《2025年优化探究同步导学案高中化学选择性必修1人教版》

1. 如图所示的电解池中，a、b、c、d都是石墨电极，通电一段时间后，a、b、c、d各电极上生成物的物质的量之比是


A.$2 : 2 : 4 : 1$
B.$1 : 1 : 2 : 1$
C.$2 : 4 : 4 : 1$
D.$2 : 1 : 2 : 1$

答案： 1.A 串联电路中，各电极单位时间内转移电子数相等。a为阴极，$\mathrm{Cu^{2+}}$得电子生成$\mathrm{Cu}$,b为阳极，$\mathrm{Cl^-}$失电子生成$\mathrm{Cl_2}$;c为阴极，$\mathrm{Ag^+}$得电子生成$\mathrm{Ag}$,d为阳极，$\mathrm{OH^-}$失电子生成$\mathrm{O_2}$。根据得失电子守恒，四种产物之间的关系为$2\mathrm{Cu}\sim2\mathrm{Cl_2}\sim4\mathrm{Ag}\sim\mathrm{O_2}$。

2. $500\ mL\ KNO_3$ 和 $Cu(NO_3)_2$ 的混合溶液中 $c(NO_3^-) = 6\ mol · L^{-1}$，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到$11.2\ L$气体(标准状况)，假定电解后溶液的体积仍为$500\ mL$，下列说法正确的是

A.原混合溶液中 $c(K^+)$ 为 $2\ mol · L^{-1}$
B.上述电解过程中共转移 $8\ mol$ 电子
C.电解得到的 $Cu$ 的物质的量为 $0.5\ mol$
D.电解后溶液中 $c(H^+)$ 为 $4\ mol · L^{-1}$

答案： 2.C 根据题意，阳极反应为$4\mathrm{OH^-}-4\mathrm{e^-}=2\mathrm{H_2O}+\mathrm{O_2}\uparrow$，阴极反应应为$\mathrm{Cu^{2+}}+2\mathrm{e^-}=\mathrm{Cu}$、$2\mathrm{H^+}+2\mathrm{e^-}=\mathrm{H_2}\uparrow$；两极均生成$11.2\mathrm{L}$气体(标准状况)，说明氧气和氢气的物质的量均是$0.5\mathrm{mol}$，根据阴、阳两极上转移电子数相同可得：$2n(\mathrm{Cu})+2n(\mathrm{H_2})=4n(\mathrm{O_2})$，则$n(\mathrm{Cu})=\frac{1}{2}×(0.5\mathrm{mol}×4 - 0.5\mathrm{mol}×2)=0.5\mathrm{mol}$,$c(\mathrm{Cu^{2+}})=\frac{0.5\mathrm{mol}}{0.5\mathrm{L}}=1\mathrm{mol· L^{-1}}$；由题给信息可知，混合溶液中$c(\mathrm{NO_3^-})=\frac{0.5\mathrm{mol}}{0.5\mathrm{L}}=1\mathrm{mol· L^{-1}}$，溶液中$c(\mathrm{K^+})+2c(\mathrm{Cu^{2+}})=c(\mathrm{NO_3^-})$，则$c(\mathrm{K^+})=4\mathrm{mol· L^{-1}}$，故A错误；根据阳极反应，生成$11.2\mathrm{L}\ \mathrm{O_2}$(标准状况)时转移$2\mathrm{mol}$电子，故B错误；根据分析可知电解得到的$\mathrm{Cu}$的物质的量为$0.5\mathrm{mol}$，故C正确；根据电极反应，阳极消耗$2\mathrm{mol}\ \mathrm{OH^-}$，阴极消耗$1\mathrm{mol}\ \mathrm{H^+}$，故电解后溶液中$c(\mathrm{H^+})=\frac{(2 - 1)\mathrm{mol}}{0.5\mathrm{L}}=2\mathrm{mol· L^{-1}}$，故D错误。

3. 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.$0.1\ mol\ CuCO_3$
C.$0.1\ mol\ Cu(OH)_2$
D.$0.05\ mol\ Cu_2(OH)_2CO_3$

