電解池及其工作原理

電解池及其工作原理基礎(chǔ)鞏固練1L2論鐘,貓野）一、選擇題（本題包括4小題,每題6分,共24分）1.（2020?牡丹江模擬）我國青年學者孫旭平及其領(lǐng)銜團隊，近日成功利用Mo2N納米催化劑在0.1mol-L-1鹽酸溶液中進行電催化固氮,裝置如圖所示,在一定電壓下具有較高的產(chǎn)氨速率。下列判斷錯誤的是（）MmN/GCT石墨0.1mokL''HCJH9A.MoN/GCE電極為陰極2B.溶液中H+通過隔膜向MoN/GCE電極區(qū)遷移2C.MoN/GCE電極區(qū)反應(yīng)式為N+6H++6e--2NH3D.為提高溶液的導電性,可在石墨電極區(qū)加入適量的鹽酸【解析】選D。根據(jù)裝置圖，該裝置具有外加電源，裝置為電解池裝置，左側(cè)電極N2TNH3,N的化合價降低,根據(jù)電解原理,Mo2N/GCE為陰極,石墨為陽極，陰極反應(yīng)式為N+6H++6e——2N5陽極反應(yīng)式為2H0-4e-02T+4H+。根據(jù)上述分析,A說法正確；陽極反應(yīng)式為2H0-4e--02T+4H+,H+通過隔膜向Mo2N/GCE電極區(qū)遷移,B說法正確；根據(jù)圖象,Mo2N/GCE電極上N2TNH3,該電極反應(yīng)式為N+6H++6e--2NH3,C說法正確；石墨電極區(qū)加入適量鹽酸,Cl-在石墨電極上放電，產(chǎn)生Cl2,污染環(huán)境,D說法錯誤。2.（2019?哈爾濱模擬）利用如圖所示裝置可制取H2,兩個電極均為惰性電極,c為陰離子交換膜。下列敘述正確的是（）

A.a為電源的正極A.a為電源的正極B.工作時,OH-向左室遷移C.右室電極反應(yīng)為CHOH+H0-4e--CHCOO-+5H+3D.生成H2和CH3COONa的物質(zhì)的量之比為2：1【解析】選D。根據(jù)圖知,Pt電極上有氫氣生成，說明Pt電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極,則Pd為陽極,連接陰極的電極為電源負極,所以a為負極、b為正極,故A錯誤;Pt為陰極、Pd為陽極，電解時，電解質(zhì)溶液中OH-向陽極移動，則工作時,OH-向右室遷移，故B錯誤；右室中電解質(zhì)溶液呈堿性，所以不能有H+生成，乙醇失電子和0H反應(yīng)生成CqCOO和水，電極反應(yīng)式為CH0H+50H-4e—CH3COO-+4H2O,故C錯誤；生成1mol氫氣轉(zhuǎn)移2mol電子，生成1molCH3COONa轉(zhuǎn)移4mol電子，所以生成H2和CH3COONa的物質(zhì)的量之比為2：1,故D正確。3.(2020?成都模擬)雙極膜(BP)是陰、陽復合膜，在直流電的作用下，陰、陽復合膜層間的H2O解離成H+和OH-,作為H+和OH-離子源。利用雙極膜電滲析法電解食鹽水可獲得淡水、NaOH和HCl,其工作原理如圖所示,M、N為離子交換膜。下列說法錯誤的是()e電水@BPM,t,NBPTA.陰極室發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-—HtB.M為陽離子交換膜,N為陰離子交換膜C.若去掉雙極膜(BP),陽極室會有Cl2生成D.電路中每轉(zhuǎn)移1mol電子,兩極共得到0.5mol氣體【解析】選D。陰極室氫離子得電子生成氫氣，發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-—H2T,A正確；陰極生成氫氧化鈉，鈉離子穿過M進入陰極室，所以M為陽離子交換膜,N為陰離子交換膜，B正確；若去掉雙極膜(BP),氯離子進入陽極室，在陽極室放電生成氯氣，C正確；電路中每轉(zhuǎn)移1mol電子，陽極生成0.25mol氧氣、陰極生成0.5mol氫氣，兩極共得到0.75mol氣體，D錯誤。4.(2019?濟南模擬)四個電解裝置都以Pt作電極,它們分別裝著如下電解質(zhì)溶液進行電解，電解一段時間后,測定其pH變化,所記錄的結(jié)果正確的是()選項ABCD電解質(zhì)溶液HClAgNO3KOHBaCl2pH變化減小增大增大不變【解析】選C。