4.2 第2课时 电解原理的应用-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学选择性必修1同步练习（人教版）

参考答案与解析 CuSO 4 被电解， 还有 H 2 O 被电解。 0.1 mol Cu （ OH ） 2 相 当于 0.1 mol CuO 和 0.1 mol H 2 O ， 由电子守恒 0.1 mol CuO～0.1 mol Cu～0.2 mol e - ， 0.1 mol H 2 O～0.1 mol H 2 ～ 0.2 mol e - ， 即共计 0.4 mol e - 。 2. A 【解析】 通电后 Y 中央的紫红色色斑向 d 端扩 散， 得出 d 为阳极 （ MnO - 4 向阳极移动）， b 为电源的正 极， a 为电源的负极。 Y 为浸透饱和食盐水和酚酞溶液 的滤纸， 阴极 c 点 H + 放电， 则 OH - 浓度增大， 所以滤纸 上 c 点附近会变红色， A 正确； 阴极 Cu 电极上 Cu 2+ 得 到电子生成 Cu ， 阳极 Pt 电极上 OH - 失去电子， 故 Cu 电 极质量增大， Pt 电极质量不变， B 错误； Pt 电极上 OH - 失去电子， 故烧杯中溶液的 pH 减小， C 错误； 烧杯中 SO 2- 4 向阳极 Pt 电极定向移动， D 错误。 3. D 【解析】 电解分两个阶段， 首先是 Mg 2+ +2Cl - + 2H 2 O 电解 Mg （ OH ） 2 ↓+H 2 ↑+Cl 2 ↑ ， 然后是 2H 2 O 电解 2H 2 ↑ +O 2 ↑ 。 电解前， Mg 2+ 水解而使溶液呈酸性， pH<7 ； 电 解完成后， 溶液中的溶质为 Na 2 SO 4 ， pH＝7 ， 故 A 、 B 错 误； 电解开始即产生沉淀， 当第一个反应完成后， 沉淀 的量不再变化， 故 C 错误， D 正确。 4. A 【解析】 由电解总反应可知， Cu 被氧化， 所以 Cu 作电解池的阳极， 石墨作阴极， 阴极上是溶液中的 H + 反应， 电极反应为 2H + +2e - H 2 ↑ ， A 正确， B 错误； 阳极与电源的正极相连， C 错误； 当有 0.1 mol 电子转 移时， 有 0.05 mol Cu 2 O 生成， D 错误。 5. C 【解析】 碘离子失去电子被氧化， 则惰性电极 石墨作阳极， 不锈钢作阴极， 水电离出的氢离子得到电 子转化为氢气， A 、 B 正确。 根据电解总方程式可知电 解过程中溶液 pH 不变， C 错误； 生成 1 mol 碘酸钾转 移 6 mol 电子 ， 则电解过程中转移 3 mol 电子时 ， 理 论上可制得 KIO 3 的质量是 3 mol 6 ×214 g · mol -1 ＝107 g ， D 正确。 6. A 【解析 】 石墨作电极电解 KNO 3 和 Cu （ NO 3 ） 2 的混合溶液， 阳极反应式为 4OH - -4e - 2H 2 O+O 2 ↑ ， 阴 极先后发生两个反应： Cu 2+ +2e - Cu ， 2H + +2e - H 2 ↑ 。 从收集到 O 2 为 2.24 L 可推知上述电解过程中共转移 0.4 mol 电子， 而在生成 2.24 L H 2 的过程中转移 0.2 mol 电子， 所以 Cu 2+ 共得到 0.4 mol-0.2 mol＝0.2 mol 电子， 电解前 Cu 2+ 的物质的量和电解得到的 Cu 的物质的量 都为 0.1 mol 。 