2021届高考化学一轮复习强化：电解池及其工作原理.docx

1、电解池及其工作原理1.SO2和NOx是主要大气污染物，利用如图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是()A.a极为直流电源的负极，与其相连的电极发生还原反应B.阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H+为2 molC.吸收池中发生反应的离子方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HSD.阳极发生的反应式为SO2+2e-+2H2OS+4H+【解析】选D。A项，阴极发生还原反应，亚硫酸氢根离子得电子生成连二亚硫酸根离子，a是直流电源的负极，正确；B项，阴极发生还原反应，电极反应式为2HS+2e-+2H+S2+2H2O，阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H+为2 mol，正

2、确；C项，连二亚硫酸根离子与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气，离子反应方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HS，正确；D项，阳极发生失去电子的氧化反应，错误。2金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2Ni2Cu2)()A阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni22e=NiB电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2和Zn2D电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt答案D解析电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2Fe2Zn2，故

3、阴极反应式为Ni22e=Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2和Zn2外，还有Ni2和H，C项错误。3现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 molL1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：Cu22e=CuC当电路中通过电子的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化D整个电解过程中，SO不参与电极反应答案D解析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

4、极反应Cu22e=Cu，n(Cu2)0.1 mol，当电路中通过电子的物质的量达到0.2 mol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，SO不参与电极反应，故D正确。4利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是()A氯碱工业中，X电极上反应式是4OH4e=2H2OO2B电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2浓度不变C在铁片上镀铜时，Y是纯铜D制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁答案D解析氯碱工业中阳极是Cl放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2放电析出Cu，但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂

5、质，使得溶液中Cu2浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。5.“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：(1)从a口加入_(填名称)。H+移动方向是_(填“A到B”或“B到A”)。(2)A极发生的电极反应式：_。(3)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

6、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)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。(2)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+。(3)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+O

7、2，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)偏二甲肼A到B(2)C2H8N2-16e-+4H2O2CO2+N2+16H+(3)0.4 NA(或2.4081023)6.根据下列要求回答下列问题。(1)次磷酸钴Co(H2PO2)2广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备，原理如图。则Co的电极反应式为_，A、B、C为离子

8、交换膜，其中B为_离子交换膜(填“阳”或“阴”)。(2)我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示。放电时，正极的电极反应式为_。若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为_。可选用高氯酸钠-四甘醇二甲醚作电解液的理由是_ _。【解析】(1)以金属钴和次磷酸钠为原料，用电解法制备次磷酸钴Co(H2PO2)2，Co的化合价从0升高到+2，则Co的电极反应式为Co-2e-Co2+，产品室可得到次磷酸钴

9、的原因是阳极室的Co2+通过阳离子交换膜进入产品室，原料室的H2P通过阴离子交换膜进入产品室与Co2+结合生成Co(H2PO2)2，所以B是阴离子交换膜；(2)放电时，正极发生得到电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为3CO2+4Na+4e-2Na2CO3+C；根据反应式可知每转移4 mol电子，正极质量增加2106 g+12 g=224 g，所以当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为4 mol=0.5 mol。根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠-四甘醇二甲醚作电解液的理由是导电性好、与金属钠不反应，难挥发等。答案：(1)Co-2e-Co2+阴(2)3CO2

10、+4Na+4e-2Na2CO3+C0.5 mol导电性好、与金属钠不反应、难挥发等(答案合理即可)7.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

11、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)=n(Cu)=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+2H2

12、SO4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 L18.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

13、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= mol2 gmol-1=0.4 g。(3)Cu电极的电极反应式是Cu-2e-Cu2+，Zn

14、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)b9铬是常见的过渡金属之一，研究铬的性质具有重要意义。(1)在如图装置中，观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体；而装置乙中铜电极上无气

15、体产生，铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是_。(2)工业上使用下图装置，采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液，使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，其转化原理为_。(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水，它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr()转化为Cr()常见的处理方法是电解法。将含Cr2O的废水通入电解槽内，用铁作阳极，在酸性环境中，加入适量的NaCl进行电解，使阳极生成的Fe2和Cr2O发生反应，其离子方程式为_。阴极上Cr2O、H、Fe3都可能放电。若Cr2O放电，则阴极的电极反应式为_；若H放电，则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，已知：常温下，C

16、r3Cr(OH)3CrO，则阴极区溶液pH的范围为_。答案(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强；由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化(2)阳极反应为4OH4e=O22H2O，使c(H)增大，从而导致反应2CrO2HCr2OH2O发生(3)Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2OCr2O6e14H=2Cr37H2O8pH10解析(1)由装置甲知铬的金属活动性比铜强；由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化。(3)阳极生成的Fe2和Cr2O发生反应，其离子方程式为Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O。若Cr2O放电，则阴极的电极反应式为Cr2O6e14H=2Cr37H2O；若H放电，则阴极

