專練33 電解池原理及應(yīng)用一、單項(xiàng)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(cuò)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(yīng)式為Al3++3e===AlD.硫酸根離子在電解過程中向陽極移動(dòng) 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(cuò)誤的是(  )A.電極a為陰極B.a(chǎn)極的電極反應(yīng)式為O2+4H+4e===2H2OC.電解一段時(shí)間后b極周圍溶液的pH下降D.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,當(dāng)有5.6LO2反應(yīng)時(shí),收集到O2和O3混合氣體4.48L, O3的體積分?jǐn)?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(kuò)散。下列判斷正確的是(  )A.濾紙上c點(diǎn)附近會(huì)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SO向Cu電極定向移動(dòng) 4.[2021·廣東七校聯(lián)考]科學(xué)家發(fā)現(xiàn)對冶金硅進(jìn)行電解精煉提純可降低高純硅制備成本。相關(guān)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(jìn)行電解精煉,有關(guān)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(dòng) 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(fù)極B.陰極的電極反應(yīng)式是H2O+2e===H2+O2-,CO2+2e===CO+O2-C.總反應(yīng)可表示為H2O+CO2H2+CO+O2D.陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是1:1 6.[2021·廣東卷]鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)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(shí),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(yīng)不變D.電解總反應(yīng):2Co2++2H2O2Co+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(guān),a、b為直流電源的兩極)。下列說法不正確的是    (  )A.?dāng)嚅_K2、合上K1,鎳鎘電池能量轉(zhuǎn)化形式:化學(xué)能→電能B.?dāng)嚅_K1、合上K2,電極A為陰極,發(fā)生還原反應(yīng)C.電極B發(fā)生氧化反應(yīng)過程中,溶液中KOH濃度不變D.鎳鎘二次電池的總反應(yīng)式:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2 8.[情境創(chuàng)新]雙極膜(BPM)是陰、陽復(fù)合膜,在直流電的作用下,陰、陽膜復(fù)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(huì)有Cl2生成D.電解結(jié)束后,陰極附近溶液酸性明顯增強(qiáng) 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(shí)現(xiàn)節(jié)能。下圖是某電致變色器件的示意圖。當(dāng)通電時(shí),Ag注入到無色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈現(xiàn)藍(lán)色,對于該變化過程,下列敘述錯(cuò)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(jià)升高D.總反應(yīng)為:WO3xAg===AgxWO3 10.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(yīng),其電極反應(yīng)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(xiàng)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(yīng)用。下列說法正確的是(  )A.氯堿工業(yè)中,X電極上的反應(yīng)式是4OH-4e===2H2O+O2B.電解精煉銅時(shí),Z溶液中的Cu2+濃度變小C.在鐵片上鍍銅時(shí),Y是純銅D.制取金屬鎂時(shí),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(xué)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(xué)合成過程中只起電解質(zhì)的作用B.陽極上的反應(yīng)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(cuò)誤的是(  )A.為增強(qiáng)導(dǎo)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(yīng)式為2H2O+2e===H2↑+2OHD.陽極的電極反應(yīng)式為CO(NH2)2-6e+8OH===CO+N2↑+6H2O 14[2021·四川威遠(yuǎn)中學(xué)月考]高鐵酸鹽在能源環(huán)保領(lǐng)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(yīng)為Fe-2e+2OH===Fe(OH)2B.電解一段時(shí)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(jié)束后左側(cè)溶液中含有FeO  三、非選擇題15Ⅰ.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(shí)驗(yàn)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(shí)的陰極反應(yīng)式為________________,陽極反應(yīng)式為________________,電解時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。 16.(1)某混合物漿液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4??紤]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(shè)計(jì)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(shí),CrO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(xué)式)。