1、电解原理的应用(30分钟50分)一、选择题(本题包括5小题,每小题8分,共40分)1.(2019济南高二检测)二氧化氯(ClO2)是一种红黄色有强烈刺激性臭味的气体,是国际上公认的安全、无毒的绿色消毒剂,主要用于自来水的消毒,和面粉与木质纸浆的漂白。工业上采用惰性电极电解饱和食盐水制取ClO2。下列叙述正确的是()A.电极B接电源的负极B.电解一段时间后,阴极产生标准状况的气体体积224 mL时,交换膜通过0.01 mol Na+C.阳极产生ClO2的电极反应式为Cl-5e-+2H2OClO2+4H+D.阴极反应为2H+2e-H2,使阴极区溶液pH降低【解析】选C。阳离子向阴极移动, 电极A接
2、电源的负极,A错误;H+在阴极上放电产生氢气,转移n(e-)=2n(H2)=2(0.224 L22.4 Lmol-1)=0.02 mol,则交换膜通过的Na+为0.02 mol,B错误;阳极失去电子发生氧化反应:Cl-5e-+2H2OClO2+4H+,C正确;在阴极发生2H+2e-H2,H+浓度减小,使H2OH+OH-的平衡向右移动,OH-浓度增大,pH增大,D错误。【补偿训练】关于镀铜和电解精炼铜,下列说法中正确的是()A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极B.电解液的成分都保持不变C.阳极反应都只有Cu-2e-Cu2+D.阴极反应都只有Cu2+2e-Cu【解析】选D。A项电镀时镀件作阴极;B项电解
3、精炼铜时电解液成分改变;C项电解精炼铜时,杂质若有比铜活泼的金属(如锌),则还会发生Zn-2e-Zn2+的反应。2.现代工业生产中常用电解氯化亚铁溶液的方法制得氯化铁溶液吸收有毒的硫化氢气体。工艺原理如图所示。下列说法中不正确的是()A.左槽中发生的反应为2Cl-2e-Cl2B.右槽中的反应式:2H+2e-H2C.H+从电解池左槽迁移到右槽D.FeCl3溶液可以循环利用【解析】选A。根据装置图可知Fe2+在电解池的左槽中被氧化生成Fe3+,则左槽是电解池的阳极,右槽是电解池的阴极。阳极(左槽)的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+,A错误;阴极(右槽)的电极反应式为2H+2e-H2,B正确;电解
4、池中阳离子H+从电解池阳极(左槽)迁移到阴极(右槽),C正确;反应池中的反应为2FeCl3+H2S2FeCl2+2HCl+S,故FeCl3溶液可以循环利用,D正确。【补偿训练】1.如图所示,下列说法不正确的是()A.燃料电池中正极反应为O2+2e-+2H+H2OB.当燃料电池消耗1 mol H2时,导线中转移2 mol电子C.当此装置用于铁表面电镀铜时,a为铁,电镀过程中,硫酸铜溶液浓度基本不变D.若a为粗铜,b为纯铜,该装置可用于铜的精炼【解析】选C。氢氧燃料电池中,通入氧气的电极是正极,在酸性环境下,氧气放电的反应为O2+2e-+2H+H2O,A正确;H2失电子,燃料电池每消耗1 mol
5、H2,导线中转移2 mol电子,B正确;当此装置用于铁表面电镀铜时,a为阳极,应用铜电极,C错误;a为粗铜,b为纯铜,该装置可用于铜的精炼,D正确。2.粗铜中除含有铜以外,还含有少量锌、铁、银,在如图所示的装置中,用纯铜和粗铜分别作为两极进行电解,下列有关叙述中,正确的是()A.可检测到电解液中有Zn2+、Fe2+B.可检测到电解液中有Fe3+、Zn2+、Ag+C.电解过程中,溶液中的铜离子浓度保持不变D.通电一段时间后,取出两极,称得粗铜极减少的质量等于纯铜极增加的质量【解析】选A。粗铜上发生反应:Zn-2e-Zn2+,Fe-2e-Fe2+,Cu-2e-Cu2+;银以单质形式沉积于阳极底部形
6、成阳极泥,纯铜上发生反应:Cu2+2e-Cu,结合电子守恒可知,溶液中的铜离子浓度略有减少,粗铜极减少的质量不一定等于纯铜极增加的质量。3.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Fe2+Ni2+Cu2+)()A.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有金属PtB.电解过程中,电解质溶液的质量可能保持不变C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+D.阳极发生氧化反应,其电极反应式:Ni2+2e-Ni【解析】选B。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质作阳极,铜和铂不失电子沉降在电解池底部形成阳极泥,电解后
