2019-2020年蘇教版高中化學選修4《電解池的工作原理及應用》教案.doc

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2019-2020年蘇教版高中化學選修4《電解池的工作原理及應用》教案 一、選擇題 1．電解某鹽溶液時在陰陽兩極上一定相等的是(　　) A．析出金屬的物質(zhì)的量 B．析出金屬的質(zhì)量 C．通過的電子數(shù)目 D．放出氣體的體積 【解析】　電解池的陽極上一定不會析出金屬，A、B項不成立；陰、陽兩極若同時放出氣體，放出氣體的體積不一定相等，如用石墨電極電解食鹽水時兩極放出氣體的體積相等，若用石墨電極電解Na2SO4溶液時，陰、陽兩極放出H2、O2的體積比為2∶1，D項不符合題意。 【答案】　C 2．用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是(　　) A．電解稀硫酸溶液，實質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變 B．電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH－，故溶液pH減小 C．電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2 D．電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1 【解析】　電解稀H2SO4，實質(zhì)是電解水，因溶劑減少，H2SO4濃度將增大，故溶液的pH變??；電解稀NaOH溶液，雖然OH－在陽極放電，但H＋同時也在陰極放電，其實質(zhì)同樣是電解水，溶液的濃度也將變大，故溶液的pH變大；電解Na2SO4溶液，其實質(zhì)也是電解水，在陰極和陽極分別析出H2和O2，二者的物質(zhì)的量之比為2∶1而非1∶2；電解CuCl2溶液，在陰、陽兩極上分別析出Cu和Cl2，二者的物質(zhì)的量之比為1∶1。 【答案】　D 3．用惰性電極電解下列溶液一段時間后，再加入一定量的某種純凈物(方括號內(nèi)物質(zhì))，能使溶液恢復到原來的成分和濃度的是(多選)(　　) A．AgNO3[AgNO3]　　　　　　 B．NaOH[H2O] C．KCl[KCl] D．CuSO4[CuO] 【解析】　分析電解反應的原理，在兩極析出什么物質(zhì)(固體或氣體)。相當于什么物質(zhì)脫離反應體系就加入什么物質(zhì)，即可使溶液完全復原。A選項，4AgNO3＋2H2O 4Ag＋O2↑＋4HNO3，脫離反應體系的物質(zhì)是4Ag＋O2，相當于2Ag2O，所以應當加入適量Ag2O才能復原(加入AgNO3，會使NO3－的量增加)。B選項，2H2O2H2↑＋O2↑，脫離反應體系的是2H2＋O2，相當于2H2O，加入適量水可以復原。C選項，2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑，脫離反應體系的是H2＋Cl2，相當于2HCl，應通入適量HCl氣體才能復原(加鹽酸時，同時也增加了水)。D選項，2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，脫離反應體系的是2Cu＋O2，相當于2CuO，加入適量CuO可以復原。 【答案】　BD 4．某同學按圖所示的裝置進行電解實驗。下列說法中不正確的是(多選)(　　) A．電解過程中，銅電極上有H2產(chǎn)生 B．電解初期，主反應方程式為：Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑ C．電解一定時間后，石墨電極上有銅析出 D．整個電解過程中，H＋的濃度不斷增大 【解析】　陽極為非惰性電極，則電極參與反應，Cu－2e－===Cu2＋，陰極首先生成H2；隨時間推移，Cu2＋濃度逐漸增大，H＋濃度降低，故一段時間后，會析出Cu。 【答案】　BC 5．某同學想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時，為使Cl2被完全吸收制得有較強殺菌能力的消毒液，設(shè)計了如圖所示的裝置。以下對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是(　　) A．a(chǎn)為正極，b為負極；NaClO和NaCl B．a(chǎn)為負極，b為正極；NaClO和NaCl C．a(chǎn)為陽極，b為陰極；HClO和NaCl D．a(chǎn)為陰極，b為陽極；HClO和NaCl 【解析】　電解飽和食鹽水的方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，NaOH在陰極區(qū)生成，Cl2在陽極區(qū)生成。按照該學生制作的豎直的家用環(huán)保型消毒裝置，若將陽極置于上方，則氯氣一生成即逸出，不能完全與NaOH作用。顯然，應將陽極置于下方，陰極置于上方，下方陽極生成的氯氣通過溶液時即可很好地被陰極生成的NaOH吸收。反應為Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。還應注意的是圖中電極a、b是電源的電極而非電解池的電極。與電解裝置上方陰極相連的a為電源的負極，則b為正極。 【答案】　B 6．已知金屬M中混有金屬P，電解精煉M，P以單質(zhì)形式沉積于陽極下面的泥中，M、N組成原電池，M為正極，則M、N、P三種金屬活動性順序為(　　) A．P>M>N B．N>P>M C．P>N>M D．N>M>P 【解析】　根據(jù)電解精煉銅的原理即可進行類比分析。電解精煉M，P以單質(zhì)形式沉積于陽極下面的泥中，則M比P活潑；M、N組成原電池，M為正極，則N比M活潑。總之，三種金屬活動性順序為：N>M>P。 【答案】　D 7．