Question

1．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c；A、B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A、B都是惰性電極，c是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在U形管兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：
①B是陰 極（填“陰”或“陽”） B極逸出無色（填：黃綠或無色）氣體，同時B極附近溶液呈紅色．
②電解池中A極上的電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑．B極上的電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑．
（2）如要進行粗銅（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質）的電解精煉，電解液c選用CuSO₄溶液，則：
①A電極的材料是粗銅，電極反應式是Cu-2e^-=Cu²⁺．
②B電極的材料是精銅，電極反應式是Cu²⁺+2e^-=Cu．
（說明：雜質發生的電極反應不必寫出）
③下列說法正確的是bd．
a．電能全部轉化為化學能  b．在電解精煉過程中，電解液中伴隨有Al³⁺、Zn²⁺產生
c．溶液中Cu²⁺向陽極移動  d．利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬
（3）用惰性電極電解CuSO₄溶液．若陰極析出Cu的質量為12.8g，則陽極上產生的氣體在標準狀況下的體積為2.24L．
（4）利用反應2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制備CuSO₄，若將該反應設計為電解池，其電解質溶液需用硫酸溶液，陽極材料是用銅，陰極電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）電解池中，電流是從正極流出，所以A是陽極，B是陰極，電解氯化鈉溶液，在陽極上是氯離子失電子的氧化反應，在陰極上是氫離子得電子的還原反應，據此回答；
（2）①電解精煉中，粗銅作陽極，A是陽極，則A極材料是粗銅，陽極上銅失電子發生氧化反應；
②電解精煉中，純銅作陰極，B是陰極，B材料是粗銅，該極上銅離子得電子生成金屬銅；
③a．電解池中電能轉化為化學能和熱能；
b．在電解精煉過程中，陽極上金屬鋁、鋅等先于銅失電子；
c．溶液中陽離子向陰極移動；
d．陽極上金屬鋁、鋅、銅等失電子，Ag、Pt、Au等金屬形成陽極泥．
（3）根據兩極電極反應式結合電子守恒進行計算即可；
（4）該反應不能自發進行，所以只能設計成電解池，失電子的金屬作陽極，反應方程式中溶液為電解質溶液，陰極上得電子發生還原反應．

解答 解：（1）①根據電流方向知，a是正極，A是陽極，b是負極，B是陰極，電解氯化鈉溶液，在陽極上是氯離子失電子的氧化反應，產生氯氣，在陰極上是氫離子得電子的還原反應，產生氫氣，該電極附近產生高濃度的氫氧化鈉，遇到酚酞顯示紅色，故答案為：陰；無色；紅；
②在陽極上是氯離子失電子的氧化反應，產生氯氣，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，在陰極上是氫離子得電子的還原反應，產生氫氣，電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）①電解精煉中，粗銅作陽極，純銅作陰極，A是陽極，則A極材料是粗銅，陽極上銅失電子發生氧化反應，電極反應式為：Cu-2e^-=Cu²⁺，故答案為：粗銅；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，即電極反應式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：精銅；Cu²⁺+2e^-=Cu；
③a．電能轉化為化學能和熱能，故錯誤；
 b．在電解精煉過程中，陽極上金屬鋁、鋅等失電子，電解液中伴隨有Al³⁺、Zn²⁺產生，故正確；
c．溶液中Cu²⁺向陰極移動，故錯誤；
d．陽極上金屬鋁、鋅、銅等失電子，Ag、Pt、Au等金屬形成陽極泥，利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬，故正確．故選bd．
（3）電解硫酸銅，在陰極發生反應：Cu²⁺+2e^-═Cu，析出Cu的質量為12.8g即0.2mol，所以轉移電子0.4mol，在陽極上發生反應：4OH^--4e^-=O₂+2H₂O，根據轉移電子相等，得陽極上產生的氣體在標準狀況下的體積=0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案為：2.24；
（4）該反應不能自發進行，所以只能設計成電解池，失電子的金屬作陽極，反應方程式中溶液為電解質溶液，陰極上得電子發生還原反應，所以若將該反應設計為電解池，其電解質溶液需用稀硫酸，陽極材料是用 銅，陰極電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：硫酸溶液；銅；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

點評 本題考查了電解原理，正確判斷陰陽極是解本題關鍵，注意根據轉移電子守恒計算陽極上生成氣體的體積，為難點．