第3课时 电解池的工作原理及应用
基础过关练
题组一 电解池的工作原理
1.下列关于电解的说法正确的是( )
①电解过程将电能转化成化学能 ②电解过程将化学能转化成电能 ③某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现 ④任何水溶液被电解时,必然发生氧化还原反应
A.②③ B.①②③
C.①②④ D.①③④
2.某同学将电解池工作时电子、离子移动方向及电极种类等信息表示在下图中,下列有关分析完全正确的是( )
选项 A B C D
a电极 阳极 阴极 阳极 阴极
d电极 正极 正极 负极 负极
Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子
题组二 电解规律
3.(经典题)(2023福建福州第十五中学月考)图中X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的是( )
a极板 b极板 X电极 Z
A 锌 石墨 负极 CuSO4
B 石墨 石墨 负极 NaOH
C 银 铁 正极 AgNO3
D 铜 石墨 正极 CuCl2
4.(经典题)(2024河南南阳六校期中)某学习小组用如图所示装置进行相关电解实验,下列说法正确的是( )
A.该装置中电子移动方向:外接电源负极→石墨1→X溶液→石墨2 →外接电源正极
B.若X是Na2SO4,电解一段时间后,向U形管两端滴入酚酞溶液,只有石墨1电极附近的溶液呈红色
C.若X是AgNO3,电解一段时间后,电解液的氧化性减弱
D.若X是NaOH,石墨2的电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑
5.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(括号内物质),能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A.AgNO3溶液(AgNO3) B.NaOH溶液(NaOH)
C.KCl溶液(KCl) D.CuSO4溶液(CuO)
题组三 电解原理的应用
6.(经典题)(教材习题改编)(2024河北沧州期中)将“铜牌”变成“银牌”的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.铜牌连接电源的正极
B.反应前后,溶液a的浓度不变
C.溶液a可以为CuSO4溶液
D.反应一段时间后,电源反接,铜牌可恢复原状
7.(2024江苏南通期中)电解原理具有广泛的应用。下列叙述不正确的是( )
A.用装置甲制取Cl2和NaOH溶液
B.用装置乙在金属制品表面镀银
C.用装置丙电解精炼粗铜
D.用装置丁制取Na
8.(2024江苏扬州江都期中)近年研究发现,电催化CO2和含氮物质(N等)在常温常压下合成尿素,有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和,在电极上反应生成CO(NH2)2,电解原理如图所示,下列说法不正确的是( )
A.电极b是阳极,电极表面发生氧化反应
B.电解过程中生成尿素的电极反应式是2N+16e-+CO2+18H+ CO(NH2)2+7H2O
C.电解时阴极区的pH增大
D.当电极a生成0.25 mol CO(NH2)2时,电极b生成22.4 L O2
题组四 电解相关计算
9.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2 mol Fe(OH)3沉淀,此过程中共消耗水的物质的量为( )
A.2 mol B.3 mol
C.4 mol D.5 mol
10.500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)=6 mol/L,用石墨作为电极电解此溶液,通电一段时间后,两极均收集到气体22.4 L (标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL。下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(Na+)=6 mol/L
B.电解后溶液中c(H+)=4 mol/L
C.上述电解过程中共转移8 mol电子
D.电解后得到的Cu的物质的量为2 mol
11.用石墨电极电解铬酸钠(Na2CrO4)溶液,可制取重铬酸钠(Na2Cr2O7),装置如图所示,已知:2Cr+2H+ Cr2+H2O,试回答下列问题。
(1)电极b连接电源的 (填“正”或“负”)极,b极发生的电极反应: 。
(2)电解一段时间后,测得阳极区溶液中Na+物质的量由a mol变为 b mol,则理论上生成重铬酸钠的物质的量是 mol。
