- 电解池
- 共5205题
((Ⅰ)某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题.当闭合该装置的电键时,观察到电流计的指针发生了偏转.请回答下列问题:
(1)甲装置的名称是______(填“原电池”或“电解池”).
(2)写出电极反应式:Pt极______;当甲中产生0.1mol气体时,乙中析出铜的质量应为______;
(3)若乙中溶液不变,将其电极都换成铜电极,电键闭合一段时间后,乙中溶液的颜色______(填“变深”、“变浅”或“无变化”).
(Ⅱ)燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟O2(或空气)反应,将化学能转化为电能的装置.对于以强碱为电解质的CH4燃料电池,负极电极反应式为:______随着放电的进行,溶液的pH______(填“变大”“变小”或“不变”)
(Ⅲ)由Cu2+、Cl-、Na+、SO42-四种离子中的两种离子组成的电解质溶液若干种,可选用铜电极、铂电极进行电解实验.
(1)要使电解过程中溶质的组成和质量不变,而该稀溶液的浓度增大,又无浑浊,应以______为阳极电解______溶液,阳极电极反应式为______.
(2)以铂作阳极电解______溶液时,溶液的碱性有明显增强,且溶液保澄清,电解的总反应式为______.
正确答案
(Ⅰ)(1)由图中的铜、锌两种电极和电解质稀硫酸和闭合电路知:该装置为原电池,Zn活泼,则Zn作负极,Cu作正极,发生电池反应为Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑,电子由负极流向正极,该装置将化学能转变为电能,
故答案为:原电池;
(2)甲装置为原电池,将化学能转变为电能,乙装置为电解池,石墨和铂都为惰性电极,连接电源正极的铂电极为电解池的阳极,发生氧化反应:2Cl--2e-=Cl2↑,连接电源负极的碳电极为电解池的阴极,发生:Cu2++2e-=Cu,根据原电池、电解池中电子守恒,当甲中产生0.1mol气体时,铜正极上发生2H++2e-=H2↑,转移0.2mol电子,根据Cu2++2e-=Cu,乙中析出铜的物质的量为0.1mol,质量为6.4克,
故答案为:2Cl--2e-=Cl2↑;6.4;
(3)若乙中溶液不变,将其电极都换成铜电极,电键闭合一段时间后,为电镀池,阳极铜溶解Cu-2e-=Cu2+,阴极铜上铜离子得电子析出金属铜Cu2++2e-=Cu,溶液中铜离子颜色为蓝绿色,溶液中c(Cu2+)不变,所以颜色未变,
故答案为:无变化;
(Ⅱ)甲烷燃料电池,总离子方程式为:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O;通入氧气的一极为正极发生还原反应:O2+2H2O+4e-=4OH-;通入甲烷的一极为负极,发生氧化反应,反应式为:CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O;随着不断放电,原电池反应中反应生成水,氢氧根离子浓度减小,电解质溶液的pH减小;
故答案为:CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O;变小;
(Ⅲ)由Cu2+、Cl-、Na+、SO42-四种离子中的两种离子组成的电解质溶液,可以是CuCl2、Na2SO4;也可为CuSO4、NaCl;因阳离子放电顺序为Cu2+>Na+>H+,阴离子放电顺序为Cl->OH->SO42-,惰性电极电解CuCl2溶液时,铜离子、氯离子放电,则电解质Na2SO4溶液时,电解质质量不变,水量减少,惰性电极电解电解CuSO4(或NaCl)溶液时,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;
(1)要使电解过程中溶质的组成和质量不变,而该稀溶液的浓度增大,又无浑浊,说明本质为电解水,用惰性电极电解,铜为不活泼金属,但作阳极溶解,所以选择铂作电极,溶液中氢离子、氢氧根离子放电,阴极:4H++4e-=2H2 ↑,阳极4OH--4e-═2H2O+O2↑,电解Na2SO4溶液时,电解质质量不变,水量减少,
故答案为:铂;4OH--4e-═2H2O+O2↑;
(2)以铂作阳极电解硫酸铜,电解过程中,阳极:溶液中阴离子OH-、SO42-移向阳极,氢氧根离子放电发生氧化反应,电极反应式:4OH--4e-═2H2O+O2↑;阴极:溶液中阳离子Cu2+、H+移向阴极发生还原反应,电极反应:2Cu2++4e-═2Cu;所以溶液中氢氧离子浓度逐渐减小,氢离子浓度逐渐增大,pH值逐渐变小;
以铂作阳极电解氯化钠溶液时,阴极电极反应式为:2H2O+2e-=H2 ↑+2OH-,阳极上氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2↑,同时生成氢氧化钠,所以其电池反应式为:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,所以溶液中氢离子浓度逐渐减小,pH值逐渐变大,且溶液保持澄清,
故答案为:NaCl;2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑;
如图所示,用石墨电极电解氯化铜溶液。查阅资料可知,CuCl42—显黄色,氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色;向体积相同浓度分别为0.01 mol/L、0.05 mol/L、0.1 mol/L、0.5 mol/L的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和,对比发现,溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。
请回答下列问题:
(1)阳极上的气体呈________色,检验该气体可用________________。
(2)写出电解的离子方程式:________________。
(3)实验时,装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色,原因是________。
(4)取出阴极的石墨棒,发现表面有浅蓝色固体,试设计实验探究此浅蓝色固体的成分:
____________________________________________________。
(5)为什么要设计连接后面的装置?