電解鹽酸，溶質(zhì)HCl的量減小，溶劑量不變，所以酸性減弱，pH增大,A項錯誤；電解硝酸銀溶液生成硝酸、金屬銀和氧氣，溶液酸性增強，pH減小，B項錯誤;電解氫氧化鉀溶液的實質(zhì)是電解水,溶質(zhì)的量不變,溶劑減少,堿性增強，pH增大,C項正確；電解氯化鋇溶液得到氫氧化鋇、氫氣和氯氣，溶液堿性增強，pH增大,D項錯誤。二、非選擇題(本題包括2小題,共26分)5.(12分)電解原理在化學工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。如圖所示為一電解B是兩塊電極板，通過導線與直流慎池裝置,U形管內(nèi)裝有電解液c,A、B是兩塊電極板，通過導線與直流慎⑴若A、B都是惰性電極，電解質(zhì)溶液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劑,試判斷:①a電極是極(填“正”或“負”)，B電極是極(填“陰”或“陽”)；②A電極上的電極反應(yīng)式為,B電極上的電極反應(yīng)式為;③檢驗A電極上產(chǎn)物的方法是。⑵若圖示裝置為用惰性電極電解CuSO4溶液的裝置，其中陰極上析出Cu的質(zhì)量為3.2g,則陽極上產(chǎn)生的氣體在標準狀況下的體積為;常溫下,若將電解后的溶液稀釋至1L,則溶液的pH約為?！窘馕觥?1)根據(jù)電流的方向可知，a電極為電源的正極,b電極為電源的負極。A電極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)2Cl--2e--Cl2T,B電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)2H2O+2e-—H2T+2OH-。氯氣可用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗。(2)用惰性電極電解CuSO4溶液時，陽極反應(yīng)式為2H2O-4e-—02T+4H+,陰極反應(yīng)式為Cu2++2e-Cu,根據(jù)電子守恒可知,n(02)="n(Cu)=X=0.025mol,即標準狀況下V(O2)=0.025molX22.4L?mol-i=0.56L;根據(jù)反應(yīng)2CuS04+2H20M2Cu+02T+2H2S04可知，電解后溶液中n(H+)=4n(O2)=0.1mol,所以c(H+)=0.1mol,L-i,pH=1。答案：(1)①正陰②2Cl--2e--Cl2T2H20+2e-H2T+20H-③把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在A電極附近,試紙變藍，則證明A電極上的產(chǎn)物為氯氣(2)0.56L16.（14分）已知鉛蓄電池的工作原理為Pb+PbO?+2H2so麗2PbSO4+2H2O,現(xiàn)用如圖裝置進行電解（電解質(zhì)溶液足量），測得當鉛蓄電池中轉(zhuǎn)移0.4mol電子時鐵電極的質(zhì)量減少11.2g。請回答下列問題。.電池由

喝L產(chǎn)丐卻靡曲藪QS以溶漉⑴A是鉛蓄電池的極,Cu電極是極。（2）Ag電極的電極反應(yīng)式是,該電極的電極產(chǎn)物共g。（3）Cu電極的電極反應(yīng)式是,CuSO4溶液的濃度（填“減小”“增大”或“不變”）?！窘馕觥浚?）當鉛蓄電池中轉(zhuǎn)移0.4mol電子時鐵電極的質(zhì)量減小11.2g,說明鐵作陽極,銀作陰極，陰極連接原電池負極,所以A是負極,B是正極,Cu是陽極,Zn是陰極。（2）銀作陰極，電解稀硫酸時，陰極上H+放電生成H2,電極反應(yīng)式為2H++2e--HJ,生成氫氣的質(zhì)量二"molX2g?mol-1=0.4g。（3）Cu電極的電極反應(yīng)式是Cu-2e—Cu2+,Zn電極上的反應(yīng)式是Cu2++2e-Cu,Cu電極溶解的銅和Zn電極析出的銅相等，CuSO4溶液的濃度不變。答案：（1）負陽（2）2H++2e-—H2T0.4⑶Cu-2e-——Cu2+不變提能增分煉川分鐘?5田一、選擇題（本題包括3小題,每題6分,共18分）1.（2020?廣東重點中學高三聯(lián)考）乙醛酸（HOOC-CHO）是有機合成的重要中間體。工業(yè)上用“雙極室成對電解法”生產(chǎn)乙醛酸,原理如圖所示,該裝置中陰、陽兩極為惰性電極,兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸,其中乙二醛與M電極的產(chǎn)物反應(yīng)生成乙醛酸。