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第五章 化学反应中的能量的转化
第三节 电能转化为化学能——电解
题号 1 2 3 4 4－1 4－2 5 6 7 8
答案
一、单项选择题
1．(2011•北京东城区期末)下列有关电化学的示意图中正确的是( )
2．下列有关电解硝酸钾溶液的叙述正确的是( )
A．NO－3向阳极移动，K＋向阴极移动，分别在两极放电
B．OH－向阳极移动，阳极附近的溶液呈碱性
C．阴极上H＋放电，阴极附近的溶液呈碱性
D．随着电解的进行，溶液的pH减小
3．(2012•江西联考)下列说法正确的是( )
A．蛋白质和油脂的水解都是由高分子化合物生成小分子化合物的过程
B．MgO和Al2O3在工业上用于制作耐高温材料，也常用于电解法冶炼镁、铝金属
C．铅蓄电池放电时的正极和充电时的阴极均发生还原反应
D．由两种非金属元素组成的化合物分子中只可能有极性键，不可能有非极性键
4．(2011•梅州模拟)以惰性电极电解CuSO4溶液。若阳极上产生气体的物质的量为0.010 0 mol，则阴极上析出Cu的质量为( )
A．0.64 g B．1.28 g
C．2.56 g D．5.12 g
4题变式
4－1.以铁为阳极，铜为阴极，对足量的NaOH溶液进行电解，一段时间后得到2 mol Fe(OH)3沉淀。此过程中共消耗水( )
A．3 mol B．4 mol
C．5 mol D．6 mol
4－2.(双选)500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO－3)＝6.0 mol/L，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)。下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(K＋)为2 mol/L
B．上述电解过程中共转移4 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为4 mol/L
5．(2011•东莞联考)关于下列装置说法正确的是( )
A．装置①中，盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
B．装置②工作一段时间后，a极附近溶液的pH增大
C．用装置③精炼铜时，c极为粗铜
D．装置④中电流由Zn流向Fe，装置中有Fe2＋生成
6．(2012•茂名二模)下图是某同学用Cu在Fe片上镀铜的实验装置，下列说法正确的是( )
A．Cu2＋在A极被还原
B．溶液蓝色逐渐变浅
C．铜片连接A极，铁制品连接B极
D．A极和B极直接相连，铜片被氧化
二、双项选择题
7．下图电解池中装有硫酸铜溶液，选用不同材料的电极进行电解。下列说法正确的是( )
序号 电极材料 通电后的变化
阴极 阳极
A 石墨 石墨 阴极质量增加，溶液的pH减小
B 铜 铜 阳极质量减小，阴极质量增加
C 铁 铁 两极的质量不发生变化
D 铂 铁 阴极质量增加，溶液的pH恒定不变
8.用电解法提取氯化铜废液中的铜，下列说法正确的是( )
A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片
B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片
C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产生的气体
D．阴极反应式为：Cu2＋＋2e－===Cu
三、非选择题
9．Ⅰ.(2012•山东高考)(1)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是____________。
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动
d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为______________________________________。
Ⅱ.(2012•重庆高考)(3)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图所示。
①电源的负极为__________________(填“A”或“B”)。
②阳极室中发生的反应依次为________________________、________________________。
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将__________________；若两极共收集到气体13.44 L(标准状况)，则除去的尿素为____________________g(忽略气体的溶解)。
