Question

9．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c；A、B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A、B都是惰性电极，c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U形管两边各滴入几滴酚酞试液，则：B 极（填“A”或“B”）附近先呈红色；电解饱和NaCl溶液的总反应方程式：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（2）若要进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，电解液c选用CuSO₄溶液，则：
①A电极反应式是Cu-2e^-=Cu²⁺．
②B电极反应式是Cu²⁺+2e^-=Cu．
（说明：杂质发生的电极反应不必写出）
③下列说法正确的是bd．
a．电能全部转化为化学能
b．在电解精炼过程中，电解液中伴随有Al³⁺、Zn²⁺产生
c．溶液中Cu²⁺向阳极移动
d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
（3）用惰性电极电解CuSO₄溶液．若阴极析出Cu的质量为12.8g，则阳极上产生的气体在标准状况下的体积为2.24L．
（4）利用反应2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制备CuSO₄，若将该反应设计为电解池．阴极电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据电流方向知，a是正极，b是负极，电解氯化钠溶液，在阳极上是氯离子失电子的氧化反应，在阴极上是氢离子得电子的还原反应，据此回答；
（2）①电解精炼中，粗铜作阳极，阳极上铜失电子发生氧化反应；
②电解精炼中，纯铜作阴极，阴极上铜离子得电子发生还原反应；
③电解精炼铜时，粗铜作阳极，该电极上Zn、Fe、Ni、Cu失电子，精铜作阴极，该极上是铜离子得电子，阳极上铜以及比铜活泼的金属会溶解，而没有铜活泼的金属会从阳极掉落下，形成阳极泥；
（3）根据转移电子相等进行计算；
（4）该反应不能自发进行，所以只能设计成电解池，失电子的金属作阳极，反应方程式中溶液为电解质溶液，阴极上得电子发生还原反应．

解答 解：（1）①根据电流方向知，a是正极，A是阳极，b是负极，B是阴极，电解氯化钠溶液，在阳极上是氯离子失电子的氧化反应，产生氯气，电极反应为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，在阴极上是氢离子得电子的还原反应，产生氢气，该电极附近产生高浓度的氢氧化钠，遇到酚酞显示红色，电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，总反应为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案为：B；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①电解精炼中，粗铜作阳极，纯铜作阴极，A是阳极，则A极材料是粗铜，阳极上铜失电子发生氧化反应，电极反应式为：Cu-2e^-=Cu²⁺，故答案为：Cu-2e^-=Cu²⁺；
②B是阴极，B材料是粗铜，该极上铜离子得电子生成金属铜，即电极反应式为：Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu；
③a、电解池中，电能不会全部转化为化学能，还会伴随热能等形式的能的产生，故错误；
b、电解精炼铜时，粗铜作阳极，接电源正极，发生氧化反应，金属锌、铝都先于金属铜失电子，所以电解液中伴随有Al³⁺、Zn²⁺产生，故正确；
c、溶液中Cu²⁺向阴极移动，在阴极上发生还原反应，故错误；
d、在阳极上，没有铜活泼的金属Ag、Pt、Au等金属会从阳极掉落下，形成阳极泥，利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属，故正确．
故选bd；
（3）电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电，生成1mol氧气需要4mol电子，根据转移电子相等得阳极上产生的气体在标准状况下的体积=$\frac{\frac{12.8g}{64g/mol}×2}{4}$×22.4L/mol=2.24L，
故答案为：2.24；
（4）该反应不能自发进行，所以只能设计成电解池，失电子的金属作阳极，反应方程式中溶液为电解质溶液，阴极上得电子发生还原反应，所以若将该反应设计为电解池，其电解质溶液需用稀硫酸，阳极材料是用铜，阴极电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

点评 本题考查了电解原理，正确判断阴阳极是解本题关键，注意根据转移电子守恒计算电极上生成气体的体积，难度不大．