- 电解池
- 共5205题
(11分)电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，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 。
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 ，电极反应式是 。
②Y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）
(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸杂质，可用离子交换膜法电解提纯。
电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示.
①该电解槽的阳极反应式是____________________________.
②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从溶液出口_________________(填写“A”或“B”)导出
正确答案
（11分）⑴①2H+ + 2e - = H2↑ 放出气体，溶液变红。
②2Cl - - 2e - = Cl2 ↑ 析把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色。
⑵①纯铜 Cu2+ + 2e - = Cu ②粗铜Cu - 2e - = Cu2+
（3）①4OH－－4e－＝O2↑＋2H2O ，②2H+ + 2e - = H2↑使H+浓度减小 ③B
试题分析：（1）①X和电源的负极相连，做阴极，溶液中的氢离子放电生成氢气，电极反应式是2H+ + 2e - = H2↑。由于随着氢离子的不断放电，阴极周围水的电离平衡被破坏，所以阴极周围溶液显碱性，溶液变成红色。
②Y电极和电源的正极相连，做阳极，溶液中的氯离子放电生成氯气，电极反应式是2Cl - - 2e - = Cl2↑。由于氯气具有强氧化性，能把碘化钾氧化生成单质碘，据此可以检验，即析把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色。
（2）粗铜精炼时，粗铜做阳极，纯铜做阴极，硫酸铜做电解质溶液，所以X是纯铜，电极反应式是Cu2+ + 2e - = Cu。Y电极是粗铜，电极反应式是Cu - 2e - = Cu2+。
（3）①阳极是溶液中的OH－离子放电生成氧气，电极反应式是4OH－－4e－＝O2↑＋2H2O。
②阴极氢离子放电失去氢气，电极反应式为2H+ + 2e - = H2↑。由于随着氢离子的不断放电，阴极周围水的电离平衡被破坏，使H+浓度减小，OH－浓度增大，溶液显碱性。
③由于阳离子交换膜只能允许阳离子通过，而OH－在阴极生成。根据装置图可知，B电极是阴极，所以除去杂质后的氢氧化钾溶液从溶液出口B导出。
点评：电解中最关键的是准确判断出电极上离子的放电顺序。在判断电解产物时，首先判断阳极电极材料。如果是活性电极，则电极本身失去电子。如果是惰性电极，则溶液中的阴离子失去电子。而阴极是溶液中的阳离子得到电子，所以需要熟练记住常见离子的放电顺序。
（9分）目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。
（1）电解前，如果粗盐中SO42ˉ含量较高，必须添加试剂除去SO42ˉ，则按添加试剂顺序，依次发生反应的离子方程式为 。
（2）补齐下列电解饱和食盐水制烧碱的离子方程式：
______________________ 
（反应物） （阴极产物） （阳极产物）
（3）在电解制得的NaOH中往往还含有一定量的NaCl，因此必需进行脱盐工序，脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过 、冷却、 （填写操作名称）除去NaCl。
（4）已知NaCl在60℃的溶解度为37．1 g，现电解60℃精制饱和食盐水1371 g。经分析，电解后溶液密度为1．37 g·cm-3，其中含有20gNaCl，则电解后NaOH的物质的量浓度为__________mo1·L-1（保留小数点后1位）。
正确答案
（1）Ba2+ + SO42ˉ = BaSO4↓ CO32ˉ+ Ba2+ =BaCO3↓ 2H+ + CO32ˉ= H2O+CO2↑（3分，顺序颠倒没分）