电解前后分别有以下守恒关系： c （ K + ） + 2c （ Cu 2+ ） ＝c （ NO - 3 ）， c （ K + ） +c （ H + ） ＝c （ NO - 3 ）， 不难算出： 电 解前 c （ K + ） ＝0.2 mol · L -1 ， 电解后 c （ H + ） ＝0.4 mol · L -1 。 7. （ 1 ） Fe-2e - Fe 2+ 2H + +2e - H 2 ↑ （ 2 ） Cr 2 O 2- 7 + 6Fe 2+ +14H + 2Cr 3+ +6Fe 3+ +7H 2 O （ 3 ） H + 不断放电， Cr 2 O 2- 7 与 Fe 2+ 反应时消耗 H + ， 打破了水的电离平衡， 使溶液中 c （ OH - ） >c （ H + ） （ 4 ） 不能 用石墨作电极无 Fe 2+ 产生， 不能还原 Cr 2 O 2- 7 【解析 】 本题除 Cr 的方法是 Cr 2 O 2- 7 还原剂 Cr 3+ OH - Cr （ OH ） 3 ↓ 。 显然需要 Fe 2+ 作还原剂， 故 Fe 作电解阳极 生成 Fe 2+ ， 并将 Cr 2 O 2- 7 还原为 Cr 3+ ， 本身被氧化为 Fe 3+ ， 该反应的离子方程式为 Cr 2 O 2- 7 +6Fe 2+ +14H + 2Cr 3+ +6Fe 3+ + 7H 2 O ， 反应中消耗了 H + ， 另外阳极 H + 放电生成 H 2 ， 会 使溶液中的 OH - 浓度增大， 完成了工业废水从弱酸性到 碱性的转变， 进而发生了如下的离子反应： Cr 3+ +3OH - Cr （ OH ） 3 ↓ ， Fe 3+ +3OH - Fe （ OH ） 3 ↓ 。 第 2 课时 电解原理的应用 基础练习 1. A 【解析】 电解饱和食盐水时， 阴极应是 H 2 O 电 离出的 H + 得电子放出 H 2 。 2. A 【解析】 电解精炼铜时， 粗铜作阳极， 纯铜作 阴极， CuSO 4 为电解质溶液， 粗铜中除了铜失去电子变 成阳离子外， 其中的少量杂质， 如活泼金属 Zn 、 Fe 、 Ni 等也失去电子形成阳离子， 而阴极只有铜析出， 故阳极 溶解的 Cu 和阴极析出的 Cu 的量不同，故 c （ Cu 2+ ）将会有 所减小。 3. D 【解析】 电解精炼铜时， 粗铜连接电源的正极， 作阳极发生氧化反应， 精铜与电池的负极相连， 作阴极 发生还原反应， 金属的活动性顺序为 Zn>Fe>Cu>Ag>Pt ， 因此在阳极上 Ag 、 Pt 不会放电， 以单质形式在阳极附 近沉积下来， 故 D 正确。 4. B 【解析】 电镀槽中， 镀件作阴极， 镀层金属作 阳极， 电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液， 所 以阳极用金属银， 电解质溶液用含银离子的溶液， A 项 中 AgCl 是沉淀， 不符合要求。 5. C 【解析】 电解过程是氯化钠和水反应生成氢氧 化钠 、 氢气和氯气 ， 反应的离子方程式为 2Cl - +2H 2 O 通电 Cl 2 ↑+H 2 ↑+2OH - ， 故 C 错误。 6. A 【解析】 三个电解槽串联， 在一定条件下通电 一段时间后， 电子转移的物质的量相同。 由于 K 是 +1 价的金属， Mg 是 +2 价的金属， Al 是 +3 价的金属， 所 以析出钾、 镁、 铝的物质的量之比为 6 ∶ 3 ∶ 2 。 7. （ 1 ） 负 （ 2 ） 2H 2 O+2e - H 2 ↑+2OH - （ 3 ） 2 ∶ 1 ∶ 2 ∶ 2 （ 4 ） 铜 0.1 mol · L -1 （ 5 ） CuO 或 CuCO 3 固体 【解析】 （ 1 ） 由 C 电极表面有铜析出， 得出 C 为阴 极， 从而推出： A 为负极， B 为正极， D 、 F 均为阳极， E 为阴极。 （ 2 ） E 为阴极， 电极反应为 2H 2 O+2e - H 2 ↑ +2OH - 。 （ 3 ） D 为阳极， 电极反应式为 4OH - -4e - O 2 ↑ +2H 2 O ； F 为阳极， 电极反应式为 2Cl - -2e - Cl 2 ↑ ， 装 置为三个电解池串联， 因此各个电极上得失电子数目与 39 高中化学选择性必修 1 （人教版） 线路中转移电子数均相同。 假设线路中转移了 4 mol 电 子， 则由以上电极反应式可知 C 、 D 、 E 、 F 电极上分别 会产生 2 mol 铜、 1 mol 氧气、 2 mol 氢气、 2 mol 氯气， 其物质的量之比为 2 ∶ 1 ∶ 2 ∶ 2 。 （ 4 ） H 为电镀池的阳极， 其电极材料应为铜； 丙中铁表面发生的反应为 Cu 2+ +2e - Cu ， 3.2 g 铜的物质的量为 0.05 mol ， 需 0.1 mol 电 子， E 的电极反应为 2H + +2e - H 2 ↑ ， 得到的电子也为 0.1 mol ， 可得以下关系： 2H + ～ 2e - ～ 2OH - ， 0.1 mol 0.1 mol 所以反应后乙中溶液 c （ OH - ） ＝0.1 mol · L -1 。 （ 5 ） 电解足量硫酸铜溶液应加入适量的 CuO 或 CuCO 3 固体使电解质溶液复原。 提升练习 1. D 【解析】 以石墨为电极， 电解 KI 溶液， 发生的 反应为 2KI+2H 2 O 电解 2KOH+H 2 ↑+I 2 （类似于电解饱和 食盐水）， 阴极产物是 H 2 和 KOH ， 阳极产物是 I 2 。 由于 溶液中含有少量的酚酞和淀粉， 所以阳极附近的溶液会 变蓝 （淀粉遇碘变蓝）， 阴极附近的溶液会变红 （溶液 呈碱性）， A 、 B 、 C 正确； 由于电解产物有 KOH 生成， 所以溶液的 pH 逐渐增大， D 错误。 2. D 【解析】 A 项， 阳极发生氧化反应； C 项， 溶 液中存在的金属阳离子主要为 Ni 2+ 、 Fe 2+ 、 Zn 2+ ， 根据金 属原子的还原性和金属阳离子的氧化顺序， 阳极反应为 Zn-2e - Zn 2+ ， Fe-2e - Fe 2+ ， Ni-2e - Ni 2+ ， Cu 、 Pt 在该 条件下不失电子， 阴极反应为 Ni 2+ +2e - Ni ， Fe 2+ 、 Zn 2+ 在该条件下不得电子； B 项， 比较两电极反应， 因 Zn 、 Fe 、 Ni 的相对原子质量不等， 当两极通过相同的电量 时， 阳极减少的质量与阴极增加的质量不等。 3. B 【解析】 电解质中的阴离子 O 2- 、 Cl - 向阳极移 动， 由题图可知阳极生成 O 2 、 CO 、 CO 2 ， 所以电极反应 为 2O 2- -4e - O 2 ↑ ， O 2 与石墨反应生成 CO 、 CO 2 ， A 、 C 、 D 错误， 只有 B 正确。 4. C 【解析】 电解过程中 Zn 被氧化， 作阳极， 所以 Zn 与电源的正极相连， A 错误； Zn 2+ 透过阳离子交换膜 到达左侧与生成的 C 2 O 2- 4 形成 ZnC 2 O 4 ， B 错误； 没有给 出气体所处的温度和压强， D 错误。 5. D 【解析】 本题考查电镀知识 ， 阳极 ： Ag-e - Ag + ， b 棒质量减小； 阴极： Ag + +e - Ag ， a 棒质量增大， 电解质溶液浓度不变， 故选 D 。 