4.2.1 电解原理（分层作业）-【大单元教学】高二化学同步备课系列（人教版2019选择性必修1）

“高中化学单元教学精品课程”课时作业设计单 基本信息 单元名称 化学反应与电能 年级 高二 学期 1 课时题目 电解原理 作业目标 通过作业检测强化基础知识，同时培养学生知识的迁移应用能力。 作业设计 精选题目 设计意图 基础巩固（必做题建议五分钟完成） 1．下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是(　　) A．电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D．与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 2．关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是(　　) A．装置名称：①是原电池，②是电解池 B．硫酸浓度变化：①增大，②减小 C．电极反应式：①中阳极：2H2O－4e－==4H＋＋O2↑ ②中正极：Zn－2e－==Zn2＋ D．离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动 3．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是(　　) A．该装置可能是原电池，也可能是电解池 B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极 C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸 D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸 4.如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是(　　) 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电极质量增加 D．电解过程中，氯离子浓度不变 5．甲、乙两同学，均用惰性电极电解相同浓度的硫酸铜溶液，各通电一段时间后，甲、乙分别向所得的溶液中加入0.1 mol CuO和0.1 mol Cu(OH)2，都恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则甲、乙在电解过程中转移的电子的物质的量之比为(　　) A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．1∶4 6．如图甲所示的电解池中，Pt电极位于含Cu(NO3)2和AgNO3均为0.05 mol·L－1的电解液中，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 通过本组练习学生能够理解记住电解池的基本原理的基础知识 综合运用（必做题，建议五分钟时间完成） 7．海水淡化是解决淡水资源短缺的有效途径之一，其方法主要有蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。电渗析法淡化海水的原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．该装置将化学能转化成电能 B．阴极发生的电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑ C．Ⅱ室中流出淡水，Ⅰ、Ⅲ室流出液中NaCl浓度变大 D．若将a、b膜的位置互换，则不能获得淡水 8．一种新型Zn-CO2水介质电池，为解决环境和能源问题提供了一种新途径，其工作示意图如图所示，下列说法不正确的是( ) A．放电时，金属锌为负极 B．放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质HCOOH C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)42-==2Zn+O2+4OH-+2H2O D．充电时，双极隔膜产生的向右侧正极室移动 通过本组练习，检测学生基础知识的迁移应用能力 拓展提升（选做题，建议十五分钟时间完成） 9．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题： （1）二氧化氯ClO2为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示： ①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的______(填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为_______________________。 ②a极区pH___(填“增大”“减小”或“不变”)。 ③图中应使用___________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。 （2）电解K2MnO4溶液制备KMnO4。 ①工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，化学方程式为____________________________。 ②用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下： 则阳极的电极反应式为_______________________；该工艺流程中循环利用的物质是___________。 （3）电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示： ①阴极的电极反应式为_____________________________。 ②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为___________。 10．用如图所示的装置进行电解，A中盛有NaCl溶液，B中盛有饱和Na2SO4溶液，通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的D端变为蓝色。回答下列问题： (1)电源的F端为_______(填“正”或“负”)极。 (2)A中发生反应的总化学方程式为_______________________。 (3)B中石墨电极上的电极反应式为___________________；Cu电极观察到的现象是___________________；一段时间后，B中溶液pH_______(填“升高”、“降低”或“不变”)。 (4)去掉该装置中的电源，改用导线连接，为使湿润的淀粉KI试纸的D端变为蓝色，可将_______(填“A”或“B”)中的溶液换成_______(填“稀硫酸”或“浓硝酸”)。 11．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示： 阳离子 Na＋、K＋、Cu2＋ 阴离子 SO、OH－ 图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨。 接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题： (1)M为电源的________(填“正”或“负”)极，电极b上发生的电极反应为__________________________________________________。 (2)写出乙烧杯中反应的化学方程式：________________________________________。 (3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ __________________________________________________________________________。 (4)若经过这一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是__________________。 检测学生新情境下的电解池知识的应用 作业展示与评估 1.展示要求：以图片形式展示学生所完成的典型作业，图片内容清晰，布局均衡、排版合理。 2.教师评估：鼓励单元作业设计者展示对学生作业的多元化评价，例如通过引进师生对评、生生互评等丰富教师对学生作业的评价维度和角度，实现教师对学情的精准把握，为进一步完善教学设计进行创新性探索。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ “高中化学单元教学精品课程”课时作业设计单 基本信息 单元名称 化学反应与电能 年级 高二 学期 1 课时题目 电解原理 作业目标 通过作业检测强化基础知识，同时培养学生知识的迁移应用能力。 作业设计 精选题目 设计意图 基础巩固（必做题建议五分钟完成） 1．下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是(　　) A．电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D．与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 【答案】D 【解析】如果阳极是活泼电极，电极本身失去电子，发生氧化反应。 2．关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是(　　) A．装置名称：①是原电池，②是电解池 B．硫酸浓度变化：①增大，②减小 C．电极反应式：①中阳极：2H2O－4e－==4H＋＋O2↑ ②中正极：Zn－2e－==Zn2＋ D．离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动 【答案】B 【解析】①为电解池，电解水，阳极反应式为2H2O－4e－==4H＋＋O2↑ ，硫酸的浓度增大；②为原电池，溶液中的氢离子移向正极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，硫酸的浓度减小。 3．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是(　　) A．该装置可能是原电池，也可能是电解池 B．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极 C．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸 D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸 【答案】B 【解析】铜和盐酸或稀硫酸不能自发地进行氧化还原反应，铜和硝酸能自发地进行氧化还原反应，但生成的气体是氮氧化物而不是氢气，所以该反应只能是电解池反应而不是原电池反应，该装置只能构成电解池不能构成原电池；该电解池中，铜作阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得电子发生还原反应，所以该电解池的阳极必须是铜电极，故选B。 4.如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是(　　) 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电极质量增加 D．电解过程中，氯离子浓度不变 【答案】C 【解析】电流从电源的正极流出，因此a为正极，b为负极，则c为阳极，d为阴极。电解CuCl2溶液的电极反应分别为阳极(c电极)：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(d电极)：Cu2＋＋2e－===Cu，故C项正确。 5．甲、乙两同学，均用惰性电极电解相同浓度的硫酸铜溶液，各通电一段时间后，甲、乙分别向所得的溶液中加入0.1 mol CuO和0.1 mol Cu(OH)2，都恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则甲、乙在电解过程中转移的电子的物质的量之比为(　　) A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．1∶4 【答案】B 【解析】加入0.1 mol CuO后恢复到电解前的浓度，可知发生反应 2H2O＋2CuSO42Cu＋O2↑＋2H2SO4　转移电子 　　　　　　　　　2 mol　　　　　　　　4 mol 　　　　　　　　　0.1 mol　　　　　　　0.2 mol 故转移电子的总物质的量为0.2 mol； Cu(OH)2从组成上可看成CuO·H2O，加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度，即电解了0.1 mol硫酸铜，并电解了0.1 mol H2O，由电解的总反应式可知， 2H2O＋2CuSO42Cu＋O2↑＋2H2SO4　转移电子 　　　　　　　　　2 mol　　　　　　　　4 mol 　　　　　　　　　0.1 mol　　　　　　　0.2 mol 2H2O2H2↑＋O2↑　转移电子 2 mol　　　　　　　　　　4 mol 0.1 mol　　　　　　　　　0.2 mol 所以电解过程中共转移电子的物质的量为0.2 mol＋0.2 mol＝0.4 mol，则甲、乙在电解过程中转移的电子的物质的量之比为0.2 mol∶0.4 mol＝1∶2，B正确。 