課時訓練8海水中鹽的開發和利用一、電解原理及其應用 1.如圖是電解cucl2溶液的裝置,其中c、d為石墨電極。則下列有關判斷正確的是()a.a為負極、b為正極b.a為陽極、b為陰極c.電解過程中,d電極質量增加d.電解過程中,氯離子濃度不變解析:電流從電源的正極流出,因此a為電源正極,b為負極,則c為陽極,d為陰極。電解cucl2溶液電極反應式為:陽極(c電極):2cl-2e-cl2,陰極(d電極):cu2+2e-cu,故c項正確。答案:c2.金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量fe、zn、cu、pt等雜質,可用電解法制備高純度的鎳,下列敘述正確的是()(已知:氧化性fe2+ni2+cu2+)a.陽極發生還原反應,其電極反應式:ni2+2e-nib.電解過程中,陽極質量的減少與陰極質量的增加相等c.電解后,溶液中存在的金屬陽離子只有fe2+和zn2+d.電解后,電解槽底部的陽極泥中只有cu和pt解析:zn、fe金屬性比ni強,因此zn、fe、ni在陽極均發生氧化反應,其電極反應式為zn-2e-zn2+,fe-2e-fe2+,ni-2e-ni2+,故a項錯誤;電解過程中陽極溶解的是zn、fe、ni,而陰極析出的只有ni,兩者質量不可能相等,b項錯誤;電解后溶液中存在的陽離子主要是ni2+,其次有少量的zn2+、fe2+,c項錯誤;cu、pt不如ni活潑,在陽極沉積而形成陽極泥,d項正確。答案:d3.關于電解nacl水溶液,下列敘述正確的是()a.若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈無色b.若在陽極附近的溶液中滴入ki溶液,溶液呈棕色c.電解時在陽極得到氯氣,在陰極得到金屬鈉d.電解一段時間后,將全部電解液轉移到燒杯中,充分攪拌后溶液呈中性解析:陽極反應:2cl-2e-cl2,因此陽極區加入ki溶液,因cl2將i-氧化為i2,溶液呈棕色;陰極反應:2h+2e-h2,h+放電則oh-增多,溶液呈堿性,使酚酞溶液變紅;電解總反應方程式為2nacl+2h2o2naoh+h2+cl2,溶液最終呈堿性。答案:b4.電解原理在化學工業中有廣泛應用。如圖表示一個電解池,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。請回答以下問題:(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溶液,則:電解池中x極上的電極反應式是;在x極附近溶液中觀察到的現象是;當電路中有0.2 mol電子通過時,x極產生氣體在標準狀況下的體積為 l。檢驗y電極產物的方法是。寫出電解的總化學反應方程式。(2)要用電解方法實現將鐵片鍍上一層金屬銅,則:電解液a選用溶液;x電極的材料是。y電極反應式是。已知開始時鐵片與銅片的質量相同,當電路中有0.4 mol電子通過時,兩極質量相差 g。解析:(1)用惰性電極電解飽和食鹽水,陽極反應:2cl-2e-cl2;陰極反應:2h+2e-h2;電解總反應式為2nacl+2h2o2naoh+h2+cl2。與電源正極相連的為陽極,與電源負極相連的為陰極,所以x極為陰極,y極為陽極。x極在反應過程中消耗了h2o電離出的h+,溶液呈堿性,加入酚酞溶液,x極附近溶液變為紅色;由電極反應式可知,當有0.2 mol電子通過時,產生的cl2為0.1 mol,即2.24 l;y極產生cl2,能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變為藍色。(2)在金屬鐵上鍍銅,銅作陽極,鐵作陰極,電解質溶液應選擇cuso4或cucl2溶液,陽極電極反應式為cu-2e-cu2+,陰極反應式為cu2+2e-cu,當通過0.4 mol電子時,陽極溶解和陰極析出的銅均為0.2 mol,即64 gmol-10.2 mol=12.8 g,因此兩極質量差為25.6 g。答案:(1)2h+2e-h2溶液變紅2.24用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近y極支管口處,試紙變藍,說明有cl2生成2nacl+2h2o2naoh+h2+cl2(2)cuso4fecu-2e-cu2+25.6二、離子交換膜法制燒堿5.下列關于離子膜電解槽電解飽和食鹽水的敘述不正確的是()a.精制飽和食鹽水注入陽極室b.cl-和oh-透過陽離子膜進入陽極室c.