答案： 3.D 根据题图和电解原理，OP段电解反应的化学方程式为$2\mathrm{CuSO_4}+2\mathrm{H_2O}\xlongequal{通电}2\mathrm{Cu}+\mathrm{O_2}\uparrow+2\mathrm{H_2SO_4}$，PQ段电解反应的化学方程式为$2\mathrm{H_2O}\xlongequal{通电}2\mathrm{H_2}\uparrow+\mathrm{O_2}\uparrow$，OP段电解产物中$\mathrm{Cu}$、$\mathrm{O_2}$离开体系，由关系式$2\mathrm{Cu}\sim\mathrm{O_2}\sim4\mathrm{e^-}$可知，溶液中应加入$\mathrm{CuO}$：$\frac{0.2\mathrm{mol}}{2}=0.1\mathrm{mol}$;PQ段电解产物中$\mathrm{H_2}$、$\mathrm{O_2}$离开体系，由关系式$2\mathrm{H_2}\sim\mathrm{O_2}\sim4\mathrm{e^-}$可知，溶液中应加入$\mathrm{H_2O}$：$\frac{(0.3 - 0.2)\mathrm{mol}}{2}=0.05\mathrm{mol}$，所以要使溶液恢复原状，应加入$0.1\mathrm{mol}\ \mathrm{CuO}$和$0.05\mathrm{mol}\ \mathrm{H_2O}$。$0.05\mathrm{mol}\ \mathrm{Cu_2(OH)_2CO_3}$和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，根据原子守恒可知，加入$0.05\mathrm{mol}\ \mathrm{Cu_2(OH)_2CO_3}$，则相当于加入$0.1\mathrm{mol}\ \mathrm{CuO}$和$0.05\mathrm{mol}\ \mathrm{H_2O}$。

4. 如图所示，若电解 $5\ min$ 时，测得铜电极的质量增加 $2.16\ g$。回答下列问题：

(1) 电源中 X 极是 负 (填“正”或“负”)极。
(2) 通电 $5\ min$ 时，B中共收集到 $224\ mL$(标准状况)气体，溶液体积为 $200\ mL$(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前 $c(CuSO_4) =$ $0.025\mathrm{mol· L^{-1}}$。
(3) 若 A 中 $KCl$ 溶液的体积也是 $200\ mL$，电解后溶液中仍有 $Cl^-$，则电解后溶液中 $c(OH^-) =$ $0.1\mathrm{mol· L^{-1}}$。

答案： 4.答案：
(1)负
(2)$0.025\mathrm{mol· L^{-1}}$
(3)$0.1\mathrm{mol· L^{-1}}$
解析：
(1)铜电极增重，说明银在铜电极析出，则铜电极为阴极，X为负极。
(2)C中铜电极增重$2.16\mathrm{g}$，即析出$0.02\mathrm{mol}\ \mathrm{Ag}$，电路中通过$0.02\mathrm{mol}$电子；由$4\mathrm{e^-}\sim\mathrm{O_2}$可知，B中产生的$\mathrm{O_2}$只有$0.005\mathrm{mol}$，即$112\mathrm{mL}$；但B中共收集到$224\mathrm{mL}$气体，说明还产生$112\mathrm{mL}$的$\mathrm{H_2}$，即全部$\mathrm{Cu^{2+}}$在阴极放电后，$\mathrm{H^+}$接着放电产生了$112\mathrm{mL}\ \mathrm{H_2}$，则通过$0.01\mathrm{mol}$电子时，$\mathrm{Cu^{2+}}$已被电解完；由$2\mathrm{e^-}\sim\mathrm{Cu}$，可知$n(\mathrm{Cu^{2+}})=0.005\mathrm{mol}$，则$c(\mathrm{CuSO_4})=\frac{0.005\mathrm{mol}}{0.2\mathrm{L}}=0.025\mathrm{mol· L^{-1}}$。
(3)由$\mathrm{e^-}\sim\mathrm{OH^-}$知，A中生成$0.02\mathrm{mol}\ \mathrm{OH^-}$，则$c(\mathrm{OH^-})=0.1\mathrm{mol· L^{-1}}$。

5. 如图，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中的 X 为阳离子交换膜。按要求回答相关问题：

(1) 甲烷燃料电池的负极反应为
$\mathrm{CH_4}-8\mathrm{e^-}+10\mathrm{OH^-}=\mathrm{CO_3^{2-}}+7\mathrm{H_2O}$。
(2) 石墨(C)极的电极反应为
$2\mathrm{Cl^-}-2\mathrm{e^-}=\mathrm{Cl_2}\uparrow$。
(3) 若在标准状况下，有 $2.24\ L$ 氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成气体的体积为 $4.48$ $L$；丙装置中阴极析出铜的质量为 12.8 $g$。
(4) 某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取 $Fe(OH)_2$ 的实验装置(如图)。若使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用 铁(或$\mathrm{Fe}$) 作电极。

答案： 5.
(1)$\mathrm{CH_4}-8\mathrm{e^-}+10\mathrm{OH^-}=\mathrm{CO_3^{2-}}+7\mathrm{H_2O}$
(2)$2\mathrm{Cl^-}-2\mathrm{e^-}=\mathrm{Cl_2}\uparrow$
(3)$4.48$ 12.8
(4)铁(或$\mathrm{Fe}$)