通过本组练习学生能够理解记住电解池的基本原理的基础知识 综合运用（必做题，建议五分钟时间完成） 6．如图甲所示的电解池中，Pt电极位于含Cu(NO3)2和AgNO3均为0.05 mol·L－1的电解液中，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 【答案】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项正确；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发生的电解反应是电解水的反应，溶液中c(H＋)增大，pH降低，B项正确；过程Ⅱ中阳极的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C项正确；过程Ⅱ析出的Cu和过程Ⅰ析出的Ag的物质的量相同，则析出Cu与Ag的质量比为64∶108，D项错误。 7．海水淡化是解决淡水资源短缺的有效途径之一，其方法主要有蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。电渗析法淡化海水的原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．该装置将化学能转化成电能 B．阴极发生的电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑ C．Ⅱ室中流出淡水，Ⅰ、Ⅲ室流出液中NaCl浓度变大 D．若将a、b膜的位置互换，则不能获得淡水 【答案】C 【解析】由图可知，该装置为电解池，阳极上氯离子失去电子发生氧化反应生成氯气，钠离子通过阳离子交换膜进入I室导致阳离子的物质的量大于阴离子，I室中氯离子通过离子交换膜进入I室，阴极上水得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，氯离子通过阴离子交换膜进入I室导致阴离子的物质的量大于阳离子，I室中钠离子通过离子交换膜进入I室，最后I室中流出淡水，I、I室流出液中NaCl浓度变大。故A错误,C正确；分析可知，阳极电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，B错误：若将a、b膜的位置互换，I室中氯离子通过阴离子交换膜进入阳极室导致I室中阴离子的物质的量小于阳离子，I室中钠离子通过离子交换膜进入I室，I室中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室导致室中阳离子的物质的量小于阴离子，I室中氯离子通过离子交换膜进入I室，最后I室中流出的还是淡水，D错误；选C。 8．一种新型Zn-CO2水介质电池，为解决环境和能源问题提供了一种新途径，其工作示意图如图所示，下列说法不正确的是( ) A．放电时，金属锌为负极 B．放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质HCOOH C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)42-==2Zn+O2+4OH-+2H2O D．充电时，双极隔膜产生的向右侧正极室移动 【答案】D 【解析】放电时，负极Zn电极反应式为：Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-,A正确； 由图中可知，CO2转化为HCOOH,故B正确；充电时，阳极电极反应式为：2Zn(OH)42-==2Zn+O2+4OH-+2H2O,故C正确； D.右侧电极版连接电源正极，充电时发生反应：H2O-4e-=O2↑+4H+,应向左侧移动，D错误；故选D。 通过本组练习，检测学生基础知识的迁移应用能力 拓展提升（选做题，建议十五分钟时间完成） 9．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题： （1）二氧化氯ClO2为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示： ①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的______(填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为_______________________。 ②a极区pH___(填“增大”“减小”或“不变”)。 ③图中应使用___________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。 （2）电解K2MnO4溶液制备KMnO4。 ①工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，化学方程式为____________________________。 ②用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下： 则阳极的电极反应式为_______________________；该工艺流程中循环利用的物质是___________。 （3）电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示： ①阴极的电极反应式为_____________________________。 ②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为___________。 【答案】（1）正极 Cl--5e－+2H2O=ClO2+4H+ 增大 阳 （2）2MnO2+4KOH+O2=K2MnO4+2H2O MnO42--2e－= MnO4- KOH （3） NO+5e－+6H+=NH4++H2O 1：4 【解析】 (1)①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食 盐水制取ClO2。