IGCSE 化学 0620 Paper 4 练习卷：电解、电镀与电荷计算（Extended 理论卷・100 分）

年级：中四至中五（IGCSE Year 10–11）　｜　科目：化学 0620　｜　时限：75 分钟　｜　总分：100 分　｜　题数：31

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Paper 4（Extended，结构题）	1 小时 15 分	75	不可用

题目

第 1 题（16 分）　电解的基础与电解质

(a) 写出电解的定义，并列出电解发生所需的三个条件。 （3 分）

(b) 解释为何固态氯化钠不导电，但熔融氯化钠能导电。 （3 分）

(c) 指出阳极与阴极分别接电源的哪一极，并写出各极发生的反应类型。 （3 分）

(d) 描述通电时阳离子与阴离子的移动方向，并说明它与外电路电流的关系。 （3 分）

(e) 测试五种物质：熔融溴化铅(II)、乙醇、糖水、稀硫酸、铜片。指出哪些能导电并解释。 （4 分）

第 2 题（17 分）　电解产物的预测

(a) 以碳电极电解熔融溴化铅(II)，写出两极的产物。 （3 分）

(b) 写出上述电解中阴极与阳极的半反应式。 （3 分）

(c) 用铜电极电解硫酸铜(II)溶液，描述两极的变化。 （3 分）

(d) 若改用铂电极电解同一溶液，两极的产物有什么不同？解释原因。 （4 分）

(e) 解释为何在水溶液中要考虑各离子的放电次序。 （4 分）

第 3 题（16 分）　电镀的原理与应用

(a) 写出设置电镀装置时的三个必要条件。 （3 分）

(b) 描述铁匙镀银的装置，以及通电后看到的现象。 （3 分）

(c) 为何阳极要用纯银？为何溶液中银离子浓度大致保持不变？ （4 分）

(d) 电流 0.50 A 通电 3600 s 镀银（Ag+ + e- → Ag），计算沉积银的质量（Ag = 108）。 （3 分）

(e) 电镀前为何要先用砂纸打磨，再用碱液清洗物件表面？ （3 分）

第 4 题（18 分）　电荷、摩尔数与沉积质量的计算

(a) 电流 2.0 A 通电 1800 s，计算通过的电荷。 （3 分）

(b) 承上题，计算通过的电子摩尔数（F = 96500 C/mol）。 （3 分）

(c) 若阴极反应为 Cu2+ + 2e- → Cu，计算沉积铜的质量（Cu = 63.5）。 （3 分）

(d) 要沉积 1.00 g 铜，在 2.0 A 下需要多少电荷与多少时间？ （3 分）

(e) 以 4.0 A 通电 7200 s 电解熔融氧化铝（Al3+ + 3e- → Al），计算生成的铝质量（Al = 27）。 （3 分）

(f) 某电解槽在 5.0 V、2.0 A 下通电 1800 s。计算消耗的电能（J 与 kWh），并求每 kWh 1.20 元时的电费。 （3 分）

第 5 题（17 分）　浓氯化钠溶液的电解与工业应用

(a) 以惰性电极电解浓氯化钠溶液，列出两极的产物与溶液中生成的物质。 （3 分）

(b) 写出上述电解中两极的半反应式。 （3 分）

(c) 以 1.0 A 通电 3600 s，求阳极氯气在室温常压下的体积（摩尔体积 24 dm³/mol）。 （3 分）

(d) 同一电解中，阴极氢气与阳极氯气的体积比是多少？若溶液体积为 500 cm³，求其中氢氧离子的浓度。 （4 分）

(e) 说明工业上为何要用隔膜把阳极与阴极的空间分开。 （4 分）

第 6 题（16 分）　实验技巧、氧化还原与安全

(a) 在实验室中，如何判断哪一支电极是阳极？举出两种观察方法。 （3 分）

(b) 为何电解要用直流电，而不用交流电？ （3 分）

(c) 指出电解时哪一极发生氧化、哪一极发生还原，并说明电子与离子如何共同完成电路。 （4 分）

(d) 通电一段时间后电解液温度上升，对电解过程有什么影响？ （3 分）

(e) 进行电解实验时应注意哪三项安全措施？ （3 分）

答案及评分准则

第 1 题　电解的基础与电解质

(a) 电解是用直流电通过电解质，令它分解成元素的过程（1 分）；需要直流电源（1 分）；需要熔融态或水溶液的电解质，加上两支电极组成闭合电路（1 分）。 ［3 分］

(b) 固态时钠离子与氯离子被固定在晶格中，不能移动（1 分）；熔融后离子可以自由移动（1 分）；所以熔融态能运载电荷而导电（1 分）。 ［3 分］

(c) 阳极接电源正极，发生氧化（1 分）；阴极接电源负极，发生还原（1 分）；电子经外电路由阳极流向阴极（1 分）。 ［3 分］

(d) 阳离子移向阴极（1 分）；阴离子移向阳极（1 分）；离子的移动与外电路的电子流动共同完成整个电路的电荷传递（1 分）。 ［3 分］

(e) 熔融溴化铅(II)与稀硫酸能导电（2 分）；两者都含有可以自由移动的离子（1 分）；乙醇与糖水只有分子，铜片靠自由电子而非离子导电，故不属于电解质（1 分）。 ［4 分］

