2020_2021学年高中化学第四章电化学基础3_1电解原理课时作业含解析新人教版选修4

2020_2021学年高中化学第四章电化学基础3_1电解原理课时作业含解析新人教版选修4

课时作业20　电解原理 时间：45分钟　　满分：100分 一、选择题(每小题4分，共48分)‎ ‎1．用石墨作电极，电解下列溶液，阴、阳两极均产生气体，其体积比为21，且电解后溶液的pH增大的是(　B　)‎ A．KCl　　　B．NaOH　　　C．Na2SO4　　D．H2SO4‎ 解析：已知电极为惰性电极，可以通过判断溶液中离子的放电能力进行判断。A项中，电解产物分别为H2和Cl2，且体积比为11，不符合题意。B项中，电解产物为H2和O2，且体积比为21，由于实际电解的是水，故OH－浓度增大，pH增大。在C、D中，电解产物也分别是H2和O2，实际电解的是水，但C项为中性溶液，pH不发生变化，D项为酸性溶液，pH减小。‎ ‎2．根据金属活动性顺序表，Cu不能发生：Cu＋2H2O===Cu(OH)2＋H2↑的反应，但选择恰当的电极材料和电解质溶液进行电解，这个反应就能实现。下列四组电极和电解质溶液中，能实现该反应最为恰当的一组是(　B　)‎ A B C D 阳极 石墨棒 Cu Cu Cu 阴极 石墨棒 石墨棒 Fe Pt 电解质 溶液 CuSO4‎ 溶液 Na2SO4‎ 溶液 H2SO4‎ 溶液 CuSO4‎ 溶液 解析：分析所给的化学方程式可知Cu为阳极：Cu－2e－===Cu2＋；2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－为阴极反应；C项电解质溶液H2SO4会与生成的Cu(OH)2中和，实际上不会生成Cu(OH)2；D项在Pt上镀铜，不会生成Cu(OH)2；而B项中Na2SO4溶液起增强导电性作用，可以发生电解反应Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑。‎ ‎3．用如图装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是(　C　)‎ 9‎ 解析：X为正极，电解Na2SO4溶液时，实质是电解水，a管中电极为阳极，OH－放电，a管中c(H＋)>c(OH－)，滴加酚酞试液不变色，A错误；X为正极，电解AgNO3溶液时，b管中电极为阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，B错误；Fe(OH)3胶体粒子带有正电荷，X为负极时，Fe(OH)3胶体粒子向a管移动，a管中液体颜色加深，D错误。‎ ‎4．下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是(　C　)‎ A．X是负极，Y是正极 B．Pt是阴极，Cu是阳极 C．CuSO4溶液的pH逐渐减小 D．CuSO4溶液的pH不变 解析：‎ 9‎ b电极附近溶液呈红色，说明b电极处氢离子放电。电解氯化钠溶液时，阳极发生氧化反应产生氯气，阴极发生还原反应产生氢气，同时生成氢氧化钠，因此b电极是阴极，与电源的负极相连，则Y为负极，X为正极；铂电极与电源的正极相连，作阳极，铜电极作阴极；电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电，CuSO4溶液的pH减小。‎ ‎5．如图所示，a、b、c、d均为铂电极。‎ 要满足的条件：‎ ‎①工作一段时间后，甲槽电解液pH上升，而乙槽电解液pH下降；‎ ‎②b、c两极放电离子的物质的量相等。‎ 则应选用的电解液是(　C　)‎ 组 A B C D 甲槽 NaOH Cu(NO3)2‎ KCl Na2SO4‎ 乙槽 CuSO4‎ NaCl AgNO3‎ NaNO3‎ 解析：甲槽是电解水，氢氧化钠溶液pH增大，b电极是阳极，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；乙槽电解硫酸铜溶液，溶液pH减小，c电极为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，依据电子守恒可知，b、c两极上反应的离子的物质的量不相等，A错误。甲槽是电解硝酸铜溶液，溶液pH减小，b电极是阳极，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；乙槽电解氯化钠溶液，溶液pH增大，c电极是阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，依据电子守恒可知，b、c两极上反应的离子的物质的量相等，B错误。甲槽是电解氯化钾溶液，溶液pH增大，b电极是阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑；乙槽电解硝酸银溶液，溶液pH减小，c电极为阴极，电解反应为2Ag＋＋2e－===2Ag, 依据电子守恒可知，b、c两极上反应的离子的物质的量相等，C正确。甲槽是电解水，溶液pH不变；乙槽电解水，溶液pH不变，D错误。‎ ‎6．用石墨作电极电解0.1 mol·L－1的CuSO4溶液，当有0.4 mol电子通过电路时，发现阴极增重6.4 g，则要使电解后的溶液恢复到电解前状态，则可向电解后的溶液中加入(　A　)‎ A．0.1 mol Cu(OH)2‎ B．0.1 mol CuO C．0.2 mol CuO D．