阳极发生氧化反应，电极反应式为：Cl-—5e-+2H2O==ClO2↑+4H+;②b极为阳极，a极为阴极，水电离产生的H+得到电子发生还原反应产生H2,H+不断放电，使a电极区c(H+)减小，c(OH-)增大，溶液pH增大；③据图示可知，离子通过离子交换膜由阳极区进入到阴极区。由于阳极b电极上阴离子Cl-不断放电，使附近的阳离子浓度增大，为维持平衡，溶液中的阳离子通过交换膜进入到阴极区，故图中使用的离子交换膜是阳离子交换膜；(2)根据题意可知MnO2、KOH、O2混合加热，发生氧化还原反应产生K2MnO4,根据电子守恒、原子守恒，可知生成物还有H2O,该反应的化学方程式为：2MnO2+4KOH+O2==2K2MnO4+2H2O。然后电解反应产生的 K2MnO4溶液，在阳极区发生氧化反应：MnO42--2e－= MnO4- ,在阴极上发生反应：2H2O+2e-==H2↑+2OH-,离子交换膜为阳离子交换膜，阳极区的K+通过阳离子交换膜进入阴极区，则D物质是KOH溶液；（3）由图示可知，NO在阴极上得电子生成NH,电极反应式为NO+5e－+6H+=NH4++H2O;NO在阳极上失电子生成NO3-,电极反应式为NO-3e+2H2O=NO3-+4H+,电解总反应式通电为8NO+7H2O=3NH4NO3+2HNO3,故当全部转变成NH4NO3时，还应再通入2 mol NH3,故n(NH3) : n(NO)=2 : 8=1 : 4. 10．用如图所示的装置进行电解，A中盛有NaCl溶液，B中盛有饱和Na2SO4溶液，通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的D端变为蓝色。回答下列问题： (1)电源的F端为_______(填“正”或“负”)极。 (2)A中发生反应的总化学方程式为_______________________。 (3)B中石墨电极上的电极反应式为___________________；Cu电极观察到的现象是___________________；一段时间后，B中溶液pH_______(填“升高”、“降低”或“不变”)。 (4)去掉该装置中的电源，改用导线连接，为使湿润的淀粉KI试纸的D端变为蓝色，可将_______(填“A”或“B”)中的溶液换成_______(填“稀硫酸”或“浓硝酸”)。 【答案】负 Fe+2H2O===Fe(OH) 2+H2 2H2O-4e－=O2+4H+ 有气泡产生 不变 A 稀硫酸 【解析】(1)由分析知，电源F端为负极，故此处填负； (2)A中Fe电极为阳极，电极反应为Fe-2e－=Fe2+,Pt为阴极，阴极反应为2H2O+2e－=H2↑+2OH-,两极相加得总反应为电解Fe+2H2O===Fe(OH) 2+H2 ;电解 (3)B中石墨电极为阳极，水产生的OH~在阳极放电， 电极反应为2H2O-4e－=O2+4H+ ;Cu电极为阴极，水产生的H*在阴极放电，电极反应为2H2O+2e－=H2↑+2OH-，现象为有气泡产生；B反应中实际为电解水，由于Na2SO4溶液显中性，水减少对其pH没有影响，故此不变； (4)若将电源去掉，则可通过向A中加入酸使其形成原电池，若加入稀硫酸，则发生反应Fe+2H+=Fe2++H2↑，Fe作负极，Pt作正极，则试纸D端为电解池的阳极，发生反应2Iˉ-2e－=I2,出现变蓝现象，符合题意；若选浓硝酸，则Fe在浓硝酸中钝化后，Pt与浓硝酸不反应，故不能形成原电池，综上所述，此处填稀硫酸。 11．A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示： 阳离子 Na＋、K＋、Cu2＋ 阴离子 SO、OH－ 图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨。 接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题： (1)M为电源的________(填“正”或“负”)极，电极b上发生的电极反应为__________________________________________________。 (2)写出乙烧杯中反应的化学方程式：________________________________________。 (3)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ _______________________________________________________________________________。 (4)若经过这一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是__________________。 【答案】(1)负　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (2)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4 (3)能，因为硫酸铜溶液已转变为硫酸溶液，反应变为电解水的反应 (4)向丙烧杯中加入一定量水 【解析】(1)乙中c电极质量增加，则c处发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，即c电极为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。而Cu2＋只能和SO结合，可以确定B为硫酸铜；由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定A为KOH或NaOH，C为Na2SO4或K2SO4。甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解H2O，阳极b处为OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(2)乙烧杯中是电解CuSO4溶液，反应的化学方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。(3)乙中铜全部析出后，电解质变为H2SO4，所以电解反应仍能继续进行。 检测学生新情境下的电解池知识的应用 作业展示与评估 1.展示要求：以图片形式展示学生所完成的典型作业，图片内容清晰，布局均衡、排版合理。 2.教师评估：鼓励单元作业设计者展示对学生作业的多元化评价，例如通过引进师生对评、生生互评等丰富教师对学生作业的评价维度和角度，实现教师对学情的精准把握，为进一步完善教学设计进行创新性探索。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$