课时梯级训练(5) 电解池的工作原理（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（苏教版2019）

课时梯级训练(5)　电解池的工作原理 一　电解池的工作原理及构成条件 1．下列关于如图所示装置的叙述正确的是(　　) A．甲、乙装置中的锌片都作负极 B．甲、乙装置中溶液内的H＋都在铜片被还原 C．甲、乙装置中锌片上发生的反应都是还原反应 D.甲装置中铜片上有气泡生成，乙装置中铜片质量减小 D　解析：乙为电解池装置，锌片为阴极，A错误；乙为电解池装置，溶液内的H＋在阴极锌片上被还原，B错误；甲为原电池，锌片为负极，发生氧化反应，C错误；甲装置中铜片为正极，H＋在铜片上得电子被还原为氢气，乙装置中铜片为阳极，发生氧化反应，铜片质量减小，D正确。 2．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，设计了如图所示的四个实验方案，你认为可行的方案是(　　) C　解析：该反应不是自发进行的氧化还原反应，故只能设计成电解池；H元素的化合价由＋1降低到0，得到电子，发生还原反应，阴极上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，银元素的化合价从0升高到＋1，发生氧化反应，银作阳极，电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，所以银作阳极，盐酸作电解质溶液，形成电解池，C正确。 3．如图是电解硝酸银溶液的装置，其中c为银电极，d为铜电极，则下列判断正确的是(　　) A．a为负极，b为正极 B．a为阳极，b为阴极 C．电解过程中，d电极质量减少 D．电解前后，电解池中银离子浓度保持不变 D　解析：a是直流电源的正极，b是负极，A错误；c为阳极，d为阴极，B错误；d为阴极，铜本身不放电，Ag＋在阴极得电子生成Ag，电极质量增加，C错误；阳极上银单质本身放电，生成银离子，阴极上银离子放电生成银，所以电解前后，电解池中银离子浓度保持不变，D正确。 4．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。下列说法不正确的是(　　) A．甲装置为原电池 B．装置乙中的能量转化方式为电能转化为化学能 C．可用湿润的淀粉KI试纸检验石墨电极产物 D．Cu电极的电极反应：2H＋＋2e－===H2↑ C　解析：甲装置为铜锌原电池，Zn为负极，Cu为正极，正极上氢离子得电子，乙为电解池，Pt极与铜相连应为阳极，阳极上氯离子失电子，石墨电极为阴极，阴极上铜离子得电子析出铜。甲装置为原电池，A正确；装置乙为电解池，将电能转化为化学能，B正确；石墨电极为阴极，阴极上铜离子得电子析出铜，不能用湿润的淀粉KI试纸检验石墨电极产物，C错误；Cu为正极，正极上氢离子得电子，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，D正确。 二　酸、碱、盐溶液的电解规律 5．某同学将AgNO3、Cu(NO3)2、NaNO3溶于水配成混合溶液，然后用石墨电极对该溶液进行电解。下列说法不正确的是(　　) A．电解过程中，阴极上先析出Ag，然后析出Cu，最后析出Na B．阳极上产生的气体是O2 C．若电解时间足够长，滴入几滴酚酞试液，溶液呈无色 D．电解后，溶液中有HNO3生成 A　解析：将AgNO3、Cu(NO3)2、NaNO3溶于水配成混合溶液，然后用石墨电极对该溶液进行电解，溶液中存在Ag＋、Cu2＋、Na＋、NO，以及少量的H＋、OH－。电解过程中，阴极上是溶液中的阳离子放电，先析出Ag，然后析出Cu，再析出氢气，不能析出Na，A错误；阳极上发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子放电，产生的气体是O2，B正确；电解AgNO3、Cu(NO3)2，会析出银和铜，同时生成硝酸和氧气，电解NaNO3溶液，就是电解水，若电解时间足够长，最终溶液显酸性，滴入几滴酚酞试液，溶液呈无色，C正确；电解AgNO3、Cu(NO3)2，会析出银和铜，同时生成硝酸和氧气，电解NaNO3溶液，就是电解水，电解后，溶液中有HNO3生成，D正确。 6．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的CuSO4溶液和NaCl溶液的混合溶液，不可能发生的反应是(　　) A．2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑ B．Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ C．2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ D．2H2O2H2↑＋O2↑ C　解析：由n(CuSO4)∶n(NaCl)＝3∶1得n(Cu2＋)∶n(Cl－)＝3∶1，由于阴离子放电的先后顺序为Cl－、OH－、SO，阳离子放电的先后顺序为Cu2＋、H＋、Na＋，故该电解过程分为三个阶段。第一阶段，电解CuCl2溶液：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。第二阶段，电解CuSO4溶液：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑。第三阶段，电解H2SO4和Na2SO4溶液：2H2O2H2↑＋O2↑。 7．如图甲所示的电解池中，Pt电极位于所含Cu(NO3)2和AgNO3均为0.05 mol·L－1的电解质溶液中，图乙是该电解过程中转移电子数与阴极质量的变化关系图。下列说法错误的是(　　) A．过程 Ⅰ ，在阴极上析出金属银 B．过程 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ ，溶液的pH均降低 C．过程 Ⅱ ，阳极上有氧气放出 D．过程 Ⅱ 析出固体的质量是过程 Ⅰ 析出固体的质量的2倍 D　解析：过程 Ⅰ 发生反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋，过程 Ⅱ 发生反应：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，过程 Ⅲ 发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑。因为氧化性：Ag＋> Cu2＋，故在阴极上Ag＋先放电，析出金属银，A正确；过程 Ⅰ 、 Ⅱ 发生的电解反应中均有H＋生成，溶液中c(H＋)增大，pH降低；过程 Ⅲ 所发生的电解反应是电解水，溶液中c(H＋)增大，pH降低，B正确；过程 Ⅱ 的阳极电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正确；过程 Ⅱ 析出的Cu和过程 Ⅰ 析出的Ag的物质的量相同，Cu与Ag的质量比为64∶108，D错误。 8．CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．电极a上发生氧化反应 B．