专题1 第2单元 第4课时 电解原理的应用-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1作业与测评word（苏教版2019）

化学　选择性必修1　作业与测评 第4课时　电解原理的应用 (建议用时：15分钟) 1．电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气 (1)装置 (2)电极反应 阳极：__________________(________反应) 阴极：__________________(________反应) (3)化学方程式：________________________。 答案　(1)阳　阴 (2)2Cl－－2e－===Cl2↑　氧化　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　还原 (3)2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH 2．铜的电解精炼 答案　Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋ 纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu　金、银等活动性较弱 3．电镀 电镀池构成 答案　①镀层金属　②待镀金属制品　③含镀层金属离子的溶液 1．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(　　) A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极 B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应 C．阳极上可能发生反应Fe－2e－===Fe2＋ D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 答案　C 解析　电解精炼铜时以硫酸铜溶液为电解质溶液，粗铜作阳极，精铜作阴极，A错误；粗铜作阳极，与电源的正极相连，B错误；Fe比Cu活泼，电解时优先发生失电子的氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，C正确；Fe、Zn等比Cu活泼，电解时Fe、Zn等在阳极发生失电子的氧化反应，生成Fe2＋、Zn2＋等进入电解质溶液中，Ag等活泼性不如Cu的杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥，D错误。 2．若要在铜片上镀银，下列叙述错误的是(　　) ①将铜片接在电源的正极 ②将银片接在电源的正极 ③在铜片上发生的电极反应是Ag＋＋e－===Ag ④在银片上发生的电极反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ⑤可用稀硫酸作电解质溶液 ⑥可用硝酸银溶液作电解质溶液 A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥ 答案　C 解析　电镀时，应选用镀层金属作阳极，待镀部件作阴极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在铜片上镀银时，银作阳极，连接电源正极，铜片作阴极，连接电源负极，用硝酸银溶液作电解液。阳极上发生的电极反应是Ag－e－===Ag＋，阴极上发生的电极反应是Ag＋＋e－===Ag。综上分析，答案选C。 3．如图是模拟工业电解饱和食盐水的装置图，下列叙述不正确的是(　　) A．a为电源的负极 B．Fe电极的电极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．通电一段时间后，铁电极附近溶液先变红 D．电解饱和食盐水的化学方程式是2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 答案　B 解析　模拟工业电解饱和食盐水，活泼金属不能作阳极，因此铁作阴极、石墨作阳极，a为电源的负极、b为电源的正极，A正确；铁电极上发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，溶液的碱性增强，铁电极周围溶液先变红，B错误，C正确；书写电解总反应式时，条件 一定要注明，电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，D正确。 4．下列关于电解精炼铜与电镀的说法正确的是(　　) A．电解精炼铜时，将电能转化为化学能，电路中每通过2 mol e－，阳极就会溶解64 g铜 B．电解精炼铜时，阳极为粗铜，阴极为精铜，电解过程中电解质溶液不需要更换 C．在铁制器皿上镀铝，熔融氧化铝作电解质，铁制器皿作阴极，铝棒作阳极 D．电镀过程中电镀液需要不断更换 答案　C 解析　电解精炼铜时，阳极为粗铜，比铜活泼的金属也会参与反应，电路中每通过2 mol e－，阳极溶解的铜的质量小于64 g，A错误；电解精炼铜时，比铜活泼的金属在阳极也会失去电子，而阴极上铜离子得到电子转化为铜单质，溶液中的铜离子浓度减小，因此在电解精炼过程中，需要更换电解质溶液，B错误；电镀过程的实质是在电能的作用下，将阳极上的金属转移到阴极上，因此电镀液不需要更换，D错误。 (建议用时：40分钟) 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法中正确的是(　　) A．通电后，Ag＋向阳极移动 B．银片与电源负极相连 C．该电解池阴极的电极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 答案　C 解析　铜牌上镀银，银片为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。 2．(2022·广东高考)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　) A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋ B．阴极上Al被氧化 C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等 答案　C 解析　根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极上Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生。由上述分析可知，A、B错误；阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。 3．某生产工艺中用惰性电极电解Na2CO3溶液获得NaHCO3和NaOH，其原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．