0.1 mol CuO和0.2 mol H2O 解析：该过程转移0.4 mol电子，则阳极应该生成0.1 mol氧气，理论上阴极应该生成0.2 mol铜，但实际上阴极生成的铜为＝0.1 mol，故铜离子不足，阴极生成0.1 mol铜后，氢离子继续放电，生成氢气0.1 mol。因此应该补充0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，或补充0.1 mol Cu(OH)2，A项正确。‎ 9‎ ‎7．如下图所示，将两烧杯用导线相连，Pt、Cu、Zn、石墨棒分别为四个电极，当闭合开关后，下列叙述正确的是(　A　)‎ A．Cu极附近OH－浓度增大 B．Cu极为电解池阳极 C．电子由石墨棒流向Pt极 D．当石墨棒上有4 mol电子转移时，Pt极上有1 mol O2生成 解析：闭合开关后，右侧装置中有自发发生的氧化还原反应，是原电池，Zn作原电池的负极，石墨棒作正极，左侧装置是电解池，Cu作阴极，Pt作阳极，B错误；Cu极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，OH－浓度增大，A正确；电子由电解池的阳极Pt流向原电池的正极石墨棒，C错误；Pt极的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，当有4 mol电子转移时，Pt极上有2 mol Cl2生成，D错误。‎ ‎8．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法中不正确的是(　B　)‎ A．X是正极，Y是负极 B．X是负极，Y是正极 C．CuSO4溶液的pH逐渐变小 D．NaCl溶液的pH逐渐变大 解析：根据实验现象知，b极是电解池的阴极，则Y是负极，X是正极；烧杯内电解CuSO4溶液，产物为Cu、O2和H2SO4，一段时间后溶液的酸性增强，U形管电解NaCl溶液，产物为Cl2、H2和NaOH，一段时间后溶液的碱性增强。‎ ‎9．甲中盛有0.1 mol/L稀硫酸，乙中盛有0.1 mol/L CuCl2溶液(两种溶液均足量)，装置如图所示，下列说法不正确的是(　B　)‎ 9‎ A．甲为原电池，乙为电解池 B．甲为电解池，乙为原电池 C．当甲中产生0.1 mol气体时，乙中产生气体的物质的量也为0.1 mol D．一段时间后，甲中溶液的pH增大 解析：构成甲装置的是活动性不同的两个电极、电解质溶液且两极形成了闭合回路，显然甲装置为原电池，且甲为乙的电解提供电能。电极反应分别如下：甲中2H＋＋2e－===H2↑(正极)，Fe－2e－===Fe2＋(负极)；乙中Cu2＋＋2e－===Cu(阴极)，2Cl－－2e－===Cl2↑(阳极)，综上，B错误。‎ ‎10.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圆呈浅红色。则下列说法错误的是(　D　)‎ A．b电极是阴极 B．a电极与电源的正极相连接 ‎ C．电解过程中，水是氧化剂 D．b电极附近溶液的pH变小 解析：电解饱和NaCl溶液，阳极生成Cl2，Cl2与水反应生成HClO和HCl，盐酸具有酸性，可使pH试纸变红，HClO具有漂白性，又可将红色漂白，故内圆为白色，外圆为浅红色，可推出a为阳极，A正确；a为阳极与电源正极相连，B正确；电解过程中，H2O得电子，为氧化剂，C正确；b电极附近有OH－生成，pH增大，D错。‎ ‎11.某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。如图所示，滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是(　D　)‎ 9‎ A．铅笔端作阳极，发生还原反应 B．铂片端作阴极，发生氧化反应 C．铅笔端有少量氯气产生 D．a点是负极，b点是正极 解析：铅笔端出现红色字迹，说明在铅笔端生成了氢氧化钠，所以该极应该是阴极，与此相连的a点是电源的负极；则铂片是阳极，与此相连的b点是电源的正极。‎ ‎12．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如右，电解总反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　A　)‎ 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：由总反应知失电子的为Cu，得电子的是 H2O中的H＋。因此Cu极为电解池的阳极，接电源的正极，石墨为阴极，接电源的负极。当有0.1 mol电子转移时，应有0.05 mol Cu2O生成。故选A。‎ 二、非选择题(52分)‎ ‎13．(14分)用如图所示的装置进行电解。通电一段时间后，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。‎ 9‎ ‎(1)E为电源的负极，F为电源的正极。‎ ‎(2)A中发生反应的化学方程式为4AgNO3＋2H2O 4Ag＋4HNO3＋O2↑。‎ ‎(3)在B中观察到的现象是铜片溶解，石墨电极上有气体生成，溶液中有蓝色沉淀生成。‎ ‎(4)D端的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。‎ 解析：本题实质上是三个电解装置串联，首先判断电源的正、负极，E为负极，F为正极。A中以Pt为阳极、Fe为阴极电解AgNO3溶液。