第二讲电能转化为化学能——电解一、选择题1．关于如图所示各装置的叙述中，正确的是( )A．装置①是原电池，总反应是：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋B．装置①中，铁作负极，电极反应式为：Fe3＋＋e－===Fe2＋C．装置②通电一段时间后石墨Ⅱ电极附近溶液红褐色加深D．若用装置③精炼铜，则d极为粗铜，c极为纯铜，电解质溶液为CuSO4溶液解析 A项Fe比Cu活泼，总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；B项Fe为负极，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋；C项电泳时，Fe(OH)3胶粒带正电移向石墨电极Ⅱ；D项根据电流方向，c极为粗铜，d极为纯铜。答案 C2．用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的( )A．CuSO4 B．H2OC．CuOD．CuSO4·5H2O解析 由硫酸铜溶液的电解方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4可知，加入CuO才可与生成的H2SO4反应生成CuSO4而使电解液恢复到原浓度，故C正确。电解饱和食盐水简易装置答案 C3．如图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是( )A．电解一段时间后，往蛋壳中的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触8\n解析 碳棒为阳极：2Cl－－2e－1===Cl2↑，铁丝为阴极：2H＋＋2e－===H2↑。往蛋壳内的溶液中滴加酚酞后应为无色，A项错误；铁丝(阴极)应发生还原反应，B项错误；由于铁丝表面生成的气体为H2，C项错误。答案 D4．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如右图所示，电解总反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )A．石墨电极上产生氢气B．铜电极发生还原反应C．铜电极接直流电源的负极D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成解析从反应中得知Cu在通电时失电子，在阳极放电，发生氧化反应2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，另一电极(石墨)作阴极，发生还原反应，2H＋＋2e－===H2↑，转移0.1mol电子生成0.05molCu2O，故B、C、D项错。答案 A5．如图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味的气体放出。符合这一情况的是下表中的( )a极板b极板x电极z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2解析 由题意知a极板质量增加，a应为阴极，则b为阳极，x为电源的负极，y为电源的正极。A项电解时，a极有Cu附着，b极有O2放出；B项，电解时a极无质量变化；8\nD项电解时，Cl－在阳极放电生成Cl2，Cl2为黄绿色有刺激气味的气体，与原题题意不符合。答案 A6．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(双选)( )A．电解时以精铜作阳极B．电解时阴极发生还原反应C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu―→Cu2＋＋2e－D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥解析 电解时粗铜作阳极，与电源正极相连，失电子发生氧化反应；精铜作阴极，与电源负极相连，得电子发生还原反应，B正确，A、C错误；因为在金属活动顺序表中Ag、Pt排在Cu的后面，所以电解时Ag、Pt不会失电子，D正确。答案 BD7．常温下，某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为5∶2，用石墨作电极电解该混合溶液时，根据电解产物，可分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )A．溶液pH不断增大，最后为7B．阳极先析出Cl2，后析出O2C．阴极始终只析出H2D．电解最后阶段为电解水解析 由题意知溶质为NaCl和H2SO4且物质的量之比为5∶2，即Cl－∶H＋＝5∶4。阳极(阴离子放电)：4Cl－－4e－===2Cl2↑，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极(阳离子放电)：4H＋＋4e－===2H2↑。所以，阴极产物始终为H2；阳极先产生Cl2，后产生O2；电解的最后阶段为电解水；因Cl－∶H＋＝5∶4，H2SO4电离出的H＋反应完后，再放电的H＋来自水的电离，最终pH大于7。答案 A8．结合下图判断，下列叙述正确的是( )A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－8\nD．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀解析 A项，电子从负极流向正极，抑制正极失电子，所以正极均被保护。B项，Ⅰ中的负极反应为Zn－2e－===Zn2＋。C项，Ⅱ中的正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。D项，由于Ⅰ中负极反应产生Zn2＋，不会与K3[Fe(CN)6]溶液作用产生蓝色沉淀。答案 A二、非选择题9．右图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填编号)；①A管溶液由红变黄 ②B管溶液由红变黄 ③A管溶液不变色 ④B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式：____________________________________________；(3)写出B管中发生反应的反应式：____________________________________________；(4)检验a管中气体的方法是__________________________________________________；(5)检验b管中气体的方法是__________________________________________________；(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是________________________________________________________________________。解析 该电解池A为阴极，反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A管附近产生OH－，故溶液由红变黄，B管附近产生H＋溶液仍呈红色，A管附近产生的OH－与Mg2＋结合生成Mg(OH)2沉淀。但停止电解后，生成的Mg(OH)2与H＋反应，白色沉淀溶解，溶液仍呈红色。检验a管中产生的H2的方法是：用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰，证明是H2；检测b管中产生的O2的方法是：用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带火星的木条伸入试管内复燃，证明是O2。