2023届新高考化学一轮分层练案(二十六)电解原理及应用

一轮分层练案（二十六）电解原理及应用（基础课）一、选择题(本题包括10小题，每小题只有1个选项符合题意)1.下列关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是()A．Fe电极作阳极，发生氧化反应B．Cl－向石墨极作定向移动C．石墨电极反应：Fe3＋＋3e－=FeD．电解池发生总反应：2Cl－＋2Fe3＋eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5())Cl2↑＋2Fe2＋解析：选AA项，电子流出的一极是电源的负极，故Fe连接电源的正极，为阳极，发生氧化反应，正确；B项，电解质溶液中，阴离子向阳极移动，Fe为阳极，Cl－向Fe极作定向移动，错误；C项，石墨电极是电解池的阴极，发生还原反应，电极反应为Fe3＋＋e－=Fe2＋，错误；D项，Fe为阳极，是活性电极，Fe被氧化生成Fe2＋，石墨是电解池的阴极，Fe3＋发生还原反应生成Fe2＋，故电解池发生的总反应：Fe＋2Fe3＋eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5())3Fe2＋，错误。2．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分析完全正确的是()选项ABCDa电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极Q离子阳离子阳离子阴离子阴离子解析：选B电子从电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中的阳离子Q移向阴极a。3．我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是()A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－=ZnD．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀解析：选C锌环与电源的正极相连，为阳极，发生氧化反应，A项正确；断电时，Zn比铁活泼，作负极，电极反应为Zn－2e－=Zn2＋，C项错误。4．如图是某课题组设计的一种利用电解原理制取H2O2并用来处理工业废氨水的装置。为了不影响H2O2的产量，需向废氨水中加入适量硝酸调节溶液的pH约为5。下列说法正确的是()A．阴极的电极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．阳极的电极反应式为O2＋2H＋＋2e－=H2O2C．处理废氨水的过程中所发生的反应为3H2O2＋2NH3·H2O=8H2O＋N2↑D．工作过程中阳极附近溶液的pH逐渐增大解析：选C根据题给装置图可知，阳极的电极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，阴极的电极反应式为O2＋2H＋＋2e－=H2O2，故A、B项错误。根据题图可知，H2O2可将NH3·H2O氧化为N2，C项正确。根据电极反应式可知，工作过程中阳极上生成氢离子，所以阳极附近溶液的pH逐渐减小，D项错误。5．在N­羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)介质中，可实现醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是()A．理论上NHPI的总量在反应前后不变B．海绵Ni电极作阳极C．总反应为CH2OHeq\o(→,\s\up7(电解))CHO＋H2↑D．每消耗1mmol苯甲醇，产生22.4mL氢气解析：选D由装置分析可知，该装置为电解池，Ni2＋在海绵Ni电极失去电子得到Ni3＋，发生氧化反应，则海绵Ni为阳极，电极反应式为Ni2＋－e－=Ni3＋，阳极区同时还发生反应：Ni3＋＋NHPI→Ni2＋＋PINO，H＋在石墨电极得到电子生成H2，发生还原反应，则石墨为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，阴极区同时还发生反应：CH2OH＋PINO→CHO，据此解答。根据上述分析可知，NHPI在阳极区参与反应，又在阴极区为生成物，因此理论上NHPI的总量在反应前后不发生改变，A正确；由上述分析，Ni2＋在海绵Ni电极失去电子得到Ni3＋，发生氧化反应，则海绵Ni为阳极，B正确；阳极反应式为Ni2＋－e－=Ni3＋，阳极区同时还发生反应：Ni3＋＋NHPI→Ni2＋＋PINO，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，阴极区同时还发生反应：CH2OH＋PINO→CHO，因此总反应为CH2OHeq\o(→,\s\up7(电解),\s\do5())CHO＋H2↑，C正确；未指明标准状况，不能用Vm＝22.4L·mol－1进行计算，D错误。6．工业上电解NaHSO4溶液制备Na2S2O8，电解时，阴极材料为Pb；阳极(铂电极)电极反应式为2HSOeq\o\al(－,4)－2e－=S2Oeq\o\al(2－,8)＋2H＋。下列说法正确的是()A．阴极电极反应式为Pb＋HSOeq\o\al(－,4)－2e－=PbSO4＋H＋B．阳极反应中S的化合价升高C．S2Oeq\o\al(2－,8)中既存在非极性键又存在极性键D．可以用铜电极作阳极解析：选C阴极发生还原反应，氢离子获得电子生成氢气，阴极电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，故A错误；阳极发生氧化反应，硫元素最高正价为＋6价，只能是氧元素价态升高，S2Oeq\o\al(2－,8)中含有过氧键，反应中硫元素价态不变，故B错误；S2Oeq\o\al(2－,8)中含硫氧极性键和氧氧非极性键，故C正确；若用铜作阳极，则阳极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，故D错误。7．用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液，电解反应方程式为KI＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))KIO3＋3H2↑。