2022高考化學一輪專題復習33電解池原理及應用含解析

PAGE專練33電解池原理及應用一、單項選擇題1．用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜，電解質(zhì)溶液一般為H2SO4－H2C2O4混合溶液。下列敘述錯誤的是()A．待加工鋁質(zhì)工件為陽極B．可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極C．陰極的電極反應式為Al3＋＋3e－=AlD．硫酸根離子在電解過程中向陽極移動2．[素材創(chuàng)新]O3是一種常見的綠色氧化劑，可由臭氧發(fā)生器電解稀硫酸制得，原理如圖。下列說法錯誤的是()A．電極a為陰極B．a(chǎn)極的電極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．電解一段時間后b極周圍溶液的pH下降D．標準狀況下，當有5.6LO2反應時，收集到O2和O3混合氣體4.48L,O3的體積分數(shù)為80%3．圖中X為電源，Y為浸透過飽和食鹽水和酚酞溶液的濾紙，濾紙中央滴有一滴KMnO4溶液，通電后Y中央的紫紅色斑向d端擴散。下列判斷正確的是()A．濾紙上c點附近會變紅色B．Cu電極質(zhì)量減小，Pt電極質(zhì)量增大C．Z中溶液的pH先減小，后增大D．溶液中的SOeq\o\al(2－,4)向Cu電極定向移動4．[2021·廣東七校聯(lián)考]科學家發(fā)現(xiàn)對冶金硅進行電解精煉提純可降低高純硅制備成本。相關電解槽裝置如圖所示，用Cu-Si合金作硅源，在950℃利用三層液熔鹽進行電解精煉，有關說法正確的是()A．電子由液態(tài)Cu-Si合金極流出，流入液態(tài)鋁電極B．液態(tài)鋁電極與正極相連，作電解池的陽極C．在該液相熔體中Cu優(yōu)先于Si被氧化，Si4＋優(yōu)先于Cu2＋被還原D．三層液熔鹽的作用是使電子能夠在三層間自由流動5．在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫共電解H2O—CO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．X是電源負極B．陰極的電極反應式是H2O＋2e－=H2＋O2－，CO2＋2e－=CO＋O2－C．總反應可表示為H2O＋CO2eq\o(=,\s\up7(通電))H2＋CO＋O2D．陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是1：16．[2021·廣東卷]鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是()A．工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少16gC．移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應不變D．電解總反應：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Co＋O2↑＋4H＋7．[2021·浙江1月]鎳鎘電池是二次電池，其工作原理示意圖如下(L為小燈泡，K1、K2為開關，a、b為直流電源的兩極)。下列說法不正確的是()A．斷開K2、合上K1，鎳鎘電池能量轉(zhuǎn)化形式：化學能→電能B．斷開K1、合上K2，電極A為陰極，發(fā)生還原反應C．電極B發(fā)生氧化反應過程中，溶液中KOH濃度不變D．鎳鎘二次電池的總反應式：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)28．[情境創(chuàng)新]雙極膜(BPM)是陰、陽復合膜，在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的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。下列說法不正確的是()A．相同條件下，不考慮氣體溶解，陰極得到氣體體積是陽極兩倍B．電解過程中Na＋向左遷移，N為陰離子交換膜C．若去掉雙極膜(BPM)，陽極室會有Cl2生成D．電解結束后，陰極附近溶液酸性明顯增強9．[2020·全國卷Ⅱ]電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率，從而實現(xiàn)節(jié)能。下圖是某電致變色器件的示意圖。當通電時，Ag＋注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈現(xiàn)藍色，對于該變化過程，下列敘述錯誤的是()A．Ag為陽極B．Ag＋由銀電極向變色層遷移C．W元素的化合價升高D．總反應為：WO3＋xAg=AgxWO310．金屬鎳有廣泛的用途，粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述中正確的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)()A．陽極發(fā)生還原反應，其電極反應式為Ni2＋＋2e－=NiB．電解過程中，陽極質(zhì)量的減少量與陰極質(zhì)量的增加量相等C．電解后，溶液中存在的陽離子只有Fe2＋和Zn2＋D．