答案 (1)①④(2)2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(写2H2O－4e－===4H＋＋O2↑同样给分)(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)8\n阳离子Na＋、K＋、Cu2＋阴离子SO、OH－10．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如右表所示：如图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯中依次盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g。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。请回答下列问题：(1)M为直流电源的________极，b电极上发生的电极反应为______________________。(2)计算e电极上生成的气体在标准状况下的体积为________________。(3)写出乙烧杯中的总反应方程式：____________________________________________。(4)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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)要使丙烧杯中的C溶液恢复到原来的状态，需要进行的操作是__________________。解析 测得乙中c电极质量增加了16g，只有Cu2＋能放电析出金属，其他的都不可能，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。c电极上发生的反应为：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。甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解H2O，b电极(阳极)为OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。当乙中有16gCu析出时，转移的电子为0.5mol。整个电路是串联的，故每个电极上转移的电子数是相等的。丙中为Na2SO4或K2SO4溶液，相当于电解水，由方程式2H2O2H2↑＋O2↑可知，当整个反应中转移0.5mol电子时，e电极上生成的H2为0.25mol，标准状况下的体积为0.25mol×22.4L·mol－18\n＝5.6L。此时丙烧杯中消耗水0.25mol，若要恢复到原来的状态，需要向烧杯中加4.5g水。答案 (1)负 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (2)5.6L(3)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4(4)能，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应变为电解水的反应(5)向丙烧杯中加4.5g水11．如下图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：(1)B极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明____________________，在电场作用下向Y极移动。(2)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____________________。(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生总反应的离子方程式是___________________________________________________________________________________。解析 (1)F极附近呈红色，说明F是阴极，E是阳极，则A为正极，B为负极。甲中因Cu2＋放电使溶液颜色变浅。丁中Y极附近颜色变深，说明Fe(OH)3胶粒向阴极移动，即Fe(OH)3胶粒带正电荷。(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，由于电路中通过的电量相等，所以其物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)乙中溶液pH＝13，生成n(NaOH)＝0.1mol·L－1×0.5L＝0.05mol，电路中通过的电子的物质的量为0.05mol，所8\n以丙中镀件上析出银0.05mol×108g·mol－1＝5.4g。(4)当活性金属作阳极时，金属先于溶液中的阴离子放电而溶解，故甲中发生反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu。答案 (1)负极 逐渐变浅 氢氧化铁胶体粒子带正电荷(2)1∶2∶2∶2(3)镀件 AgNO3 5.4g 变小(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋12．钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。(1)V2O5是接触法制硫酸的催化剂。①一定条件下，SO2与空气反应tmin后，SO2和SO3物质的量浓度分别为amol·L－1和bmol·L－1，则SO2起始物质的量浓度为________mol·L－1；生成SO3的化学反应速率为________mol·(L·min)－1。②工业制硫酸，尾气SO2用________吸收。(2)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如下图所示。①当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为_______________________________。②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由________色变为________色。③放电过程中氢离子的作用是________和____________________________________；充电时若转移的电子数为3.01×1023个，左槽溶液中n(H＋)的变化量为________。解析 (1)根据2SO2＋O22SO3和S原子守恒，SO2的起始浓度为(a＋b)mol·L－1；根据化学反应速率计算公式v(SO3)＝＝mol·(L·min)－1；工业制硫酸的尾气SO2一般用氨水吸收。(2)根据图示该装置，左边为电解池的阳极或原电池的正极，右边为电解池的阴极或原电池的负极。当左槽溶液由黄变蓝，即VO―→VO2＋，电极反应式为VO＋2H＋＋e－===8\nVO2＋＋H2O。充电过程中，右槽为电解池的阴极，V3＋―→V2＋，溶液由绿色变为紫色。放电过程中，氢离子的作用是导电作用(通过交换膜定向移动)，并参与正极反应。充电时左槽的反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，转移电子数3.01×1023个，共生成1molH＋，其中0.5mol通过交换膜进入右槽，故左槽溶液中n(H＋)的变化量为0.5mol。答案 (1)①a＋b ②氨水(2)①VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O ②绿 紫 ③参与正极反应 通过交换膜定向移动使电流通过溶液 0.5mol8