10．(2011•广州模拟)电解原理在化学工业中有广泛的应用。下图表示一个电解池，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。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①电解池中X极上的电极反应式为__________________，在X极附近观察到的现象是______________。
电解液中向X极方向移动的离子是________。
②Y电极上的电极反应式为________________________，检验该电极反应产物的方法是____________________。
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：
①X电极的材料是________，电极反应式为_________。
②Y电极的材料是________，电极反应式为___________。
③溶液中的c(Cu2＋)与电解前相比________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)如利用该装置实现铁上镀锌，电极X上发生的反应为________________，电解池盛放的电镀液可以是________或________(只要求填两种电解质溶液)。
11．(2012•海淀二模)最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水具有工艺流程简单、电耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸，总反应为：2CH3CHO＋H2O=====通电CH3CH2OH＋CH3COOH。
实验室中，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，其装置示意图如下图所示。
(1)若以甲烷燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入________________(填化学式)气体。
(2)电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体。电极反应如下：
阳极：①4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。
②________________。
阴极：①______________。
②CH3CHO＋2e－＋2H2O===CH3CH2OH＋2OH－。
(3)电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量____________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)电解过程中，某时刻测定了阳极区溶液中各组分的物质的量，其中Na2SO4与CH3COOH的物质的量相同。下列关于阳极区溶液中各微粒浓度关系的说法正确的是______(填字母序号)。
a．c(Na＋)不一定是c(SO2－4)的2倍
b．c(Na＋)＝2c(CH3COOH)＋2c(CH3COO－)
c．c(Na＋)＋c(H＋)＝c(SO2－4)＋c(CH3COO－)＋c(OH－)
d．c(Na＋)>c(CH3COOH)>c(CH3COO－)>c(OH－)
(5)已知：乙醛、乙醇的沸点分别为20.8 ℃、78.4 ℃。从电解后阴极区的溶液中分离出乙醇粗品的方法是_______________。
(6)在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m3乙醛的含量为3 000 mg/L的废水，可得到乙醇____________________kg(计算结果保留小数点后1位)。
12．(2011•北京高考)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示：
(1)溶液A的溶质是________。
(2)电解饱和食盐水的离子方程式是________________。
(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3。用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：________________________。
(4)电解所用的盐水需精制，去除有影响的Ca2＋、Mg2＋、NH＋4、SO2－4[c(SO2－4)＞c(Ca2＋)]。精制流程如下(淡盐水和溶液A来自电解池)：
①盐泥a除泥沙外，还含有的物质是________。
②过程Ⅰ中将NH＋4转化为N2的离子方程式是____________________。
③BaSO4的溶解度比BaCO3的小。过程Ⅱ中除去的离子有______________。