電解后，電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt二、不定項選擇題11．利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。下列說法正確的是()A．氯堿工業(yè)中，X電極上的反應式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B．電解精煉銅時，Z溶液中的Cu2＋濃度變小C．在鐵片上鍍銅時，Y是純銅D．制取金屬鎂時，Z是熔融的氯化鎂12．[2021·全國甲卷]乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是()A．KBr在上述電化學合成過程中只起電解質(zhì)的作用B．陽極上的反應式為：＋2H＋＋2e－→＋H2OC．制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1mol電子D．雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移13．[2021·山西平遙高三測試]電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置如圖所示。下列說法錯誤的是()A．為增強導電性，可用金屬銅作陽極B．電解過程中陰、陽極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量之比為1：3C．陰極的電極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D．陽極的電極反應式為CO(NH2)2－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋N2↑＋6H2O14．[2021·四川威遠中學月考]高鐵酸鹽在能源環(huán)保領域有廣泛用途。用鎳(Ni)、鐵作電極電解濃NaOH溶液制備高鐵酸鈉(Na2FeO4)的裝置如圖所示。下列說法正確的是()A．鐵是陽極，電極反應為Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2↓B．電解一段時間后，鎳電極附近溶液的pH減小C．每制得1molNa2FeO4，理論上可以產(chǎn)生67.2L氣體D．若離子交換膜為陰離子交換膜，則電解結束后左側溶液中含有FeOeq\o\al(2－,4)三、非選擇題15．Ⅰ.氯堿工業(yè)以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產(chǎn)品。離子交換膜法電解食鹽水的裝置如圖所示，圖中的離子交換膜只允許陽離子通過。(1)A為________極，X、Y分別是________、________。(2)離子交換膜的作用是________、________。(3)a、b、c、d加入或取出的物質(zhì)分別是______、________、________、________。Ⅱ.實驗室用NH4Cl、鹽酸、NaClO2(亞氯酸鈉)為原料，通過以下過程制備ClO2。電解時的陰極反應式為________________，陽極反應式為________________，電解時發(fā)生反應的化學方程式為________________________________________________________________________。16．(1)某混合物漿液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考慮到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小組利用設計的電解分離裝置(如圖所示)，使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素溶液，并回收利用。用惰性電極電解時，CrOeq\o\al(2－,4)能從漿液中分離出來的原因是________________________，分離后含鉻元素的粒子是________；陰極室生成的物質(zhì)為________(寫化學式)。(2)鋁是應用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備鋁。①“電解Ⅰ”是電解熔融Al2O3，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是________________________________________________________________________。②“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，原理如圖所示。陽極的電極反應式為____________，陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學式為________________。