______________________________________________________________
正确答案
(1)黄绿色 湿润的淀粉-KI试纸 (2)Cu2++2Cl-Cu+Cl2↑
(3)阴极Cu2+放电后,Cu2+与Cl-浓度比值减小
(4)取此浅蓝色固体于试管中,加入硫酸,若溶解且溶液变蓝色,则为Cu(OH)2
(5)因为阳极产生的氯气为有毒气体,故后面连接装置可以用于检验与吸收
(1)阳极是阴离子放电,即Cl-放电产生Cl2,故颜色为黄绿色;检验Cl2可用湿润的淀粉-KI试纸,若试纸变蓝,则确定为氯气。(2)电解氯化铜的离子方程式为:Cu2++2Cl- Cu+Cl2↑。(3)由题目所给信息,Cu2+与Cl-浓度比值逐渐增大,溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变,故阴极Cu2+放电后,Cu2+与Cl-浓度比值减小而呈现黄绿色。(4)随着反应的进行,Cu2+浓度降低,此时有一部分H+放电而使此区域OH-浓度增大,故此浅蓝色固体为Cu(OH)2。(5)电解氯化铜时产生的氯气有毒,故后面连接装置既可用作检验电解产生的气体,又可用于吸收该有毒气体。
(14分)理论上讲,任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。某同学利用 “Cu+2Ag+ =2 Ag +Cu2+ ” 反应设制一个化学电池,如图所示,已知该电池在外电路中,电流从a极流向b极。请回答下列问题:
(1)b极是电池的 极,材料是 ,该极上出现的现象是 ,写出该电极的反应式 。
(2)a可能为
A、铜 B、银 C、铁 D、石墨
(3)c溶液是
A、CuSO4溶液 B、AgNO3溶液 C、酒精溶液
(4)若该反应过程中有0.2mol电子发生转移,则生成Ag为 克。
正确答案
(1)负、Cu、铜片逐渐溶解,溶液变蓝色、Cu – 2e- = Cu2+
(2) BD (3)B (4)21.6
由Cu+2Ag+ =2 Ag +Cu2+知,铜失电子,Cu – 2e- = Cu2+,做负极,不断溶解。正极材料应为比铜活性差的电极。
2008年5月12日我国四川汶川发生特大地震,为防止在大灾之后疫病流行,全国各地向灾区运送了大量的各种消毒液,如NaClO溶液.某校探究性学习小组对消毒液次氯酸钠(NaClO)的制备与性质等进行了探究.
甲同学:为制备消毒液,探究并制作了一种家用环保型消毒液(NaClO溶液)发生器,设计了如图1所示的装置,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液.
请完成下列问题:若通电时,为使生成的Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,则电源的a电极名称为______极(填“正”、“负”、“阴”或“阳”),与其相连的电极的电极反应式为______;装置溶液中反应生成NaClO的离子方程式为______.
乙同学:从某超市中查询到某品牌消毒液包装说明的部分内容摘录如下:
主要有效成份为次氯酸钠,有效氯含量8000-10000mg/L.可用于各类家居用品、餐具、棉织衣物等的消毒,对彩色织物可能有褪色作用.切勿用于丝绸、毛、尼龙、皮革、油漆表面,勿用于铝、铜、碳钢制品.本品须密封,置阴凉暗处保存.
请完成以下实验探究过程:
Ⅰ.阅读材料,根据学过的知识判断问题
(1)室温条件下,该消毒液(NaClO)溶液的pH______7(填“>”、“<”或“=”),
原因是(用离子方程式表示)______.
(2)该消毒液还具有的化学性质是______(填序号).