能力提升练
题组一 电解规律及电极反应式的书写
1.(2023河北唐山十县一中联盟期中)如图所示装置中,试管A、B中电极为多孔石墨电极,C、D为铂夹。断开K1,闭合K2、K3一段时间后,A、B中气体的量之间的关系如图所示:
下列说法正确的是( )
A.a为正极,b为负极
B.滤纸上紫红色向C端移动
C.断开K2、K3,闭合K1,A极电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-
D.断开K2、K3,闭合K1,水槽中溶液的pH增大
2.已知铅蓄电池的工作原理为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l),现用如图1装置进行电解(电解液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时,铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题:
图1
图2
(1)A是铅蓄电池的 极,铅蓄电池正极反应式为 。
(2)Ag电极的电极反应式是 ,该电极的电极产物共 g。
(3)Cu电极的电极反应式是 ,CuSO4溶液的浓度 (填“减小”“增大”或“不变”)。
(4)如图2表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线,则x可表示 。
a.各U形管中产生的气体的体积
b.各U形管中阳极质量的减少量
c.各U形管中阴极质量的增加量
题组二 电解原理的应用
3.(2024福建宁德部分达标中学期中)工业上用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的SO2,并通过电解方法实现吸收液的循环再生。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示,下列有关说法正确的是( )
A.X应为直流电源的正极
B.电解过程中阴极区OH-浓度降低
C.图中的b%>a%
D.S在电极上发生的反应为S+2OH-+2e- S+H2O
4.(2023河北石家庄实验中学月考,)如图所示装置,通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,下列判断正确的是( )
A.a是电源的正极
B.通电一段时间后,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现蓝色
C.当1.6 g Fe2O3完全溶解时,至少产生氧气0.336 L(标准状况下)
D.Cl-通过阴离子交换膜移动到石墨电极Ⅱ
题组三 电解池和原电池装置的综合应用
5.(经典题)用碱性丙烷燃料电池电解苦卤水(含Cl-、Br-、Na+、Mg2+)的装置如图所示(a、b均为石墨电极),下列说法正确的是( )
A.电池工作时,负极反应式为:C3H8+26OH--20e- 3C+17H2O
B.电解时,a电极周围首先放电的是Br-而不是Cl-,说明当其他条件相同时后者的还原性强于前者
C.电解时,电子流动的路径是:负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极
D.忽略能量损耗,当消耗0.16 g O2时,a极产生0.71 g Cl2
6.(经典题)(2024河北保定部分高中期中)某同学设置了如图所示装置(电解质溶液均过量),下列说法正确的是( )
A.a极的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O CO2↑+6H+
B.N极试管收集到黄绿色的气体
C.电路中每转移2 mol电子,理论上乙池阴极区生成2 mol NaOH
D.相同条件下,甲池b极消耗的气体与乙池阴极产生的气体的体积比为2∶1
7.(易错题)(2024江苏无锡江阴四校联考)用一种新型H2O2液态燃料电池(乙池)电解催化氮气制备铵盐和硝酸盐(甲池)的工作原理示意图如下(c、d均为石墨电极)。下列说法正确的是( )
A.乙池中若生成15 mol m气体,则甲池a、b两极共消耗8 mol N2
B.甲池中H+从b极区通过质子交换膜转移至a极区
C.一段时间后,乙池中c极区的pH增大
D.甲池a极反应式为N2+12OH-+10e- 2N+6H2O
题组四 电解池中的离子交换膜问题
8.(2024江苏淮安调研测试)隔膜电解法制备K2FeO4的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.隔膜为阴离子交换膜
B.该方法中KOH可以循环使用,但需另外补充
C.Fe电极上的反应为Fe-6e-+4H2O Fe+8H+
D.电路中每转移0.2 mol e-,Pt电极上理论上产生2.24 L气体
