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1、(北京專用)2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第19講 電解原理及應(yīng)用作業(yè)
1.(2018北京海淀期末)電解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的裝置如下圖所示。下列說法中,不正確的是( )
A.陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A是H2
B.溶液中Na+由陽極室向陰極室遷移
C.陽極OH-放電,H+濃度增大,C轉(zhuǎn)化為HC
D.物質(zhì)B是NaCl,其作用是增強(qiáng)溶液導(dǎo)電性
2.(2018北京朝陽期末)高鐵酸鈉(Na2FeO4)是具有紫色光澤的粉末,是一種高效綠色強(qiáng)氧化劑,堿性條件下穩(wěn)定,可用于廢水和生活用水的處理。實(shí)驗(yàn)室以石墨和鐵釘為電極,以不同濃度的NaOH溶液為電解質(zhì)溶液,控制一定電壓電
2、解制備高鐵酸鈉,電解裝置和現(xiàn)象如下:
c(NaOH)
陰極現(xiàn)象
陽極現(xiàn)象
1 mol·L-1
產(chǎn)生無色氣體
產(chǎn)生無色氣體,10 min內(nèi)溶液顏色無明顯變化
10 mol·L-1
產(chǎn)生大量無色氣體
產(chǎn)生大量無色氣體,3 min后溶液變?yōu)闇\紫紅色,隨后逐漸加深
15 mol·L-1
產(chǎn)生大量無色氣體
產(chǎn)生大量無色氣體,1 min后溶液變?yōu)闇\紫紅色,隨后逐漸加深
下列說法不正確的是( )
A.a為鐵釘,b為石墨
B.陰極主要發(fā)生反應(yīng):2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.高濃度的NaOH溶液有利于發(fā)生Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O
D.制備Na2Fe
3、O4時(shí),若用飽和NaCl溶液,可有效避免陽極產(chǎn)生氣體
3.(2017北京東城期末,11)氫氧化鋰是制取鋰和鋰的化合物的原料,用電解法制備氫氧化鋰的工作原理如下圖所示:
下列敘述不正確的是( )
A.b極附近溶液的pH增大
B.a極發(fā)生的反應(yīng)為2H2O-4e- O2↑+4H+
C.該法制備LiOH還可得到硫酸和氫氣等產(chǎn)品
D.當(dāng)電路中通過1 mol電子時(shí),可得到2 mol LiOH
4.如下圖所示,請按要求回答下列問題。
(1)打開K2,關(guān)閉K1。A為 (填“正”或“負(fù)”)極,在該電極可觀察到的現(xiàn)象是 ;B極的電極反應(yīng)式為
4、。?
(2)打開K1,關(guān)閉K2。A為 (填“陰”或“陽”)極,在該電極可觀察到的現(xiàn)象是 ;B極的電極反應(yīng)式為 ;當(dāng)有0.2 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí),則析出銅的質(zhì)量為 g。?
B組 提升題組
5.(2017北京海淀一模,10)實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)制備高純鐵。用惰性電極電解FeSO4溶液制備高純鐵的原理如下圖所示。
下列說法的是( )
A.陰極主要發(fā)生反應(yīng):Fe2++2e- Fe
B.向陽極附近滴加KSCN溶液,溶液變紅
C.電解一段時(shí)間后,陰極附近pH減小
D.電解法制備高純鐵總反應(yīng):3Fe2+ Fe+2Fe3+
6.(2017北京朝陽
5、一模,10)在一定條件下,用石墨電極電解0.5 mol/L CuSO4溶液(含H2SO4),監(jiān)測到陽極附近pH隨時(shí)間變化關(guān)系如下圖。下列說法的是( )
A.ab段,通電瞬間,陽離子向陰極移動
B.電解過程中,陽極發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2O-4e- 4H++O2↑
C.bc段,H+向陰極的移動速率大于其在陽極的生成速率
D.bc段,pH下降過程中,陰極發(fā)生的主要電極反應(yīng)是Cu2++2e- Cu
7.(2018北京海淀期末)電鍍行業(yè)產(chǎn)生的酸性含鉻廢水對環(huán)境有污染,其中所含的Cr(Ⅵ)是主要污染物,可采用多種方法處理將其除去。
查閱資料可知:
①在酸性環(huán)境下,Cr(Ⅵ)通常以Cr2
6、的形式存在:Cr2+H2O2Cr+2H+
②Cr2的氧化能力強(qiáng)于Cr
③常溫下,部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如下表:
陽離子
Fe3+
Fe2+
Cr3+
開始沉淀的pH
1.9
7.0
4.3
沉淀完全的pH
3.2
9.0
5.6
Ⅰ.腐蝕電池法
(1)向酸性含鉻廢水中投放廢鐵屑和焦炭,利用原電池原理還原Cr(Ⅵ)。下列關(guān)于焦炭的說法正確的是 (填字母序號)。?
a.作原電池的正極
b.在反應(yīng)中作還原劑
c.表面可能有氣泡產(chǎn)生
Ⅱ.電解還原法
向酸性含鉻廢水中加入適量NaCl固體,以Fe為電極電解,經(jīng)過一段時(shí)間,有Cr(OH)3
7、和Fe(OH)3沉淀生成排出,從而使廢水中鉻含量低于排放標(biāo)準(zhǔn)。裝置如圖所示:
(2)A極連接電源的 極,A極上的電極反應(yīng)式是 。?
