电解原理及其应用综合能力测试题.docx
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电解原理及其应用综合能力测试题
电解原理及其应用综合能力测试题
第 I 卷
(选择题,共60分)
一、选择题(本题包括5小题,每小题只有一个正确答案,5×4=20分)
1.某氯碱厂不慎有大量氯气逸出周围空间,此时,可以用浸有某种物质的一定浓度的水溶液的毛巾捂住鼻子。
最适宜采用的物质是( )
A.NaOH
B.NaCl
C.KBr
D.Na2CO3
2.1L0.1mol/LAgNO3溶液在以Ag作阳极,Fe作阴极的电解槽中电解,当阴极增重2.16g时,下列判断(设电解按理论进行,溶液不蒸发)正确的是( )
A.溶液的浓度变为0.08mol/L
B.阳极上产生112mLO2(标准状况)
C.转移的电子数是1.204×1022个
D.反应中有0.01mol的Ag被氧化
3.用质量均为100g的铜做电极,电解AgNO3溶液。
电解一段时间后,两电极上的质量差为28g。
则两极的质量分别为( )
A.阳极100g,阴极128g
B.阳极93.6g,阴极121.6g
C.阳极91.0g,阴极119.0g
D.阳极86.0g,阴极114.0g
4.四个电解装置都以Pt做电极,它们分别装着如下电解质溶液进行电解,电解一段时间后,测定其pH变化,所记录的结果正确的是( )
A
B
C
D
电解质溶液
HCl
AgNO3
BaCl2
KOH
PH值变化
减 小
增 大
不 变
增 大
二、选择题(本题包括10小题,有1-2个正确答案,10×4=40分)
5.电解硫酸溶液时,放出25mL(标况)O2,若以等量的电量在同样条件下电解盐酸溶液,所放出的气体的体积最接近下列数据中的( )
A.45mL B.50mL C.75mL D.100mL
6.用惰性电极电解pH=6的CuSO4溶液500mL,当电极上有16mg铜析出时,溶液(设电解前后溶液体积变化可忽略,阴极上无H2析出)的pH约为( )
A.1 B.3 C.6 D.9
7.用指定材料做阳极和阴极来电解一定浓度的溶液甲,然后加入物质乙能使溶液恢复为甲溶液原来的浓度,则合适的组合是( )
阳 极
阴 极
溶液甲
物质乙
A
Pt
Pt
NaOH
NaOH固体
B
Pt
Pt
H2SO4
H2O
C
Pt
Pt
NaCl
NaOH
D
粗 铜
精 铜
CuSO4
Cu(OH)2
8.如图所示,四种装置工作一段时间后,测得导线上均通过了0.002mol电子,此时溶液的pH由小到大的排列顺序为(不考虑水解和溶液的体积变化)( )
A.①<③<②<④ B.②<①<③<④
C.②<①<④<③ D.①<②<④<③
9.用惰性电极分别电解下列各物质水溶液一段时间后,向剩余电解质溶液中加入适量水能使溶液恢复到电解前浓度的是( )
A.AgNO3 B.Na2SO4 C.CuCl2 D.KCl
10.将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积的变化)。
此时溶液中氢离子浓度约为( )
A.4×10-3mol/L B.2×10-3mol/L C.1×10-3mol/L D.1×10-7mol/L
11.在25℃时,将两个铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解,通电一段时间后,在阳极逸出amol气体,同时有WgNa2SO4·10H2O晶体析出,若温度不变,此时剩余溶液中溶质的质量分数是( )
A.
B.
C.
D.
12.X、Y、Z、M代表四种金属,金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,X溶解,Z极上有氢气析出;若电解含Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时,Y先析出;又知M2+离子的氧化性强于Y2+离子。
则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )
A.X>Z>Y>M B.X>Y>Z>M
C.M>Z>X>Y D.X>Z>M>Y
13.目前,人们正在研究开发一种高能电池--钠硫电池,它是以熔融的钠、硫为两极,以Na+导电的β-Al2O3陶瓷作固体电解质,反应式如下
,以下说法正确的是( )
A.放电时,Na作正极,S作负极
B.充电时钠极与外电源的正极相连
C.若用此电池电解硝酸银溶液时,当阳极上产生标准状况下气体1.12L时,消耗金属钠4.6g
D.充电时,阴极发生的反应为:
Sx2--2e-=xS
14.用惰性电极电解VL某二价金属的硫酸盐溶液一段时间后,阴极有Wg金属析出,溶液的pH从6.5变为2.0(体积变化可以忽略不计)。
析出金属的相对原子质量为( )
A.
