2021高考化学一轮复习 核心素养测评二十一 电解池的工作原理及应用（含解析）苏教版

电解池的工作原理及应用一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)1.(2020牡丹江模拟)我国青年学者孙旭平及其领衔团队,近日成功利用mo2n纳米催化剂在0.1 moll-1盐酸溶液中进行电催化固氮,装置如图所示,在一定电压下具有较高的产氨速率。下列判断错误的是()a.mo2n/gce电极为阴极b.溶液中h+通过隔膜向mo2n/gce电极区迁移c.mo2n/gce电极区反应式为n2+6h+6e-2nh3d.为提高溶液的导电性,可在石墨电极区加入适量的盐酸【解析】选d。根据装置图,该装置具有外加电源,装置为电解池装置,左侧电极n2nh3,n的化合价降低,根据电解原理,mo2n/gce为阴极,石墨为阳极,阴极反应式为n2+6h+6e-2nh3,阳极反应式为2h2o-4e-o2+4h+。根据上述分析,a说法正确;阳极反应式为2h2o-4e-o2+4h+,h+通过隔膜向mo2n/gce电极区迁移,b说法正确;根据图象,mo2n/gce电极上n2nh3,该电极反应式为n2+6h+6e-2nh3,c说法正确;石墨电极区加入适量盐酸,cl-在石墨电极上放电,产生cl2,污染环境,d说法错误。2.(2020临沂模拟)利用微生物燃料电池进行废水处理,实现碳氮联合转化。其工作原理如图所示,其中m、n为厌氧微生物电极。下列有关叙述错误的是()a.负极的电极反应为ch3coo-8e-+2h2o2co2+7h+b.电池工作时,h+由m极移向n极c.相同条件下,m、n两极生成的co2和n2的体积之比为32d.好氧微生物反应器中发生的反应为nh4+2o2no3-+2h+h2o【解析】选c。m极为负极,ch3coo-失电子、发生氧化反应生成二氧化碳气体,电极反应为ch3coo-8e-+2h2o2co2+7h+,故a正确;原电池工作时,阳离子向正极移动,即h+由m极移向n极,故b正确;生成1 mol co2转移4 mol e-,生成1 mol n2转移10 mol e-,根据电子守恒,m、n两极生成的co2和n2的物质的量之比为10 mol4 mol=52,相同条件下的体积比为52,故c错误;nh4+在好氧微生物反应器中转化为no3-,则反应器中发生的反应为nh4+2o2no3-+2h+h2o,故d正确。3.(2020深圳模拟)如图1为甲烷和o2 构成的燃料电池示意图,电解质溶液为koh溶液;图2为电解alcl3 溶液的装置,电极材料均为石墨。用该装置进行实验,反应开始后观察到x电极附近出现白色沉淀。下列说法正确的是()a.b电极为负极b.图1中电解质溶液的ph增大c.a电极反应式为ch4-8e- +8oh-co2+6h2od.图2中电解alcl3溶液的总反应式为2alcl3 +6h2o2al(oh)3+3cl2+3h2【解析】选d。x电极附近出现的白色沉淀是氢氧化铝,x电极因产生oh-而作阴极,相应的b电极为正极,故a错误;b.图1中电池反应为ch4+2o2+2oh-co32-+3h2o,电解质溶液的ph减小,故b错误;c.在碱性溶液中不能产生co2,a电极反应式为ch4-8e-+10oh-co32-+7h2o,故c错误;d.图2中电解alcl3溶液的总反应式为2alcl3+6h2o2al(oh)3+3cl2+3h2,故d正确。4.用惰性电极电解如下物质可制得对应金属的是()a.电解熔融alcl3获取金属铝b.电解mgcl2溶液获取金属镁c.电解cucl2溶液获取金属铜d.电解饱和食盐水来获取金属钠【解析】选c。电解熔融的al2o3才能够制备金属铝,a错误;电解熔融的mgcl2获取金属镁,b错误;电解cucl2溶液,阴极得到铜,c正确;电解熔融的nacl才能制备钠,而电解饱和食盐水得到naoh溶液,d错误。二、非选择题(本题包括2小题,共26分)5.(12分)电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图所示为一电解池装置,u形管内装有电解液c,a、b是两块电极板,通过导线与直流电源相连。(1)若a、b都是惰性电极,电解质溶液c是饱和nacl溶液,实验开始时,同时在u形管两边各滴入几滴酚酞试剂,试判断:a电极是_极(填“正”或“负”),b电极是_极(填“阴”或“阳”);a电极上的电极反应式为_,b电极上的电极反应式为_;检验a电极上产物的方法是_。(2)若图示装置为用惰性电极电解cuso4溶液的装置,其中阴极上析出cu的质量为3.2 g,则阳极上产生的气体在标准状况下的体积为_;常温下,若将电解后的溶液稀释至1 l,则溶液的ph约为_。