(3)電解開始時(shí),B極上主要發(fā)生的電極反應(yīng)為2H++2e-H2↑,此外還有少量Cr2在B極上直接放電,該反應(yīng)的電極反應(yīng)式為 。?
(4)電解過程中,溶液的pH不同時(shí),通電時(shí)間(t)與溶液中Cr元素去除率的關(guān)系如下圖所示。
①由圖知,電解還原法應(yīng)采取的最佳pH范圍為 。?
a.2~4 b.4~6 c.6~10
②解釋曲線Ⅰ和曲線Ⅳ去除率低的原因:
8、 。?
8.(2017北京西城一模,27)以黃銅礦(主要成分為二硫化亞鐵銅CuFeS2)為原料,用Fe2(SO4)3溶液作浸取劑提取銅,總反應(yīng)的離子方程式是CuFeS2+4Fe3+ Cu2++5Fe2++2S。
(1)該反應(yīng)中,Fe3+體現(xiàn) 性。?
(2)上述總反應(yīng)的原理如下圖所示。負(fù)極的電極反應(yīng)式是 。?
(3)一定溫度下,控制浸取劑pH=1,取三份相同質(zhì)量的黃銅礦粉末分別進(jìn)行如下實(shí)
9、驗(yàn):
實(shí)驗(yàn)
操作
2小時(shí)后Cu2+浸出率/%
Ⅰ
加入足量0.10 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液
78.2
Ⅱ
加入足量0.10 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液,通入空氣
90.8
Ⅲ
加入足量0.10 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液,再加入少量0.000 5 mol·L-1 Ag2SO4溶液
98.0
①對比實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ,通入空氣,Cu2+浸出率提高的原因是 。?
②由實(shí)驗(yàn)Ⅲ推測,在浸取Cu2+過程中Ag+作催化劑,催化原理是:
ⅰ.CuFeS2+4Ag
10、+ Fe2++Cu2++2Ag2S
ⅱ.Ag2S+2Fe3+ 2Ag++2Fe2++S
為證明該催化原理,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):
a.取少量黃銅礦粉末,加入少量0.000 5 mol·L-1 Ag2SO4溶液,充分混合后靜置。取上層清液,加入稀鹽酸,觀察到溶液中 ,證明發(fā)生反應(yīng)ⅰ。?
b.取少量Ag2S粉末,加入 溶液,充分混合后靜置。取上層清液,加入稀鹽酸,有白色沉淀,證明發(fā)生反應(yīng)ⅱ。?
(4)用實(shí)驗(yàn)Ⅱ的浸取液電解提取銅的原理如圖所示:
①電解初期,陰極沒有銅析出。用電極反應(yīng)式解釋原因: 。?
②將陰極室的流出液送入陽
11、極室,可使浸取劑再生,再生的原理是 。?
答案精解精析
A組 基礎(chǔ)題組
1.D A項(xiàng),由圖分析可知,陰極室H+得到電子生成H2,所以物質(zhì)A為H2;B項(xiàng),Na+為陽離子,可以通過陽離子交換膜向陰極移動;C項(xiàng),陽極室OH-放電生成O2,同時(shí)c(H+)增大,與C結(jié)合生成HC;D項(xiàng),若B是NaCl,則陰極室產(chǎn)物為氫氧化鈉和氯化鈉的混合液,與題干不符,所以B應(yīng)為NaOH,增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性。
2.D A項(xiàng),制備高鐵酸鈉需要鐵在陽極放電,發(fā)生氧
12、化反應(yīng),即a為鐵釘,b為石墨;B項(xiàng),電解池的陰極為陽離子放電,水電離的H+放電能力強(qiáng)于Na+,故陰極的電極反應(yīng)為2H2O+2e-H2↑+2OH-;C項(xiàng),觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,堿性越強(qiáng),越易生成Fe,故高濃度的NaOH溶液有利于發(fā)生Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O;D項(xiàng),若選用飽和NaCl溶液,在陽極Cl-放電能力強(qiáng)于OH-,會更容易產(chǎn)生氣體。
3.D 根據(jù)離子的移動方向可推出,石墨a是陽極,石墨b是陰極;a極發(fā)生氧化反應(yīng),即2H2O-4e- O2↑+4H+,H+結(jié)合S得硫酸;b極H+得電子放出氫氣,c(OH-)增大,溶液的pH增大,OH-結(jié)合Li+生成LiOH;由得失電子守恒知,電路中通過1 m
13、ol電子時(shí),得到1 mol LiOH。
4.答案 (1)負(fù) A極金屬不斷溶解 Cu2++2e- Cu
(2)陰 A極上有紅色金屬析出 Cu-2e- Cu2+ 6.4
解析 (1)打開K2,關(guān)閉K1,形成原電池,A為負(fù)極,鋅不斷溶解,Zn-2e- Zn2+;B為正極,發(fā)生還原反應(yīng)生成銅,電極反應(yīng)式為Cu2++2e- Cu。
