- 电解池
- 共5205题
如图甲、乙是电化学实验装置。
(1)若甲、乙两烧杯中均盛有饱和NaCl溶液。
①甲中石墨棒上的电极反应式为 ;
②乙中总反应的离子方程式为 ;
③将湿润的淀粉-KI试纸放在乙烧杯上方,发现试纸先变蓝后褪色,这是因为过量的Cl2氧化了生成的I2。若反应中Cl2和I2的物质的量之比为5∶1,且生成两种酸,该反应的化学方程式为: ;
(2)若甲、乙两烧杯中均盛有CuSO4溶液。
①甲中铁棒上的电极反应式为: ;
②如果起始时乙中盛有200 mL pH = 5的CuSO4溶液(25 ℃),一段时间后溶液的pH变为1,若要使溶液恢复到电解前的状态,可向溶液中加入 (填写物质的化学式) g。
正确答案
(1)①O2+2H2O+4e-=4OH-
②2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
③5Cl2+I2+6H2O=10HCl+2HIO3
(2)①Fe-2e-=Fe2+
②CuO(或CuCO3) 0.8(或1.24)
(1)若两烧杯中均盛有饱和NaCl溶液,则:
①甲装置为原电池,石墨棒作正极,O2放电,电极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-。
②乙装置为电解池,石墨棒上发生氧化反应,Fe电极不参与反应,其实质与用惰性电极电解食盐水相同,离子方程式为:2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。③Cl2和I2的物质的量之比为5∶1,生成HCl和HIO3。
(2)若两烧杯中均盛有CuSO4溶液,则:①甲装置为原电池,铁作负极,电极反应式为:Fe-2e-=Fe2+。②乙装置为电解池,电解反应为:2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑,根据电解方程式,从电解质溶液中析出Cu,放出O2,因此只需加入CuO(或CuCO3)即可恢复到电解前的状态。由电解反应式可知,2H+~CuO~CuCO3,电解后n(H+)=" 0.1×0.2" = 0.02(mol),故m(CuO)=0.02×
×80 = 0.8(g),m(CuCO3)=0.02×
×124=1.24(g)
(12分)如下图,通电5 min后,电极5质量增加2.16 g,回答:
(1)电源:a是________极,b是________极;A池电极反应,电极1:__________;
电极2:____________________________________________________________。
C池电极反应,电极5:________________________________________________;
电极6:______________________________________________________________。
(2)如果B池中共收集到224 mL气体(标准状况),且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变),则通电前溶液中Cu2+的物质的量浓度为________。
正确答案
(1)负 正 2H++2e-===H2↑ 2Cl--2e-===Cl2↑ 2Ag++2e-===2Ag Cu-2e-===Cu2+
(2)0.025 mol/L
试题分析:(1)通电5 min后,电极5质量增加2.16 g,这说明电极5是阴极,所以电极是阳极。则b是电源的正极,a是电源的负极。因此电极1是阴极,氢离子放电生成氢气,电极反应式是2H++2e-===H2↑。电极2是阳极,溶液中的氯离子放电生成氯气,电极反应式是2Cl--2e-===Cl2↑。C装置中电极5是阴极,溶液中的银离子放电,电极反应式是2Ag++2e-===2Ag。电极6是阳极,但电极是铜电极,所以铜失去电子,电极反应式是Cu-2e-===Cu2+。
(2)电极5生成银的质量是2.16g,物质的量是0.02mol,转移0.02mol电子。B池中共收集到224 mL气体(标准状况),则气体的物质的量是0.01mol。如果气体全部是氧气,则转移电子是0.04mol。显然电子的得失不守恒,所以生成的气体中还含有氢气。根据电子的得失守恒可知,阳极生成氧气的物质的量是0.02mol÷4=0.005mol,所以阴极生成的氢气是0.01mol-0.005mol=0.005mol。则阴极析出的铜的物质的量是(0.02mol-0.005mol×2)÷2=0.005mol,因此电解硫酸铜溶液的物质的量浓度是0.005mol÷0.2L="0.025" mol/L。