B.
C.
D.
15.以铁为阳极、铜为阴极,对足量的NaOH溶液进行电解,一段时间后得到2molFe(OH)3沉淀,此时消耗水的物质的量共为( )
A.2mol B.3mol C.4mol D.5mol
第 Ⅱ 卷
(非选择题,共90分)
三、(本题包括2小题,共28分)
16.熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混和气为阴极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:
负极反应式:
2CO+2CO32-→4CO2+4e-
正极反应式:
_____________;
总电他反应式:
________________。
17.工业上通过电解饱和氯化钠溶液的方法获得氢氧化钠,我国的氯碱工业大多采用离子交换膜电解槽。
(1)写出电解饱和氯化钠溶液时的电极反应和总的离子反应方程式:
阳极:
______________;阴极:
______________;电解反应方程式:
______________。
(2)离子交换膜电解槽一般采用金属钛做阳极,其原因是______________。
阴极一般用碳钢网制成。
阳离子交换膜把电解槽隔成阳极室和阴极室,其作用是______________。
(3)为了使电解氯化钠的速度加快,下列措施可行的是( )
a.增加阴极碳钢网面积 b.提高饱和氯化钠溶液的温度
c.加大阴极与阳极间的距离 d.提高电解时的电源电压
(4)如果将某离子交换膜电解槽的①电解时的电压增大到原来的2倍,②电解时电流强度增大到原来的2倍,③电解时的温度从30℃提高到60℃,则电解速率一定会达到原来的2倍的是__________,解释其原因:
____________。
四、(本题包括3小题,共27分)
18.工业上处理含Cr2O72-的酸性工业废水用以下方法:
①往工业废水中加入适量的NaCl,搅拌均匀;②用Fe为电极进行电解,经过一段时间有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀产生;③过滤回收沉淀,废水达到排放标准。
试回答:
(1)电解时的电极反应:
阳极______________,阴极______________。
(2)Cr2O72-转变成Cr3+的离子反应方程式:
______________。
(3)电解过程Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀是怎样产生的?
(4)能否用Cu电极来代替Fe电极?
______________(填“能”或“不能”),简述理由。
19.下图为持续电解饱和CaCl2水溶液(含酚酞)的装置(以铂为电极,A为电流表),电解一段时间后,在左图中从1小时起将CO2连续通入电解液中,请在右图中完成实验中电流对时间的变化关系图,并回答有关问题。
(1)电解时F极发生______反应,电极反应式为______;E极发生______反应,电极反应式为______;电解方程式为______。
(2)电解池中产生的现象:
①______,②______,③______。
20.工业上用MnO2和KOH为原料制取KMnO4,主要生产过程分为两步进行:
第一步将MnO2和KOH粉碎,混匀,在空气中加热至熔化,并连续搅拌,制取K2MnO4;第二步将K2MnO4的浓溶液用惰性电极进行电解,在阳极上得到KMnO4,在阴极上得到KOH。
(1)制取K2MnO4的反应方程式是__________,连续搅拌的目的是__________。
(2)电解K2MnO4的浓溶液时,两极发生的电极反应式,阴极是__________,阳极是__________;电解方程式是__________。
五、(本题包括2小题,共16分)
21.某硝酸盐晶体的化学式为M(NO3)x·nH2O,其式量为242。
将1.21g该晶体溶于水制成100mL溶液,用惰性电极进行电解,当有0.01mol电子转移后,可使金属离子还原,析出0.32g金属。
求:
(1)金属的相对原子质量及x、n的值。
(2)电解后溶液的pH。
22.由于Fe(OH)2极易被氧化.所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。
应用如图4-18所示电解实验可制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。
两电极的材料分别为石墨和铁。
(1)a电极材料应为______,电极反应式为______。
(2)电解液C可以是______(填编号)。
A.纯水 B.NaCl溶液
C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液
(3)d为苯,其作用为__________,在加入苯之前对C应做何简单处理?