下列說法正確的是（）贏A.M極與直流電源的負極相連B.每得到1mol乙醛酸將有2molH+從右室遷移到左室C.N電極上的電極反應(yīng)式:HOOC—COOH-2e+2H+—HOOC—CHO+HO2D.每消耗0.1mol乙二醛在M電極生成2.24L氣體（標準狀況）【解析】選D。根據(jù)質(zhì)子的移動方向，確定M電極是陽極,M極與直流電源的正極相連,故A錯誤;2molH通過質(zhì)子交換膜，則電池中轉(zhuǎn)移2mol電子，根據(jù)電極反應(yīng)式HOOC—COOH+2e+2H+—HOOC—CHO+H2O,可知N極生成1mol乙醛酸，由左極室發(fā)生反應(yīng)：2C1-2e—Cl2T、Cl2+0HC—CHO+HO2Cl-+OHC—COOH+ZH+可知，每消耗0.1mol乙二醛轉(zhuǎn)移電子0.2mol,M電極上所得氯氣的物質(zhì)的量為0.1mol,體積為2.24L（標準狀況），故D正確；由于兩極均有乙醛酸生成，所以生成的乙醛酸為2mol,故B、C錯誤。2.（2020?武漢模擬）鋅銀電池的負極為鋅,正極為氧化銀，電解質(zhì)是KOH,電池反應(yīng)為Zn+Ag0+H0—Zn（OH）2+2Ago以鋅銀電池為電源，電解硫酸鎳溶液冶煉純鎳,裝置如圖所示。下列說法正確的是()A.裝置中使用陽離子交換膜B.鋅銀電池a極反應(yīng)式為Ag0+H0+2e-—2Ag+2OH-22C.銀極的主要反應(yīng)為2H++2e--HjD.若鋅銀電池溶解13g鋅，則銀極凈增質(zhì)量最多為5.9g【解析】選B。A項，觀察題圖知，交換膜左側(cè)硫酸濃度增大，說明So：由交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，交換膜為陰離子交換膜，錯誤;B項，鉑極為陽極，電極反應(yīng)式為2H0-4e--02T+4H+,則a極為鋅銀電池的正極,根據(jù)電池反應(yīng)可書寫正極反應(yīng)式,正確；C項，本實驗的主要目的是冶煉純鍥,所以，鍥極的主要反應(yīng)是Ni2++2e——Ni,錯誤;D項，b極的電極反應(yīng)式為Zn-2e+20H―Zn(OH)2,理論上，消耗65g鋅析出59g鎳,則溶解13g鋅，最多析出11.8gNi,錯誤。3.SO2和NOx是主要大氣污染物,利用如圖裝置可同時吸收SO2和NO。下列有關(guān)說法錯誤的是()A.a極為直流電源的負極,與其相連的電極發(fā)生還原反應(yīng)B.陰極得到2mol電子時,通過陽離子交換膜的H+為2molC.吸收池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2N0+2Spf+2H0—N+4HS0；D.陽極發(fā)生的反應(yīng)式為S02+2e+2H0—So^+4H+【解析】選D。A項，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，亞硫酸氫根離子得電子生成連二亞硫酸根離子，@是直流電源的負極,正確；B項，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2HSO-+2e+2H+—SoJ-+2H2O,陰極得到2mol電子時，通過陽離子交換膜的H+為2mol,正確；C項，連二亞硫酸根離子與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氮氣，離子反應(yīng)方程式為2NO+2SO；J-+2HO—N+4HSQ",正確；D項，陽極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),錯誤。二、非選擇題（本題包括2小題,共32分）4.（16分）“長征”火箭發(fā)射使用的燃料是液態(tài)偏二甲肼（C2H8N2）,并使用四氧化二氮作為氧化劑,這種組合的兩大優(yōu)點是既能在短時間內(nèi)產(chǎn)生巨大能量將火箭送上太空,產(chǎn)物又不污染空氣（產(chǎn)物都是空氣成分）。某校外研究性學習小組擬將此原理設(shè)計為原電池,如圖所示,結(jié)合學習過的電化學原理分析其設(shè)計方案,回答相關(guān)問題:（1）從a口加入（填名稱）。