Question

9．電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用．右圖表示一個(gè)電解池，裝有電解液c；A、B是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連．請(qǐng)回答以下問題：
（1）若A、B都是惰性電極，c是飽和NaCl溶液，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，同時(shí)在U形管兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：B 極（填“A”或“B”）附近先呈紅色；電解飽和NaCl溶液的總反應(yīng)方程式：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（2）若要進(jìn)行粗銅（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質(zhì)）的電解精煉，電解液c選用CuSO₄溶液，則：
①A電極反應(yīng)式是Cu-2e^-=Cu²⁺．
②B電極反應(yīng)式是Cu²⁺+2e^-=Cu．
（說明：雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出）
③下列說法正確的是bd．
a．電能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
b．在電解精煉過程中，電解液中伴隨有Al³⁺、Zn²⁺產(chǎn)生
c．溶液中Cu²⁺向陽(yáng)極移動(dòng)
d．利用陽(yáng)極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬
（3）用惰性電極電解CuSO₄溶液．若陰極析出Cu的質(zhì)量為12.8g，則陽(yáng)極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L．
（4）利用反應(yīng)2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制備CuSO₄，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為電解池．陰極電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電流方向知，a是正極，b是負(fù)極，電解氯化鈉溶液，在陽(yáng)極上是氯離子失電子的氧化反應(yīng)，在陰極上是氫離子得電子的還原反應(yīng)，據(jù)此回答；
（2）①電解精煉中，粗銅作陽(yáng)極，陽(yáng)極上銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②電解精煉中，純銅作陰極，陰極上銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
③電解精煉銅時(shí)，粗銅作陽(yáng)極，該電極上Zn、Fe、Ni、Cu失電子，精銅作陰極，該極上是銅離子得電子，陽(yáng)極上銅以及比銅活潑的金屬會(huì)溶解，而沒有銅活潑的金屬會(huì)從陽(yáng)極掉落下，形成陽(yáng)極泥；
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等進(jìn)行計(jì)算；
（4）該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，所以只能設(shè)計(jì)成電解池，失電子的金屬作陽(yáng)極，反應(yīng)方程式中溶液為電解質(zhì)溶液，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）①根據(jù)電流方向知，a是正極，A是陽(yáng)極，b是負(fù)極，B是陰極，電解氯化鈉溶液，在陽(yáng)極上是氯離子失電子的氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氯氣，電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，在陰極上是氫離子得電子的還原反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，該電極附近產(chǎn)生高濃度的氫氧化鈉，遇到酚酞顯示紅色，電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，總反應(yīng)為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：B；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①電解精煉中，粗銅作陽(yáng)極，純銅作陰極，A是陽(yáng)極，則A極材料是粗銅，陽(yáng)極上銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Cu-2e^-=Cu²⁺，故答案為：Cu-2e^-=Cu²⁺；
②B是陰極，B材料是粗銅，該極上銅離子得電子生成金屬銅，即電極反應(yīng)式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；
③a、電解池中，電能不會(huì)全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，還會(huì)伴隨熱能等形式的能的產(chǎn)生，故錯(cuò)誤；
b、電解精煉銅時(shí)，粗銅作陽(yáng)極，接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng)，金屬鋅、鋁都先于金屬銅失電子，所以電解液中伴隨有Al³⁺、Zn²⁺產(chǎn)生，故正確；
c、溶液中Cu²⁺向陰極移動(dòng)，在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，故錯(cuò)誤；
d、在陽(yáng)極上，沒有銅活潑的金屬Ag、Pt、Au等金屬會(huì)從陽(yáng)極掉落下，形成陽(yáng)極泥，利用陽(yáng)極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬，故正確．
故選bd；
（3）電解硫酸銅溶液時(shí)，陽(yáng)極上氫氧根離子放電，生成1mol氧氣需要4mol電子，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等得陽(yáng)極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積=$\frac{\frac{12.8g}{64g/mol}×2}{4}$×22.4L/mol=2.24L，
故答案為：2.24；
（4）該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，所以只能設(shè)計(jì)成電解池，失電子的金屬作陽(yáng)極，反應(yīng)方程式中溶液為電解質(zhì)溶液，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為電解池，其電解質(zhì)溶液需用稀硫酸，陽(yáng)極材料是用銅，陰極電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電解原理，正確判斷陰陽(yáng)極是解本題關(guān)鍵，注意根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算電極上生成氣體的體積，難度不大．