7、,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt,A错误;电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni;阴极析出的是镍;依据电子守恒,阳极质量的减少与阴极质量的增加可能相等,因此电解质溶液的质量可能保持不变,B正确;电解后,溶液中存在的阳离子有H+、Fe2+、Zn2+、Ni2+,C错误;阳极发生氧化反应,其电极反应式:Ni-2e-Ni2+,Fe-2e-Fe2+,Zn-2e-Zn2+,D错误。3.在电解液不参与反应的情况下,采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4,原理如图所示。下列说法正确的是()A.电解结束后电解液中c(Zn2+)增大B.电解液应为ZnSO4溶液C.Pt极反应式为2CO2+2e-C2D.当通入
8、44 g CO2时,溶液中转移1 mol 电子【解析】选C。因为右室Zn失去电子生成Zn2+,溶液中的Zn2+通过阳离子交换膜进入左室,根据电荷守恒,阴离子浓度不变,c(Zn2+)不变,A错误;右室生成的Zn2+通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2结合为ZnC2O4,因此,电解液为稀的ZnC2O4溶液,不含杂质,电解液只要是含Zn2+的易溶盐溶液即可,B错误;Pt极反应式为2CO2+2e-C2,C正确;当通入44 g CO2时,外电路中转移1 mol电子,溶液中不发生电子转移,D错误。【补偿训练】1.下列有关电化学的示意图正确的是()【解析】选D。此原电池中锌电极应插入ZnSO4溶液中,铜电极
9、应插入CuSO4溶液中,故A错误;精炼铜时,粗铜作阳极,精铜作阴极,故B错误;电镀时,待镀金属作阴极,镀层金属作阳极,即锌作阳极,故C错误;根据电流的方向,碳棒作阳极,铁作阴极,装置的左端产生氢气,且溶液变红,右端产生氯气,碘化钾淀粉溶液显蓝色,故D正确。2.亚磷酸(H3PO3)是二元弱酸,亚磷酸主要用作尼龙增白剂,电解Na2HPO3溶液也可得到亚磷酸,装置示意图如图(其中阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过)。下列说法不正确的是()A.阳极的电极反应式为2H2O-4e-4H+O2B.产品室中发生的离子反应为HP+2H+H3PO3C.原料室中Na+浓度保持不变D.阴极室中溶液的pH逐渐升
10、高【解析】选C。阳极上,水放电生成氧气,电极反应式为2H2O-4e-4H+O2,故A正确;产品室中HP和氢离子结合生成亚磷酸,反应离子方程式为HP+2H+H3PO3,故B正确;原料室中Na+通过阳膜向阴极室移动,原料室中Na+浓度逐渐减小,故C错误;阴极上氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为2H+2e-H2,阴极室中溶液中的c(H+)逐渐减小,pH逐渐升高,故D正确;故选C。4.(2019安阳高二检测)SO2是主要大气污染物之一,工业上可用如图装置吸收转化SO2(A、B为惰性电极)。下列说法正确的是()A.电子流动方向为BbaAB.a、A极上均发生氧化反应C.离子交换膜为阳离子交换膜D.B极
11、上的电极反应式为SO2+2e-+2H2OS+4H+【解析】选C。根据图示可知,SO2H2SO4,硫元素化合价升高,发生氧化反应,B为电解池的阳极,b为电源的正极,A为电解池的阴极,a为电源的负极。电子由负极流向正极,且不会进入溶液,因此电子流动方向为aA,Bb,A错误;a为电源的负极,发生氧化反应,A为电解池的阴极,发生还原反应,B错误;该电解池中阴极发生还原反应:2S+2e-+4H+S2+2H2O,阳极发生氧化反应:SO2-2e-+2H2O4H+S,氢离子要从阳极区移向阴极区,因此离子交换膜为阳离子交换膜,C正确、D错误。【补偿训练】目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法,阳(阴)离子交换膜不