6. （ 1 ） H 2 -2e - +2OH - 2H 2 O （ 2 ） 2NaCl +2H 2 O 电解 2NaOH+H 2 ↑+Cl 2 ↑ （ 3 ） AC （ 4 ） d 极发生反 应： 2H 2 O+2e - H 2 ↑+2OH - 生成 OH - ， 且 Na + 从阳极区透 过阳离子交换膜进入 d 极区， 生成 NaOH （ 5 ） 4OH - - 4e - O 2 ↑+2H 2 O ABC （ 6 ） O 2 +4e - +2H 2 O 4OH - 【解析】 （ 1 ） 图示中甲池为原电池， 其中通入 H 2 的 a 电极为负极 ， 其电极反应式为 H 2 -2e - +2OH - 2H 2 O 。 （ 2 ） 乙池为电解池， 与正极 b 连接的 c 电极为 阳极， 与负极 a 连接的 d 电极为阴极。 c 、 d 电极为石墨 电极， 根据电解原理可知， 电解饱和 NaCl 溶液产生 H 2 、 Cl 2 、 NaOH ， 反应的化学方程式为 2NaCl +2H 2 O 电解 2NaOH+H 2 ↑+Cl 2 ↑ 。 （ 3 ） 甲装置为原电池， 可以实现 化学能向电能的转化， A 正确； 甲装置中 Na + 透过阳离 子交换膜向正极 b 极移动， B 错误； 乙装置中 c 极为阳 极， Cl - 不断放电产生 Cl 2 逸出， 导致附近溶液中 Cl - 的浓 度减小， Na + 透过阳离子交换膜移向 d 极区， 因此 c 极 一侧不断减少 NaCl ， 流出的是淡盐水， C 正确。 故合理 选项是 A 、 C 。 （ 4 ） d 电极为阴极， 在 d 极上水电离产 生的 H + 不断得到电子变为 H 2 逸出， 破坏了附近的水的 电离平衡， 促进水电离， 最终使附近 c （ OH - ） ＞c （ H + ）， 且 Na + 从阳极区透过阳离子交换膜进入 d 极区， 与 OH - 结 合生成 NaOH 。 （ 5 ） 根据离子放电顺序， OH － 迁移至阳 极区 ， OH － 在阳极上放电产生氧气 ， 即电极反应式为 4OH － －4e － O 2 ↑＋2H 2 O ； 如果阳离子交换膜损伤， 会使 大量 OH － 迁移至阳极区， 产生大量的 O 2 ， 因此定期检查 并更换阳离子交换膜， 可以提高氯气产量， 降低阳极氧 气的含量， 故 A 正确； 向阳极区加入适量盐酸， 可增大 c （ Cl - ）， 提高其还原性， 可以产生更多 Cl 2 ， 避免副反应 的反应， 故 B 正确； 使用 Cl - 浓度高的精制饱和食盐水 为原料使用 Cl - 浓度高的精制饱和食盐水为原料， 增大 了 Cl - 的浓度， 提高了 Cl - 的还原性， 可以产生更多 Cl 2 ， 减少 OH - 放电产生 O 2 的机会， 因而就降低了 O 2 的含量， 故 C 正确。 （ 6 ） “氧阴极技术 ” 在阴极区通入氧气 ， 避免水电离出 H ＋ 直接得电子生成 H 2 ， 则阴极上 O 2 得到 电子反应产生 OH - ， 该电极的电极反应式为 O 2 +4e - + 2H 2 O 4OH - 。 第三节 金属的腐蚀与防护 基础练习 1. D 【解析】 化学腐蚀是指直接发生化学反应的腐 蚀， 电化学腐蚀是指形成原电池的腐蚀， 不需要外加电 流， 故 A 、 B 错误； 钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀， 正 极吸收氧气形成氢氧根离子， C 错误。 2. D 【解析】 银首饰久置后表面变黑， 是由于银与 空气中的硫元素直接反应生成了硫化银， 是一种化学腐 蚀的过程。 3. D 【解析】 从图中看出， 海水中的氧气减少， 所 以发生了吸氧腐蚀， A 错误； 碳作正极， 发生的反应为 40 第四章 化学反应与电能 练 知识点 １ 电解原理的应用 1. 