④经过程Ⅲ处理，要求盐水c中剩余Na2SO3的含量小于5 mg/L。若盐水b中NaClO的含量是7.45 mg/L，则处理10 m3盐水b，至多添加10%Na2SO3溶液________kg(溶液体积变化忽略不计)。
参考答案
一、单项选择题
1．解析：选项A，Zn为原电池负极，Cu为原电池正极，错误。选项B，盐桥左右两边的烧杯中的应分别为ZnSO4、CuSO4溶液才能形成原电池。选项C，粗铜应连接电源正极。选项D，电解饱和NaCl溶液，Cl－在阳极放电而产生Cl2，溶液中的H＋在阴极获得电子而产生H2，正确。
答案：D
2．解析：NO－3、OH－向阳极移动，由于放电能力OH－＞NO－3，阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，促使阳极附近水的电离平衡正移，富集下来的H＋使得阳极附近的溶液呈酸性；K＋、H＋向阴极移动，由于放电能力H＋＞K＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，促使阴极附近水的电离平衡正移，富集下来的OH－使得阴极附近的溶液呈碱性。电解硝酸钾溶液实为电解水，由于KNO3溶液呈中性，因此溶液的pH不变。因此只有C选项正确。
答案：C
3．解析：A项油脂不是高分子化合物；B项MgO熔点太高，常用电解熔融氯化镁冶炼镁；H2O2中存在非极性键，D项不正确。
答案：C
4．解析：本题主要考查电解原理的基本知识，根据阴、阳两极的电极反应，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，且每个电极通过的电量相等有：n(O2)•4＝mCuMCu•2，所以m(Cu)＝0.010 0 mol×2×64 g•mol－1＝1.28 g。
答案：B
4题变式
4－1.解析：铁为阳极，则Fe－2e－===Fe2＋，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成的Fe2＋与溶液中的OH－反应生成Fe(OH)2，Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，Fe(OH)2不稳定，被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3沉淀，即4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3。所以得到2 mol Fe(OH)3沉淀时，共消耗水的物质的量为 5 mol，即选C项。
答案：C
4－2.解析：根据题意：阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑；根据阴阳两极上转移电子相同，则2n(Cu)＋2n(H2)＝4n(O2)，则n(Cu)＝12(1 mol×4－1 mol×2)＝1 mol，因此原溶液中c(Cu2＋)＝1 mol0.5 L＝2 mol•L－1，根据电荷守恒得：2c(Cu2＋)＋c(K＋)＝c(NO－3)，则c(K＋)＝2 mol•L－1，A项正确，C项错误；根据阳极反应，产生22.4 L O2，转移4 mol电子，B项正确；根据电极反应，阳极消耗4 mol OH－，阴极消耗2 mol H＋，若溶液体积不变则电解后溶液中c(H＋)＝2 mol0.5 L＝4 mol•L－1，实际上电解后溶液体积减小，故电解后溶液中c(H＋)＞4 mol•L－1，D项错误。
答案：AB
5．解析：①为原电池，Zn作负极，Cu作正极，溶液中的阳离子(K＋)移向正极(Cu片)；②为电解池，a极为阴极，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，破坏了水的电离，H2O H＋＋OH－，平衡正向移动生成大量OH－，pH增大；③为精炼池，粗铜作阳极，精铜作阴极，电解质溶液为CuSO4(aq)；④为原电池，Zn比Fe活泼，Zn作负极，Fe作正极，发生Zn的析氢腐蚀，电流由Fe片流向Zn片。
答案：B
6．解析：Fe片上镀铜，铜作阳极，即A电极，铁作阴极，即B电极，C正确；Cu2＋在B极被还原，A错误；电解时铜离子的浓度不变，B错误；A极和B极直接相连，构成原电池装置，铜片作正极，铜片本身不参加反应，D错误。
答案：C
二、双项选择题
7．解析：以石墨为两极，CuSO4→H2SO4，pH减小，A项正确；以铜为两极，阳极减轻阴极增重，B项正确；以Fe为阳极，阳极质量减轻，阴极质量增加，C项错误；CuSO4→FeSO4，pH发生变化，D项错误。
答案：AB
8．解析：电解法提取氯化铜废液中的铜，铜在阴极析出，阴极反应式为：Cu2＋＋2e－===Cu。阳极应该用惰性电极作材料；阳极产生氯气，可用氢氧化钠溶液吸收。
答案：BD
三、非选择题
9．解析：(1)电解时，电能除转化为化学能外，还转化为热能等，a错误；粗铜冶炼，粗铜作阳极，连接电源正极，发生氧化反应，b正确；阳离子移向阴极，c错误；阳极泥的成分主要为较金属铜不活泼的金属，如Ag、Pt、Au等金属，d正确。