(2)鋁是應(yīng)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(yīng)式為____________,陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)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(shí)獲得氫氣:Fe+2H2O+2OHFeO+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FeO,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(huì)產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知:Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定,易被H2還原。①電解一段時(shí)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(shí)排出,其原因?yàn)開_______________________________________________________________________。c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2,任選M、N兩點(diǎn)中的一點(diǎn),分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:_______________________________________________________________________________________________________________________________________。              專練33 電解池原理及應(yīng)用1C Al要形成氧化膜,化合價(jià)升高失電子,因此鋁為陽極,A項(xiàng)正確;不銹鋼網(wǎng)接觸面積大,能提高電解效率,B項(xiàng)正確;陰極應(yīng)為氫離子得電子生成氫氣,C項(xiàng)錯(cuò)誤;電解時(shí),陰離子移向陽極,D項(xiàng)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(yīng),則電極b為陽極,電極a為陰極,A項(xiàng)正確;電極a的電極反應(yīng)式為O2+4e+4H===2H2O,B項(xiàng)正確;電極b上H2O失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2、O3和H,故電解一段時(shí)間后b極周圍溶液的pH下降,C項(xiàng)正確;標(biāo)準(zhǔn)狀況下,當(dāng)有5.6L氧氣參加反應(yīng)時(shí),轉(zhuǎn)移電子1mol,設(shè)收集到氧氣xmol,臭氧ymol,則有xy=0.2,4x+6y=1,解得xy=0.1,故O3的體積分?jǐn)?shù)為50%,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.A 紫紅色斑即MnO向d端擴(kuò)散,根據(jù)陰離子向陽極移動(dòng)的原理,可知d端為陽極,即b為正極,a為負(fù)極,c為陰極,NaCl溶液中H放電,產(chǎn)生OH,c點(diǎn)附近會(huì)變紅色,A項(xiàng)正確;電解硫酸銅溶液時(shí),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(yīng)式為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,Pt電極附近生成H,則SO向Pt電極移動(dòng),B、D兩項(xiàng)均不正確;隨著電解的進(jìn)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(xiàng)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(fù)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(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)錯(cuò)誤;使用三層液熔鹽可以有效增大電解反應(yīng)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(xiàng)錯(cuò)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(yīng),由此判斷X極為電源的負(fù)極,A項(xiàng)正確;根據(jù)題意可知,電解質(zhì)為固體金屬氧化物,可傳導(dǎo)O2-,故在陰極上發(fā)生的反應(yīng)為H2O+2e===H2+O2-、CO2+2e===CO+O2-,B項(xiàng)正確;根據(jù)電極產(chǎn)物及B項(xiàng)發(fā)生的電極反應(yīng)可知,該電解池的總反應(yīng)化學(xué)方程式為H2O+CO2H2+CO+O2,C項(xiàng)正確;根據(jù)C項(xiàng)的電解總反應(yīng)化學(xué)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(xiàng)錯(cuò)誤。6.D 石墨電極為陽極,電極反應(yīng)式為2H2O-4e===O2↑+4H,H通過陽離子交換膜由Ⅰ室進(jìn)入Ⅱ室,右側(cè)Co電極為陰極,電極反應(yīng)式為Co2++2e===Co,Cl通過陰離子交換膜由Ⅲ室進(jìn)入Ⅱ室,與H結(jié)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(cuò)誤;生成1molCo時(shí),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(jìn)入Ⅱ室,則Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少18g,B錯(cuò)誤;移除兩交換膜后,石墨電極上的電極反應(yīng)為2Cl-2e===Cl2↑,C錯(cuò)誤;根據(jù)上述分析可知,電解時(shí)生成了O2、Co、H,則電解總反應(yīng)為2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H,D正確。7.C 斷開K2、合上K1,發(fā)生的是原電池反應(yīng),所以能量轉(zhuǎn)化形式為化學(xué)能→電能,A說法正確;斷開K1、合上K2,發(fā)生的是電解池反應(yīng),電極A與電源負(fù)極相連,為陰極,陰極發(fā)生還原反應(yīng),B說法正確;當(dāng)發(fā)生電解反應(yīng)時(shí),電極B是陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為2Ni(OH)2+2OH-2e===2NiOOH+2H2O,根據(jù)電極反應(yīng)式可知溶液中KOH濃度降低,C說法錯(cuò)誤;根據(jù)題給裝置圖中物質(zhì)的變化過程可得總反應(yīng)式為Cd+2NiOOH+2H2OCd(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(xiàng)正確;電解過程中Na向陰極移動(dòng),即向左遷移,Cl向右遷移,故N為陰離子交換膜,B項(xiàng)正確;若去掉雙極膜(BPM),陽極上會(huì)發(fā)生2Cl-2e===Cl2↑,陽極室會(huì)有Cl2生成,C項(xiàng)正確;陰極上氫離子放電,故附近溶液酸性不會(huì)明顯增強(qiáng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。