12、允许阴(阳)离子通过。则下列叙述中错误的是()A.NaOH、H2均在区产生B.图中a为阴离子交换膜C.使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2,阻止二者之间的反应D.电解时往区的溶液中滴加几滴甲基橙,溶液先变红后褪色【解析】选B。区是阴极,氢离子放电,生成氢气,同时促进水的电离,生成氢氧化钠,A正确;由于区生成氢氧化钠,所以a应该是阳离子交换膜,B错误;区和电源的正极相连,为阳极,氯离子放电生成氯气,因此使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2,阻止二者之间的反应,C正确;氯气溶于水显酸性,同时次氯酸还具有漂白性,所以电解时往区的溶液中滴加几滴甲基橙,溶液先变红后褪色,D正确,答案选B
13、。5.(2019大同高二检测)将含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液1 L,用惰性电极电解一段时间后,在一电极上析出19.2 g Cu;此时,在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)()A.3.36 LB.5.6 LC.6.72 LD.13.44 L【解析】选B。阴极析出铜0.3 mol,由Cu2+2e-Cu知Cu2+得到0.6 mol电子,根据2Cl-2e-Cl2,求出当溶液中Cl-全部参与电极反应时,放出Cl2 0.2 mol,失去电子0.4 mol。因此在阳极还有OH-放电,根据4OH-4e-2H2O+O2和电子守恒,可知在
14、阳极又有0.05 mol O2放出,即阳极共放出0.25 mol气体,即标准状况下为5.6 L的气体。【补偿训练】把两个惰性电极插入500 mL的AgNO3溶液中,通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出,且电解液在电解前后体积可以忽略),电极上析出银的质量大约是()A.27 mgB.54 mgC.108 mgD.216 mg【解析】选B。首先应弄清楚两极的反应。阳极:4OH-4e-O2+2H2O;阴极没有氢气析出,则阴极反应为Ag+e-Ag。OH-的消耗导致了H+的增加,增加量为110-3 molL-10.5 L=510-4 mol,即转移电子数510-4mol
15、,析出银的质量为510-4 mol108 gmol-1=0.054 g=54 mg。二、非选择题(本题包括1小题,共10分)6.(2019三亚高二检测)蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置,有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是NiO2+Fe+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2,用该蓄电池电解(阴、阳极均为惰性电极)M(NO3)x溶液时,若此蓄电池工作一段时间后消耗0.36 g H2O。(1)电解时,电解池的阳极应连接_(填序号)。A.NiO2B.FeC.Fe(OH)2D.Ni(OH)2(2)电解M(NO3)x溶液时某一极质量增至m g,金属M的相对原子质量的计算式为_(用m、x表示)。(
16、3)此蓄电池电解含有0.01 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液100 mL,转移相同量的电子时,阳极产生气体_L(标准状况),电解后溶液加水稀释至1 L,溶液的pH为_。【解析】(1)电解池的阳极应连原电池的正极,故连NiO2。(2)蓄电池工作时,消耗0.36 g H2O,通过0.02 mol电子,由得失电子守恒知=0.02,解得M=50mx。(3)通过电子0.02 mol,首先产生0.005 mol Cl2,转移电子的物质的量为0.01 mol,然后发生4OH-4e-2H2O+O2,产生O2:=0.002 5 mol,V气=(0.002 5 mol+0.005 mol
