2012-2013学年高二化学选修4(鲁科版)同步练习第一章第2节电能转化为化学能-电解

第1页2012-2013学年高二化学选修4（鲁科版）同步练习第一章第2节电能转化为化学能－电解（一）电解的原理1、电解：在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。2、电解池：（1）定义：将电能转化成化学能的装置叫电解池。（2）构成条件：由直流电源、固体电极材料、电解质溶液或熔融电解质等组成。（3）两极的确定：判断方法阳极阴极反应类型氧化反应还原反应电子得失失电子得电子电子流向电子流出电子流入与直流电源的连接情况与正极相连与负极相连3、电极反应和电池反应电极上物质的变化情况及电子的转移情况用电极反应式来表明。在电解池中，氧化反应和还原反应是在两个电极上分别进行的，每个电极上只发生一个方向的电子转移，相当于氧化还原反应的一半，称为半反应。这种在电极上进行的半反应叫电极反应。电极反应有两个，每个反应总是涉及同一元素两种价态的物质，一种处于较高价，另一种处于较低价，通常用单箭头表示这种有确定电子流向的电极反应。以石墨做电极电解熔融氯化钠制备金属钠为例：阳极：2Cl－→Cl2↑＋2e－阴极：2Na＋＋2e－→2Na电解总反应：2NaCl电解2Na＋Cl2↑4、离子的放电顺序：当电解质溶液中存在多种阳离子或者多种阴离子时，电解质溶液中各种离子在两极上得失电子是有一定顺序的，称之为放电顺序。在离子浓度相同时：阳离子的氧化性：Ag＋Hg2＋Fe3＋Cu2＋H＋（酸）Pb2＋Sn2＋Fe2＋Zn2＋H＋（H2O）Al3＋Mg2＋Na＋Ca2＋K＋阴离子的还原性：S2－SO32－I－Br－Cl－OH－（SO42－、CO32—、PO43－等）F－说明：当石墨、铂、金等材料做阴、阳极时，电极本身不参加反应，称为惰性电极；而除了上述三者以外的金属（如铜、银）做阳极时，本身被氧化而参加电极反应，称为非惰性电极。5、闭合回路：电子从电源的负极出发，流向电解池的阴极，在该电极上阳离子获得电子发生还原反应；与此同时，阴离子在阳极上失去电子发生氧化反应，失去的电子再从电解池的阳极流向电源正极，从而在两部分导体中形成闭合回路。（二）电解原理的应用电解原理应用于实际生产中，主要有工业上应用电解食盐水溶液的方法制取烧碱、氢气、氯气；电解精练铜、电镀等。第2页1、电解食盐水制取烧碱和氯气（1）原理：阳极：2Cl－→Cl2↑＋2e－阴极：2H＋＋2e－→H2↑电解总反应：2NaCl＋2H2O电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑（2）产物检验：氯气用湿润的淀粉KI溶液检验；氢气用收集后检验爆鸣声的方法；碱液用酚酞试液。2、电解精炼铜用粗铜做阳极、精铜做阴极，含铜离子的水溶液做电解质溶液电解。通电后，因为阳极主要成分是铜，故阳极的主要反应是：Cu→Cu2＋＋2e－，当铜表面出现活泼金属（如锌、铁）时，活泼金属优先失电子进入溶液，此时由于其阳离子氧化性弱于铜离子，故不能在阴极析出，在阴极的反应是Cu2＋＋2e－→Cu；而当铜表面出现不活泼金属（如金、铂）时，该金属不会优先失电子，而当周围铜反应完毕后，该金属会落到阳极的底部沉积。这样电解就可在阴极获得纯净的铜，从而实现粗铜的电解精炼。3、电镀（1）定义：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层金属或合金的过程。（2）构成条件：镀层金属做阳极，镀件做阴极，镀层金属的阳离子形成的盐溶液做电解质溶液。（3）结果：阳极质量减轻，阴极质量增加，电解质溶液成分几乎不变。【典型例题】例1.下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述正确的是（）A、电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的B、金属导线中电子由电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极C、在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动D、相同时间内阳离子在阴极得到的电子与阴离子在阳极失去的电子数相等例2.写出下列电解池的电极反应式，并判断是氧化反应还是还原反应：例3.在25℃时，将两个铂电极插入到一定量的饱和Na2SO4溶液中，通直流电电解并不断搅拌，在开始较短的时间内，测定当阴极收集到xg气体的同时，溶液析出mg结晶水合物Na2SO4·10H2O，若保持温度不变，则所剩溶液的溶质质量分数是（）A、m/（m＋18x）×100%B、71m/161（m＋9x）×100%C、71m/161（m＋18x）×100%D、71m/161（m＋36x）×100%例4.在500ml0.2mol/L的CuSO4溶液中插入两个电极，通电电解（不考虑水的挥发）（1）若两极均为铜片，电解过程中CuSO4溶液的浓度________________（填“增大”或“减小”或“不变”）。（2）若阳极为锌，阴极为铜片，阳极反应式为：______________________。（3）阳极为锌，阴极为铜片，若不考虑H＋在阴极上放电，当电路中有0.04mol电子通过时，阴极电第3页极反应式为__________________，阴极增重_____________。例1答案：D例2解析：在电解池中，与电源正极相连的是阳极，发生氧化反应；与电源负极相连的是阴极，发生的是还原反应。非惰性电极做阳极时，本身参加电极反应。