(3)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣：Fe＋2H2O＋2OH－eq\o(=,\s\up7(電解))FeOeq\o\al(2－,4)＋3H2↑，工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色FeOeq\o\al(2－,4)，鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知：Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。①電解一段時間后，c(OH－)降低的區(qū)域在________(填“陰極室”或“陽極室”)。②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，其原因為________________________________________________________________________。③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2，任選M、N兩點中的一點，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_______________________________________________________________________________________________________________________________________。專練33電解池原理及應用1．CAl要形成氧化膜，化合價升高失電子，因此鋁為陽極，A項正確；不銹鋼網(wǎng)接觸面積大，能提高電解效率，B項正確；陰極應為氫離子得電子生成氫氣，C項錯誤；電解時，陰離子移向陽極，D項正確。2．D電極b上生成O2和O3，則電極b上發(fā)生失電子的氧化反應，則電極b為陽極，電極a為陰極，A項正確；電極a的電極反應式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，B項正確；電極b上H2O失去電子，發(fā)生氧化反應生成O2、O3和H＋，故電解一段時間后b極周圍溶液的pH下降，C項正確；標準狀況下，當有5.6L氧氣參加反應時，轉(zhuǎn)移電子1mol，設收集到氧氣xmol，臭氧ymol，則有x＋y＝0.2,4x＋6y＝1，解得x＝y(tǒng)＝0.1，故O3的體積分數(shù)為50%，D項錯誤。3．A紫紅色斑即MnOeq\o\al(－,4)向d端擴散，根據(jù)陰離子向陽極移動的原理，可知d端為陽極，即b為正極，a為負極，c為陰極，NaCl溶液中H＋放電，產(chǎn)生OH－，c點附近會變紅色，A項正確；電解硫酸銅溶液時，Pt作陽極，溶液中的OH－放電，4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，Cu作陰極，溶液中的Cu2＋得電子生成銅，總反應式為2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt電極附近生成H＋，則SOeq\o\al(2－,4)向Pt電極移動，B、D兩項均不正確；隨著電解的進行，Z中溶液變?yōu)榱蛩崛芤?，繼續(xù)電解則為電解水，硫酸濃度增大，pH減小，C項不正確。4．A由裝置圖中Si4＋流向可知液態(tài)鋁為陰極，連接電源負極，液態(tài)Cu-Si合金為陽極，電子由液態(tài)Cu-Si合金極流出，流入液態(tài)鋁電極，A項正確，B項錯誤；由圖示可知，陽極上Si失電子轉(zhuǎn)化為Si4＋，陰極上Si4＋得電子轉(zhuǎn)化為Si，C項錯誤；使用三層液熔鹽可以有效增大電解反應的面積，使單質(zhì)硅在液態(tài)鋁電極上高效沉積，而不是方便電子通過，電子不通過電解質(zhì)，D項錯誤。5．D由圖可知，X極產(chǎn)物H2與CO分別為H2O與CO2的還原產(chǎn)物，可判斷在X極上發(fā)生還原反應，由此判斷X極為電源的負極，A項正確；根據(jù)題意可知，電解質(zhì)為固體金屬氧化物，可傳導O2－，故在陰極上發(fā)生的反應為H2O＋2e－=H2＋O2－、CO2＋2e－=CO＋O2－，B項正確；根據(jù)電極產(chǎn)物及B項發(fā)生的電極反應可知，該電解池的總反應化學方程式為H2O＋CO2eq\o(=,\s\up7(通電))H2＋CO＋O2，C項正確；根據(jù)C項的電解總反應化學方程式可知，陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比為2:1，D項錯誤。6．D石墨電極為陽極，電極反應式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，H＋通過陽離子交換膜由Ⅰ室進入Ⅱ室，右側Co電極為陰極，電極反應式為Co2＋＋2e－=Co，Cl－通過陰離子交換膜由Ⅲ室進入Ⅱ室，與H＋結合生成鹽酸。由上述分析知，Ⅰ室中水放電使硫酸濃度增大，Ⅱ室中生成鹽酸，故Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均減小，A錯誤；生成1molCo時，轉(zhuǎn)移2mol電子，Ⅰ室有0.5molO2(即16g)逸出，有2mol(即2g)H＋通過陽離子交換膜進入Ⅱ室，則Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少18g，B錯誤；移除兩交換膜后，石墨電極上的電極反應為2Cl－－2e－=Cl2↑，C錯誤；根據(jù)上述分析可知，電解時生成了O2、Co、H＋，則電解總反應為2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Co＋O2↑＋4H＋，D正確。