(xx年江蘇單科)鎳鎘(Ni—Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行： Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 有關(guān)該電池的說法正確的是(　　) A．充電時陽極反應： Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O B．充電過程是化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程 C．放電時負極附近溶液的堿性不變 D．放電時電解質(zhì)溶液中的OH－向正極移動 【解析】　因為陽極發(fā)生氧化反應，即化合價由低價態(tài)轉(zhuǎn)化為高價態(tài)，所以A正確；充電過程是由電能轉(zhuǎn)化為化學能的過程，所以B不正確；因放電時的原電池負極Cd失去電子后，又與附近的OH－結(jié)合成Cd(OH)2，導致OH－濃度降低，故C不正確；因原電池的電解質(zhì)溶液的陰離子移向負極，故D不正確。 【答案】　A 8．如圖兩個電解槽中，，A、B、C、D均為石墨電極。如果電解過程中共有0.02 mol電子通過，下列敘述中正確的是(　　)\ A．甲燒杯中A極上最多可析出銅0.64 g B．甲燒杯中B極上電極反應式4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．乙燒杯中滴入酚酞試液，D極附近變紅 D．乙燒杯中C極上電極反應式為4H＋＋4e－===2H2↑ 【解析】　首先根據(jù)與電源正負極的連接判斷出A、C為陽極，而B、D為陰極，甲電解池中，A極發(fā)生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B極發(fā)生Cu2＋＋2e－===Cu，而乙電解池中C極發(fā)生2Cl－－2e－===Cl2↑，而D極發(fā)生2H＋＋2e－===H2↑，從而破壞水的電離平衡產(chǎn)生大量OH－，使酚酞變紅色。 【答案】　C 9．用惰性電極電解飽和食鹽水，當電源供給0.2 mol電子時停止通電，若此溶液體積為2 L，則所得電解液中氫氧根離子濃度為(　　) A．1 molL－1 B．0.2 molL－1 C．0.1 molL－1 D．0.01 molL－1 【解析】　由2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑知，當電路中轉(zhuǎn)移2 mol e－時生成2 mol NaOH，所以有n(NaOH)＝0.2 mol，即c(OH－)＝＝0.1 molL－1。 【答案】　C 10．以鐵為陽極、銅為陰極，對足量的NaOH溶液進行電解。一段時間后得到2 mol Fe(OH)3沉淀，此時共消耗的水的物質(zhì)的量為(　　) A．2 mol B．3 mol C．4 mol D．5 mol 【解析】　電極反應式為： 陽極：Fe－2e－===Fe2＋ 陰極：2H＋＋2e－===H2↑ 沉淀反應為Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 整個過程的總反應方程式可寫為： 4Fe＋10H2O＋O24Fe(OH)3＋4H2↑ 故得到2 mol Fe(OH)3沉淀，共消耗水5 mol。 【答案】　D 二、非選擇題 11．如圖為電解水的實驗裝置示意圖，用兩個碳棒電解水(滴入少量石蕊試液)時，閉合開關(guān)S后： (1)此時A管內(nèi)生成________氣，B管內(nèi)生成________氣。 (2)試寫出電解水的化學方程式：______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)一段時間后，兩極周圍顏色變化是__________________________________。通電過程中，A極、B極各發(fā)生何種化學反應？________________、________________。 【解析】　根據(jù)圖示，A連接到原電池的負極上，是陰極，B是陽極；根據(jù)電解原理，電解水時，陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應，因此陽極產(chǎn)生氧氣，陰極產(chǎn)生氫氣；即A極產(chǎn)生氫氣后，剩下OH－，A極周圍溶液顯堿性，石蕊試液變藍，同理，B極周圍顯酸性，石蕊試液顯紅色。 【答案】　(1)氫　氧　(2)2H2O2H2↑＋O2↑　(3)A附近變藍，B附近變紅　A發(fā)生還原反應　B發(fā)生氧化反應 12．按下圖所示的裝置進行電解，在通電一段時間后，鐵電極的質(zhì)量增加。 (1)寫出甲杯中兩極發(fā)生的電極反應式。 陰極：______________________。 陽極：______________________。 (2)寫出甲杯中發(fā)生反應的化學方程式____________________________________。 (3)C—C—Fe—Ag 4個電極上析出或溶解物質(zhì)的物質(zhì)的量之比是______________。 【解析】　鐵電極的質(zhì)量增加，說明鐵電極是陰極。則銀電極是陽極，左碳電極是陰極，右碳電極是陽極。裝置甲是硫酸銅溶液的電解池，裝置乙是鐵上鍍銀的電鍍池。有關(guān)電極反應式為： 甲　陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu 陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 乙　陽極：Ag－e－===Ag＋ 陰極：Ag＋＋e－===Ag 若將電子轉(zhuǎn)移數(shù)定為“4e－”，4個電極上析出或溶解物質(zhì)的物質(zhì)的量之比顯而易見。 【答案】　(1)2Cu2＋＋4e－===2Cu　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (2)2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑ (3)2∶1∶4∶4 13．