答案：①阳极：4OH－→2H2O＋O2↑＋4e－（氧化反应）阴极：4Ag＋＋4e－→4Ag（还原反应）②阳极：Cu→Cu2＋＋2e－（氧化反应）阴极：2H＋＋2e－→H2↑（还原反应）例3解析：该电解的总反应为2H2O电解2H2↑＋O2↑，当阴极上得到xg气体时，溶液中消耗水为9xg，电解后仍为饱和溶液，析出的晶体和消耗的水恰好构成饱和溶液，其质量分数可表示为：142gm/322（m＋9x）×100%，化简后可看出B选项符合题意。答案：B例4解析：两极均为铜片，电解液为CuSO4溶液，相当于电镀，电解过程中溶液浓度不变；若阳极为锌，非惰性电极，通电本身发生氧化反应：Zn→Zn2＋＋2e－，而此时阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－→Cu;当电路中有0.04mol电子通过时，析出的铜为：（0.04mol/2）×64g/mol=1.28g答案：（1）不变（2）Zn→Zn2＋＋2e－（3）Cu2＋＋2e－→Cu；1.28g【模拟试题】（答题时间：45分钟）一、选择题1、（双选）用铂电极电解下列溶液时，阴极和阳极上主要产物分别是H2和O2的是（）A、稀NaOH溶液B、HCl溶液C、酸性MgSO4溶液D、AgNO3溶液2、（双选）海水提镁的最后一步是将氯化镁电解制取镁，下列有关该电解过程的叙述正确的是（）A、两个电极必须用惰性电极B、阳极必须用惰性电极，阴极则可以用非惰性电极C、电解熔融状态的氯化镁D、电解氯化镁的水溶液3、许多金属都可以通过电解的方法达到精炼的目的，下列有关该方法的叙述正确的是（）A、杂质的粗金属做阳极，与电源正极相连B、阴极只要是导体即可，与精炼过程无关C、电解质溶液除了含有精炼的金属离子外，绝对不能含有其他金属离子D、在精炼过程中，电解质溶液的成分不发生任何变化4、在铁制品上要镀上一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是（）A、锌做阳极，镀件做阴极，溶液含有Zn2＋B、镀件做阳极，铂做阴极，溶液含有Zn2＋C、铁做阳极，镀件做阴极，溶液含有Fe2＋D、锌做阴极，镀件做阳极，溶液含有Zn2＋5、（双选）用惰性电极分别电解下列物质的水溶液，一段时间后，向剩余的电解质溶液中加入适量的水能使溶液恢复到电解前的浓度的是（）A、AgNO3B、Na2SO4C、CuCl2D、H2SO46、用石墨做电极，电解1mol/L的下列水溶液，溶液的pH保持不变的是（）A、HClB、NaOHC、Na2SO4D、NaCl7、用惰性电极分别电解下列物质的水溶液，一段时间后阴极质量增加，溶液pH下降的是（）A、CuCl2B、AgNO3C、BaCl2D、H2SO48、将两个铂电极插入500mlCuSO4溶液中电解，当某一电极增重0.064g时，此时溶液中H＋浓度约为（）A、4×10－3mol/LB、2×10－3mol/LC、1×10－3mol/LD、1×10－7mol/L9、用惰性电极电解M（NO3）x的水溶液，当阴极上增重ag时，阳极上同时产生bL（标准状况）氧气，第4页从而可知M的相对原子质量为（）A、22.4ax/bB、11.2ax/bC、5.6ax/bD、2.5ax/b10、用惰性电极电解2L、1mol/L的CuSO4溶液，在电路中通过0.05mol电子后，调换正、负极。电路中又通过了1mol电子，此时溶液中H＋的浓度是（）A、1.5mol/LB、0.75mol/LC、0.5mol/LD、0.25mol/L二、填空题11、从H＋、Cu2＋、Na＋、SO42－、Cl－五种离子中选取恰当离子，组成电解质，按下列要求进行电解，用相应的化学式填空：（1）以碳棒为电极，使电解质质量减小，水量不变进行电解，应采用的电解质是__________。（2）以碳棒为电极，使电解质质量不变，水量减少进行电解，应采用的电解质是__________。（3）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水量都减少进行电解，则电解质是_________。12、将浓度均为2mol/LAgNO3与Cu(NO3)2溶液各0.5L混合，以铜电极进行电解，一段时间后，阴极上有1.6g铜析出。（1）直流电源已输出_______mol电子。（2）溶液中c（Cu2＋）为________mol/L。13、现在工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水制取H2、Cl2、NaOH，请回答下列问题：（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上发生的电极反应为____________________；（2）电解之前食盐水需要精制，目的是除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO42－等杂质离子，使用的试剂有a：Na2CO3溶液，b：Ba（OH）2溶液，c：稀盐酸，其合理的加入顺序为________；（3）如果在容积为10L的离子交换膜电解槽中，1min在阴极可产生标况下11.2L的H2，这时溶液中OH－的物质的量浓度为__________；（4）Cl2常用于自来水消毒杀菌，现有一种新型消毒剂ClO2，若它们在杀菌过程中的还原产物均为Cl－，消毒等量的自来水，所需的Cl2和ClO2的物质的量之比为：__________。【试题答案】一、1、AC2、BC3、A4、A5、BD6、C7、B8、A9、C10、C二、11、（1）HCl、CuCl2；（2）H2SO4、Na2SO4；（3）NaCl、CuSO412、（1）1.05（2）1.513、（1）2Cl－→Cl2＋2e－（2）bac（3）0.1mol/L（4）5：2