3＋、Fe2＋的放电能力弱于H＋，而Cu2＋的放电能力比水电离出的H＋的放电能力强，阳极上Cl－放电能力强于OH－。3．埋在地下的钢管常用如图所示的方法加以保护，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法正确的是( )A．金属棒X的材料可能为铜B．金属棒X的材料可能为钠C．钢管附近土壤的pH可能会升高D．这种方法属于外加电流的阴极保护法答案 C解析：金属棒X的材料若为铜，则易腐蚀钢管，A项错误；钠为活泼金属，易发生反应，B项错误；钢管吸氧发生还原反应，产生OH－，附近土壤的pH可能会升高，C项正确；该装置没有外接电源，不属于外加电流的阴极保护法，D项错误。4．用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后CuSO4未充分电解，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的( )A．CuSO4 B．H2OC．CuOD．CuSO4·5H2O答案 C解析：8\n本题考查了电解规律以及电解质溶液的复原。用石墨作电极电解硫酸铜溶液，阳极反应式为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极反应式为：Cu2＋＋2e－===Cu，即阳极冒出氧气，阴极析出铜，通电一段时间后要想使电解液恢复原状，应加入氧化铜固体。5．如图所示装置Ⅰ是一种可充电电池，装置Ⅱ为电解池。离子交换膜只允许Na＋通过，充放电的化学方程式为2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr。闭合开关K时，b极附近先变红色。下列说法正确的是( )A．负极反应为4Na－4e－===4Na＋B．闭合K后，b电极附近的pH变小C．当有0.01molNa＋通过离子交换膜时，b电极上析出气体在标准状况体积为112mLD．闭合K后，a电极上产生的气体具有漂白性答案 C6．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)( )A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt答案 D解析：此题考查的是电解的基本原理。在电解池中，阳极失去电子，化合价升高，发生氧化反应，而阴极得到电子，化合价降低，发生还原反应。题目中已经告诉氧化性：Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，可以推出题中几种金属在阳极的放电顺序为：Zn>Fe>Ni>Cu>Pt(惰性金属不放电)，阴极的放电顺序为：Zn2＋<Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，所以A中阳极电极反应式有：Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋(主要电极反应)。B：由于阳极中Cu和Pt沉于电解槽底部的阳极泥中，而Zn和Fe在阳极放电，在阴极不能放电，因此阳极质量的减少>阴极质量的增加。C：溶液中除了Fe2＋和Zn2＋还有Ni2＋、H＋等。7．下列关于各装置图的叙述中，不正确的是( )A．用装置①精炼铜，则a极为粗铜，电解质为CuSO4溶液8\nB．装置②的总反应是：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋C．装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连D．装置④中的铁钉几乎不被腐蚀答案 B解析：精炼铜时，粗铜为阳极，由电流方向知a极为阳极，A正确；装置②为原电池，Fe作负极，铜为正极，总反应是：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，B错误；在电解池中，铁被保护，则应与外接电源的负极相连，C正确；装置④中，浓H2SO4具有吸水性，使Fe、Cu处于干燥的环境中，不能构成原电池，D正确。8.甲、乙两个容器中，分别加入0.1mol·L－1的NaCl溶液与0.1mol·L－1的AgNO3溶液后，以Pt为电极进行电解时，在A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为( )A．2∶2∶4∶1B．2∶3∶4∶1C．1∶4∶2∶2D．1∶1∶1∶1答案 A解析：此装置相当于两个电解槽串联到一起，在整个电路中电子转移总数相等，首先判断各极的产物，即A极产物H2，B极产物Cl2，C极产物Ag，D极产物O2，若整个电路中有4mol电子转移，有2H2～2Cl2～4Ag～O2～4e－，则A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为2∶2∶4∶1。9．下面两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。下列叙述正确的是( )A．装置Ⅰ在反应过程中只生成NO2气体B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气D．装置Ⅰ在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu2＋答案 C解析：装置Ⅰ中，铁被浓硝酸钝化，铜与浓硝酸反应，在这种条件下，铜作原电池的负极，铁作正极，反应生成红棕色的NO2，随着反应的进行，浓硝酸变为稀硝酸，随后铁作负极Cu作正极，稀硝酸发生还原反应生成无色的NO，金属过量，故反应结束时溶液中既有Fe2＋，又有Cu2＋。因为装置Ⅱ中充满氧气，一开始发生吸氧腐蚀，消耗氧气导致左边液面上升，铁与稀硫酸反应产生氢气，发生析氢腐蚀。10．常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO28\n的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是( )A．