(xx年珠海高二質(zhì)檢)電解原理在化學工業(yè)中有廣泛應用。如右圖所示表示一個電解池，裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過導線與直流電源相連。請回答下列問題： (1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則： ①電解池中X極上的電極反應式為__________________________________________ ______________________________。 在X極附近觀察到的現(xiàn)象是________________________。 ②Y電極上的電極反應式是__________________，檢驗該電極反應產(chǎn)物的方法是________________________________________________________________________。 (2)如果用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則： ①X電極的材料是________，電極反應式是______________________________________ __________________________________。 ②Y電極的材料是________，電極反應式是______________________________________ _________________________________。 (說明：雜質(zhì)發(fā)生的電解反應不必寫出) 【解析】　(1)用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極反應：2Cl－－2e－===Cl2↑；陰極反應：2H＋＋2e－===H2↑。與電源正極相連的為陽極，反之為陰極。所以X為陰極，Y為陽極。X極在反應過程中消耗了H2O電離出的H＋，溶液呈堿性，加入酚酞試液變成紅色；Y極產(chǎn)生Cl2，能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變?yōu)樗{色。 (2)電解精煉Cu時，用含雜質(zhì)的Cu為陽極，純Cu為陰極。反應過程中陽極上的Cu以及比Cu活潑的金屬失去電子，成為離子，進入溶液，活潑性比Cu差的金屬形成陽極泥；在陰極只有Cu2＋能得電子成為單質(zhì)，其他較活潑的金屬對應的離子不能得電子。根據(jù)裝置圖，X為陰極，Y為陽極。所以，X電極的材料是純銅，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu；Y電極的材料是粗銅，電極反應式為Cu－2e－===Cu2＋。 【答案】　(1)①2H＋＋2e－===H2↑　放出氣體，溶液變紅?、?Cl－－2e－===Cl2↑　把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極附近，試紙變藍色 (2)①純銅　Cu2＋＋2e－===Cu　②粗銅　Cu－2e－===Cu2＋ 14．2008年9月25日“神舟七號”載人航天飛船發(fā)射升空，9月27日我國航天員首次出艙進行太空行走，9月28日飛船安全返回，“神舟七號”載人航天飛行取得圓滿成功。鋁合金以質(zhì)輕、穩(wěn)定性好等優(yōu)點廣泛應用于航空航天事業(yè)。在鋁合金表面形成一層較厚的氧化膜，是其在空氣中穩(wěn)定存在的關(guān)鍵。其形成原理是以鋁件與另一種材料為電極，以某種溶液作電解質(zhì)溶液進行電解，通電后在鋁件與電解質(zhì)溶液的接觸面上逐漸形成一層氫氧化鋁薄膜，薄膜的某些部位存在著小孔，電流從小孔中通過并產(chǎn)生熱量使氫氧化鋁分解，從而使鋁件表面形成一層較厚的氧化膜。 某校課外興趣小組的同學根據(jù)上述原理，以鋁件和鐵棒為電極，以一定濃度的碳酸氫鈉溶液為電解質(zhì)溶液進行實驗，如右圖所示。 (1)鋁件放在________(填“X”或“Y”)極。 (2)鋁件表面形成氫氧化鋁的電極反應式是__________________________。 (3)電解過程中，必須使電解質(zhì)溶液的pH保持相對穩(wěn)定(不能太大，也不能太小)的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)用碳酸氫鈉溶液作電解質(zhì)溶液，而不用碳酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液，其理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【解析】　(1)要生成氫氧化鋁，必須先生成鋁離子，所以鋁件應放在陽極，發(fā)生氧化反應，失電子變成陽離子。鐵棒放在陰極。電子總是從電源的負極流出，所以裝置中Y極為陰極(鐵)，X極為陽極。(2)碳酸氫鈉溶液呈堿性，陽極發(fā)生反應：Al－3e－===Al3＋，Al3＋＋3HCO3－===Al(OH)3↓＋3CO2↑；陰極發(fā)生反應：2H＋＋2e－===H2↑。(3)要使鋁件表面生成一層較厚的氧化膜，則不能使溶液溶解氧化鋁和氫氧化鋁，從氧化鋁和氫氧化鋁的兩性角度考慮，須使電解質(zhì)溶液的pH保持相對穩(wěn)定。 【答案】　(1)X　(2)Al＋3HCO3－－3e－===Al(OH)3＋3CO2↑[或Al－3e－===Al3＋，Al3＋＋3HCO3－===Al(OH)3↓＋3CO2↑] (3)氧化鋁和氫氧化鋁都是兩性化合物，如果溶液的酸性或堿性過強，都會使所形成的氧化鋁薄膜溶解　(4)碳酸氫鈉的作用之一是中和陰極區(qū)溶液中過量的OH－：HCO3－＋OH－===CO32－＋H2O，有利于控制酸堿性，另外，碳酸氫鈉的水解程度小于碳酸鈉的水解程度，堿性也比碳酸鈉溶液的弱