(2)打開K1,關(guān)閉K2,形成電解池,B為陽極,電極反應(yīng)式為Cu-2e- Cu2+;A為陰極,電極反應(yīng)式為Cu2++2e- Cu,該極上析出金屬銅,當(dāng)有0.2 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí),析出銅的質(zhì)量為 6.4 g。
B組 提升題組
5.C 依據(jù)題意和裝置圖可知,電解硫酸亞
14、鐵溶液陰極生成鐵,陽極生成Fe3+,電解的總反應(yīng)方程式是3Fe2+ Fe+2Fe3+;陰極的電極反應(yīng)式是Fe2++2e- Fe,電解一段時(shí)間后,陰極附近Fe2+的濃度降低,酸性減弱,pH增大;陽極的電極反應(yīng)式是Fe2+-e- Fe3+,因此陽極附近滴加硫氰化鉀溶液后溶液變紅。
6.C A項(xiàng),通電后形成電解池,在電解質(zhì)溶液中陽離子移向陰極;B項(xiàng),陽極上H2O失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)為2H2O-4e- 4H++O2↑;C項(xiàng),bc段溶液的pH減小,則c(H+)增大,所以氫離子的生成速率大于移動速率;D項(xiàng),Cu2+的得電子能力強(qiáng)于H+,所以bc 段陰極主要發(fā)生反應(yīng)Cu2++2e- Cu。
7
15、.答案 (1)ac
(2)正 Fe-2e-Fe2+
(3)Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O
(4)①b
②曲線Ⅰ的pH較小,此時(shí)Cr(Ⅳ)被還原生成的Cr3+難以生成Cr(OH)3沉淀,仍以Cr3+形式存在于溶液中,導(dǎo)致去除率較低;曲線Ⅳ的pH較大,鉻元素主要以Cr形式存在,其氧化能力弱于Cr2,Cr(Ⅳ)難以被還原繼而生成沉淀,導(dǎo)致去除率較低
解析 (1)鐵屑與焦炭形成原電池,鐵作負(fù)極,焦炭作正極,主要是Cr2在正極得到電子,因?yàn)槿芤猴@酸性,H+也可能在正極得到電子生成氫氣,所以焦炭表面可能有氣泡。
(2)B極生成氫氣,因此是陰極,所以A為陽極,連接電源正極,電極反應(yīng)
16、式為Fe-2e-Fe2+。
(3)B極是陰極,得到電子發(fā)生還原反應(yīng),因?yàn)槭撬嵝原h(huán)境,則電極反應(yīng)式為Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O。
(4)①由圖知,pH=4和pH=6時(shí)去除率高,因此電解還原法應(yīng)采取的最佳pH范圍為4~6。
8.答案 (1)氧化
(2)CuFeS2-4e- Fe2++2S+Cu2+
(3)①通入O2后,發(fā)生反應(yīng)4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,c(Fe2+)降低,c(Fe3+)升高,總反應(yīng)的平衡正向移動
②a.無明顯現(xiàn)象
b.pH=1的0.10 mol·L-1Fe2(SO4)3
(4)①Fe3++e- Fe2+
②Fe2+在陽極失
17、電子生成Fe3+:Fe2+-e- Fe3+,S通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室,Fe2(SO4)3溶液再生
解析 (1)在反應(yīng)CuFeS2+4Fe3+ Cu2++5Fe2++2S中,Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,鐵元素化合價(jià)降低,Fe3+作氧化劑,表現(xiàn)氧化性;
(2)觀察圖像知,CuFeS2在負(fù)極失去電子,被氧化,負(fù)極的電極反應(yīng)式是CuFeS2-4e- Fe2++2S+Cu2+;
(3)①對比實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ,通入空氣后,發(fā)生反應(yīng)4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,c(Fe2+)降低,c(Fe3+)升高,總反應(yīng)的平衡正向移動,故Cu2+浸出率提高;
②a.若發(fā)生反應(yīng)ⅰ,則上層清液中無Ag+,加入稀鹽酸,溶液中無明顯現(xiàn)象;
b.若要發(fā)生反應(yīng)ⅱ,則需加入Fe3+,根據(jù)實(shí)驗(yàn)Ⅲ可知,應(yīng)加入pH=1的0.10 mol·L-1Fe2(SO4)3溶液。取上層清液,加入稀鹽酸,有白色沉淀,說明上層清液中含有Ag+,可證明發(fā)生了反應(yīng)ⅱ;
(4)①由于Fe3+的得電子能力強(qiáng)于Cu2+,因此電解初期溶液中的Fe3+在陰極得到電子生成Fe2+;
②陰極室的流出液中含有Fe2+,將流出液送入陽極室后,Fe2+在陽極失電子生成Fe3+:Fe2+-e- Fe3+,S通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室,Fe2(SO4)3溶液再生。