17、)22.4 Lmol-1=0.168 L。产生n(H+)=0.002 5 mol4=0.01 mol,c(H+)=0.01 molL-1,pH=2。答案:(1)A(2)50mx(3)0.1682(30分钟50分)一、选择题(本题包括5小题,每小题7分,共35分)1.电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法,其原理如图所示。已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、S等离子,电极为惰性电极。下列叙述中正确的是()A.B膜是阴离子交换膜B.通电后,海水中阳离子往a电极处运动C.通电后,a电极的电极反应式为4OH-4e-O2+2H2OD.通电后,b电极区周围会出现少量白色沉淀【解析】选D
18、。根据海水中离子成分及离子放电顺序知,通电后阳极是Cl-放电,阴极是H+放电,电解过程中,海水中阳离子通过B膜进入阴极区(b区),所以B膜是阳离子交换膜,A、B、C错误;海水中阴离子通过A膜进入阳极区,b电极(阴极)区周围OH-浓度增大,与镁离子反应生成白色沉淀,D正确。2.(2019济南高二检测)电溶氧化法回收铼(Re)是美国矿务局为解决低品位钼矿中铼的利用而研究出来的方法,其原理如图所示,下列说法正确的是()A.该装置将化学能转化为电能B.a为电源的负极C.铂电极发生的电极反应为Re+8H+7e-Re+4H2OD.当电路中转移0.4 mol电子时,甘汞电极上产生标准状况下4.48 L H2
19、【解析】选C。电解池是将电能转化为化学能的装置,A错误;铂电极上Re转化为Re,发生还原反应,电极反应式为Re+8H+7e-Re+4H2O,铂电极为阴极,则a为电源的正极,B错误,C正确;甘汞电极为阳极,OH-放电产生O2,D错误。【补偿训练】1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是()A.氯碱工业中,X电极上反应式是4OH-4e-2H2O+O2B.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【解析】选D。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,由于粗铜中含有
20、锌、铁、镍等杂质,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。2.如图甲是利用一种微生物将废水中的尿素CO(NH2)2的化学能直接转化为电能,并生成环境友好物质的装置,同时利用此装置的电能在铁上镀铜,下列说法中不正确的是()A.铜电极应与X相连接B.H+透过质子交换膜由左向右移动C.M电极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2+N2+6H+D.当N电极消耗0.25 mol气体时,则理论上铁电极增重32 g【解析】选A。甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池,M是负极,N是正极,电解质溶液为酸性溶液,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,铁上镀铜,则铁
21、为阴极应与负极相连,铜为阳极应与正极Y相连,A错误;M是负极,N是正极,质子透过离子交换膜由左M极移向右N极,即由左向右移动,B正确;CO(NH2)2在负极M上失电子发生氧化反应,生成氮气、二氧化碳和水,电极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2+N2+6H+,C正确;当N电极消耗0.25 mol氧气时,则转移0.25 mol4=1 mol电子,所以铁电极增重0.5 mol64 gmol-1=32 g,D正确。3.利用如图装置进行实验,甲、乙两池中均为1 molL-1的AgNO3溶液,A、B均为Ag电极。实验开始时闭合K1,断开K2。一段时间后,断开K1,闭合K2,形成浓度差电池,电流
22、表指针偏转(Ag+浓度越大氧化性越强)。下列说法不正确的是()A.闭合K1,断开K2后,B极发生氧化反应B.闭合K1,断开K2后,乙池溶液浓度上升C.断开K1,闭合K2后,N向B电极移动D.断开K1,闭合K2后,当转移0.1 mol e-时,乙池质量减少17.0 g【解析】选C。闭合K1,断开K2后,A为阴极,发生还原反应生成银,B极发生氧化反应,A正确;闭合K1,断开K2后,阳极金属银被氧化,阴极析出银,N向阳极移动,乙池浓度增大,甲池浓度减小,B正确;断开K1,闭合K2后,形成浓度差电池,电流计指针偏转(Ag+浓度越大氧化性越强),可知B为正极,发生还原反应,A为负极,发生氧化反应,N向负
