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考点20电解原理及其应用题组一基础小题1下列图示中关于铜电极的连接错误的是()答案C解析镀件上镀铜时,铜应作阳极,与电源正极相连,镀件作阴极,与电源负极相连。2.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图,电解总反应为2CuH2OCu2OH2。下列说法正确的是()A石墨电极上产生氢气B铜电极发生还原反应C铜电极接直流电源的负极D当有0.1 mol电子转移时,有0.1 mol Cu2O生成答案A解析根据电解反应方程式及图可知,铜极发生氧化反应,连接电源正极,当有0.1 mol电子转移时,有0.05 mol Cu2O生成,石墨极发生还原反应产生H2,因此A正确。3某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是()Aa和b不连接时,铁片上会有金属铜析出Ba和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu22e=CuC无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液由蓝色逐渐变成浅绿色Da和b分别连接直流电源的正、负极,电压足够大时,Cu2向铜电极移动答案D解析a和b不连接时,发生置换反应,A正确;a和b连接时,形成原电池,铜片作正极,溶液中Cu2放电,B正确;铁片作负极,失去电子形成Fe2,溶液由蓝色逐渐变成浅绿色,C正确;a和b分别连接直流电源正、负极,a作阳极,铜片失去电子形成Cu2,Cu2向铁电极移动,D错误。4如图装置电解一段时间,当某极析出0.32 g Cu时,、中溶液pH分别为(常温下,溶液足量,体积均为100 mL且电解前后溶液的体积变化忽略不计)()A13、7、1 B12、7、2 C1、7、13 D7、13、1答案A解析中发生反应:2KCl2H2O2KOHCl2H2,中反应的实质是电解水,pH7,中发生反应:2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2,三个电解槽串联,则三个电解槽相同时间内转移电子的物质的量相同:n(e)2n(Cu)20.32 g64 g/mol0.01 mol,所以中的产物:n(H2)0.005 mol,n(KOH)0.01 mol,c(OH)0.1 molL1,则pH13,中的产物:n(H2SO4)n(Cu)0.005 mol,c(H)0.1 molL1,所以pH1,故选A。5金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:氧化性Fe2Ni2Fe2Zn2,故阴极反应为Ni22e=Ni,可见,阳极质量减少的是溶解的Zn、Fe、Ni,而阴极质量增加的只是析出的Ni,两者质量是不相等的,故B错误;电解后,溶液中除留下Fe2、Zn2外,还有Ni2,C错误;阳极反应有:Zn2e=Zn2,Fe2e=Fe2,Ni2e=Ni2,Pt为惰性金属,不放电,而Cu要在金属Ni全部转化为Ni2后才能放电,但此时Cu已没有了支撑物,最后和Pt一起落下,形成阳极泥,故D正确。6用如图装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,则下表中所列各项对应关系均正确的一组是()答案D解析电解Na2SO4溶液相当于电解水,阳极生成氧气,a管中溶液呈酸性,A错误;电解AgNO3溶液属于“析氧生酸型”,阳极生成氧气,B错误;电解KCl和CuCl2混合溶液,相当于先后电解CuCl2溶液、KCl溶液和水,a管产生H2的体积有可能与b管产生Cl2和O2的混合气体的体积相等,C错误;电解AlCl3溶液时,阴极先产生氢气,a管中生成Al(OH)3沉淀,当Al3沉淀完全后,继续电解水产生的OH,又使沉淀溶解,D正确。7利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是()Aa为直流电源的负极B阴极的电极反应式为:2HSO2He=S2O2H2OC阳极的电极反应式为:SO22H2O2e=SO4HD电解时,H由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室答案C解析由装置图知,左侧电极硫元素化合价从4(SO2)升高到6(H2SO4),故左侧电极是阳极,a为直流电源的正极,A错误,C正确;阴极的电极反应式为:2HSO2H2e=S2O2H2O,B错误;由于H在阴极上反应,故电解时,H由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室,D错误。题组二高考小题8(2018全国卷)一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li在多孔碳材料电极处生成Li2O2x(x0或1)。下列说法正确的是()A放电时,多孔碳材料电极为负极B放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C充电时,电解质溶液中Li向多孔碳材料区迁移D充电时,电池总反应为Li2O2x=2Li1O2答案D解析放电时,O2与Li在多孔碳材料电极处反应,说明电池内,Li向多孔碳材料电极移动,因为阳离子移向正极,所以多孔碳材料电极为正极,A错误。因为多孔碳材料电极为正极,外电路电子应该由锂电极流向多孔碳材料电极(由负极流向正极),B错误。充电和放电时电池中离子的移动方向相反,放电时,Li向多孔碳材料电极移动,充电时向锂电极移动,C错误。根据图示和上述分析,可知放电时,电池的正极反应是O2与Li得电子转化为Li2O2x,电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li,所以总反应为:2LiO2=Li2O2x,充电时的反应与放电时的反应相反,所以充电时,电池总反应为Li2O2x=2LiO2,D正确。