每生成1molNCl3，理论上有4molH＋经质子交换膜向右侧向左侧迁移B．可用湿润的淀粉－KI试纸检验气体MC．石墨极的电极反应式为NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋D．电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH会减小答案 C解析：A项，由NH→NCl3，根据元素化合价变化知，NH中N由－3价升高至＋3价，每生成1molNCl3，理论上有6molH＋由质子交换膜右侧向左侧(阴极区)迁移，错误。B项，M是氢气，不能用湿润的淀粉－KI试纸检验，错误。C项，石墨电极发生氧化反应，电极反应式为NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，正确。D项，电解过程中，质子交换膜右侧溶液中c(H＋)减小，溶液pH增大，错误。二、非选择题：本题包括4个小题，共50分.11.（11分）如图，X和Y均为石墨电极。(1)若电解液为滴有酚酞的饱和食盐水，电解反应的离子方程式为__________________；电解过程中______极(填“阴”或“阳”)附近会出现红色。(2)若电解液为500mL含A溶质的某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色的固态物质生成，Y电极有无色气体生成；溶液中原有溶质完全电解后，停止电解，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6g。①电解后溶液的pH为________；要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的____________(填加入物质的化学式)。(假设电解前后溶液的体积不变)②Y电极产生气体的体积为______L(标准状况下)。③请你推测原溶液中所含的酸根离子可能是____________________；并设计实验验证你的推测，写出实验的操作步骤、现象和结论：______________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑ 阴（1分）(2)①1 CuO或CuCO3(仅答1种即可)（1分）8\n②0.28③硫酸根离子（1分） 取少量待测液于试管中，滴加盐酸无明显现象，继续加入氯化钡溶液，若有白色沉淀产生，则证明是硫酸根离子(或：硝酸根离子 取少量待测液于试管中，加热浓缩后滴加浓硫酸和铜粉，若有红棕色气体产生，则证明是硝酸根离子)解析：(1)电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，在阴极区生成NaOH，使酚酞溶液变红。(2)蓝色溶液中可能含有Cu2＋，并且在电解过程中析出红色固体，进一步验证析出的是铜；Y电极上析出无色气体，应该是O2，电解离子方程式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。①根据电解离子方程式得：n(H＋)＝2n(Cu2＋)＝2×＝0.05mol，故溶液中c(H＋)＝＝0.1mol·L－1，溶液的pH＝1。要使溶液恢复到以前，可以加入CuO或CuCO3。②根据电解离子方程式得：n(O2)＝×n(Cu)＝0.0125mol，在标准状况下的体积V(O2)＝22.4L·mol－1×0.0125mol＝0.28L。③溶液中存在的必须是含氧酸根离子，可以是SO或NO；然后利用实验进行检验。12．（12分）已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减少11.2g。请回答下列问题：(1)A是铅蓄电池的________极，铅蓄电池正极反应式为________，放电过程中电解液的密度________(填“减小”“增大”或“不变”)。(2)Ag电极的电极反应式是________，该电极的电极产物共________g。(3)Cu电极的电极反应式是________，CuSO4溶液的浓度________(填“减小”“增大”或“不变”)。(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线，则x表示________。a．各U形管中产生的气体的体积b．各U形管中阳极质量的减少量c．各U形管中阴极质量的增加量8\n答案：(1)负（1分） PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 减小（1分）(2)2H＋＋2e－===H2↑（1分） 0.4(3)Cu－2e－===Cu2＋ 不变（1分）(4)b解析：根据在电解过程中铁电极质量的减少可判断A是电源的负极，B是电源的正极，电解时Ag极作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Fe作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，左侧U形管中总反应式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变，根据上述分析可得答案。13．(除标注外，每空2分，共14分)某课外活动小组的同学在学习了电化学相关知识后，用如图装置进行实验，请回答下列问题：(1)实验一：将开关K与a连接，则乙为________极，电极反应式______________________。(2)实验一结束后，该研究小组的同学决定在乙电极表面上镀下列金属中的一种以防止铁被腐蚀，正确的选择是________(填字母编号)。A．Cu B．Zn C．Sn D．Ag(3)实验二：开关K与b连接，则乙________极，总反应的离子方程式为________________。(4)对于实验二，下列说法正确的是________(填字母编号)。