17、区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，根据题意，若生成Cr(OH)3则106 molL1c(OH)104 molL1，则阴极区溶液pH的范围为8pH10。10.以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A阴极附近溶液呈红色 B阴极逸出气体C阳极附近溶液呈蓝色 D溶液的pH变小答案D解析以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI2H2O2KOHH2I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KO

18、H生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。11.我国科技创新成果斐然，下列成果与电化学无关的是()A.环氧烷烃被有机金属材料吸附与CO2生成碳酸酯B.研发出水溶液锂离子电池C.研发出“可呼吸”Na-CO2电池D.常温常压下用电解法制备高纯H2【解析】选A。环氧烷烃被有机金属材料吸附与CO2生成碳酸酯，无电流产生，与电化学无关，A正确；锂电池，能够发生自发的氧化还原反应，属于原电池，与电化学有关，B错误；Na-CO2电池，属于原电池，与电化学有关，C错误；用电解法制备H2，属于电解池，与电化学有关，D错误。12.用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加

19、一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是()A逸出气体的体积：A电极B电极B一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体CA电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性答案D解析SO、OH移向B电极，在B电极OH放电，产生O2，B电极附近c(H)c(OH)，石蕊溶液变红，Na、H移向A电极，在A电极H放电产生H2，A电极附近c(OH)c(H)，石蕊溶液变蓝，C项错误、D项正确；A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误。13.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

20、)电极反应式为2HS-2e-S2+2H+。下列说法正确的是()A.阴极电极反应式为Pb+HS-2e-PbSO4+H+B.阳极反应中S的化合价升高C.S2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。Na2S2O8的结构为，由此结构可以判断出以下信息：S2中含硫氧极性键和氧氧非极性键；S的化合价仍为+6价，中间的两个O均为-1价，其他的O均为-2价；电解时阳极的HS中O失去电子，S未变价；阴极电极反应式为2H+2e-H2；若用铜作阳极，则阳极反应为Cu-2e-Cu2+，综上所述，答案为C。5.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)0.6 molL1，用石

21、墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是()A原混合溶液中c(K)为0.2 molL1B上述电解过程中共转移0.2 mol电子C电解得到的Cu的物质的量为0.05 molD电解后溶液中c(H)为0.2 molL1答案A解析石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH4e=2H2OO2，阴极先后发生两个反应：Cu22e=Cu,2H2e=H2。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol 电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以C

22、u2共得到0.4 mol0.2 mol0.2 mol电子，电解前Cu2的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K)2c(Cu2)c(NO)，c(K)c(H)c(NO)，不难算出：电解前c(K)0.2 molL1，电解后c(H)0.4 molL1。14.现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图。下列错误的是()A.M室发生的电极反应式：2H2O-4e-O2+4H+B.N室：abC.产品室发生的反应是B(OH+H+H3BO3+H2OD.理论上每生成1 mol产品，阴极室

23、可生成标准状况下5.6 L气体【解析】选D。M室中石墨电极与电源正极相连，石墨为阳极，2H2O-4e-O2+4H+，A正确；N室的石墨为阴极，2H2O+2e-H2+2OH-，原料室中的Na+通过c膜进入N室，溶液中NaOH的浓度增大，所以N室：ab，B正确；原料室中的B(OH通过b膜进入产品室，M室H+通过a膜进入产品室，二者发生的反应为B(OH+H+H3BO3+H2O，C正确；每生成1 mol产品(H3BO3)，会消耗1 mol H+，N室必然得到1 mol电子，由2H2O+2e-H2+2OH-得N室生成0.5 mol H2，即阴极室生成的气体在标准状况下的体积是11.2 L，D错误。15.

24、高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是()A上述装置中，f极为光伏电池的正极B阴极的电极反应为2H2O4e=4HO2Cd处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4D若转移2 mol电子，理论上生成100.5 g HClO4答案C解析电解时Na移向阴极区，则f为电源负极，A项错误；电解时，阳极反应为2H2O4e=4HO2，Na移向阴极区，阳极区溶液逐渐由NaClO4转化为HClO4；阴极反应为2H2O2e=H22OH，阴极区产生NaOH，B项错误、C项正确；根据得失电子守恒，若转移2 mol电子，理论上生成201 g HClO4，D项

25、错误。16三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示，在直流电源的作用下，两膜中间的NH和NO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。工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是()Aa极为电源负极，b极为电源正极Bc膜是阴离子交换膜，d膜是阳离子交换膜C阴极电极反应式为2NO12H10e=N26H2OD当电路中通过1 mol电子的电量时，会有5.6 L O2生成答案A解析根据题意两极均得到副产物NH4NO3，可知室废水中的NH移向室、NO移向室，根据电解过程中离子的移动原理，可知室石墨电极为阴极、室石墨电极为阳极。阴极所连的a极为负极，b极为正极，A项正确；c膜通过的是NH，故c膜应为阳离子交换膜，同理可知d膜为阴离子交换膜，B项错误；阴极上H得电子生成氢气，C项错误；因未指明氧气所处的温度和压强，故无法计算阳极产生的氧气的体积，D项错误。