B中Cu为阳极，发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，石墨为阴极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，由于水电离出的H＋放电，所以溶液中的c(OH－)>c(H＋)，故溶液中有氢氧化铜蓝色沉淀生成。D端为阴极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。‎ ‎14．(14分)金属铜不溶于稀硫酸，可溶于铁盐溶液生成铜盐与亚铁盐。现将一定量的铜片加入到稀硫酸和硫酸铁溶液组成的100 mL混合溶液中，铜片完全溶解。‎ ‎(1)写出铜溶于上述混合溶液的离子方程式：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋。‎ ‎(2)若在如图1所示的装置中发生了(1)中的反应，则X电极是负极(填“正极”或“负极”)，电极反应式是Cu－2e－===Cu2＋。‎ ‎(3)铜片完全溶解时，所得溶液中Fe3＋、Cu2＋、H＋的浓度均为0.2 mol·L－1(假设溶液体积不变)，现用电解方法回收铜，装置如图2所示。‎ ‎①电解开始阶段，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋。‎ ‎②判断溶液中的Cu2＋已完全析出的现象是阴极(或铜片)表面开始有气泡生成。当Cu2＋恰好完全析出时，转移电子的物质的量为0.06_mol。‎ 解析：‎ 9‎ 图1装置为原电池装置，X电极应为铜电极，作负极，Y电极作正极，铜失去电子转化为铜离子，铁离子在Y电极上得到电子转化为亚铁离子。图2装置为电解池装置，若回收铜，铜离子应该在铜电极上得到电子发生还原反应，则铜片作阴极，石墨作阳极，故在阳极上水失去电子发生氧化反应生成氧气，在阴极上铁离子先放电，得到电子被还原成亚铁离子，而后铜离子放电，得到电子转化为铜单质附着在铜片上。若铜离子反应完全，则在铜片上H＋得到电子生成氢气。当Cu2＋恰好完全析出时，铁离子转化为亚铁离子的过程中转移的电子为0.02 mol，铜离子转化为铜单质的过程中转移的电子为0.04 mol，共转移电子0.06 mol。‎ ‎15．(10分)25 ℃时，用石墨电极电解2.0 L 0.5 mol·L－1 CuSO4溶液。5 min后，在一个石墨电极上有6.4 g Cu生成。‎ 试回答下列问题：‎ ‎(1)发生氧化反应的是阳极，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。‎ ‎(2)若电解后溶液的体积不变，则电解后溶液的pH为1。‎ ‎(3)若将溶液恢复到与电解前一样，则需加入0.1 mol的CuO。‎ ‎(4)若用等质量的两块铜片代替石墨作电极，电解后两铜片的质量相差12.8 g，电解液的pH不变(填“变小”、“变大”或“不变”)。‎ 解析：(1)n(CuSO4)＝2.0 L×0.5 mol·L－1＝1.0 mol，而在阴极析出的Cu的物质的量为＝0.1 mol，故CuSO4未完全电解，阳极发生氧化反应，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。‎ ‎(2)总反应：‎ ‎(3)电解后生成的0.1 mol Cu和0.05 mol O2脱离该体系，即相当于0.1 mol CuO，因此若将溶液复原，则应加入0.1 mol CuO。‎ ‎(4)此时为电镀池，阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，因此若阴极上析出6.4 g铜，则阳极溶解6.4 g铜，电解后两铜片质量差为6.4 g＋6.4 g＝12.8 g，而电解液的pH不变。‎ ‎16．(14分)(1)根据下图回答下列问题：‎ 9‎ ‎①打开K2，闭合K1。A极可观察到的现象是锌不断溶解；B极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。‎ ‎②打开K1，闭合K2。A极可观察到的现象是A极上镀上了一层红色的铜；B极的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋。‎ ‎(2)根据下图回答下列问题：‎ ‎③将较纯净的CuSO4溶液放入如图所示的装置中进行电解，石墨电极上的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，电解反应的离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。‎ ‎④实验完成后，铜电极增重a g，石墨电极产生气体的体积为 L(标准状况)。‎ 解析：(1)①此时为原电池，A极(锌)为负极，不断溶解，B极为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。②此时为电解池，A极为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，故A极上镀上了一层红色的铜，B极为阳极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋。‎ ‎(2)③此时为惰性电极电解CuSO4溶液，石墨电极上的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总反应的离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。‎ ‎④V(O2)＝××22.4 L/mol＝ L＝ L。‎ 9‎