A.强氧化性 B.强还原性 C.不稳定性 D.漂白性 E.弱酸性
Ⅱ.确定要研究的问题
该消毒液对碳钢制品的腐蚀原理.
Ⅲ.设计方案,实施探究
(1)用烧杯取少量样品,将一颗光亮的普通碳钢钉放入烧杯,浸泡一段时间.预期的实验现象是______.
(2)为了进一步探究碳钢钉在该消毒液(NaClO)中的腐蚀原理,丁同学设计了如图2实验装置,写出碳(C)极上发生的电极反应式______.
正确答案
甲:用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,若通电时,为使生成的Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,则电解池的下端产生的是氯气,上端产生的是氢气,电解池的阴极上是阳离子氢离子得电子发生得电子的还原反应,生成氢气,在阳极上是阴离子氯离子发生失电子的氧化反应,生成氯气,所以a是正极,b是负极,电极反应式为2H++2e-→H2↑,氯气和氢氧化钠反应的实质是:Cl2+2OH-═Cl-+ClO-+H2O,故答案为:负;2H++2e-→H2↑;Cl2+2OH-═Cl-+ClO-+H2O;
I.(1)次氯酸根离子水解导致次氯酸钠溶液显示碱性,故答案为:>;ClO-+H2O⇌HClO+OH-;
(2)在消毒液中,次氯酸钠具有氧化性,还具有漂白性,故答案为:A、D;
III.(1)在此情况下发生金属铁的吸氧腐蚀,最终会生成氢氧化铁沉淀,
故答案为:钢钉表面有红褐色物质生成;
(2)在该原电池装置中,金属铁为负极,碳棒上发生得电子的还原反应,即ClO-+2e-+H2O→Cl-+2OH-,
故答案为:ClO-+2e-+H2O→Cl-+2OH-.
工业上采用如图所示电解装置制取活泼金属铝,由于阳极产生的氧气全部与石墨电极反应生成CO和CO2气体,因此在电解过程中碳电极需要不断补充.已知电解总反应方程式为:2Al2O34Al+3O2↑.
(1)阴极反应式为______;阳极反应式为______.
(2)若生产中每生成agAl,阳极损失石墨bg,则理论上产生CO和CO2的物质的量分别是______.
(3)对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命.以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为______.
正确答案
(1)根据电解方程式可知阴极生成Al,电极方程式为4Al3++12e-=4Al,阳极生成O2,电极方程式为6O2--12e-=3O2↑,
故答案为:4Al3++12e-=4Al;6O2--12e-=3O2↑;
(2)n(Al)=mol,则转移电子
mol×3=
mol,消耗n(C)=
mol,设生成xmolCO,ymolCO2,
则,
解之得x=mol,y=
mol,
故答案为:CO:mol、CO2:
mol;
(3)阳极Al被氧化生成Al2O3,电解质溶液呈酸性,则阳极反应式为2Al+3H2O=Al2O3+6H++6e-,
故答案为:2Al+3H2O=Al2O3+6H++6e-.
(1)将等物质的量的KI和CuCl2溶于水,用惰性电极电解,该电解反应可分为________个阶段(表格不一定填满,若不够还可以自行添加)。
(2)画出过程中溶液pH随时间变化的曲线(假定生成的Cl2全部逸出)。
正确答案
4 ①CuI2 Cu2++2I-=Cu+I2
②CuCl2 Cu2++2Cl-=Cu+Cl2↑
③KCl 2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-
④KOH 2H2O=2H2↑+O2↑
开始电解时阳极是I-失电子,阴极是Cu2+得电子;当I-完全反应时,Cu2+有被还原,此时阳极变成Cl-失电子,相当于电解CuCl2溶液;当Cu2+完全反应时,Cl-有
被氧化;以后阴极是H2O电离的H+得电子,此段相当于电解KCl溶液;当Cl-完全反应后,最后相当于电解KOH溶液,实质是电解水。
电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池,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 。
② Y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
① X电极的材料是 ,电极反应式是 。
② Y电极的材料是 ,电极反应式是 。
(说明:杂质发生的电极反应不必写出)
正确答案
(1)① 2H++2e-=H2↑;放出气体,溶液变红② 2Cl–-2e-=Cl2↑;把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色(2)① 纯铜;Cu2++2e-=Cu ② 粗铜;Cu-2e-=Cu2+
试题分析:(1)①和电源的负极相连的电极X极是阴极,该电极上氢离子发生得电子的还原反应,即2H++2e-=H2↑,所以该电极附近氢氧根浓度增大,碱性增强,滴入几滴酚酞试液会变红,故答案为:2H++2e-=H2↑;放出气体,溶液变红;②和电源的正极相连的电极Y极是阳极,该电极上氯离子发生失电子的氧化反应,即2Cl--2e-=Cl2↑,氯气能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝,可以用于氯气的检验,故答案为:2Cl--2e-=Cl2↑;把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色;(2)①电解方法精炼粗铜,电解池的阴极材料是纯铜,电极反应为:Cu2++2e-=Cu,故答案为:纯铜;Cu2++2e-=Cu;②电解方法精炼粗铜,电解池的阳极材料是粗铜,电极反应为:Cu-2e-=Cu2+,故答案为:粗铜;Cu-2e-=Cu2+.