(2)正极O2得电子。
(3)①由图象电解产生的产物知：生成氢气的极为阴极，则B为负极。②阳极室中Cl－失电子产生Cl2。③阴极减少的H＋，可通过质子交换膜补充，而使pH不变。气体物质的量为13.44 L22.4 L/mol＝0.6 mol，由电子守恒及其原子个数守恒CO(NH2)2～3Cl2～N2～CO2～3H2，则CO(NH2)2的物质的量为0.6 mol5＝0.12 mol ，质量为0.12 mol×60 g/mol＝7.2 g。
答案：(1)bd
(2)4H＋＋O2＋4e－===2H2O
(3)①B ②2Cl－－2e－===Cl2↑
CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl ③不变 7.2
10．(1)①2H＋＋2e－===H2↑ 溶液由无色变红色 Na＋、H＋
②2Cl－－2e－===Cl2↑ 将湿润的淀粉KI试纸粘在玻璃棒的一端，靠近导气管口，若试纸变成蓝色说明生成了Cl2
(2)①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu
②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋ ③变小
(3)Zn2＋＋2e－===Zn ZnCl2 ZnSO4(答案不唯一，合理即可)
11．解析：(1)b极为电源负极，通入甲烷气体。
(2)书写电极反应式时，注意结合总式：2CH3CHO＋H2O=====通电CH3CH2OH＋CH3COOH，CH3CHO转变为CH3CH2OH发生还原反应，在阴极区反应，CH3CHO转变为CH3COOH发生氧化反应，在阳极区反应。
(3)电解时，阴极区Na2SO4没有参与电极反应，故物质的量不变。
(4)电解时，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，故c(Na＋)不一定是c(SO2－4)的2倍，a正确；b项考查物料守恒，Na2SO4与CH3COOH的物质的量相同，故b正确；c选项考查电荷守恒，不正确，正确的关系是：c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(SO2－4)＋c(CH3COO－)＋c(OH－)；Na2SO4与CH3COOH的物质的量相同，c(Na＋)>c(CH3COOH)，CH3COOH电离，溶液呈酸性，故c(CH3COO－)＝c(H＋)>c(OH－)，d正确。
(5)根据组分中沸点相差较大，故采用蒸馏的方法来分离。
(6)3 000 mg/L＝3×10－3 kg/L,1 m3＝1 000 L，
根据：CH3CHO＋2e－＋2H2O===CH3CH2OH＋2OH－
44 46
1 000 L×3×10－3 kg/L×60% 1.9 kg
答案：
(1)CH4
(2)CH3CHO－2e－＋H2O===CH3COOH＋2H＋
4H＋＋4e－===2H2↑(或4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－)
(3)不变
(4)abd
(5)蒸馏
(6)1.9
12．解析：(1)在右侧阴极的电极反应是2H＋＋2e－===H2↑，放电的H＋来自于水的电离，水电离出的OH－聚集在阴极周围，与经阳离子交换膜进入阴极区的Na＋形成NaOH，然后从装置中流出。
(3)Cl2与水反应属于可逆反应，HCl浓度增大，会促使平衡逆向移动，可以有效地减少Cl2在水中溶解，有利于Cl2的逸出。
(4)①在碱性条件下Mg2＋会转化为Mg(OH)2沉淀。②NH＋4转化为N2应该是发生了氧化还原反应，并且NH＋4被氧化，溶液中存在的氧化性物质是淡盐水中的Cl2，所以应该是NH＋4与Cl2在碱性溶液中发生反应，产物中除了N2外还应有Cl－等物质。③在过程Ⅱ中加入BaCO3可将溶液中的SO2－4除去，同时生成的CO2－3可将Ca2＋除去。④所加的Na2SO3分成两部分，一部分用来还原NaClO，另一部分留在盐水c中。设与NaClO反应的Na2SO3质量为m，则
Na2SO3＋NaClO===Na2SO4＋NaCl
126 g 74.5 g
m 10×103×7.45×10－3g
126 gm＝74.5 g10×103×7.45×10－3g，
解得m＝126 g。
留在盐水c中Na2SO3的最大质量为10×103×5×10－3g＝50 g。所以，在过程Ⅲ中需添加Na2SO3的最大质量为176 g，换算成10%的Na2SO3溶液质量为1.76 kg。
答案：(1)NaOH
(2)2Cl－＋2H2O=====通电H2↑＋Cl2↑＋2OH－
(3)Cl2与水反应：Cl2＋H2O HCl＋HClO，增大HCl的浓度使平衡逆向移动，减少Cl2在水中的溶解，有利于Cl2的逸出
(4)①Mg(OH)2 ②2NH＋4＋3Cl2＋8OH－===N2↑＋6Cl－＋8H2O ③SO2－4、Ca2＋ ④1.76