【解析】(1)根据电流的方向可知,a电极为电源的正极,b电极为电源的负极。a电极为阳极,发生氧化反应2cl-2e-cl2,b电极为阴极,发生还原反应2h2o+2e-h2+2oh-。氯气可用湿润的淀粉碘化钾试纸检验。(2)用惰性电极电解cuso4溶液时,阳极反应式为2h2o-4e-o2+4h+,阴极反应式为cu2+2e-cu,根据电子守恒可知,n(o2)=12n(cu)=123.2 g64 gmol-1=0.025 mol,即标准状况下v(o2)=0.025 mol22.4 lmol-1=0.56 l;根据反应2cuso4+2h2o2cu+o2+2h2so4可知,电解后溶液中n(h+)=4n(o2)=0.1 mol,所以c(h+)=0.1 moll-1,ph=1。答案:(1)正阴2cl-2e-cl22h2o+2e-h2+2oh-把湿润的淀粉碘化钾试纸放在a电极附近,试纸变蓝,则证明a电极上的产物为氯气(2)0.56 l16.(14分)已知铅蓄电池的工作原理为pb+pbo2+2h2so42pbso4+2h2o,现用如图装置进行电解(电解质溶液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题。(1)a是铅蓄电池的_极,cu电极是_极。(2)ag电极的电极反应式是_,该电极的电极产物共_ g。(3)cu电极的电极反应式是_,cuso4溶液的浓度_ (填“减小”“增大”或“不变”)。(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线,则x表示_。a.各u形管中产生的气体的体积b.各u形管中阳极质量的减少量c.各u形管中阴极质量的增加量【解析】(1)当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减小11.2 g,说明铁作阳极,银作阴极,阴极连接原电池负极,所以a是负极,b是正极,cu是阳极,zn是阴极。(2)银作阴极,电解稀硫酸时,阴极上h+放电生成h2,电极反应式为2h+2e-h2,生成氢气的质量=0.42 mol2 gmol-1=0.4 g。(3)cu电极的电极反应式是cu-2e-cu2+,zn电极上的反应式是cu2+2e-cu,cu电极溶解的铜和zn电极析出的铜相等,cuso4溶液的浓度不变。(4)a.右边u形管不析出气体,左边u形管析出气体,故错误;b.当转移相等电子时,溶解金属的物质的量相等,铜的摩尔质量大于铁,所以右边u形管阳极减少的质量大于左边u形管阳极减少的质量,故正确;c.当转移相等电子时,析出物质的物质的量相等,但左边u形管析出氢气,阴极质量不变,故错误。答案:(1)负阳(2)2h+2e-h20.4(3)cu-2e-cu2+不变(4)b一、选择题(本题包括2小题,每题7分,共14分)1.(2020广东重点中学高三联考)乙醛酸 (hooccho)是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸,原理如图所示,该装置中阴、阳两极为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸,其中乙二醛与m电极的产物反应生成乙醛酸。下列说法正确的是()a.m极与直流电源的负极相连b.每得到1 mol乙醛酸将有2 mol h+从右室迁移到左室c.n电极上的电极反应式:hooccooh-2e-+2h+hooccho+h2od.每消耗0.1 mol乙二醛在m电极生成2.24 l气体(标准状况)【解析】选d。根据质子的移动方向,确定m电极是阳极,m极与直流电源的正极相连,故a错误;2 mol h+通过质子交换膜,则电池中转移2 mol电子,根据电极反应式hooccooh+2e-+2h+hooccho+h2o,可知n极生成1 mol乙醛酸,由左极室发生反应:2cl-2e-cl2、cl2+ohccho+h2o2cl-+ohccooh+2h+可知,每消耗0.1 mol乙二醛转移电子0.2 mol,m电极上所得氯气的物质的量为0.1 mol,体积为2.24 l(标准状况),故d正确;由于两极均有乙醛酸生成,所以生成的乙醛酸为2 mol,故b、c错误。2.(双选)(2020武汉模拟改编)锌银电池的负极为锌,正极为氧化银,电解质是koh,电池反应为zn+ag2o+h2ozn(oh)2+2ag。以锌银电池为电源,电解硫酸镍溶液冶炼纯镍,装置如图所示。下列说法正确的是()a.装置中使用阳离子交换膜b.锌银电池a极反应式为ag2o+h2o+2e-2ag+2oh-c.镍极的主要反应为2h+2e-h2d.