__________。
(4)为了在较短时间内看到白色沉淀,可采取的措施是(填编号)______。
A.改用稀硫酸作电解液 B.适当增大电源的电压
C.适当减小两电极间距离 D.适当降低电解液的温度
(5)若C为Na2SO4溶液,当电解一段时间看到白色Fe(OH)2沉淀后,再反接电源来电解,除了电极上看到气泡外,混合物中另一明显现象为__________。
六、(本题包括2小题,共19分)
23.对于柯尔贝反应:
(R代表烃基;未配平)。
在电解过程中生成的H2和CO2的体积之比是(在相同条件下):
_______。
24.
(1)当电源通过2L6%的KOH溶液(密度为:
1.05g/mL)时,溶液的浓度改变了2%,此时阳极析出的物质是什么?
质量为多少克?
(2)若电解后溶液不小心混入KCl杂质,为了除去杂质又进行电解,当有5.6L(标况)Cl2析出,可认为电解作用是完全的,求最后所得溶液中KOH的质量分数为多少?
电解原理及其应用综合能力测试参考答案
一、选择题
1.D分析:
所给4个选项中能较好吸收Cl2有A:
NaOH,C:
KBr,D:
Na2CO3;其中A的NaOH有强烈腐蚀性,且吸收氯气后生成强氧化性的NaClO不宜直接与人口鼻接触;C中KBr吸收氯气后生成刺激性、腐蚀性的Br2;而D中Na2CO3吸收氯气后生成CO2对人体无害。
2.C
分析:
由上图知,电极反应式为:
阳极:
Ag-e-=Ag+
阴极:
Ag++e-=Ag
有如下对应关系:
Ag ~ e- ~ 阴极增重
1mol 6.02×1023个 108g
n(Ag) N 2.16g
解得:
n(Ag)=0.02mol N=1.204×1023
所以选项C正确;D错误。
由上图知:
这是一个电渡银装置,阳极银溶解,阴极析出银,溶液中硝酸银浓度不变。
所以A、B错误。
3.B分析:
阳极:
Cu-2e-=Cu2+阴极:
2Ag++2e-=2Ag
即:
阳极每溶解64g铜,对应阴极增加216g银,两电极质量相关为280g
所以 Cu ~ 2Ag △m
64g 216g 280g
m(Cu) m(Ag) 28g
解得:
m(Cu)=6.4g m(Ag)=21.6g
所以阳极的质量为100g-6.4g=93.6g
阴极的质量为100g+21.6g=121.6g
4.D分析:
从各选项的电解方程式可得到结论:
A.2HCl
H2↑+Cl2↑ HCl浓度减小,pH升高。
B.4AgNO3+2H2O
4Ag+4HNO3+O2↑ 生成硝酸,所以溶液的pH下降。
C.BaCl2+2H2O
Ba(OH)2+H2↑+Cl2↑ 生成强碱Ba(OH)2所以溶液pH升高。
D.2H2O
H2↑+O2↑ 由于水减小,KOH溶液浓度增大,所以pH升高。
5.D分析:
电解H2SO4时:
阳极 4OH――4e-=2H2O+O2↑
电解HCl时:
阴极 2H++2e-=H2↑ 阳极 2Cl――2e-=Cl2↑
所以 O2 ~ (2H2+2Cl2)
25mL 100mL
6.B分析:
由电解方程式 2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑
128g 2mol
0.016g n(H2SO4)
n(H2SO4)=2.5×10-4mol
所以n(H+)=5×10-4mol c(H+)=1×10-3mol/L
由硫酸形成的pH=-lg(1×10-3)=3由于是硫酸的酸性环境,所以Cu2+的水解产生H+可忽略,所以选B。
7.B分析:
A相当电解水,会使NaOH溶液浓度增大,再加入固体NaOH溶液浓度会更大,不能恢复原甲溶液。
B相当于电解水,可再加入水恢复原溶液。
C电解的是水和NaCl,不能靠加入NaOH恢复原溶液。
D是粗铜的精炼,溶液中硫酸铜的溶液不变,不用加入Cu(OH)2恢复。
8.A分析:
①2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+ 转移电子