（2）2Clˉ+2H2O
阴极产物 阳极产物
（3）蒸发过滤 （每个1分，共2分） （4）7．1（2分）
（1）除去SO42－需要氯化钡溶液，而过量的氯化钡又需要碳酸钠溶液，最后加入盐酸除去过量的碳酸钠，因此有关反应的方程式是Ba2+ + SO42ˉ = BaSO4↓、CO32ˉ+ Ba2+ =BaCO3↓ 、2H+ + CO32ˉ= H2O+CO2↑。
（2）惰性电极调节食盐水时，阳极是氯离子放电生成氯气。阴极是氢离子放电生成氢气，同时破坏阴极周围水的电离平衡，因此氢氧化钠在阴极生成，所以反应的方程式是2Clˉ+2H2O
阴极产物 阳极产物
（3）由于氢氧化钠和氯化钠的溶解度随温度的变化相差较大，所以可以通过蒸发、冷却和过滤的方法除去氯化钠。
（4）电解前氯化钠的氯化钠的质量是1371g×37.1/137.1＝371g，而电解后氯化钠是20g，所以电解的氯化钠是351g，物质的量是351g÷58.5g/m＝6mol。因此根据反应的方程式可知，生成氢氧化钠是6mol，氢气和氯气都是3mol，所以反应后的溶液质量是1371g－2g/mol％3mol－71g/mol×3mol＝1152g，则溶液的体积是1152g÷1.37g/ml＝840.9ml，所以氢氧化钠的浓度是6mol÷0.841L＝7.1mol/L。
（16分）氯化亚铜（CuCl）是有机合成工业中应用较广泛的催化剂，它是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空气中会被迅速氧化。从酸性电镀废液（主要含Cu2+、Fe3+）中制备氯化亚铜的工艺流程如下：
请回答下列问题：
（1）电镀污泥的主要成分是 （写化学式）。
（2）铁粉、氯化钠、硫酸铜在溶液中反应生成CuCl的离子反应方程式为：
。
（3）析出CuCl晶体时的最佳pH在 左右。
（4）析出的CuCl晶体要立即用无水乙醇洗涤，然后真空干燥、冷却，密封包装。真空干燥，密封包装的目的是 。
（5）从滤液A中可回收的主要物质是 （写化学式）。
（6）以碳棒为电极电解CuCl2溶液可得到CuCl。写出电解CuCl2溶液后的阴极上发生的反应为
正确答案
（16分）
（1）Cu(OH)2 Fe(OH)3 （每个2分，共4分）
（2）2Cu2+＋2Cl—＋Fe＝2CuCl↓＋Fe2+（3分，没配平扣1分，无写“↓”不扣分）
（3）3 （2分，写“2.8～3.5”均得分）
（4）促使乙醇和水的挥发，防止CuCl被空气氧化 （2分，写对其中的一点得2分）
（5）Na2SO4和FeSO4（2分；写对其中一个得2分）
（6）Cu2＋＋Cl－＋e－===CuCl↓ （3分，无写“↓”扣1分）
试题分析：（1）酸性电镀废液主要含Cu2+、Fe3+，加碱后生成Cu(OH)2 Fe(OH)3，是电镀污泥的主要成分；
（2）铁粉、氯化钠、硫酸铜在溶液中反应生成CuCl，同时还有氯化亚铁、硫酸钠生成，离子方程式为2Cu2+＋2Cl—＋Fe＝2CuCl↓＋Fe2+
（3）由图可知pH=3时CuCl的产率最高，所以析出CuCl晶体时的最佳pH在3左右；
（4）真空干燥时无氧气存在，密封包装也是隔绝氧气，所以真空干燥，密封包装的目的是促使乙醇和水的挥发，防止CuCl被空气氧化；
（5）由流程图可知，氢氧化铁与氢氧化铜与酸反应后生成硫酸铜与硫酸铁，加入铁粉后，溶液中存在硫酸亚铁，氯化亚铜析出后溶液中只剩硫酸亚铁与原来加碱时生成的硫酸钠，所以从滤液A中可回收的主要物质是Na2SO4和FeSO4；
（6）电解池中阴极发生还原反应，元素化合价降低，CuCl2中Cu是+2价，CuCl中Cu是+1价，所以阴极上发生的反应是Cu2＋＋Cl－＋e－===CuCl↓。
电化学原理在工业生产中有着重要的作用，请利用所学知识回答有关问题。
(1)用电解的方法将硫化钠溶液氧化为多硫化物的研究具有重要的实际意义，将硫化物转变为多硫化物是电解法处理硫化氢废气的一个重要内容。如是电解产生多硫化物的实验装置：
①已知阳极的反应为(x＋1)S2－=Sx＋S2－＋2xe－，则阴极的电极反应式是____________________________
当反应转移x mol电子时，产生的气体体积为____________(标准状况下)。
②将Na2S·9H2O溶于水中配制硫化物溶液时，通常是在氮气气氛下溶解。其原因是(用离子反应方程式表示)：___________________________。