若锌银电池溶解13 g锌,则镍极净增质量最多为11.8 g【解析】选b、d。a项,观察题图知,交换膜左侧硫酸浓度增大,说明so42-由交换膜右侧向左侧迁移,交换膜为阴离子交换膜,错误;b项,铂极为阳极,电极反应式为2h2o-4e-o2+4h+,则a极为锌银电池的正极,根据电池反应可书写正极反应式,正确;c项,本实验的主要目的是冶炼纯镍,所以,镍极的主要反应是ni2+2e-ni,错误;d项,b极的电极反应式为zn-2e-+2oh-zn(oh)2,理论上,消耗65 g锌析出59 g镍,则溶解13 g锌,最多析出11.8 g ni,正确。二、非选择题(本题包括2小题,共36分)3.(18分)(2020黄冈模拟)化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。.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。请按要求回答相关问题:(1)甲烷燃料电池负极反应式是_。(2)石墨(c)极的电极反应式为_。(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,一段时间后烧杯中c(cu2+)_(填“增大”“减小”或“不变”)。.“长征”火箭发射使用的燃料是液态偏二甲肼(c2h8n2),并使用四氧化二氮作为氧化剂,这种组合的两大优点是既能在短时间内产生巨大能量将火箭送上太空,产物又不污染空气(产物都是空气成分)。某校外研究性学习小组拟将此原理设计为原电池,如图所示,结合学习过的电化学原理分析其设计方案,回答相关问题:(4)从a口加入_(填名称)。h+移动方向是_(填“a到b”或“b到a”)。(5)a极发生的电极反应式:_。(6)若以该电池为电源,用石墨作电极电解200 ml 0.5 moll-1的cuso4溶液,电解一段时间后,两极收集到相同体积(相同条件)的气体,则整个电解过程转移的电子的数目是_。【解析】.(1)甲烷燃料电池负极为ch4失去电子后结合oh-生成co32-,其电极反应式是ch4-8e-+10oh-co32-+7h2o。(2)乙为电解池,fe为阴极,c为阳极,实质为电解饱和食盐水,故石墨(c)极的电极反应式为2cl-2e-cl2。(3)标准状况下,2.24 l氧气的物质的量为0.1 mol,参与反应转移的电子为0.4 mol;铁电极为阴极,阳离子放电:2h+2e-h2,则放出氢气0.2 mol,标准状况下体积为4.48 l;丙装置中阴极反应式为cu2+2e-cu,则析出铜0.2 mol,即为12.8 g。阳极上比铜活泼的金属也会放电,故一段时间后烧杯中c(cu2+)会减少。.(4)由电子转移方向可知a为负极,b为正极,根据原电池原理,还原剂在负极上失去电子发生氧化反应,氧化剂在正极上得到电子发生还原反应,则从a口通入偏二甲肼;内电路一般是阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以h+移动方向是a到b。(5)a为负极,还原剂在负极上失去电子发生氧化反应,又已知产物中气体均为空气组分,所以a极发生的电极反应式为c2h8n2-16e-+4h2o2co2+n2+16h+。(6)两极收集到相同体积(相同条件)的气体,则阴极除了cu2+2e-cu,还应有2h+2e-h2,阳极的电极反应式为2h2o-4e-4h+o2,设生成n(o2)=n(h2)=x,因为n(cu2+)=0.5 moll-10.2 l=0.1 mol,由得失电子守恒得0.12+2x=4 x,x=0.1 mol,所以n(o2)=n(h2)=0.1 mol,则整个电解过程转移的电子0.1 mol4=0.4 mol,即0.4 na。答案:.(1)ch4-8e-+10oh-co32-+7h2o(2)2cl-2e-cl2(3)4.4812.8减小.(4)偏二甲肼a到b(5)c2h8n2-16e-+4h2o2co2+n2+16h+(6)0.4 na(或2.4081023)4.(18分)(1)(2020青岛模拟)naclo2是一种绿色消毒剂和漂白剂,工业上采用电解法制备naclo2的原理如图所示。交换膜应选用_(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。阳极的电极反应式为_。阴极的电极反应式为_。(2)(2019北京昌平模拟)利用电解无害化处理水体中的no3-,最终生成n2逸出。其装置及转化图如图所示:阴极的电极反应式为_。生成n2的离子方程式为_。【解析】(1)由clo2naclo2可知,cl的化合价降低,所以clo2发生得到电子的还原反应,结合na+生成n