A．溶液中Na＋向甲极移动B．从甲极处逸出的气体能使湿润的淀粉－KI试纸变蓝C．反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度D．反应在结束后，甲电极和乙电极上收集到的气体体积一定相等(5)该研究小组的同学在进行实验二结束的溶液中滴加酚酞溶液，发现________(填“甲”或“乙”)极附近变红。若标准状况下乙电极产生22.4mL气体，转移电子的物质的量为________mol；若剩余溶液体积为200mL，则该溶液的pH为________。答案：(1)负（1分） Fe－2e－===Fe2＋ (2)B(3)阴（1分） 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑(4)B（1分） (5)乙（1分） 0.002 12解析：(1)K与a相连构成原电池，铁作为原电池的负极，失去电子发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋。(2)在Fe上镀的金属必须比铁活泼，所以选择Zn。(3)K与b相连构成电解池，乙与电源负极相连，所以作为电解池的阴极。(4)A项，电解池中阳离子向阴极移动，错误；8\nB项，甲极Cl－放电生成Cl2，Cl2可使湿润的淀粉－KI试纸变蓝，正确；C项，两电极生成的是等量的H2和Cl2，应通入HCl，若加入盐酸会引进H2O，使溶液浓度变稀，错误；D项，阴极Cl－放电结束后，OH－放电得到O2，错误。(5)乙电极是H＋放电，所以该电极处产生了大量的OH－，加入酚酞溶液变红；乙电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，n(e－)＝2n(H2)＝2×0.0224L÷22.4L·mol－1＝0.002molc(OH－)＝＝＝＝0.01mol·L－1，所以pH＝12。14．（13分）氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：依据上图，完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为________________________，与电源负极相连的电极附近，溶液pH________(选填“不变”、“升高”或“下降”)。(2)工业食盐中含Ca2＋、Mg2＋等杂质，精制过程中除去这些杂质时发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。(3)如果粗盐中SO含量过高，必须添加钡试剂除去SO，该钡试剂可以是________(填写字母序号，下同)。A．Ba(OH)2 B．Ba(NO3)2 C．BaCl2(4)为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO，加入试剂的合理顺序为________。A．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂B．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3C．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3(5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过________、冷却、________(填写操作名称)除去NaCl。(6)用隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜法电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，得到的产物仅是NaClO和H2，则与该反应相应的化学方程式为____________________________________________________。答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 升高(2)Ca2＋＋CO===CaCO3↓Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓(3)AC (4)BC (5)蒸发 过滤(6)NaCl＋H2ONaClO＋H2↑(或2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O)解析：(1)电解饱和食盐水，与电源正极相连的电极为阳极，电极反应式是2Cl－－2e－8\n===Cl2↑；与电源负极相连的电极为阴极，电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，消耗H＋，产生OH－，所以溶液的pH升高。(2)除去Ca2＋：Ca2＋＋CO===CaCO3↓，除去Mg2＋：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，由于Mg(OH)2的溶解能力小于MgCO3，所以Mg2＋与CO、OH－混合时，一般是生成Mg(OH)2沉淀。(3)除去SO，应选择Ba2＋，如果加入Ba(NO3)2，溶液中会引进新的杂质，加入Ba(OH)2、BaCl2不会增加新的杂质，选A、C。(4)除去杂质时加入Ba2＋和OH－，无先后之分，但Na2CO3一定要在最后加入，因为CO还要除去多余的Ba2＋，过滤沉淀后即认为NaCl被提纯，选B、C。(5)脱盐实际上是分离NaOH和NaCl，由于NaCl溶解度小，因而NaCl首先析出，其操作过程是蒸发、冷却、结晶，经过滤得NaCl晶体，滤液进一步精制得NaOH。(6)将2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑和Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O合并，即可得出答案。8