9.(经典题)(2023江苏扬州宝应期中)电解制备钴(Co)的工作原理如图所示。下列关于该装置工作时的说法不正确的是( )
A.a为电源的正极
B.钴电极上的电极反应式为Co2++2e- Co
C.Ⅱ室中HCl的浓度减小
D.若不使用离子交换膜,石墨电极上会析出Cl2
10.采用电化学方法使Fe2+与H2O2反应,可生成非常活泼的·OH(羟基自由基)中间体用于降解废水中的有机污染物,原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.X电极上发生的电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+
B.可将X电极上产生的O2收集起来,输送到Y电极使用
C.根据装置推测,Y电极是阳极,·OH在该电极侧产生
D.起始时,在Y电极附近加入适量Fe2+或Fe3+,均能让装置正常工作
题组五 电化学计算
11.用惰性电极电解硫酸铜溶液,整个过程转移电子的物质的量与产生气体总体积的关系如图所示(气体体积均在相同状况下测定)。欲使溶液恢复到起始状态,可向溶液中加入( )
A.0.1 mol CuO
B.0.1 mol CuSO4
C.0.1 mol Cu(OH)2
D.0.05 mol Cu2(OH)2CO3
12.如图所示,通电5 min后,电极5的质量增加2.16 g,请回答下列问题。
(1)a为电源的 (填“正”或“负”)极。A池阳极的电极反应为 ,C池阴极的电极反应为 。
(2)如果B池中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为 200 mL(设电解过程中溶液体积不变),则通电前溶液中Cu2+的物质的量浓度为 。
(3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(设电解过程中溶液体积不变),则通电5 min后,c(NaOH)为 。
答案与分层梯度式解析
第3课时 电解池的工作原理及应用
基础过关练
1.D 电解过程将电能转化成化学能,①正确,②错误;某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现,③正确;在电解池中电解质溶液的导电过程就是电解过程,发生了电子的转移,一定发生了氧化还原反应,④正确。
2.B 电子由电源的负极流出,故a是阴极,d是正极,溶液中阳离子移向阴极,Q离子为阳离子,故选B。
3.A 电解CuSO4溶液,溶液中Cu2+在阴极得电子生成铜单质,若X电极为负极,则a极作阴极,a极板质量增加,在b极溶液中的OH-放电生成O2,A项符合题意;电解NaOH溶液的实质为电解水,产物为O2和 H2,B项不符合题意;电解AgNO3溶液,若X电极为正极,则a极作阳极,电极反应式为Ag-e- Ag+,a极板质量减小,C项不符合题意;电解CuCl2溶液,若X电极为正极,在b极板上Cu2+得到电子生成Cu,在 a极板上Cu失电子生成Cu2+,a极板质量减小,D项不符合题意。
4.B 电子不能经过电解质溶液,故该装置中电子移动方向为外接电源负极→石墨1、石墨2→外接电源正极,A项错误;若X是Na2SO4,则石墨1上的电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,石墨2上的电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,故电解一段时间后,向U形管两端滴入酚酞溶液,只有石墨1电极附近的溶液呈红色,B项正确;若X是AgNO3,则石墨1上电极反应为Ag++e- Ag,石墨2上电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,电解一段时间后,电解液由AgNO3变为HNO3和AgNO3的混合液,由于HNO3的氧化性强于AgNO3,则电解液的氧化性增强,C项错误;若X是NaOH,石墨2即阳极发生氧化反应,该电极反应式为 4OH--4e- 2H2O+O2↑,D项错误。
5.D 电解AgNO3溶液的反应式为4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3,所以应当加入适量Ag2O,A项不符合题意;电解NaOH溶液实质是电解水,应加水,B项不符合题意;电解KCl溶液的反应式为2KCl+2H2O 2KOH+H2↑+Cl2↑,应通入适量HCl气体,C项不符合题意;电解CuSO4溶液的反应式为2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,故应加入适量CuO,D项符合题意。