7．C斷開K2、合上K1，發(fā)生的是原電池反應，所以能量轉(zhuǎn)化形式為化學能→電能，A說法正確；斷開K1、合上K2，發(fā)生的是電解池反應，電極A與電源負極相連，為陰極，陰極發(fā)生還原反應，B說法正確；當發(fā)生電解反應時，電極B是陽極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為2Ni(OH)2＋2OH－－2e－=2NiOOH＋2H2O，根據(jù)電極反應式可知溶液中KOH濃度降低，C說法錯誤；根據(jù)題給裝置圖中物質(zhì)的變化過程可得總反應式為Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，D說法正確。8．D陰極得到的氣體為氫氣，陽極得到的氣體為氧氣，根據(jù)電解水的原理知，陰極得到氣體體積是陽極兩倍，A項正確；電解過程中Na＋向陰極移動，即向左遷移，Cl－向右遷移，故N為陰離子交換膜，B項正確；若去掉雙極膜(BPM)，陽極上會發(fā)生2Cl－－2e－=Cl2↑，陽極室會有Cl2生成，C項正確；陰極上氫離子放電，故附近溶液酸性不會明顯增強，D項錯誤。9．C本題重點考查電解原理及其應用。根據(jù)題給裝置圖可知，該裝置有外接電源，為電解池，且Ag電極作陽極，故A項正確；通電時，陽極反應式為Ag－e－=Ag＋，生成的Ag＋通過固體電解質(zhì)進入電致變色層，與WO3結合得到AgxWO3，W的化合價降低，陰極反應式為WO3＋xe－=WOeq\o\al(x－,3)，總反應為xAg＋WO3=AgxWO3，故B、D項正確，C項錯誤。10．D電解時，陽極Zn、Fe、Ni失去電子，發(fā)生氧化反應，A項錯誤；因氧化性Ni2＋>Fe2＋>Zn2＋，故陰極反應式為Ni2＋＋2e－=Ni，可見，陽極質(zhì)量減少是因為Zn、Fe、Ni溶解，而陰極質(zhì)量增加是因為Ni析出，B項錯誤；電解后溶液中的陽離子除Fe2＋和Zn2＋外，還有Ni2＋和H＋，C項錯誤。11．BD氯堿工業(yè)中陽極是Cl－放電生成Cl2；電解精煉銅時陽極上粗銅溶解，陰極上Cu2＋放電析出Cu，由于粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質(zhì)，溶液中Cu2＋濃度變小；鐵片上鍍銅時，陰極應該是鐵片，陽極是純銅。12．D根據(jù)圖示，石墨電極一側發(fā)生反應2Br－－2e－=Br2、OHC—CHO＋Br2＋H2O→HOOC—CHO＋2HBr，總反應為OHC—CHO－2e－＋H2O=HOOC—CHO＋2H＋，因此石墨電極為陽極，KBr不只是起到電解質(zhì)的作用，A項錯誤，B項錯誤；根據(jù)陽極總反應OHC—CHO－2e－＋H2O=HOOC—CHO＋2H＋、陰極反應HOOC—COOH＋2e－＋2H＋=HOOC—CHO＋H2O，可得總反應式為OHC—CHO＋HOOC—COOH=2HOOC—CHO，故制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了2mol電子，C項錯誤；根據(jù)陰極(鉛電極)反應，雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向陰極(鉛電極)遷移，D項正確。13．AB如用金屬銅作電解池的陽極，則電極本身會發(fā)生氧化反應，不能達到電解尿素的目的，故A錯誤；根據(jù)得失電子守恒，電解過程中陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的N2的物質(zhì)的量之比為3:1，故B錯誤；陰極發(fā)生還原反應生成氫氣，故C正確；陽極發(fā)生氧化反應得到N2，故D正確。14．D鐵失電子生成高鐵酸鈉，則鐵作陽極，電極反應式為Fe＋8OH－－6e－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O，故A錯誤；鎳作陰極，鎳電極上水中氫離子放電生成氫氣，氫氧根離子濃度增大，所以溶液的pH增大，故B錯誤；不能確定溫度和壓強，生成氣體體積無法確定，故C錯誤；若離子交換膜為陰離子交換膜，則電解結束后由于濃度差左側溶液中會含有FeOeq\o\al(2－,4)，故D正確。15．Ⅰ.(1)陽Cl2H2(2)阻止OH－進入陽極室與Cl2發(fā)生副反應2NaOH＋Cl2=NaCl＋NaClO＋H2O阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生爆炸(3)飽和食鹽水稀NaOH溶液稀食鹽水濃NaOH溶液Ⅱ.6H＋＋6e－=3H2↑NHeq\o\al(＋,4)＋3Cl－－6e－=NCl3＋4H＋NH4Cl＋2HCleq\o(=,\s\up7(電解))NCl3＋3H2↑解析：Ⅱ由圖可知，電解NH4Cl和鹽酸混合溶液得到H2和NCl3，陰極的電極反應式為6H＋＋6e－=3H2↑，陽極的電極反應式為NHeq\o\al(＋,4)＋3Cl－－6e－=NCl3＋4H＋，電解時發(fā)生反應的化學方程式為NH4Cl＋2HCleq\o(=,\s\up7(電解))3H2↑＋NCl3。16．(1)