下面列出了电解不同物质的电极反应式， 其中错误的是 （ ） A. 电解饱和食盐水 阴极： Na + +e - Na B. 电解 CuSO 4 溶液 阴极： Cu 2+ +2e - Cu C. 电解熔融 NaCl 阴极： Na + +e - Na D. 电解 NaOH 溶液 阳极： 4OH - -4e - 2H 2 O+O 2 ↑ 2. 下列关于电解法精炼铜的说法正确的是 （ ） A. 粗铜作阳极， 纯铜作阴极， 硫酸铜为 电解质溶液 B. 纯铜作阳极， 粗铜作阴极， 硫酸铜为 电解质溶液 C. 电解结束后， 溶液中 Cu 2+ 浓度不变 D. 电解结束后， 溶液中 Cu 2+ 浓度变大 3. 利用电解法可将含有 Fe 、 Zn 、 Ag 、 Pt 等 杂质的粗铜提纯 ， 下列叙述正确的是 （ ） A. 电解时以精铜作阳极 B. 电解时阴极发生氧化反应 C. 粗铜连接电源负极， 其电极反应式是 Cu-2e - Cu 2+ D. 电解后， 电解槽底部会形成含少量 Ag 、 Pt 等金属的阳极泥 4. 欲在金属表面镀银， 应把镀件挂在电镀池 的阴极。 下列各组中， 选用的阳极金属和 电镀液均正确的是 （ ） A. Ag 和 AgCl 溶液 B. Ag 和 AgNO 3 溶液 C. Fe 和 AgNO 3 溶液 D. Pt 和 Ag 2 SO 4 溶液 5. 如图是工业电解饱和食盐水的装置示意 图， 下列说法中不正确的是 （ ） A. 装置出口 ① 处的物质是氯气 B. 装置出口 ② 处的物质是氢气， 该离子 交换膜只能让阳离子通过 C. 装置中发生反应的离子方程式为 2Cl - + 2H + 通电 Cl 2 ↑+H 2 ↑ D. 该装置将电能转化为化学能 6. 将分别盛有熔融的氯化钾、 氯化镁、 氧化 铝的三个电解槽串联， 在一定条件下通电 一段时间后， 析出钾、 镁、 铝的物质的量 之比为 （ ） A. 6 ∶ 3 ∶ 2 B. 6 ∶ 3 ∶ 1 C. 1 ∶ 2 ∶ 3 D. 3 ∶ 2 ∶ 1 知识点 2 原电池、 电解池、 电镀池和 电解精炼池的比较 7. 某课外活动小组的同学用如图装置进行实 -+ ① ② Cl - H + Na + OH - 离子交换膜 精制饱和 NaCl 溶液 H 2 O （含少 量 NaOH ） 淡盐水 NaOH 溶液 第 5 题图 第 2课时 电解原理的应用 基 础 练 习 101 练 高中化学选择性必修 1 （人教版） 验， C 、 D 、 E 、 F 均为石墨电极， 一段时 间后在 C 电极表面有铜析出， 试回答下 列问题： （ 1 ） A 为电源的 极。 （ 2 ） E 的电极反应式为 。 （ 3 ） 若甲、 乙装置中的 C 、 D 、 E 、 F 电极 均只有一种单质生成时， 对应单质的 物质的量之比为 。 （ 4 ） 在常温下， 现用丙装置给铁镀铜， 则 H 电极材料应该是 ， 当丙中 铁表面析出铜的质量为 3.2 g 时， 乙 中溶液的 c （ OH - ）为 （假设 溶液体积为 1 L ， 且饱和食盐水足 量）。 （ 5 ） 已知甲中硫酸铜溶液足量， 在电解一 段时间后向甲中加入适量 可以使溶液恢复到原来的浓度。 C D E F CuSO 4 溶液 甲 滴有酚酞的 饱和食盐水 乙 G H A B 丙 第 7 题图 1. 以石墨为电极， 电解 KI 溶液 （含有少量 的酚酞和淀粉 ） 。 下列说法错误的是 （ ） A. 阴极附近溶液呈红色 B. 阴极逸出气体 C. 阳极附近溶液呈蓝色 D. 溶液的 pH 变小 2. 