6.B 该装置为电镀池,Ag作阳极,与电源正极相连,A项错误;溶液中含有镀层金属的阳离子,阳极Ag-e- Ag+,阴极Ag++e- Ag,反应前后,溶液a的浓度不变,B项正确;若溶液a为CuSO4溶液,c(Cu2+)较大,阴极主要反应为Cu2++2e- Cu,不能达到铜牌上镀银的效果,C项错误;当反应一段时间后,电源反接,阳极有Ag和Cu,Cu活泼性比Ag强,会优先失去电子变成Cu2+,铜牌不能恢复原状,D项错误。
7.A 氯碱工业中,NaCl溶液应通入阳极区,Cl-在阳极放电产生Cl2, Na+通过交换膜向阴极移动,则应选用阳离子交换膜,A项错误;在金属制品表面镀银,Ag作阳极,与电源正极相连,金属制品作阴极,与电源负极相连,B项正确;粗铜精炼时,粗铜作阳极,与电源正极相连,精铜作阴极,与电源负极相连,C项正确;制取金属钠,用惰性电极电解熔融的NaCl,D项正确。
8.D 电极b上H2O发生氧化反应生成O2,则电极b为阳极,A项正确;电极a为阴极,在酸性条件下N和CO2在阴极得到电子生成CO(NH2)2和水,电极反应式为2N+16e-+CO2+18H+ CO(NH2)2+7H2O,B项正确;电极b的电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,结合电极a的电极反应式可知,每转移16 mol e-,阴极区消耗18 mol H+,阳极区生成 16 mol H+,有16 mol H+从阳极区进入阴极区,故阴极区的pH增大,C项正确;生成0.25 mol CO(NH2)2时,转移电子数为4 mol,则电极b生成1 mol O2,但未指明是标准状况下,故生成O2的体积不一定是 22.4 L,D项错误。
9.D 阳极的电极反应为Fe-2e- Fe2+,阴极的电极反应为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,则消耗4 mol水可生成2 mol Fe2+和4 mol OH-,Fe2+恰好与OH-结合成2 mol Fe(OH)2沉淀。由于Fe(OH)2沉淀不稳定,转化成Fe(OH)3沉淀,即4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,又消耗1 mol水,故共消耗5 mol水。
10.B 通电一段时间后,两极均收集到气体22.4 L(标准状况), n(O2)=n(H2)==1 mol,根据阳极反应2H2O-4e- 4H++O2↑,转移的电子为4 mol,阴极发生反应Cu2++2e- Cu、2H++2e- H2↑,生成1 mol氢气转移2 mol电子,因此还生成了1 mol铜。 c(Cu2+)==2 mol/L,由电荷守恒可知,原混合溶液中c(Na+)为 6 mol/L-2 mol/L×2=2 mol/L,A项错误;电解后溶液中c(H+)==4 mol/L,B项正确;由上述分析可知,电解过程中共转移 4 mol电子,C项错误;电解后得到Cu的物质的量为1 mol,D项错误。
11.答案 (1)正 2H2O-4e- O2↑+4H+ (2)
解析 (1)根据2Cr+2H+ Cr2+H2O可知,电解过程中b极区溶液中c(H+)增大,则b极的电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,因此电极b是阳极,连接电源的正极。
(2)电解一段时间后,测得阳极区溶液中Na+物质的量由a mol变为 b mol,Na+通过Na+交换膜从阳极区移至阴极区,则阳极生成的氢离子的物质的量为(a-b)mol,根据2Cr+2H+ Cr2+H2O可知,理论上生成重铬酸钠的物质的量是 mol。
能力提升练
1.C 断开K1,闭合K2、K3,电源与左侧装置连接形成电解池,水槽中的电解质溶液为KOH溶液,总反应为2H2O 2H2↑+O2↑,结合题图试管中气体的量之间的关系可知,A中的气体是氧气,A中多孔石墨作阳极,B中多孔石墨作阴极,阳极与电源正极相连,则a为负极,b为正极,A错误;滤纸上C与电源负极相连,作阴极,D与电源正极相连,作阳极,电解池中阴离子向阳极移动,则滤纸上紫红色向D端移动,B错误;断开K2、K3,闭合K1,构成氢氧燃料电池,A中的气体为氧气,A电极作正极,B中的气体为氢气,B电极作负极,A极电极反应式为O2+ 4e-+2H2O 4OH-,C正确;断开K2、K3,闭合K1,构成氢氧燃料电池,电池总反应为O2+2H2 2H2O,则溶液中c(OH-)减小,pH减小,D错误。
2.答案 (1)负 PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O (2)2H++2e- H2↑ 0.4 (3)Cu-2e- Cu2+ 不变 (4)b