O2－由电极b移向电极a C．电极a、b的产物均可使溴的四氯化碳溶液褪色 D．若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶3，则消耗的CH4和CO2体积比为10∶7 D　解析：电极a为阴极，发生得到电子的还原反应，A错误；电极b为阳极，所以O2－由电极a移向电极b，B错误；电极a、b的产物中只有乙烯可使溴的四氯化碳溶液褪色，乙烷和一氧化碳均不能使溴的四氯化碳溶液褪色，C错误；生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶3时，阳极的电极反应式为10CH4＋7O2－－14e－===2C2H4＋3C2H6＋7H2O，若消耗10 mol CH4生成2 mol C2H4、3 mol C2H6时，转移14 mol电子，阴极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－，根据得失电子守恒可知，转移14 mol电子，消耗7 mol CO2，所以消耗CH4和CO2的物质的量之比为10∶7，相同条件下CH4和CO2的物质的量之比等于体积之比，D正确。 9．在如图所示装置中，试管X、Y中的电极为多孔的惰性电极；N、M为两个铂夹，夹在被Na2SO4溶液浸湿的滤纸条上，滤纸条的中部滴有KMnO4溶液；电源有a、b两极。若在X、Y中充满KOH溶液后倒立于盛KOH溶液的水槽中，切断K1，闭合K2、K3，通直流电，实验现象如图所示，下列说法正确的是(　　) A．电源中a为正极，b为负极 B．试管X中的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑ C．一段时间后滤纸条上紫红色向N处移动 D．电解一段时间后，切断K2、K3，闭合K1，电流计的指针会发生偏转 D　解析：如果闭合K2、K3，断开K1，电解KOH溶液，根据图像可知，试管Y中电极上产生的气体体积是试管X中电极上产生的气体体积的2倍，所以试管X电极上生成O2、试管Y电极上生成H2，因此电源中a是负极、b是正极，A错误；试管X电极上氢氧根离子失去电子，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B错误；电解时，滤纸条上高锰酸根离子向阳极移动，即紫红色向M处移动，C错误；电解一段时间后，切断K2、K3，闭合K1，该装置构成燃料电池，试管X中电极作正极、试管Y中电极作负极，有电流产生，则电流计的指针会发生偏转，D正确。 10．用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，实验装置如图甲所示。电解过程中的实验数据如图乙所示，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况下)。下列说法不正确的是(　　) A．电解过程中，电极a表面先有红色物质析出，后有气泡产生 B.电极b上发生的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C.曲线OP段表示H2的体积变化 D．Q点收集到的混合气体中H2和O2的体积比为1∶1 C　解析：电极a为阴极，溶液中的Cu2＋在电极a上得电子生成Cu，则电极a表面先有红色物质析出，后有H＋得电子生成氢气，有气泡产生，A正确；b电极为阳极，溶液中的OH－失电子生成氧气，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B正确；电解前期，阳极生成氧气，阴极生成Cu，曲线OP段表示O2的体积变化，C错误；Q点收集到的混合气体中，H2和O2在标准状况下的体积均为2.24 L，体积比为1∶1，D正确。 11．硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===[B(OH)4]－，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是(　　) A.当电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol H3BO3 B.将电源的正、负极反接，工作原理不变 C．阴极室的电极反应式为4H2O－4e－===2H2↑＋4OH－ D．[B(OH)4]－穿过阴膜进入阴极室，Na＋穿过阳膜进入产品室 A　解析：阳极发生失去电子的氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电路中通过1 mol电子时有1 mol H＋生成，硼酸(H3BO3)为一元弱酸，生成1 mol硼酸需要1 mol H＋，所以电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol H3BO3，A正确；根据以上分析可知，如果将电源的正、负极反接，工作原理将发生变化，B错误；电解时阴极发生得电子的还原反应，电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，C错误；阳极电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，阳极室中的氢离子穿过阳膜进入产品室，原料室中的[B(OH)4]－穿过阴膜进入产品室，发生反应：[B(OH)4]－＋H＋===H2O＋H3BO3，原料室中的Na＋穿过阳膜进入阴极室，D错误。 12．用石墨电极电解氯化铜溶液，装置如图所示。请回答下列问题： (1)阳极上生成的气体的颜色为____________；该装置工作过程中的能量转化方式为________________________________________________________________________。 (2)写出电解初期阴极的电极反应式：_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)电解一段时间后取出阴极的石墨棒，发现表面有浅蓝色固体Cu(OH)2，请说明Cu(OH)2产生的原因：_____________________________________________________________。 答案：(1)黄绿色　电能转化为化学能　(2)Cu2＋＋2e－===Cu　(3)随着反应的进行，Cu2＋浓度降低，此时有一部分H＋放电使此区域的OH－浓度增大，故生成浅蓝色固体Cu(OH)2 解析：(1)阳极，Cl－放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气颜色为黄绿色；电解池工作过程中是将电能转化为化学能；(2)阴极上发生还原反应，Cu2＋转化为Cu，则电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；(3)阴极发生还原反应，电解一段时间后，溶液中Cu2＋的浓度减小，H＋也会在阴极放电，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产生的OH－与Cu2＋生成浅蓝色固体Cu(OH)2。 学科网（北京）股份有限公司 $$