点评:该题的难点在(2)问,需要利用电子守恒,通过讨论得出阴极还有氢气生成,最后再通过电子的守恒计算即可,属于中等难度的试题。
在25 ℃时,用石墨电极电解1000mL一定浓度的CuCl2溶液。5 min后电解完全,在一个石墨电极上只有1.28 g Cu生成。试回答下列问题:
(1)总反应式为 。
(2)电解过程中转移的电子数为 mol, 同时生成标准状况下气体的体积为
(3) 该CuCl2溶液的物质的量浓度为 。
(4)有铜生成的是 (填“阳极”或“阴极”)
正确答案
(1)CuCl2Cu+ Cl2 ↑
(2)0.04, 0.448L
(3)0.02mol/L
(4)阴极
试题分析:电极电解CuCl2溶液,铜离子在阴极得到电子析出铜,氯离子在样极放电,生成了氯气,所以该反应式为CuCl2Cu+ Cl2 ↑, 石墨电极上有1.28 g Cu生成,即生成了铜为0.02mol,转移的电子数为0.04mol,同时生成标准状况下气体的体积为0.04/2×22.4=0.448L;因为石墨电极上只生成了1.28 g Cu,所以该CuCl2溶液的物质的量浓度为0.02/1=0.02mol/L。
点评:本题考查了电解池的相关知识,该题属于对基础知识的考查,只要熟悉相关考点,该题难度不大。
将质量相等的铜片和铂片插入硫酸铜溶液中,铜片与电源正极相连,铂片与电源负极相连,以电流强度1A通电10min,然后将电源反接,以电流`强度为2A继续通电10min。试回答:
(1)铜电极和铂电极质量为横坐标,时间为纵坐标,分别作出铜电极、铂电极的质量和时间的关系图。
(2)上述过程中发生的现象是:铜电极 ;
铂电极 。
(3)最后时刻两电极的电极反应式:
铜电极 ;
铂电极 。
正确答案
(1)
m(Cu)/g m(Pt)/g
10 15 20 t/min 10 15 20 t/min
(2)由上述分析可知:铜片先变薄,后增厚;铂片先有铜沉积,后铜溶解,铜溶解完,又有气体产生。
(3)铜电极:Cu2++2e=Cu;铂电极:4OH-—4e=O2↑+2H2O。
作图题是近年来出现的一种新题型,这类题提供一些化学变化过程和必要的数据等条件,要求学生按照题中规定作出相关化学图像。由于学生必须根据题中制定的情景或数据,将化学知识按内在联系统摄成规律,并将其抽象为数学问题,利用数学工具解决化学问题,所以这类题对考生的深层次思维能力的考查还是很有成效的。本题将电解原理和化学图像相结合,对学生的化学知识的考查更加深入。
开始10min,阳极反应为:Cu-2e=Cu2+,阴极为:Cu2++2e=Cu。所以铜片质量减少,铂片质量增加,铜片上所溶解的铜与铂片上析出的铜的质量相等。后10min,电源反接,表面附有铜的铂片成为阳极,铜片成为阴极。又由于电流强度为开始的2倍,附着在铂片上的铜在5min时即完全溶解,后5min,阳极的电极反应式为:4OH-—4e=O2↑+H2O,此时阳极铂片质量不发生变化。作为阴极的铜片在5min即恢复到开始时的质量,后5min质量继续增加。
以黄铜矿精矿为原料,制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示:
Ⅰ.将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS2,含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎。
Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验
将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区,恒速搅拌,使矿粉溶解。在阴极区通入氧气,并加入少量催化剂。
Ⅲ.一段时间后,抽取阴极区溶液,向其中加入有机萃取剂(RH)发生反应:2RH(有机相)+Cu2+(水相) R2Cu(有机相)+2H+(水相)
分离出有机相,向其中加入一定浓度的硫酸,使Cu2+得以再生。
Ⅳ.电解硫酸铜溶液制得金属铜。
(1)黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应:
CuFeS2+4H+=Cu2++Fe2++2H2S
2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+
①阳极区硫酸铁的主要作用是____________。
②电解过程中,阳极区Fe3+的浓度基本保持不变,原因是______________________。
(2)阴极区,电极上开始时有大量气泡产生,后有固体析出,一段时间后固体溶解。写出上述现象对应的反应式____________________。