解析 已知铅蓄电池中转移0.4 mol电子时,铁电极的质量减少 11.2 g,则左侧电解池中Fe为阳极,右侧电解池中Cu为阳极,铅蓄电池中B为正极,A为负极。(1)分析可知,A是铅蓄电池的负极;铅蓄电池正极二氧化铅得电子,与硫酸反应生成PbSO4和水,电极反应式为 PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O。(2)Ag电极为电解池的阴极,H+得电子生成氢气,电极反应式为2H++2e- H2↑;转移0.4 mol电子时,生成0.2 mol氢气,即0.4 g。(3)Cu电极为阳极,铜失电子生成Cu2+,电极反应式为Cu-2e- Cu2+;Cu2+在阴极得电子生成铜,则溶液中的Cu2+浓度不变。(4)该装置电解CuSO4溶液无气体生成,与图像不符,a错误;两U形管中阳极分别为Fe、Cu,随反应时间的增加,质量逐渐减少,符合图像,b正确;Ag电极上产生氢气,Ag电极的质量不变,与图像不符,c错误。
3.C 阳离子向Pt(Ⅰ)电极移动,阴离子向Pt(Ⅱ)电极移动,因此 Pt(Ⅰ)为阴极,Pt(Ⅱ)为阳极,所以X为直流电源的负极,Y为正极,A项错误;Pt(Ⅰ)为阴极,水电离产生的H+得电子生成H2,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,故阴极区OH-浓度增大,B项错误;阳极室中, S、HS放电产生S和H+,所以b%>a%,C项正确;阳极区显强酸性,电极反应式为S+H2O-2e- S+2H+,D项错误。
4.C 通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,则在石墨电极Ⅱ上氧元素化合价升高,发生氧化反应,故石墨电极Ⅱ为阳极,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,石墨电极Ⅰ为阴极,电极反应式为Cu2++2e- Cu。石墨电极Ⅰ为阴极,故a为电源负极,A错误;石墨电极Ⅱ为阳极,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,不可能出现蓝色,B错误;1.6 g Fe2O3的物质的量为0.01 mol,又 Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O说明阳极H2O放电产生了0.06 mol H+,结合阳极电极反应式:2H2O-4e- O2↑+4H+知产生的O2的物质的量为 0.015 mol,在标准状况下的体积为0.336 L,C正确;阴离子无法通过质子交换膜,D错误。
5.A 碱性介质中,燃料C3H8在负极上失电子发生氧化反应,电极反应式为C3H8+26OH--20e- 3C+17H2O,A正确;还原性强的离子在阳极先放电,电解时,a电极周围首先放电的是Br-而不是Cl-,说明还原性:Br->Cl-,B错误;电子不进入溶液,C错误;当消耗0.16 g O2时,转移电子0.02 mol,在a极Br-优先放电,故不可能产生0.71 g Cl2,D错误。
6.C 甲为燃料电池,通入O2的b极为正极,通入CH3OH的a极为负极,乙为电解池,M极为阳极,N极为阴极。甲中KOH溶液为电解液,则a极的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH- C+6H2O,A项错误;N极为阴极,电极反应式为4H2O+4e- 2H2↑+4OH-,N极试管收集到的是H2,B项错误;根据阴极电极反应式可知,电路中每转移2 mol电子,阴极区生成2 mol NaOH,C项正确;相同条件下,根据得失电子守恒,甲池b极消耗的O2与乙池阴极产生的H2的体积比为1∶2,D项错误。
7.A 甲池为电解池,a极氮元素价态升高失电子,a极为阳极,b极为阴极,故乙池中,c极为负极,d极为正极破题关键。乙池中c极为H2O2失电子生成O2,电极反应式为H2O2-2e-+2OH- O2↑+2H2O,若生成15 mol O2,电路中转移30 mol电子,甲池中,a电极:N2~2N~10e-,b电极: N2~2N~6e-,甲池和乙池中转移电子数相等,则甲池a、b两极共消耗N2为(+) mol=8 mol,A项正确;甲池中a为阳极,b为阴极,故甲池中H+从a极区通过质子交换膜转移至b极区,B项错误;c极电极反应式为H2O2-2e-+2OH- O2↑+2H2O,c极区的pH减小,C项错误;甲池a极反应为N2失去电子被氧化为N,注意电解质溶液为酸性环境,正确的电极反应式为N2-10e-+6H2O 2N+12H+,D项错误。
易错提示 a极和b极转移的电子均为30 mol,若误认为a极和b极转移电子数之和为30 mol,则会导致解题错误。