第 2 题　电解产物的预测

(a) 阴极生成铅（1 分）；阳极生成溴（1 分）；两者合起来就是溴化铅(II)所含的元素（1 分）。 ［3 分］

(b) 阴极：Pb2+ + 2e- → Pb（2 分，其中式 1 分、电荷与原子守恒 1 分）；阳极：2Br- → Br2 + 2e-（1 分）。 ［3 分］

(c) 阴极有红棕色铜层沉积（1 分）；阳极的铜溶解（1 分）；溶液蓝色大致不变，浓度差不多保持（1 分）。 ［3 分］

(d) 阴极仍然沉积铜（1 分）；阳极改为放出氧气（1 分）；铂是惰性电极，本身不会溶解（1 分）；氢氧离子比硫酸根离子更容易放电（1 分）。 ［4 分］

(e) 水溶液中同一时间存在多种离子（1 分）；电极上只有最易氧化或最易还原的离子会先反应（1 分）；金属活动性次序与卤素、氢氧离子的相对活跃程度决定产物（1 分）；离子浓度亦会影响放电次序（1 分）。 ［4 分］

第 3 题　电镀的原理与应用

(a) 被镀物件接阴极（1 分）；电镀金属接阳极（1 分）；电解质要含有该金属的离子（1 分）。 ［3 分］

(b) 铁匙接阴极、纯银接阳极、以硝酸银溶液作电解质（2 分）；通电后铁匙表面逐渐盖上一层银（1 分）。 ［3 分］

(c) 阳极银溶解的速率等于阴极银沉积的速率（2 分）；所以溶液中银离子浓度几乎不变（1 分）；用纯银可避免杂质混入镀层（1 分）。 ［4 分］

(d) 电荷 = 0.50 × 3600 = 1800 C（1 分）；电子摩尔数 = 1800 ÷ 96500 = 0.0187 mol，与银摩尔数相同（1 分）；质量 = 0.0187 × 108 = 2.01 g（1 分）。 ［3 分］

(e) 去除表面的氧化物与油污（1 分）；令表面导电良好（1 分）；使镀层附着牢固而且均匀（1 分）。 ［3 分］

第 4 题　电荷、摩尔数与沉积质量的计算

(a) Q = I t = 2.0 × 1800（1 分）；= 3600 C（2 分，数值与单位各 1 分）。 ［3 分］

(b) n = 3600 ÷ 96500（1 分）；= 0.0373 mol（2 分）。 ［3 分］

(c) 铜摩尔数 = 0.0373 ÷ 2 = 0.0187 mol（1 分）；质量 = 0.0187 × 63.5（1 分）；= 1.18 g（1 分）。 ［3 分］

(d) 铜摩尔数 = 1.00 ÷ 63.5 = 0.0157 mol（1 分）；电荷 = 0.0157 × 2 × 96500 = 3.04 × 10³ C（1 分）；时间 = 3040 ÷ 2.0 = 1520 s（1 分）。 ［3 分］

(e) 电荷 = 4.0 × 7200 = 28800 C（1 分）；电子 = 28800 ÷ 96500 = 0.298 mol，铝 = 0.0995 mol（1 分）；质量 = 0.0995 × 27 = 2.69 g（1 分）。 ［3 分］

(f) 功率 = 5.0 × 2.0 = 10 W（1 分）；能量 = 10 × 1800 = 18000 J = 0.0050 kWh（1 分）；电费 = 0.0050 × 1.20 = 0.0060 元（1 分）。 ［3 分］

第 5 题　浓氯化钠溶液的电解与工业应用

(a) 阴极放出氢气（1 分）；阳极放出氯气（1 分）；溶液中生成氢氧化钠（1 分）。 ［3 分］

(b) 阴极：2H+ + 2e- → H2，或 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-（2 分）；阳极：2Cl- → Cl2 + 2e-（1 分）。 ［3 分］

(c) 电荷 = 3600 C，电子 = 0.0373 mol（1 分）；氯气 = 0.0373 ÷ 2 = 0.0187 mol（1 分）；体积 = 0.0187 × 24 = 0.448 dm³，即 448 cm³（1 分）。 ［3 分］

(d) 两极通过的电子摩尔数相同，而每摩尔气体都需要 2 mol 电子（1 分）；故体积比为 1:1，氢气亦为 448 cm³（1 分）；氢氧离子 = 0.0373 mol（1 分）；浓度 = 0.0373 ÷ 0.500 = 0.0746 mol/dm³（1 分）。 ［4 分］

(e) 防止氯气与氢氧化钠溶液混合（1 分）；两者反应会生成次氯酸钠，令产物价值下降（1 分）；分开后可分别收集氯气与氢气，并得到较纯的氢氧化钠（1 分）；亦避免氢气与氯气混合而引起爆炸（1 分）。 ［4 分］

第 6 题　实验技巧、氧化还原与安全

(a) 接电源正极的一支（1 分）；观察气泡或电极溶解、颜色变化（1 分）；亦可用湿润的淀粉碘化钾试纸测氯气，试纸变蓝黑色（1 分）。 ［3 分］

(b) 交流电的方向不断改变（1 分）；电极上的反应会每个半周期逆转（1 分）；产物无法在固定电极累积，得不到预期产物（1 分）。 ［3 分］

(c) 阳极发生氧化（1 分）；阴极发生还原（1 分）；电子经外电路由阳极流向阴极（1 分）；离子在电解液中移动，两者共同保持电中性（1 分）。 ［4 分］

(d) 电解液的电阻令部分电能转为热能（1 分）；温度上升使离子移动加快，电流略为增加（1 分）；但亦可能令溶液蒸发、浓度改变，并降低产物质素（1 分）。 ［3 分］

(e) 在通风橱内进行，避免吸入氯气（1 分）；使用低压直流电源并避免短路（1 分）；戴上手套与护目镜，避免接触腐蚀性电解液（1 分）。 ［3 分］

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