下列说法中正确的是()A．电解时石墨作阳极B．电解时阳极上产生H2C．电解过程中阴极溶液pH降低D．阴极电极反应式：I－－6e－＋3H2O=IOeq\o\al(－,3)＋6H＋解析：选A电解时，铁作阴极，石墨作阳极，若铁作阳极，则铁放电，A正确；阳极发生氧化反应，I－失电子被氧化，电极反应式为I－－6e－＋3H2O=IOeq\o\al(－,3)＋6H＋，B、D两项错误；阴极上水放电，2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，溶液的pH升高，C项错误。8.现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol·L－1的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图。下列说法正确的是()A．电解开始时阴极有H2放出B．电解开始时阳极上发生：Cu2＋＋2e－=CuC．当电路中通过电子的量超过0.1mol时，此时阴极放电的离子发生了变化D．整个电解过程中，SOeq\o\al(2－,4)不参与电极反应解析：选D依据放电顺序，阴极先放电的是Cu2＋，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl－，故阳极开始产生的是Cl2，故A、B错误；由阴极反应Cu2＋＋2e－=Cu，n(Cu2＋)＝0.1mol，当电路中通过电子的量达到0.2mol时，此时Cu2＋消耗完毕，阴极放电离子变为H＋，故C错误；阳极先是Cl－放电，当Cl－消耗完毕，此时H2O电离产生的OH－开始在阳极放电，SOeq\o\al(2－,4)不参与电极反应，故D正确。9．我国科学家设计了一种太阳能驱动从海水中提取金属锂的装置，示意图如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是()A．铜箔上的电势比催化电极上的高B．海水的pH变大C．若转移1mol电子，理论上铜箔增重7gD．固体陶瓷膜可用质子交换膜代替解析：选C根据海水提取金属锂的装置图知，催化电极上放出气体，为氯离子放电生成氯气，因此催化电极为阳极，则铜箔为阴极，铜箔上的电势比催化电极上的低，故A错误；海水中的锂离子和氯离子放电，海水的pH基本不变，故B错误；根据转移电子数相等，若导线中转移1mol电子，则铜箔上产生1molLi，质量为7g，故C正确；因为催化电极为阳极，放出氯气，铜箔为阴极，形成金属锂，所以固体陶瓷膜为阳离子交换膜，不能用质子交换膜代替，故D错误。10．工业上常用电解铬酐(CrO3，遇水生成H2Cr2O7和H2CrO4)水溶液的方法镀铬，电镀液中需加入适量的催化剂和添加剂，并通过加入H2O2提高或降低电镀液中Cr(Ⅲ)的含量，发生的部分反应有：①Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋＋6e－=2Cr3＋＋7H2O②2H＋＋2e－=H2↑③2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O④CrOeq\o\al(2－,4)＋8H＋＋6e－=Cr＋4H2O⑤2H2O－4e－=O2↑＋4H＋⑥2Cr3＋＋7H2O－6e－=Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋下列说法错误的是()A．反应①②在镀件上发生B．H2O2既体现氧化性又体现还原性C．当镀件上析出52g单质铬时，电路中转移6mol电子D．电镀一段时间后，电极附近溶液的pH：阳极＜阴极解析：选C选项A，反应①②得到电子，发生的是还原反应，应在阴极上发生，镀件为阴极，正确；选项B，H2O2既能提高也能降低电镀液中Cr(Ⅲ)的含量，则H2O2既体现氧化性又体现还原性，正确；选项C，阴极上发生反应①②④，当镀件上析出52g单质铬时，电路中转移电子大于6mol，错误；选项D，由阴极发生的电极反应①②④可知阴极pH增大，由阳极发生的电极反应⑤⑥可知阳极pH减小，则pH：阳极<阴极，正确。二、非选择题11．(1)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3、＋4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NOeq\o\al(－,2)、NOeq\o\al(－,3)(二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NOeq\o\al(－,2)转化为无毒物质，同时再生Ce4＋，其原理如图所示：①Ce4＋从电解槽的________(填字母代号)口流出。②写出阴极的电极反应式：______________________________________________。(2)如图所示的电解装置，可将雾霾中的NO、SO2转化为硫酸铵，从而实现废气的回收再利用。通入NO的电极反应式为________________；若通入的NO体积为4.48L(标准状况下)，则另外一个电极通入的SO2的质量至少为________g。(3)一种利用H2S电催化制氢并最终制得硫酸的装置如图所示：①b接电源的______________(填“正”或“负”)极，阳极的电极反应式为________________________________。②写出一个SO2经一步反应转化为H2SO4的化学方程式：________________________________________________________________________。解析：(1)①生成Ce4＋，则Ce3＋－e－=Ce4＋，Ce4＋在阳极生成，从a口流出；②NOeq\o\al(－,2)转化为无毒物质，则NOeq\o\al(－,2)在阴极得电子，转化为N2，结合电子得失守恒、电荷守恒可得阴极电极反应为2NOeq\o\al(－,2)＋8H＋＋6e－=N2↑＋4H2O。