9.C 本題重點(diǎn)考查電解原理及其應(yīng)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(xiàng)正確;通電時(shí),陽極反應(yīng)式為Ag-e===Ag,生成的Ag通過固體電解質(zhì)進(jìn)入電致變色層,與WO3結(jié)合得到AgxWO3,W的化合價(jià)降低,陰極反應(yīng)式為WO3xe===WO,總反應(yīng)為xAg+WO3===AgxWO3,故B、D項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤。10.D 電解時(shí),陽極Zn、Fe、Ni失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;因氧化性Ni2+>Fe2+>Zn2+,故陰極反應(yīng)式為Ni2++2e===Ni,可見,陽極質(zhì)量減少是因?yàn)閆n、Fe、Ni溶解,而陰極質(zhì)量增加是因?yàn)镹i析出,B項(xiàng)錯(cuò)誤;電解后溶液中的陽離子除Fe2+和Zn2+外,還有Ni2+和H,C項(xiàng)錯(cuò)誤。11.BD 氯堿工業(yè)中陽極是Cl放電生成Cl2;電解精煉銅時(shí)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?。昏F片上鍍銅時(shí),陰極應(yīng)該是鐵片,陽極是純銅。12.D 根據(jù)圖示,石墨電極一側(cè)發(fā)生反應(yīng)2Br-2e===Br2、OHC—CHO+Br2+H2O→HOOC—CHO+2HBr,總反應(yīng)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(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)陽極總反應(yīng)OHC—CHO-2e+H2O===HOOC—CHO+2H、陰極反應(yīng)HOOC—COOH+2e+2H===HOOC—CHO+H2O,可得總反應(yīng)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(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)陰極(鉛電極)反應(yīng),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(xiàng)正確。13.AB 如用金屬銅作電解池的陽極,則電極本身會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng),不能達(dá)到電解尿素的目的,故A錯(cuò)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(cuò)誤;陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣,故C正確;陽極發(fā)生氧化反應(yīng)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(yīng)式為Fe+8OH-6e===FeO+4H2O,故A錯(cuò)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(cuò)誤;不能確定溫度和壓強(qiáng),生成氣體體積無法確定,故C錯(cuò)誤;若離子交換膜為陰離子交換膜,則電解結(jié)束后由于濃度差左側(cè)溶液中會(huì)含有FeO,故D正確。15.Ⅰ.(1)陽 Cl2 H2(2)阻止OH進(jìn)入陽極室與Cl2發(fā)生副反應(yīng)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↑ NH+3Cl-6e===NCl3+4H NH4Cl+2HClNCl3+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(yīng)式為6H+6e===3H2↑,陽極的電極反應(yīng)式為NH+3Cl-6e===NCl3+4H,電解時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH4Cl+2HCl3H2↑+NCl3。16.(1)在直流電場作用下,CrO通過陰離子交換膜向陽極室移動(dòng),脫離漿液 CrO和Cr2O NaOH和H2(2)①石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化②4CO+2H2O-4e===4HCO+O2↑ H2(3)①陽極室②防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低③M點(diǎn):c(OH)低,Na2FeO4穩(wěn)定性差,且反應(yīng)慢[或N點(diǎn):c(OH)過高,鐵電極上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4產(chǎn)率降低]解析:(1)電解過程中,溶液中離子發(fā)生定向移動(dòng),CrO通過陰離子交換膜移向陽極區(qū)而被分離出來。酸性條件下,存在如下平衡:2CrO+2HCr2O+H2O。電解時(shí)陰極放電的是H,電極反應(yīng)式為2H+2e===H2↑;陽極放電的是OH,電極反應(yīng)式為4OH-4e===2H2O+O2↑。(2)①電解Al2O3時(shí)陽極上生成O2,O2會(huì)氧化石墨。②陽極上OH失去電子生成O2,由H2O電離出的H可以與CO反應(yīng)生成HCO,陰極上H得到電子生成H2(3) ①電解時(shí),陽極反應(yīng)式為Fe-6e+8OH===FeO+4H2O,陰極反應(yīng)式為2H2O+2e===H2↑+2OH,電解過程中,陽極室消耗OH,c(OH)降低。②根據(jù)題意,Na2FeO4易被H2原,由于陰極產(chǎn)生的氣體為H2,若不及時(shí)排出,會(huì)將Na2FeO4還原,使其產(chǎn)率降低。③根據(jù)題意可知,若堿性較弱,則Na2FeO4穩(wěn)定性差,且反應(yīng)慢;若堿性較強(qiáng),則鐵電極區(qū)會(huì)產(chǎn)生Fe(OH)3或Fe(OH)3分解生成的Fe2O3,所以M點(diǎn)和N點(diǎn)的c(Na2FeO4)均低于最高值。  

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2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)專練32原電池原理及應(yīng)用二含解析

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2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)專練31原電池原理及應(yīng)用一含解析

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