(2)MnO2是一种重要的无机功能材料，制备MnO2的方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液，阳极的电极反应式为______________________。现以铅蓄电池为电源电解酸化的MnSO4溶液，如图所示，铅蓄电池的总反应方程式为_______________________，
当蓄电池中有4 mol H＋被消耗时，则电路中通过的电子的物质的量为________，MnO2的理论产量为________g。
(3)用图电解装置可制得具有净水作用的
①电解过程中，X极区溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe－6e－＋8OH－=
正确答案
(1)①2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑(或2H＋＋2e－=H2↑) 11.2xL
②2S2－＋O2＋2H2O=2S↓＋4OH－
(2)Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋
Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O
2 mol 87
(3)增大 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 0.28
(1)电解时，水电离的H＋在阴极发生得电子还原反应，生成H2。根据电子守恒可知有x mol电子转移，产生H2 0.5x mol。S2－具有较强还原性，易被空气中的氧气氧化，故配制溶液时需要氮气作保护气。
(2)根据题意Mn2＋失电子生成MnO2，产物中的氧元素来源于水，生成H＋，再将电极方程式配平即可。
(3)图中X极的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑(或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－)，所以X极区的pH增大，由生成氢气672 mL，可知得电子数为0.06 mol，Y极生成氧气为168 mL，失电子数0.03 mol，由得失电子守恒可知铁失电子数为0.03 mol，由电极反应可知铁溶解为0.005 mol，即0.28 g。
电解法在金属精炼、保护环境、处理废水中起着十分重要的作用。
(1)如图为电解精炼银的示意图，________(填a或b)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为______________________。
AgNO3—HNO3溶液
(2)电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72－)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。回答下列问题：
①写出电极反应式：阴极________________，阳极________________。
②当生成1 mol Cr(OH)3时，电路中转移电子的物质的量至少为________mol。
③电解过程中有Fe(OH)3沉淀生成，原因是___________________________。
(3)电解降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电解降解NO3－的原理如图所示。
电源正极为________(填A或B)，阴极反应式为______________________。
②若电解过程中转移了2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为________g。
正确答案
(1)a NO3－＋3e－＋4H＋=NO↑＋2H2O或NO3－＋e－＋2H＋=NO2↑＋H2O
(2)①2H＋＋2e－=H2↑ Fe－2e－=Fe2＋ ②6 ③阳极生成的Fe2＋被溶液中的Cr2O72－氧化Fe3＋，阴极H＋放电，随着溶液中的酸性下降，使Fe3＋的水解平衡右移，生成Fe(OH)3沉淀
(3)①A 2NO3－＋6H2O＋10e－=N2↑＋12OH－ ②14.4
(1)电解精炼时，不纯金属作阳极，即为a极；b电极是阴极，NO3－发生还原反应，生成了NO，遇空气氧化生成红棕色的NO2。(2)根据电解原理，该电解法的阳极反应为Fe－2e－=Fe2＋，生成的亚铁离子被溶液中的