陰極區溶液使酚酞溶液顯紅色d.陽極產生使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍的氣體解析:明確離子交換膜的功能是只允許陽離子和水分子通過而不允許陰離子通過,因此cl-和oh-不能透過離子交換膜。a正確,b不正確。答案:b6.電解飽和食鹽水,當陰極附近有0.8 mol氫氧化鈉生成時,導線中通過的電子的物質的量是()a.0.16 molb.0.2 molc.0.4 mold.0.8 mol解析:由2nacl+2h2o2naoh+h2+cl2知每生成2 mol naoh轉移2 mol e-,故有0.8 mol naoh生成,導線中就有0.8 mol e-通過。答案:d7.現在工業上主要采用離子交換膜法電解飽和食鹽水制取h2、cl2、naoh。請回答下列問題:(1)在電解過程中,與電源正極相連的電極上所發生的電極反應式為。(2)電解之前食鹽水需要精制,目的是除去粗鹽中ca2+、mg2+、s等雜質離子,使用的試劑有:a.na2co3溶液,b.ba(oh)2溶液,c.稀鹽酸,其合理的加入順序為(填試劑序號)。(3)如果在容積為10 l的離子交換膜電解槽中,在陰極產生11.2 l(標準狀況)h2,這時溶液的ph是(設體積維持不變)。(4)cl2常用于自來水的消毒殺菌,現有一種新型消毒劑clo2,若它們在殺菌過程中的還原產物均為cl-,消毒等量的自來水,所需cl2和clo2的物質的量之比為。解析:(1)電解時,與電源正極相連的電極為陽極,溶液中的氯離子失去電子發生氧化反應。(2)為使雜質離子ca2+、mg2+、s等全部除盡,需加入稍過量的ba(oh)2溶液,而除去ba2+,則需要加入稍過量的na2co3溶液,過濾后再加入鹽酸除去c并調節溶液的ph。(3)由2nacl+2h2o2naoh+h2+cl2可知,n(naoh)=2n(h2)=2=1 mol,c(oh-)=0.1 moll-1,故溶液的ph=13。(4)cl22cl-,clo2cl-,當兩者得電子數相等時,消毒能力相當,此時兩者物質的量之比為52。答案:(1)2cl-2e-cl2(2)bac(3)13(4)52(建議用時:30分鐘)1.下列關于氯堿工業產品的說法正確的是()a.產量越多越好b.依據用戶的需求量而定c.多產燒堿少產氯氣d.多產氯氣少產燒堿答案:b2.氯堿工業中關于電極材料的選用,下列說法合理的是()a.兩極可用任意可導電固體材料b.陽極必須用惰性電極c.陰極必須用惰性電極d.石墨陽極比金屬陽極更節電解析:陽極必須用惰性電極,因為氯堿工業是利用直流電使溶液中的cl-放電產生cl2,若為活潑電極,則電極本身失去電子,代替了cl-放電。答案:b3.海水制鹽的主要方法是()a.分餾法b.蒸發法c.電滲析法d.電解法解析:海水制鹽的方法主要是蒸發法。答案:b4.nacl是從海水中提取出來的一種重要物質,除了作為調味品以外,它還是一種重要的化工原料。下列產品或物質能以nacl為主要原料制取的是()金屬鈉氯氣燒堿鹽酸純堿a.b.c.d.解析:電解熔融的氯化鈉可制得金屬鈉和氯氣;氯堿工業(電解飽和食鹽水)可制得氯氣、氫氣和燒堿,進而可由氫氣和氯氣反應制得hcl,hcl溶于水即得鹽酸;侯氏制堿法利用nacl制取純堿。答案:d5.海洋是一個巨大的化學資源寶庫,下列有關海水綜合利用的說法正確的是()a.海水中含有鉀元素,只需經過物理變化就可以得到鉀單質b.海水蒸發制海鹽的過程中只發生了化學變化c.從海水中可以得到nacl,電解熔融nacl可制備cl2d.利用潮汐發電是將化學能轉化為電能解析:a項海水中鉀元素以k+形式存在,生成鉀單質必然發生化學變化;b項海水蒸發制海鹽是物理變化;c項2nacl(熔融)2na+cl2;d項,利用潮汐發電是將動能轉化為電能。答案:c6.下列有關工業生產的敘述正確的是()a.合成氨生產過程中將nh3液化分離,可加快正反應速率,提高n2、h2的轉化率b.硫酸工業中,在接觸室安裝熱交換器是為了利用so3轉化為h2so4時放出的熱量c.電解飽和食鹽水制燒堿采用離子交換膜法,可防止陰極室產生的cl2進入陽極室d.電解精煉銅時,同一時間內陽極溶解銅的質量比陰極析出銅的質量小解析:在合成氨工業中,使氨冷卻液化,降低nh3濃度,平衡向正反應方向移動可提高n2、h2的轉化率,但其反應速率減小,a項不正確;在硫酸工業中,在接觸室安裝熱交換器是為了控制反應溫度使催化劑保持最佳活性,b項不正確;電解飽和食鹽水時陽極室產生cl2,陰極室產生h2,顯然c項不正確;由于粗銅中含有fe、zn等活潑金屬,它們比cu易失電子,而在它們失電子的同時,陰極仍有cu析出,故d項是正確的。