(4分)如下图所示的装置,C、D、E、F都是惰性电极。将电源接通后,向乙中滴入酚酞试液,在F极附近显红色。试回答以下问题:
(1)电极A的名称是
(2)甲装置中电解反应的总化学方程式是
(3)若用惰性电极电解饱和NaCl溶液一段时间,当阳极产生56 mL(标准状况下)气体,电解后溶液体积为500 mL时,求所得溶液在25℃时的pH =__________。
正确答案
(1)正极 (2)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑ (3)12
(1)F极附近显红色,说明该电极附近溶液显碱性,即F电极是阴极。则B是电源的负极、A是电源的正极,C是阳极、D是阴极、E是阳极。
(2)惰性电极电解硫酸铜,阴极和阳极的放电离子是铜离子和OH-,所以总的反应式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑。
(3)惰性电极电解氯化钠溶液的反应式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,阳极氯离子放电,生成氯气,物质的量为
,所以氢氧化钠的物质的量是0.0025mol×2=0.005mol,浓度是
,因此pH等于12.
用惰性电极电解NaCl与NaHCO3的混合溶液,假设电解过程中产生的气体全部逸出,测得溶液pH变化如图所示.
(1)在0→t1时间内,两个电极上的电极反应式为:阳极______;阴极______.
(2)0→t1时间内,溶液pH升高比较缓慢的原因是(用离子方程式回答)______.
正确答案
(1)在0→t1时间内,相当于电解氯化钠溶液,阳极上氯离子放电,电极反应式为2Cl--2e-═Cl2↑,阴极上氢离子放电,电极反应式为:2H++2e-═H2↑,
故答案为:2Cl--2e-=Cl2↑;2H++2e-=H2↑;
(2)用惰性电极电解氯化钠溶液时,阳极上析出氯气,阴极上析出氢气,同时溶液中还有氢氧化钠生成,氢氧化钠和碳酸氢钠反应生成碳酸钠,离子反应方程式为OH-+HCO3-═H2O+CO32-,所以溶液pH升高比较缓慢,故答案为:HCO3-+OH-=CO32-+H2O.
在课堂上,老师提出“电解CuCl2溶液的过程中pH如何变化”的问题,让同学们展开探究式的讨论.一部分同学依据理论认为:电解CuCl2溶液一段时间后,溶液的pH会升高;另一部分同学持怀疑态度,课后做实验得出如下数据:
请回答下列问题:
(1)电解前溶液pH=4的原因是(用离子方程式说明)______.
(2)部分同学认为pH会升高的依据是______.
(3)另一部分同学实验后的结论是______.
(4)你同意哪种观点?______,理由______.
正确答案
(1)氯化铜属于强酸弱碱盐,铜离子水解而使其溶液呈酸性,水解方程式为:Cu2++2H2O⇌Cu(OH)2+2H+,故答案为:Cu2++2H2O⇌Cu(OH)2+2H+;
(2)铜离子存在水解平衡,电解时,阴极上铜离子放电生成铜,溶液中铜离子浓度逐渐减小,抑制铜离子水解,则氢离子浓度减小,所以PH增大,故答案为:溶液中存在铜离子水解平衡,电解时铜离子浓度减小,平衡向左移动,氢离子浓度减小,pH增大;
(3)根据电解过程中pH变化知,随着反应的进行,溶液的PH逐渐减小,故答案为:从实验中可知,电解氯化铜溶液pH减小;
(4)电解生成的氯气溶于水生成酸,Cl2+H2O=HCl+HClO,酸电离出氢离子而使溶液呈酸性,且随着反应的进行酸性逐渐增强,故答案为:pH减小的观点;电解过程中生成的氯气,氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,溶液的酸性增强.
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