9(2017全国卷)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是()A待加工铝质工件为阳极B可选用不锈钢网作为阴极C阴极的电极反应式为Al33e=AlD硫酸根离子在电解过程中向阳极移动答案C解析铝制品表面氧化形成致密的氧化膜,发生氧化反应,所以待加工铝质工件应为阳极,A正确;阴极发生的电极反应为2H2e=H2,阴极可选用不锈钢网作电极,B正确,C错误;电解质溶液中的阴离子向阳极移动,D正确。10(2016全国卷)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na和SO可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A通电后中间隔室的SO离子向正极迁移,正极区溶液pH增大B该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C负极反应为2H2O4e=O24H,负极区溶液pH降低D当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成答案B解析负极区(阴极)电极反应为:4H4e=2H2,正极区(阳极)电极反应为:4OH4e=2H2OO2。通电后SO向正极移动,正极区OH放电,溶液酸性增强,pH减小,A错误;负极区反应为4H4e=2H2,溶液pH增大,C错误;当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.25 mol O2生成,D错误。11(2015浙江高考)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2OCO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是()AX是电源的负极B阴极的电极反应式是H2O2e=H2O2、CO22e=COO2C总反应可表示为H2OCO2H2COO2D阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是11答案D解析H2O、CO2混合气体制备H2和CO时,氢元素及碳元素的化合价降低,H2O和CO2发生还原反应,则该极为阴极,连接电源的负极,A正确;因电解质是金属氧化物,故该过程中可以传递O2,则阴极反应为H2O2e=H2O2,CO22e=COO2,B正确;图中阳极放出的是O2,2O24e=O2,则总反应方程式为H2OCO2H2COO2,C正确;从总反应方程式看,阴极和阳极生成的气体的物质的量之比是 21,D错误。题组三模拟小题12(2019黄石调研)已知反应:2CrO2HCr2OH2O。某科研小组用如图电解装置,由Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7溶液。下列有关叙述正确的是()ANa2CrO4生成Na2Cr2O7的反应为非氧化还原反应,不能通过电解方法获得Ba为电源正极Cd口流出的NaOH溶液的浓度与c口通入的NaOH溶液的浓度相同DNa从右侧通过阳离子交换膜进入左侧答案D解析虽然Na2CrO4转化为Na2Cr2O7的反应为非氧化还原反应,但因为该反应必须在酸性环境中才能发生,反应所需的H可以通过电解方法获得,A错误;电解装置右侧发生反应时所需的H来源于H2O的电解,电极反应式为2H2O4e=O24H,故右侧电极为阳极,阳极连接电源正极,即b为电源正极,a为电源负极,B错误;左侧电极反应式为2H2O2e=H22OH,故d口流出的NaOH溶液的浓度比c口通入的NaOH溶液的浓度大,C错误;电解时,阳离子从阳极流向阴极,故Na从右侧通过阳离子交换膜进入左侧,D项正确。13(2019湖北八校联考)H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图,下列叙述错误的是 ()AM室发生的电极反应为2H2O4e=O24HBN室中:a%b%Cb膜为阴膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸D理论上每生成1 mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6 L气体答案D解析M室为阳极室,发生氧化反应,电极反应式为2H2O4e=O24H,A正确;N室为阴极室,溶液中水电离的H得电子发生还原反应生成H2,促进水的电离,溶液中OH浓度增大,即a%b%,B正确;阳极室的H穿过阳膜扩散至产品室,原料室的B(OH)穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3BO3,则b膜为阴膜,C正确;每生成1 mol产品,转移电子的物质的量为1 mol,阴极室生成0.5 mol氢气,其标准状况下的体积为11.2 L,D错误。14(2018石家庄质检)厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理得到乳酸(图中HA表示乳酸分子、A表示相应的酸根离子)如图所示,下列说法正确的是()A阴极的电极反应式为:4OH4e=2H2OO2BH从阳极通过阳离子交换膜向阴极移动CA通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室D当浓缩室中增加了0.6 mol HA时,可得到4.48 L H2(标准状况)答案C解析电解时阴极的电极反应式:4H4e=2H2,A错误;因阳离子不能透过阴离子交换膜,故留在浓缩室,B错误;阴离子移向阳极,但进入浓缩室后被阳离子交换膜阻挡而留在浓缩室,得到浓乳酸溶液,C正确;当浓缩室中增加了0.6 mol HA时,表明有0.6 mol H放电转化为H2,体积为6.72 L(标准状况),D错误。