4mol 4mol
n(H+) 0.002mol
n(H+)=0.002mol c(H+)=0.01mol/L
②Zn+2H+
Zn2++H2↑ 转移电子
2mol 2mol
n(H+) 0.002mol
n(H+)=0.002mol 余H+物质的量为:
0.2L×0.005mol/L×2-0.002=0 表明溶液变为了硫酸锌溶液
③CuCl2
Cu+Cl2↑ 转移电子
1mol 2mol
n(Cl2) 0.002mol
n(Cl2)=0.002mol生成的Cl2有少量与水反应生成少量HCl和HClO。
④Fe+2H2O
Fe(OH)2+H2↑ 转移电子
2mol 2mol
n[Fe(OH)2] 0.002mol
n[Fe(OH)2]=0.001mol
由上面的分析可知,溶液中H+浓度由大到小的顺序为①③②④,pH的顺序与之相反。
9.B分析:
此题要求电解的物质是水才行,要求电解为含氧酸、强碱、强碱的含氧酸盐等。
只有B符合。
10.A分析:
根据电解方程式分析 2Cu2++2H2O
4H++2Cu+O2↑
4mol 128g
n(H+) 0.064g
n(H+)=0.002mol
c(H+)=0.002mol÷0.5L=0.004mol/L
11.C解析:
用惰性电极电解饱和硫酸钠溶液相当于电解水,阳极产生氧气。
2H2O
2H2↑+O2↑
2 1
2amol amol
当饱和溶液减少2amol水即36ag水时,有晶体析出。
溶液仍为饱和溶液。
用换位思考:
若将Wg Na2SO4·10H2O晶体加入到36ag水中所得溶液仍为饱和
溶液。
该溶液中溶质的质量分数为
12.A分析:
根据原电池原理,由“金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,X溶解,Z极上有氢气析出;”可知活泼性X>Z;由电解时电极放电顺序及“电解了Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时,Y先析出;”知活泼性Z>Y;根据金属单质的还原性与对应离子氧化性的关系及“M2+离子的氧化性强于Y2+离子”可知活泼性Y>M。
综合有A成立。
13.C分析:
放电时负极失电子被氧化。
所以A错误。
充电时阴极与电源的负极相连、被还原。
由于充电时钠被还原,所以B错。
对于C,电解AgNO3时,阳极析出O2,电子由电池的钠提供。
由
O2 ~ 4Na
22.4L 92g
1.12L m(Na)
m(Na)=4.6gC正确
充电时,阴极得电子被还原。
所以D错误。
注意放电、充电时的反应方向;Na2Sx中S的化合价。
14.B分析:
此题可参照电解CuSO4进行分析。
电解时产生H+物质的量为0.01Vmol
设金属用M表示,则电解方程式为:
2M2+ + 2H2O
M + 4H+ + O2↑
2Ar(M)g 4mol
Wg 0.01Vmol
解得Ar(M)=
15.D分析:
电解方程式为 Fe+2H2O
Fe(OH)2+H2↑
生成的Fe(OH)2又进一步被氧化 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
所以 2Fe(OH)3 ~ 5H2O
2mol 5mol
16.O2+2CO2+4e-=2CO32-。
2CO+O2=2CO2。
解析:
熔融盐燃料电池工作原理跟其它电池相同,在电源的负极,还原剂失去电子,2CO+2CO32--4e-=4CO2,正极上氧化剂得到电子,根据题意,氧化剂是O2,CO2也参加反应(但不可能是作为氧化剂),由于负极上消耗CO32-,所以在正极上有CO32-生成,维持CO32-的浓度(如果正极上不生成CO32-,则需要补充大量的CO32-),所以正极上的反应O2+4e-+2CO2=2CO32-,把正极或负极上发生的反应方程式相加(在得失电子数相等时才能相加)得2CO+O2=2CO2。
17.