(3)若在实验室进行步骤Ⅲ,分离有机相和水相的主要实验仪器是__________;加入有机萃取剂的目的是__________。
(4)步骤Ⅲ,向有机相中加入一定浓度的硫酸,Cu2+得以再生的原理是____________。
(5)步骤Ⅳ,若电解200 mL 0.5 mol·L-1的CuSO4溶液,生成铜3.2 g,此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是__________。
正确答案
(1)①吸收硫化氢气体,防止环境污染
②Fe2+-e-=Fe3+
(2)2H++2e-=H2↑、Cu2++2e-=Cu、2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O
(3)分液漏斗 富集Cu2+、分离Cu2+与其它金属阳离子
(4)增大H+浓度,使平衡2RH(有机相)+Cu2+(水相)R2Cu(有机相)+2H+(水相)逆向移动,Cu2+进入水相得以再生
(5)c(H+)>c(SO42-)>c(Cu2+)>c(OH-)
(1)根据2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+,可判断Fe2(SO4)3的主要作用是氧化H2S气体,防止H2S对环境的污染,当Fe3+被H2S还原为Fe2+后,在阳极上Fe2+-e-=Fe3+,使Fe3+的浓度基本保持不变。
(2)在阴极上,2H++2e-=H2↑,然后Cu2++2e-=Cu,接着在酸性条件下,Cu被O2氧化成CuO,CuO和H2SO4反应生成CuSO4。
(3)有机相和水相不混溶,所以应用分液漏斗分离,由于Cu2+在有机相中,所以加入有机萃取剂可富集Cu2+。
(4)利用化学平衡移动原理解释。
(5)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
0.05 mol 0.05 mol
所以n(H+)=0.1 mol
由于Cu2+的水解,所以n(Cu2+)<0.05 mol,n(H+)>0.1 mol。
所以c(H+)>c(SO42-)>c(Cu2+)>c(OH-)。
如图为以惰性电极进行电解:
(1)写出A、B、C、D各电极上的电极方程式:
A____________________________________________,
B____________________________________________,
C____________________________________________,
D____________________________________________。
(2)在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为______________________。
正确答案
(1)Cu2++2e-="===Cu" 2Cl--2e-====Cl2↑ 2Ag++2e-="===2Ag" 4OH--4e-====2H2O+O2↑
(2)2∶2∶4∶1
该题在串联的条件下进行电解。A、B、C、D分别发生如下反应:Cu2++2e-====Cu;2Cl--2e-====Cl2↑;2Ag++2e-====2Ag;4OH--4e-====2H2O+O2↑。由电子守恒可知在四个电极依次析出物质的物质的量之比为n(Cu)∶n(Cl2)∶n(Ag)∶n(O2)=2∶2∶4∶1。
如图为相互串联的甲、乙两电解池。试回答:
(1)若甲电解池利用电解原理在铁上镀铜,则A是 、 (填电极材料和电极名称),电极反应是 ;B是(要求同A) 、 ,电极反应是 ,应选用的电解质溶液是 ;乙电解池中若滴入少量酚酞试液,开始电解一段时间,铁极附近呈 色。
(2)若甲电解池阴极增重1.28g,乙电解池中剩余溶液仍为400mL,则电解后所得溶液中新生成溶质的物质的量浓度为 mol/L,溶液的pH等于 。
(3)若甲电解池以I=0.21A的电流电解60min后阴极增重0.25g,则此实验测得的阿伏加德罗常数NA为多少(已知电子电量e—=1.60×10—19C)?(简要写计算过程)
正确答案
(1)铁; 阴极; Cu2++2e-=Cu;铜;阳极;Cu2+—2e-=Cu2+ 含Cu2+的溶液(或可溶性铜盐皆可);红;
(2)0.1; 13
(3)NA=6.05×1023mol—1
试题分析:(1)根据电源正负极可确定电极名称和电极上发生的反应。
(2)甲电解池阴极增重1.28g,转移的电子数0.04mol, 新生成溶质的物质的量0.04mol,c="0.1" mol/L, 溶液的pH等于13.