答案:d7.某食鹽溶液中含有ca2+、mg2+等雜質離子,現設計如下實驗,采用常見的試劑,精制食鹽溶液。回答下列問題:(1)簡述用常見試劑除去食鹽溶液中雜質離子的方法,寫出試劑、操作和有關反應的離子方程式。(2)檢驗提純后的食鹽溶液中是否含有s的方法是。(3)從食鹽溶液中得到nacl晶體的操作方法是。解析:nacl溶液中ca2+和mg2+可分別轉化為caco3和mg(oh)2除去,因此可分別加入na2co3和naoh溶液進行除雜;過量的na2co3和naoh可選擇hcl調整。nacl溶液中的s可選用鹽酸酸化的氯化鋇溶液證明。nacl溶解度受溫度的影響小,因此從nacl溶液中得到nacl晶體一般采用蒸發結晶。答案:(1)試劑:na2co3、hcl和naoh操作:向溶液中加入足量的naoh溶液,然后再加入足量的na2co3溶液;過濾,取濾液,向濾液中加入適量的稀鹽酸。離子方程式:mg2+2oh-mg(oh)2ca2+ccaco3c+2h+co2+h2o;oh-+h+h2o(2)取少量溶液置于試管中,向溶液中加入足量的稀鹽酸,然后加入幾滴bacl2溶液,若產生白色沉淀說明有s,若不產生白色沉淀說明無s(3)蒸發結晶8.鋁和氫氧化鉀都是重要的工業產品。請回答:(1)工業冶煉鋁的化學方程式是。(2)鋁與氫氧化鉀溶液反應的離子方程式是。(3)工業品氫氧化鉀的溶液中含有某些含氧酸根雜質,可用離子交換膜法電解提純。電解槽內裝有陽離子交換膜(只允許陽離子通過),其工作原理如下圖所示。該電解槽的陽極反應式是。通電開始后,陰極附近溶液ph會增大,請簡述原因。除去雜質后的氫氧化鉀溶液從液體出口(填“a”或“b”)導出。解析:(3)中根據電解原理,陽極應是oh-失電子,所以電極反應式為4oh-4e-2h2o+o2,而陰極為h+放電,促進水的電離,使oh-濃度增大,所以ph增大。根據陽離子交換膜的特點,k+可從陽極區進入陰極區和oh-組成koh,從而可在陰極區得到純的koh,故液體應從b口導出。答案:(1)2al2o3(熔融)4al+3o2(2)2al+2oh-+2h2o2al+3h2(3)4oh-4e-2h2o+o2h+放電,促進水的電離,oh-濃度增大b9.用u形管、石墨電極、低碳鋼電極、鉛蓄電池和導線等組裝電解槽,電解飽和食鹽水(電解是成功的)。回答下列問題:(1)石墨電極上的氣態產物是,低碳鋼電極上的氣態產物是。(2)naoh生成于(填“陽極區”或“陰極區”)。請對你的判斷作出簡要的解釋。(3)如果將鉛蓄電池的正、負極對調后再連接,電解的化學方程式是。解析:在電解池中,石墨是惰性電極,它用作電解池的陽極,接電源的正極;低碳鋼是活性電極,它用作電解池的陰極,接電源的負極。電解裝置如下圖所示。飽和nacl溶液中有na+和h+兩種陽離子,h+放電能力較強;有oh-和cl-兩種陰離子,cl-放電能力較強。電極反應式如下:石墨電極(陽極):4cl-4e-2cl2低碳鋼電極(陰極):4h2o+4e-2h2+4oh-或2h+2e-h2在電解的過程中,陰極區生成oh-,溶液里的na+受電場力的作用移向陰極區,在陰極區生成了naoh。將鉛蓄電池的正、負極對調后再連接,石墨電極(惰性電極)變成了陰極,低碳鋼電極(活性電極)變成了陽極,電極反應式如下:石墨電極(陰極):4h2o+4e-2h2+4oh-低碳鋼電極(陽極):2fe-4e-2fe2+電解總化學反應方程式:fe+2h2ofe(oh)2+h2。答案:(1)cl2(或氯氣)h2(或氫氣)(2)陰極區oh-在陰極區生成,溶液里的na+移向陰極區,oh-與na+在陰極形成了naoh(3)fe+2h2ofe(oh)2+h210.氯堿廠電解飽和食鹽水制取naoh的工藝流程示意圖如下:依據上圖完成下列填空:(1)工業食鹽含ca2+、mg2+等雜質,精制過程發生反應的離子方程式為。(2)如果粗鹽中s含量較高,必須添加鋇試劑除去s,該鋇試劑可以是(選填“a”“b”或“c”)。a.ba(oh)2b.ba(no3)2c.bacl2(3)在隔膜法電解食鹽水時,電解槽分隔為陽極區和陰極區,防止cl2與naoh反應;采用無隔膜電解冷的食鹽水時,cl2與naoh充分接觸,產物僅是naclo和h2,相應的化學方程式為。解析:(1)精制過程中,加入na2co3除去ca2+(ca2+ccaco3);加入naoh除去mg2+mg2+2