H+移動方向是（填“A到B”或“B到A”）。（2）A極發(fā)生的電極反應(yīng)式:。⑶若以該電池為電源，用石墨作電極電解200mL0.5mol?L-i的CuSO4溶液，電解一段時間后,兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體,則整個電解過程轉(zhuǎn)移的電子的數(shù)目是?！窘馕觥?1)由電子轉(zhuǎn)移方向可知A為負極,B為正極,根據(jù)原電池原理,還原劑在負極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化劑在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則從a口通入偏二甲肼；內(nèi)電路一般是陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，所以H+移動方向是A到B。(2)A為負極,還原劑在負極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，又已知產(chǎn)物中氣體均為空氣組分,所以A極發(fā)生的電極反應(yīng)式為C2H8N2-16e-+4H20—2COJ+N2T+16H+。⑶兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體,則陰極除了Cu2++2e--Cu,還應(yīng)有2H++2e--HJ,陽極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-4H++OJ,設(shè)生成n(02)=n(H2)=x,因為n(Cu2+)=0.5mol-L-iX0.2L=0.1mol,由得失電子守恒得0.1X2+2x二4x,x=0.1mol,所以n(O2)=n(H2)=0.1mol,則整個電解過程轉(zhuǎn)移的電子0.1molX4=0.4mol,即0.4NA。答案：(1)偏二甲肼A到B(2)C2H8N2-16e-+4H20-2CO2T+N2T+16H+(3)0.4NA(或2.408X1023)5.(16分)根據(jù)下列要求回答下列問題。⑴次磷酸鉆［Co(H2P02)2］廣泛用于化學鍍鉆，以金屬鉆和次磷酸鈉為原料,采用四室電滲析槽電解法制備,原理如下圖。產(chǎn)品室原料室則Co的電極反應(yīng)式為,A、B、C為離子交換膜，其中B為離子交換膜（填“陽”或“陰”）。（2）我國科研人員研制出的可充電“Na-CO2”電池，以鈉箔和多壁碳納米管（MWCNT）放電為電極材料，總反應(yīng)方程式為4Na+3CO2瑞2Na2cO3+C。放電時該電池“吸入”叱，其工作原理如圖所示。電解液（Na。?！杆母蚀级昨?①放電時,正極的電極反應(yīng)式為②若生成的Na2cO3和C全部沉積在正極表面,當正極增加的質(zhì)量為28g時,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為。③可選用高氯酸鈉-四甘醇二甲醚作電解液的理由是⑶用電化學法模擬工業(yè)處理SO2。將硫酸工業(yè)尾氣中的SO2通入如圖裝置（電極均為惰性材料）進行實驗,可用于制備硫酸,同時獲得電能:稀就酸\稀麻酸質(zhì)子交換膜①M極發(fā)生的電極反應(yīng)式為②質(zhì)子交換膜右側(cè)的溶液在反應(yīng)后pH（填“增大”“減小”或“不變”）。③當外電路通過0.2mole時,質(zhì)子交換膜左側(cè)的溶液質(zhì)量（填“增大”或“減小”）克?！窘馕觥浚?）以金屬鈷和次磷酸鈉為原料，用電解法制備次磷酸鈷［Co（H2PO2）J,Co的化合價從0升高到+2,則Co的電極反應(yīng)式為Co-2e--Co2+,產(chǎn)品室可得到次磷酸鈷的原因是陽極室的Co2+通過陽離子交換膜進入產(chǎn)品室，原料室的HRM通過2陰離子交換膜進入產(chǎn)品室與C02+結(jié)合生成Co（H2PO2）2,所以B是陰離子交換膜；（2）①放電時，正極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，則根據(jù)總反應(yīng)