(3)根据电量守恒,电路中通过的物理电量等于电解时发生氧化还原反应中两极上转移的电子的化学电量。所以有:
Q=It=2×NA×1.60×10—19 C×0.25g/64g·mol—1
It=0.21A×60×60s
NA=6.05×1023mol—1
从H+、K+、Cu2+、Cl-、SO中选取适当的离子组成符合下列情况的电解质,进行电解(阳离子只能使用一次)。
(1)以碳棒为电极进行电解,电解质的物质的量减少,水的物质的量保持不变,两极都有气体生成,气体体积相同,则该电解质的化学式为____________,电解的阴极反应____________,电解的阳极反应________________________,电解的总方程式是______________________。
(2)以铂丝为电极进行电解,水的物质的量减少,电解质的物质的量保持不变,两极都有气体生成,气体体积比为2:1,则该电解质的化学式为____________________,阴极反应式为____________________,阳极反应式为___________________________。
(3)惰性电解,电解质的物质的量减少,水的物质的量也减少,pH下降,则电解质的化学式为____________,电解的总方程式为__________________________________。
正确答案
10分(每空1分,最后一空2分)
(1)HCl ;2H++2e-=H2↑ ;2Cl--2e-=Cl2↑ ; 2HClH2↑+Cl2↑
(2)K2SO4 ;4H++4e-=2H2↑ ;4OH--4e-=2H2O+O2↑
(3)CuSO4 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4
试题分析:阳离子放电顺序为Cu2+>Na+>H+,阴离子放电顺序为Cl->OH->SO42-。
(1) 电解质的物质的量减少,水的物质的量保持不变,两极都有气体生成,气体体积相同,说明电解的HCl,铜离子、氯离子放电,则电解质质量减小,水量不变,故电解质的化学式为HCl,电解的阴极反应为2H++2e-=H2↑,电解的阳极反应为2Cl--2e-=Cl2↑,电解的总方程式是2HClH2↑+Cl2↑。
(2) 以铂丝为电极进行电解,水的物质的量减少,电解质的物质的量保持不变,两极都有气体生成,气体体积比为2:1,说明电解的是)K2SO4,氢离子、氢氧根离子放电,则电解质质量不变,水量减少,故该电解质的化学式为K2SO4,阴极反应式为4H++4e-=2H2↑,阴极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑。
(3)惰性电解,电解质的物质的量减少,水的物质的量也减少,pH下降,说明电解的是CuSO4,则铜离子、氢氧根离子(或氯离子、氢离子)放电,所以电解质和水量都减少,故电解质的化学式为CuSO4,电解的总方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。
点评:本题考查电解原理,明确离子的放电顺序是解答本题的关键,注意电极材料与发生的电极反应即可解答,题目难度大。
(6分)如图所示装置,X、Y为电源的两极,a、b均为石墨电极,c为铜电极,d为铁电极,A槽中盛装稀硫酸,B槽中盛装CuSO4溶液。通电一段时间后,发现d电极上覆盖一层红色物质。
根据以上实验事实,回答下列问题:
(1)c极的电极反应式为 ;
(2)A槽中发生反应的化学方程式为 ;
(3)A槽中溶液的pH (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)B槽中溶液的pH (填“变大”、“变小”或“不变”)。
正确答案
(1)Cu→Cu2++2e-
(2)2H2O=O2↑+H2↑
(3)变小 (4)不变
试题分析:题干中“d电极上覆盖一层红色物质”,此物质为Cu。则d极为阴极,c极为阳极,b极为阴极,a极为阳极。X为电源的正极,Y为电源的负极。
故C极发生的反应为Cu→Cu2++2e-;A槽中的溶液为稀硫酸,电解稀硫酸实际上是电解水,故发生的反应为2H2O=O2↑+H2↑;由于水的减少,c(H+)变大,pH变小。
点评:本题是对电解池原理的考查,解题时,应熟练掌握有关电解池的相关知识。
①在电解池中,与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极。
②电极反应式的书写,可以由化学方程式判断氧化剂、还原剂,从而将其拆解为两个半反应,即为电极反应式。
某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和MgCl2,对该溶液以惰性电极进行电解,分阶段写出电解反应的化学方程式。
第一阶段的反应:______________________________________________________________________;
第二阶段的反应:______________________________________________________________________。
正确答案
CuCl2Cu+Cl2↑ 第二阶段的反应:2H2O
2H2↑+O2↑
试题分析:惰性电极电解含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和MgCl2时,阴极的放电离子顺序是Cu2+、H+,阳极放电离子的顺序是Cl-、OH-,所以电解的第一阶段相当于是电解氯化铜,反应式为CuCl2Cu+Cl2↑;电解完成后阴阳极放电离子分别是H+和OH-,所以相当于是电解水,则电解的反应式为2H2O
2H2↑+O2↑。
扫码查看完整答案与解析