（北京專用）2022年高考化學一輪復習 第19講 電解原理及應用作業(yè)

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1、（北京專用）2022年高考化學一輪復習 第19講 電解原理及應用作業(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,其作用是增強溶液導電性 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。實驗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: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,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.當電路中通過1 mol電子時,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,關閉K1。A為　　　　(填“正”或“負”)極,在該電極可觀察到的現(xiàn)象是　　　　　　　　　　;B極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　

4、。? (2)打開K1,關閉K2。A為　　　　(填“陰”或“陽”)極,在該電極可觀察到的現(xiàn)象是　　　　　　　　　　;B極的電極反應式為　　　　　　　　　　;當有0.2 mol電子轉(zhuǎn)移時,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)實驗室模擬工業(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:Fe2++2e- Fe B.向陽極附近滴加KSCN溶液,溶液變紅 C.電解一段時間后,陰極附近pH減小 D.電解法制備高純鐵總反應: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隨時間變化關系如下圖。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的氧化能力強于Cr ③常溫下,部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的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準。裝置如圖所示: (2)A極連接電源的　　　　極,A極上的電極反應式是　　　　　　　　　　　　　　　。? (3)電解開始時,B極上主要發(fā)生的電極反應為2H++2e-H2↑,此外還有少量Cr2在B極上直接放電,該反應的電極反應式為　 。? (4)電解過程中,溶液的pH不同時,通電時間(t)與溶液中Cr元素去除率的關系如下圖所示。 ①由圖知,電解還原法應采取的最佳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,總反應的離子方程式是CuFeS2+4Fe3+ Cu2++5Fe2++2S。 (1)該反應中,Fe3+體現(xiàn)　　　　　性。? (2)上述總反應的原理如下圖所示。負極的電極反應式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。? (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行如下實

9、驗: 實驗 操作 2小時后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對比實驗Ⅰ、Ⅱ,通入空氣,Cu2+浸出率提高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。? ②由實驗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,進行如下實驗: 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ⅱ。? (4)用實驗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　基礎題組 1.D　A項,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,Na+為陽離子,可以通過陽離子交換膜向陰極移動;C項,陽極室OH-放電生成O2,同時c(H+)增大,與C結合生成HC;D項,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應為NaOH,增強溶液的導電性。 2.D　A項,制備高鐵酸鈉需要鐵在陽極放電,發(fā)生氧

12、化反應,即a為鐵釘,b為石墨;B項,電解池的陰極為陽離子放電,水電離的H+放電能力強于Na+,故陰極的電極反應為2H2O+2e-H2↑+2OH-;C項,觀察實驗現(xiàn)象,堿性越強,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,若選用飽和NaCl溶液,在陽極Cl-放電能力強于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,即2H2O-4e- O2↑+4H+,H+結合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,得到1 mol LiOH。 4.答案　(1)負　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,關閉K1,形成原電池,A為負極,鋅不斷溶解,Zn-2e- Zn2+;B為正極,發(fā)生還原反應生成銅,電極反應式為Cu2++2e- Cu。 (2)打開K1,關閉K2,形成電解池,B為陽極,電極反應式為Cu-2e- Cu2+;A為陰極,電極反應式為Cu2++2e- Cu,該極上析出金屬銅,當有0.2 mol電子轉(zhuǎn)移時,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+,電解的總反應方程式是3Fe2+ Fe+2Fe3+;陰極的電極反應式是Fe2++2e- Fe,電解一段時間后,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,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,陽極上H2O失去電子發(fā)生氧化反應,電極反應為2H2O-4e- 4H++O2↑;C項,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,Cu2+的得電子能力強于H+,所以bc 段陰極主要發(fā)生反應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,導致去除率較低 解析　(1)鐵屑與焦炭形成原電池,鐵作負極,焦炭作正極,主要是Cr2在正極得到電子,因為溶液顯酸性,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

16、式為Fe-2e-Fe2+。 (3)B極是陰極,得到電子發(fā)生還原反應,因為是酸性環(huán)境,則電極反應式為Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O。 (4)①由圖知,pH=4和pH=6時去除率高,因此電解還原法應采取的最佳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4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,c(Fe2+)降低,c(Fe3+)升高,總反應的平衡正向移動 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入陽極室,Fe2(SO4)3溶液再生 解析　(1)在反應CuFeS2+4Fe3+ Cu2++5Fe2++2S中,Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,鐵元素化合價降低,Fe3+作氧化劑,表現(xiàn)氧化性; (2)觀察圖像知,CuFeS2在負極失去電子,被氧化,負極的電極反應式是CuFeS2-4e- Fe2++2S+Cu2+; (3)①對比實驗Ⅰ、Ⅱ,通入空氣后,發(fā)生反應4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,c(Fe2+)降低,c(Fe3+)升高,總反應的平衡正向移動,故Cu2+浸出率提高; ②a.若發(fā)生反應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ⅱ,則需加入Fe3+,根據(jù)實驗Ⅲ可知,應加入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ⅱ; (4)①由于Fe3+的得電子能力強于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入陽極室,Fe2(SO4)3溶液再生。