15(2018黑龙江齐齐哈尔第二次模拟)用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理,其工作原理如图所示,质子膜允许H和H2O通过。下列说法正确的是()A电极为阴极,电极反应式为2H2O2e=2OHH2B电解时H由电极向电极迁移C吸收塔中的反应为2NO2S2O2H2O=N24HSOD每处理1 mol NO,可同时得到32 g O2答案C解析根据图示可以看出,电极中的电极反应式应该是2HSO2e2H=S2O2H2O,A项错误;电解时阳离子向阴极移动,故H由电极向电极迁移,B项错误;吸收塔中的反应为2NO2S2O2H2O=N24HSO,C项正确;每处理1 mol NO,转移电子数为2 mol,可同时得到16 g O2,D项错误。题组一基础大题16如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答下列问题:(1)甲烷燃料电池负极反应是_。(2)石墨(C)极的电极反应是_。(3)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为_L;丙装置中阴极析出铜的质量为_g。(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2 的实验装置(如图所示)。若用于制取漂白液,则a为电池的_极,电解质溶液最好用_。若用于制取Fe(OH)2,使用硫酸钠作电解质溶液,则阳极选用_作电极。答案(1)CH410OH8e=CO7H2O(2)2Cl2e=Cl2(3)4.4812.8(4)负饱和NaCl溶液铁解析(1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应,即甲烷在负极上被氧化。在KOH溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾,负极反应为CH410OH8e=CO7H2O。(2)原电池的负极与电解池的阴极相接,铁极为阴极,则C极为阳极,在C极上发生氧化反应,电极反应为2Cl2e=Cl2。(3)n(O2)0.1 mol,甲池中正极反应为O22H2O4e=4OH,由电子守恒知,经过甲、乙、丙装置的电子的总物质的量为0.4 mol。铁极为阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O2e=2OHH2,n(H2)0.2 mol,V(H2)0.2 mol22.4 Lmol14.48 L。丙池中精铜为阴极,发生还原反应,电极反应为Cu22e=Cu,n(Cu)0.2 mol,m(Cu)0.2 mol64 gmol112.8 g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸盐,制备原理是2Cl2H2O2OHCl2H2,Cl22OH=ClClOH2O,气体与液体反应,最好采用逆向接触,即气体在下端产生,碱溶液在上端生成,使其充分反应,所以该装置的下端为阳极,上端为阴极,阴极与电源负极相连,故a极为负极。生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠,故电解质溶液最好用饱和NaCl溶液。若制备Fe(OH)2,用Na2SO4溶液作电解质溶液,选用铁作阳极。题组二高考大题17完成下列高考组合题。(1)(2015山东高考)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为_溶液(填化学式),阳极电极反应式为_,电解过程中Li向_(填“A”或“B”)电极迁移。(2)(全国卷)H3PO2也可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):写出阳极的电极反应式: _。分析产品室可得到H3PO2的原因_。早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2,将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_ 杂质,该杂质产生的原因是 _。(3)(北京高考)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是_,说明理由: _。答案(1)LiOH2Cl2e=Cl2B(2)2H2O4e=O24H阳极室的H穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2POH2PO或H3PO2被氧化(3)NH3根据反应:8NO7H2O3NH4NO32HNO3,可知电解过程中还产生HNO3解析(1)B极产生H2,根据反应:2H2e=H2,说明B极为阴极,随着电解进行,溶液中c(H)减小、c(OH)增大,B极附近电解液为LiOH溶液,随着电解的进行,溶液中c(LiOH)增大。A极为阳极,电解液为LiCl溶液,电极反应:2Cl2e=Cl2;在电解过程中Li向阴极附近移动,即向B极迁移。(2)中应该从闭合回路的角度,阴、阳离子的流向分析。注意阳极反应生成O2,O2具有氧化性,H3PO2和H2PO均具有还原性,二者会被O2氧化生成PO。(3)电解NO制备硝酸铵,阳极反应为5NO15e10H2O=5NO20H,阴极反应为3NO15e18H=3NH3H2O,从两极反应产物分析电解产物,每生成3 mol NH4NO3同时还生成2 mol HNO3,因此,要全部转化成NH4NO3需补充NH3。题组三模拟大题18(2019福建质检)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型能源,利用二氧化碳合成二甲醚已成为化学家研究的热门课题。(1)几种共价键的键能如表所示:化学键C=OHHCHC
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