Cr2O72－氧化：Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O72－被还原，得到2 mol Cr(OH)3。氢离子浓度减小，随着溶液中的酸性下降，Fe3＋的水解平衡右移，生成Fe(OH)3沉淀。
(3)要实现2NO3－＋6H2O＋10e－=N2↑＋12OH－，该反应应该在阴极中进行，Ag不能作阳极，否则会失去电子，所以Pt是阳极，A是正极；Ag－Pt是阴极，阳极的反应式为：5H2O－10e－=10H＋＋
（1）以硫酸工业的尾气、氨水、石灰石、焦炭及碳酸氢铵和KCl为原料可以合 成有重要应用价值的硫化钙、硫酸钾、亚硫酸氢铵等物质．合成路线如下：
① 生产过程中，反应Ⅰ中需鼓入足量空气，试写出该反应的总方程式 。
② 反应Ⅱ中需要向溶液中加入适量的对苯二酚等物质（已知对苯二酚具有很强的还原性），其作用可能是 。
③ 反应Ⅲ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
④ 能用于测定尾气中SO2含量的是 。
（2）已知铅蓄电池放电时发生如下反应：
负极：Pb-2e－＋SO42－＝PbSO4 正极：PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e－=PbSO4＋2H2O
如果用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水制取Cl2，已知某铅蓄电池中硫酸溶液的体积为0.80L，电解前硫酸溶液浓度为4.50mol.L-1，当制得29.12 L Cl2时（指在标准状况下），求理论上电解后电池中硫酸溶液的浓度为（假设电解前后硫酸溶液的体积不变）________ mol.L-1。
正确答案
（1）①2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2
②防止亚硫酸铵被氧化 ③1：4 ④BC
（2）（1.25）
试题分析：（1）①反应Ⅰ中鼓入足量空气，使SO2与CaCO3、O2充分反应，方程式为2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2
②亚硫酸盐在空气中易被氧气氧化，所以加入适量的对苯二酚等物质的目的是防止亚硫酸铵被氧化
③反应Ⅲ为4C+ CaSO4=CaS+4CO↑，氧化剂是CaSO4，还原剂是C,所以氧化剂与还原剂物质的量比是1:4
④A、D与SO2反应可能生成硫酸盐或亚硫酸盐，无法确定含量，B、C均可与SO2发生氧化还原反应，可计算SO2含量，答案选B、C。
（2）当制得29.12 L Cl2时（指在标准状况下），转移电子29.12L/22.4L/mol×2=5.2mol,则在铅蓄电池中转移电子也为5.2mol，消耗硫酸2.6mol,原有硫酸0.80L×4.50mol.L-1=3.6mol,余硫酸3.6mol-2.6mol=1mol，所以理论上电解后的硫酸浓度为1mol/0.8L="1.25" mol.L-1
（9分）某化学学习小组欲设计一套实验装置来电解饱和食盐水，并测量电解产生的氢气的体积（预计H2的体积6mL左右）同时检验氯气的氧化性。现有以下的仪器可供选择：
（1）若要完成以上的实验，将所给仪器连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺序（填编号）是:
A接 、 接 ，B 接 、 接 。
( 2）能说明氯气具有氧化性的实验现象是 。
（3）已知氯气溶于水中有如下平衡：Cl2+H2O
①若将此针筒长时间放置在有日光的地方，最终可能观察到的现象是 。
②用化学平衡的观点解释①的现象：
（4）假定装入的饱和食盐水为50mL（电解前后溶液体积变化可忽略），当测得的氢气为5.6mL（标准状况）时停止通电。摇匀U形管内的溶液后溶液的pH约为__ __。
正确答案
（9分）
⑴A接 G 、F 接 I，（1分，错一个为0分）
B 接 D 、E 接 C ，（1分，错一个为0分）
⑵ 淀粉KI溶液变蓝色（ 1分）
⑶① 气体颜色变为无色，占20ml或者减小为原来的一半（ 2分）
② Cl2+H2O
⑷ 12 （2分）
（1）为完成实验，铁电极必须与电源的负极相连，否则铁将参与电解；为测定H2的体积，应将氢气能入G口，将水经F口排入大小适量的I量筒中；为检验氯气的氧化性，应将氯入通入到淀粉KI溶液中，最终通入NaOH溶液中，进行尾气吸收，以防污染空气。