8.B 该装置为电解池,与直流电源正极相连的铁电极为阳极,铁失去电子发生氧化反应生成Fe,铂电极为阴极,水电离产生的H+得到电子生成H2,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-。阴极区由稀KOH溶液得到浓KOH溶液,则需要补充K+破题关键,阳极区K+需要向阴极区移动,隔膜为阳离子交换膜,A项错误;该电解池的总反应为Fe+2H2O+2OH- Fe+3H2↑,反应中消耗OH-,需要补充KOH,B项正确;电解质溶液显强碱性,Fe电极反应式为Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O,C项错误;根据阴极电极反应式可知,转移0.2 mol电子时,生成0.1 mol H2,但是未指明是标准状况下,不确定生成的气体的体积,D项错误。
方法点拨 根据题图找出离子的移动方向,进而判断隔膜的类型,阴极区:稀KOH溶液→浓KOH溶液,说明阳极区K+需向阴极区移动,则该隔膜为阳离子交换膜。
9.C 利用该装置电解制备Co,则钴作阴极,b为电源的负极,a为电源的正极,A正确;钴为阴极,在钴电极上发生还原反应,电极反应式为Co2++2e- Co,B正确;在石墨电极上发生的电极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑,装置工作时Ⅰ室溶液中的H+通过阳离子交换膜向阴极移动,H+无法通过阴离子交换膜,从而H+留在Ⅱ室,同理Ⅲ室中的Cl-通过阴离子交换膜向阳极移动,Cl-无法通过阳离子交换膜,从而Cl-留在Ⅱ室,则Ⅱ室HCl的浓度增大,C错误;若不使用离子交换膜,Cl-在阳极上失电子,则石墨电极上会析出Cl2,D正确。
方法点拨 带“离子交换膜”的电解池的解题步骤
第一步,分清离子交换膜的类型,判断允许哪种离子通过离子交换膜。
第二步,写出电极反应式,判断离子交换膜两侧离子变化,推断电荷变化,根据电荷守恒判断离子迁移方向。
第三步,分析离子交换膜的作用。在产品制备中,离子交换膜的作用主要是提高产品纯度,避免某些反应的发生。
10.C 据题图可知,X电极上H2O失电子生成氧气,发生氧化反应,X电极为阳极,电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,A正确;Y电极上的反应物有O2,而X电极产生O2,所以可将X电极上产生的O2收集起来,输送到Y电极使用,B正确;Y电极上Fe3+得电子转化为Fe2+,O2得电子结合氢离子生成H2O2,发生还原反应,所以Y电极为阴极,C错误;据题图可知该装置工作时Fe2+与Fe3+循环转化,所以起始时,在Y电极附近加入适量Fe2+或Fe3+,均能让装置正常工作,D正确。
11.D 观察图像中曲线的斜率可知,OP段和PQ段气体的成分不同。由于阳极始终是OH-放电,所以可以推断出,OP段只有阳极产生O2(阴极无气体生成),PQ段阴、阳两极都产生气体。因此,整个过程发生的反应为①2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑和②2H2O 2H2↑+ O2↑。结合图像中转移电子的物质的量,可计算出反应①析出0.1 mol Cu和0.05 mol O2,反应②消耗0.05 mol H2O。根据“出什么加什么,出多少加多少”,欲使溶液恢复到起始状态,应向溶液中加入 0.1 mol CuO和0.05 mol H2O。加入0.05 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液恢复,故D正确。
12.答案 (1)负 2Cl--2e- Cl2↑ Ag++e- Ag
(2)0.025 mol/L
(3)0.1 mol/L
解析 (1)通电5 min后,电极5的质量增加,则电极5为阴极,a为电源的负极;A池中阳极上Cl-放电生成Cl2,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑;C池中阴极上Ag+放电析出银,电极反应式为Ag++e- Ag。(2)电极5上析出的金属为Ag,通电5 min后,电极5质量增加 2.16 g,则析出的n(Ag)==0.02 mol,则转移电子的物质的量为0.02 mol,B中阳极上通过0.02 mol电子时生成氧气的体积=×22.4 L/mol=0.112 L=112 mL,B中共收集气体的体积是 224 mL,所以气体中还有氢气,氢气的体积是112 mL,生成112 mL氢气转移电子的物质的量=×2=0.01 mol,所以生成铜转移电子的物质的量为0.01 mol,n(Cu)==0.005 mol,n(Cu2+)=n(Cu), c(Cu2+)==0.025 mol/L。(3)A中总反应式为2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH,可知转移0.02 mol电子时生成0.02 mol NaOH,所以c(NaOH)==0.1 mol/L。