(2)根据电解装置，NO和SO2转化为硫酸铵，说明NO转化成NHeq\o\al(＋,4)，即NO在阴极上发生：NO＋6H＋＋5e－=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O；阳极反应式为SO2＋2H2O－2e－=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)，根据得失电子守恒，有关系式2NO～10e－～5SO2，求出SO2的质量为eq\f(4.48×5×64,2×22.4)＝32g。(3)a电极硫化氢转化为二氧化硫，硫元素化合价升高，发生氧化反应，为阳极，①b接电源的负极，阳极的电极反应式为H2S＋2H2O－6e－=SO2＋6H＋。②SO2经一步反应转化为H2SO4的化学方程式：SO2＋H2O2=H2SO4。答案：(1)①a②2NOeq\o\al(－,2)＋8H＋＋6e－=N2↑＋4H2O(2)NO＋6H＋＋5e－=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O32(3)①负H2S＋2H2O－6e－=SO2＋6H＋②SO2＋H2O2=H2SO412．(1)氢碘酸也可以用“电解法”制备，装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－；A、B为离子交换膜。①B膜最佳应选择________。②阳极的电极反应式是__________________________________________________。③少量的I－因浓度差通过BPM膜，若撤去A膜，其缺点是________________________________________________________________________。(2)利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH，使处理含苯酚(C6H5OH)废水更加高效，装置如下图所示。已知a极主要发生的反应是O2生成H2O2，然后在电解液中产生·OH并迅速与苯酚反应。①b极连接电源的________极(填“正”或“负”)。②a极的电极反应式为___________________________________________________。③除电极反应外，电解液中主要发生的反应方程式有________________________________________。解析：(1)①从图上看，右端的BPM膜和B膜之间产生NaOH，BPM膜提供OH－，B膜最好是Na＋交换膜；②阳极附近溶液为硫酸溶液，水电离出的氢氧根离子失电子，故阳极的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋；③A膜应为阳离子交换膜，阳极产生的H＋透过A膜和少量的I－反应得到少量的HI，若撤去A膜，I－会在阳极失电子得到碘单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板。(2)①a极主要发生的反应是O2生成H2O2，O元素化合价降低、得到电子、发生还原反应，则a电极为阴极、与电源负极相接，所以b电极为阳极、与电源正极相接；②a电极为阴极，O2得到电子生成H2O2，电解质溶液显酸性，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋=H2O2；③H2O2分解产生·OH，化学方程式为H2O2=2·OH，·OH除去苯酚生成无毒的氧化物，该氧化物为CO2，反应的化学方程式为C6H6O＋28·OH=6CO2↑＋17H2O。答案：(1)①Na＋交换膜②2H2O－4e－=O2↑＋4H＋③I－会在阳极失电子得到碘单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板(2)①正②O2＋2e－＋2H＋=H2O2③C6H6O＋28·OH=6CO2↑＋17H2O13．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示：①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的________(填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为__________________________________________________________________________。②a极区pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。③图中应使用________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。(2)电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，化学方程式为________________________________________________________________。用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下：则D的化学式为________；阳极的电极反应式为__________________________；阳离子迁移方向是____________________________。(3)电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示：①阴极的电极反应式为__________________________________________________。②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为________________。解析：(1)①根据题意可知，Cl－放电生成ClO2的电极为阳极，接电源的正极。根据元素守恒，有水参加反应，同时生成H＋，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O=ClO2↑＋4H＋；②a极区为阴极区，电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阴极区OH－浓度增大，溶液的pH增大；③根据溶液中电荷守恒的规律，图中应使用阳离子交换膜。(2