（4）由H2↑ ～ 2NaOH，可求得最终OH—的浓度为0.01mol/L
高锰酸钾是锰的重要化合物和常用氧化剂，在实验室和医疗上有非常广泛的应用。以下是工业上用软锰矿（主要含MnO2）制备高锰酸钾晶体的一种工艺流程：
（1）操作Ⅱ的名称是_______，实验室进行该操作须用到的玻璃仪器有 ；
（2）反应②的产物中，氧化产物与还原产物的物质的 量之比是______；
（3）反应②中“酸化”时不能选择下列酸中的______（填字母序号）
a．稀盐酸 b．稀硫酸 c．稀醋酸
（4）电解锰酸钾溶液也可以制备高锰酸钾，其阴极反应式为：2H2O + 2e- = 2OH- + H2↑，如图，b为电源的_______极，电解池的阳极反应式是_______；若电解过程中收集到2.24 L H2（标准状况），则得到高锰酸钾______g。（提示：阴离子放电顺序MnO42->OH-）
正确答案
（1）过滤 （1分） 烧杯、漏斗、玻璃棒（2分）
（2）2∶1 （2分）
（3）a（2分）
（4）负（1分） MnO42-– e-="=" MnO4-（3分） 31.6 （3分）
试题分析：（2）锰酸钾酸化后生成高锰酸钾和二氧化锰，实际上是发生了一个歧化反应：
K2MnO4
在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如下图。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。
根据上述实验回答
（1）阳极上的电极反应式为____________。
（2）阴极上的电极反应式为____________。
（3）原上层液体是____________________。
（4）原下层液体是____________________。
（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是____________________
（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是________，现象是____________。
正确答案
（1）2I--2e-＝I2（2）2H++2e-=H2↑
（3）KI（或NaI等）水溶液
（4）CCl4（或CHCl3等）
（5）I2在CCl4中的溶解度大于在水中溶解度，所以绝大部分I2都转移到CCl4中 ”
（6）利用焰色反应来判断；透过蓝色钴玻璃为淡紫色火焰，证明金属离子为K+。
（12分）常温下电解200mLNaCl、CuSO4的混合溶液，所得气体的体积随时间变化如下图所示，根据图中信息回答下列问题。（气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化）
⑴图中曲线________(填Ⅰ或Ⅱ)表示阳极产生气体的变化；
⑵求NaCl和CuSO4的物质的量浓度；
⑶求t2时所得溶液的H＋的物质的量浓度。
正确答案
（1）Ⅱ （2）c(NaCl)=0.1mol/L；c(CuSO4)= 0.1mol/L （3）0.1mol/L
（1）电解池中阳极失去电子，阴极得到电子，所以根据离子的放电顺序可知，阴极首先是铜离子放电，吸出铜单质，然后是氢离子放电，生成氢气。阳极首先是氯离子是放电，生成氯气，然后是OH－放电生成氧气。所以曲线Ⅱ是表示阳极产生气体的变化。
（2）根据图像可知生成的氯气是224ml，物质的量是0.01mol，转移电子是0.02mol。则氯化钠是0.02mol，所以浓度是c(NaCl)＝0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L；t2时铜离子恰好放电完毕，此时生成氧气是336ml－224ml＝112ml，物质的量是0.005mol，则转移电子是0.02mol，所以根据电子的得失守恒可知，析出铜是0.02mol。因此硫酸铜是0.02mol，浓度是c(CuSO4)＝0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L。
（3）根据（2）可知，在生成0.005mol氧气的同时，溶液中生成氢离子是0.02mol，所以浓度是0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L。
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