(1)2Cl--2e-
Cl2↑;
;
。
(2)阳极产生的Cl2不易腐蚀金属钛;既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaCl而影响烧碱的质量。
(3)a、b、d;
(4)②;当电解时的电压增大到原来的2倍时,电解池的电阻可能会发生变化,电流强度不一定为原来的2倍;当电解时的温度从30℃提高到60℃时,电解池的内阻会有所降低,但并不一定恰好降低为原来的一半;当电解时的电流强度增大到原来的2倍时,单位时间内流过电路的电量恰好为原来的2倍,发生反应的物质的物质的量也恰好为原来的2倍,即反应速率为原来的2倍。
解析:
电解氯化钠的速率与单位时间通过的电量、离子迁移的速率有关。
在解答(3)、(4)两问时,要结合物理电学知识来分析。
18.
(1)Fe-2e-=Fe2+;2H++2e-=H2↑;
(2)6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++H2O;
(3)在阴极反应及Cr2O72-与Fe2+反应过程中,将大量的消耗H+使溶液pH升高,促使Fe3+、Cr3+水解并最终转化为Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀;
(4)不能;因阳极产生的Cu2+不能使Cr2O72-还原到低价态。
解析:
Cr(Ⅵ)的化合物的毒性远远高于Cr(Ⅲ)化合物,将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ),对废水进行处理是电化学知识在实际生活中的具体运用。
首先应考虑溶液中,阴、阳离子在外电场作用下的定向迁移;然后再考虑阴、阳两极按放电顺序可能发生的电极反应。
阴极:
2H++2e-=H2↑,阳极:
Fe-2e-=Fe2+,产生的Fe2+在向阴极迁移的过程中与向阳极迁移的Cr2O72-相遇,发生氧化还原反应:
6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O,使Cr2O72-转化为Cr3+,同时Fe2+也转化为Fe3+,在以上电解的阴极反应及Cr2O72-与Fe2+的氧化还原反应过程中都消耗了大量的H+,溶液的pH不断变大,有利于Cr3+、Fe3+水解生成相应的Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀。
若将Fe电极改换成Cu电极,由于产生的Cu2+不具有还原性,不能将Cr2O72-转化为毒性较低的Cr3+。
19.
(1)电流对时间的变化关系图如图4-19:
氧化;电极反应为:
2Cl-+2e-=Cl2↑;还原;2H++2e-=H2↑,
电解总方程式为:
2H2O+CaCl2
Ca(OH)2+Cl2↑+H2↑
(2)电解池中产生的现象:
①有白色沉淀生成;②白色沉淀又溶解,③两极有气体放出:
F极附近得黄绿色气体,E极产生无色气体,在E极附近溶液变为红色。
解析:
(1)根据电源的正负极可知,F为阳极,发生氧化反应:
电极反应为:
2Cl-+2e-=Cl2↑;E为阴极,发生还原反应:
电极反应为:
2H++2e-=H2↑(Ca2+氧化性较H+弱);总的电解反应方程式为:
2H2O+CaCl2
Ca(OH)2+Cl2↑+H2↑(类似于电解NaCl溶液)。
(2)当连续将CO2通入电解液时,CO2与Ca(OH)2反应先生成CaCO3,然而由于CO2过量,CaCO3进一步转变成可溶的Ca(HCO3)2。
反应为CO2+2OH-+Ca2+=CaCO3↓+H2O,此时消耗Ca2+离子,Ca2+离子浓度下降,溶液导电性减弱,即电流减小。
但电流不会减小到0,因CaCO3溶于水的部分能电离:
CaCO3(s)=Ca2+(aq)+CO32-(aq)。
然后发生反应:
CaCO3(s)+CO2+H2O=Ca2+(aq)+2HCO3-(aq),此时离子数增加,导电性增强。
注意第1个反应消耗的离子数量等于第2个反应增加的离子数量,总体积又不变,所以开始与后来溶液的导电能力相同,即电流相等。
由于CaCl2溶液中加入酚酞,电解过程中阴极附近c(OH-)增大,阴极附近(E处)溶液变成红色。
20.
(1)
,使氧气与二氧
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- 电解 原理 及其 应用 综合 能力 测试