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 （已知： 氧化性 Fe 2+ <Ni 2+ < Cu 2+ ）。 下列叙述正确的是 （ ） A. 阳极发生还原反应， 其电极反应式 ： Ni 2+ +2e - Ni B. 电解过程中， 阳极减少的质量与阴极 增加的质量相等 C. 电解后， 溶液中存在的金属阳离子只 有 Fe 2+ 和 Zn 2+ D. 电解后， 电解槽底部的阳极泥中只有 Cu 和 Pt 3. 右图为 EFC 剑桥 法用固体二氧化 钛 （ TiO 2 ） 生产海 绵钛的装置示意 图， 其原理是在较 低的阴极电位下， TiO 2 （阴极） 中的氧解 离进入熔融盐， 阴极最后只剩下纯钛。 下 列说法中正确的是 （ ） A. 阳极的电极反应式为 2Cl - -2e - Cl 2 ↑ B. 阴极的电极反应式为 TiO 2 +4e - Ti+2O 2- C. 通电后， O 2- 、 Cl - 均向阴极移动 D. 石墨电极的质量不发生变化 4. 采 用 电 化 学 法 还 原 CO 2 是一种使 CO 2 资 源化的方法。 右图是 利用此法制备 ZnC 2 O 4 的示意图 （电解液不 提 升 练 习 - + 电源 O 2- 石墨 产生气泡 （ O 2 、 CO 2 、 CO ） 高纯 二氧化钛 熔融氯化钙 第 3 题图 CO 2 电解液 电解液 阳离子交换膜 Pb Zn 电源 第 4 题图 102 第四章 化学反应与电能 练 参与反应）。 下列说法中正确的是 （ ） A. Zn 与电源的负极相连 B. ZnC 2 O 4 在交换膜右侧生成 C. 电解的总反应为 2CO 2 +Zn 电解 ZnC 2 O 4 D. 通入 11.2 L CO 2 时， 转移 0.5 mol 电子 5. 按图所示实验， 若 x 轴表示流入阴极的电 子的物质的量， 则 y 轴可表示 （ ） ①c （ Ag + ） ②c （ NO - 3 ） ③a 棒的质量 ④b 棒的质量 ⑤ 溶液的 pH A. ①③ B. ③④ C. ①②④ D. ①②⑤ 6. 降低能耗是氯碳工业发展的重要方向。 我 国利用氯碱厂生产的 H 2 作燃料， 将氢燃 料电站应用于氯碱工业， 其示意图如图 所示。 （ 1 ） a 极的电极反应式为 。 （ 2 ） 乙装置中电解饱和 NaCl 溶液的化学 方程式为 。 （ 3 ） 下列说法正确的有 （填字母 序号）。 A． 甲装置可以实现化学能向电能转化 B． 甲装置中 Na + 透过阳离子交换膜向 a 极移动 C． 乙装置中 c 极一侧流出的是淡盐水 （ 4 ） 结合化学用语解释 d 极区产生 NaOH 的原因： 。 （ 5 ） 实际生产中， 阳离子交换膜的损伤会 造成 OH - 迁移至阳极区， 从而在电解 池阳极能检测到 O 2 ， 产生 O 2 的电极 反应式为 。 下列生产措施有利于提高 Cl 2 产量、 降低阳极 O 2 产量的有 （填 字母序号）。 A． 定期检查并更换阳离子交换膜 B． 向阳极区加入适量盐酸 C． 使用 Cl - 浓度高的精制饱和食盐水 为原料 （ 6 ） 降低氯碱工业能耗的另一种技术是 “氧阴极技术”。 通过向阴极区通入 O 2 ， 避免水电离的 H + 直接得电子生 成 H 2 ， 降低了电解电压， 电耗明显 减少。 “氧阴极技术” 的阴极反应为 。 y O x 电子的物质的量 /mol a b Fe Ag AgNO 3 溶液 第 5 题图 H 2 O （含少 量 NaOH ） H 2 精制饱和 NaCl 溶液 NaOH 溶液 阳离子 交换膜 阳离子 交换膜 空气（ O 2 ） a b c d 乙甲 第 6 题图 103