a极接外电源的负极 B．B出口为H2，C出口为NaHCO3溶液 C．阳极反应为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑ D．应选用阳离子交换膜，电解时Na＋从右侧往左侧移动 答案　C 解析　根据题图所示，a极逸出O2，是溶液中水电离出的OH－失去电子发生氧化反应，故a极为阳极，应接外电源的正极，A错误；阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B出口为H2，C出口为浓NaOH溶液，B错误；A出口为NaHCO3溶液，阳极反应为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，C正确；阳极区的Na＋需要向阴极区迁移，应选用阳离子交换膜，电解时Na＋从左侧往右侧移动，D错误。 [归纳总结]　 (1)常见的离子交换膜 ①阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 ②阴离子交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 ③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 (2)离子交换膜的作用 ①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 ②能选择性通过离子，起到平衡电荷的作用。 4．酸性废水中的NH可在一定条件下利用硝酸盐菌转化为NO，再用如图所示的电化学装置除去NO，下列有关说法正确的是(　　) A．a端是直流电源的负极 B．该装置将化学能转化为电能 C．图中离子交换膜应为阴离子交换膜 D．阴极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O 答案　D 解析　由图可知电解池的右侧NO转化为N2，N由＋5价降为0价，说明右侧电极为电解池的阴极，因此b端为电源的负极，a端为电源的正极，A错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B错误；左侧电极为阳极，发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，为保持电荷平衡，产生的H＋通过离子交换膜进入右侧，所以离子交换膜应为阳离子交换膜，C错误。 5．我国科研团队将电解食盐水的阳极反应与电催化还原CO2的阴极反应相耦合，制备CO与次氯酸盐，阴极区与阳极区用质子交换膜隔开。装置如图所示，下列说法正确的是(　　) A．b极为电源的负极 B．工作时，阴极附近溶液pH减小 C．工作时，每转移1 mol电子，阴极室和阳极室质量变化相差10 g D．电池工作时，阳极发生的电极反应式为Cl－＋H2O－2e－===ClO－＋2H＋ 答案　C 6．电解精炼法提纯镓是以含Zn、Fe、Cu杂质的粗镓为阳极，纯镓为阴极，NaOH水溶液为电解质溶液。通电时，粗镓溶解并以GaO形式进入电解质溶液，在阴极放电析出高纯镓(金属活动性顺序为Zn>Ga>Fe)。下列有关电解精炼的说法中，不正确的是(　　) A．阳极主要电极反应式为Ga＋4OH－－3e－===GaO＋2H2O B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C．在阴极除了析出高纯度的镓之外，还可能有H2产生 D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Fe 答案　B 解析　由金属活动性顺序可知，阳极上Zn、Ga失电子，发生氧化反应，主要电极反应式为Ga＋4OH－－3e－===GaO＋2H2O，A正确；由金属活动性顺序可知，阳极上Zn、Ga失电子发生氧化反应，阴极上GaO得电子发生还原反应生成Ga，由得失电子守恒可知阳极质量的减少与阴极质量的增加不可能相等，B错误；在阴极除了析出镓之外，水电离出的H＋也可能在阴极上得电子发生还原反应生成氢气，C正确；由金属活动性顺序可知，Fe、Cu不参与电极反应，沉入电解槽底部形成阳极泥，D正确。 [易错警示]　 (1)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。 (2)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。 7．环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是(　　) A．乙烯应通入阴极区 B．移出交换膜前存在反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO C．使用Cl－ 交换膜阻止OH－通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小 D．制备过程的总反应为H2C===CH2＋H2O===H2＋C2H4O 答案　A 解析　环氧乙烷的制备原理：Cl－在阳极被氧化生成Cl2，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HClO与乙烯发生加成反应生成HOCH2CH2Cl；阴极区水电离出的氢离子放电生成氢气，同时产生氢氧根离子，电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。阳极区产生HClO，所以乙烯通入阳极区，故A错误；根据分析可知，B正确；根据分析可知阳极区会产生HCl，使用Cl－ 交换膜阻止OH－通过，HCl的浓度不断增大，pH逐渐减小，故C正确；根据分析可知该反应过程中KCl并没有被消耗，实际上是水、乙烯反应，总反应为H2C===CH2＋H2O===H2＋C2H4O，故D正确。 8．用碱性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如图所示。下列说法中正确的是(　　) A．燃料电池工作时负极反应为H2－2e－===2H＋ B．若要实现铁上镀铜，则a极是铁，b极是铜 C．若要实现电解精炼粗铜，则a极发生氧化反应，b极上有铜析出 D．a、b两极均是石墨时，在相同条件下，当电池中消耗22．4 L(标准状况)H2时，a极析出64 g铜 答案　C 解析　碱性燃料电池工作时负极通入H2，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，A错误；若要实现铁上镀铜，则a极(阳极)是铜，b极(阴极)是铁，B错误；若要实现电解精炼粗铜，则a极连接粗铜，发生氧化反应，b极为阴极，Cu2＋得电子，有铜析出，C正确；a、b两极均是石墨时，在相同条件下，当电池中消耗22．4 L(标准状况)H2时，外电路中转移2 mol e－，b极为阴极，析出64 g铜，a极为阳极，有O2生成，D错误。 [方法技巧]　多池“串联”类电池 (1)判断电池类型 ①有外接电源时，各电池均为电解池。 ②无外接电源时，燃料电池、铅蓄电池等作电源，则其他装置为电解池。 ③无外接电源时，有活泼性不同的两电极的一般为原电池，活泼性相同或均为惰性电极的一般为电解池。 ④根据电极反应现象判断。 (2)常用解题步骤 9．双极膜(BP)在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧迁移。利用双极膜电渗析法电解海水可获得淡水、烧碱和盐酸，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．a、b分别为直流电源的负极、正极 B．一段时间后，阴极室内溶液的pH无明显变化(忽略溶液温度变化) C．一段时间后，收集到气体X与气体Y的体积之比为2∶1 D．碱室中OH－透过交换膜M，酸室中H＋透过交换膜N，二者在盐室中相遇并反应生成H2O 答案　D 解析　H＋(阳离子)移向阴极，则石墨A电极为阴极，a为直流电源的负极；OH－(阴离子)移向阳极，则石墨B电极为阳极，b为直流电源的正极，A正确；阳极(石墨B)：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极(石墨A)：2H＋＋2e－===H2↑，阴极室消耗的H＋由双极膜水层中的H2O解离的H＋来补充，则阴极室内溶液的pH无明显变化，B正确；气体X与气体Y分别为H2、O2，由得失电子守恒可知，一段时间后，收集到H2与O2的物质的量之比为2∶1，体积之比也为2∶1，C正确；盐室中海水变为淡水，即Na＋移向阴极(石墨A)，则交换膜M为阳离子交换膜；Cl－移向阳极(石墨B)，则交换膜N为阴离子交换膜，D错误。 10．最近有研究人员利用隔膜电解法处理高浓度的乙醛废水使其转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛­Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．直流电源a端连接的电极发生氧化反应 B．若以氢氧燃料电池为直流电源，燃料电池的a极应通入H2 C．反应进行一段时间，右侧电极附近酸性减弱 D．电解过程中阳极区生成乙酸，阴极区生成乙醇 答案　B 解析　阳离子向右侧移动，则右侧电极为阴极，则b为负极，a为正极，与a相连的电极为阳极，发生氧化反应，A正确；a极为正极，故燃料电池的a极应通入空气，B错误；右侧为阴极区，其电极反应式为CH3CHO＋2H＋＋2e－===CH3CH2OH，反应消耗H＋，故电极附近酸性减弱，C正确；阳极区发生氧化反应，乙醛被氧化为乙酸，阴极区发生还原反应，乙醛被还原为乙醇，D正确。 11．在N­羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)介质中，可实现醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是(　　) A．理论上NHPI的总量在反应前后不变 B．海绵Ni电极作阳极 C．总反应为 D．每消耗1 mol苯甲醇，产生22．4 L氢气 答案　D 解析　未指明标准状况，不能用Vm＝22．4 L/mol进行计算，D错误。 12．(2023·江西部分学校高三期中联考)我国科学家最近开发双功能催化剂CuWPt，促进甲醇燃料电池(DMFC)放电。某小组以设计的甲醇燃料电池为电源采用电有机合成法制备己二腈，模拟装置如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．在甲池中滴加少量稀硝酸，能降低b极反应的活化能 B．工作时，甲池中H＋由交换膜右侧向左侧迁移 C．阳极电极反应式为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN D．32 g CH3OH完全反应时理论上乙池可制备2 mol NC(CH2)4CN 答案　A 解析　根据题意可知，左侧为甲醇燃料电池，充入甲醇的一极为负极，即a电极为负极，b电极为正极；右侧为电解池，c与电源正极相连，为阳极，d与电源负极相连，为阴极。观察图示中反应可知，硝酸作催化剂，促进正极反应，A正确；甲池是原电池，放电时氢离子向正极迁移，即氢离子向b极迁移，B错误；c极为阳极，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，d极为阴极，阴极反应式为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，C错误；32 g CH3OH的物质的量为1 mol，甲池中负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋，则转移电子n(e－)＝6 mol，根据d电极反应可知，理论上消耗1 mol CH3OH可制备3 mol NC(CH2)4CN，D错误。 二、非选择题 13．Ⅰ．电解原理在化学工业中有广泛的应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。 (1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和氯化钠溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则： 电解池中X电极上的电极反应式为________________，在X电极附近观察到的现象是________________。 Y电极上的电极反应式是________________，检验该电极反应产物的方法是____________________________________________。 (2)如要用电解法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则： ①X电极的材料是________，电极反应式是________________。 ②Y电极的材料是________，电极反应式是__________________(说明：杂质的反应不必写出)。 Ⅱ．一种以甲醇和二氧化碳为原料，利用活性催化电极，电化学法制备甲酸(甲酸盐)的电化学装置的工作原理如图所示。 (1)写出电解过程中阴极表面发生的电极反应式：___________________________________。 (2)若有1 mol H＋通过质子交换膜，该装置内生成HCOO－和HCOOH共计________mol。 答案　Ⅰ．(1)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　有无色气体生成，溶液变红　2Cl－－2e－===Cl2↑　把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝 (2)①纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu　②粗铜　Cu－2e－===Cu2＋ Ⅱ．(1)CO2＋2e－＋HCO===HCOO－＋CO　(2)0．75 12 学科网（北京）股份有限公司 $$