23、极移动,即向A电极移动,C错误;当转移0.1 mol e-时,乙池质量减少0.1 mol108 gmol-1+0.1 mol62 gmol-1=17.0 g,D正确,答案选C。4.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的N,模拟装置如图所示。下列说法不正确的是()A.阳极室溶液由无色变成浅绿色B.当电路中通过1 mol电子的电量时,阴极有0.5 mol的气体生成C.电解时中间室(NH4)2SO4溶液浓度下降D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4【解析】选D。根据装置图知,Fe为阳极,阳极上Fe失电子发生氧化反应生成亚铁离子,所以溶液由无色变成浅绿色,A正确;阴极上H
24、+放电生成H2,电极反应式为2H2O+4e-2OH-+H2,因此当电路中通过1 mol电子的电量时,阴极有0.5 mol的气体生成,B正确;电解时,溶液中N向阴极室移动,S向阳极室移动,中间室(NH4)2SO4溶液浓度下降,C正确;电解时,溶液中N向阴极室移动,H+放电生成H2,溶液中OH-和N结合生成电解质NH3H2O,所以阴极室中溶质为NH3H2O和(NH4)3PO4或NH4H2PO4、(NH4)2HPO4,D错误。【补偿训练】海水中含有大量Cl-、Na+及少量S、Ca2+、Mg2+,用电渗析法对该海水样品进行淡化处理,如图所示。下列说法错误的是()A.a膜是阴离子交换膜B.A极室产生的气
25、体可使湿润的KI淀粉试纸变蓝C.B极室产生气泡并伴有少量沉淀生成D.淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pH(B)pH(A)pH(C)【解析】选D。电解时,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,B为阴极,则b为阳离子交换膜,a膜是阴离子交换膜,A正确;A极为阳极,生成氯气,能使湿润的KI淀粉试纸变蓝,B正确;B极为阴极,发生还原反应生成氢气,同时还产生氢氧根,有氢氧化镁和氢氧化钙沉淀生成,C正确;B极生成氢气和氢氧根离子,pH最大,应为pH(A)pH(C)pH(B),D错误。5.(2019深圳高二检测)利用如图所示装置可制取H2,两个电极均为惰性电极,c为阴离子交换膜。下列叙述正确的是()A
26、.a为电源的正极B.工作时,OH-向左室迁移C.右室的电极反应式为C2H5OH+H2O-4e-CH3COO-+5H+D.生成H2和CH3COONa的物质的量之比为21【解析】选D。图示中电解池左侧生成氢气,是溶液中的水放电,发生了还原反应,左侧电极为阴极,则a为电源的负极,A错误;工作时在阴极水放电生成H2和OH-,OH-浓度增大,向右室迁移,B错误;右室电极为阳极,发生氧化反应,根据图示,右室溶液显碱性,不可能生成H+,C错误;根据得失电子守恒,生成1 mol H2转移2 mol 电子,则生成CH3COONa的物质的量为=0.5 mol,H2和CH3COONa的物质的量之比为21,D正确。【
27、补偿训练】为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下:电池:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)电解池:2Al+3H2OAl2O3+3H2电解过程中,以下判断正确的是()电池电解池AH+移向Pb电极H+移向Pb电极B每消耗3 mol Pb生成2 mol Al2O3C正极:PbO2+4H+2e-Pb2+2H2O阳极:2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+D【解析】选D。原电池中,溶液中氢离子向正极二氧化铅电极移动,故A错误;根据电子守恒分析,每消耗3 mol Pb,转移6 m
28、ol电子,根据电子守恒生成1 mol Al2O3,故B错误;原电池正极上二氧化铅得电子生成硫酸铅,故C错误;原电池中铅作负极,负极上铅失电子和硫酸根离子反应生成难溶性的硫酸铅,所以质量增加,在电解池中,Pb作阴极,阴极上氢离子得电子生成氢气,所以铅电极质量不变,故D正确;故选D。二、非选择题(本题包括1小题,共15分)6.根据下列要求完成下列填空:(1)已知双氧水是绿色氧化剂,工业上常用Pt作阳极,石墨作阴极,电解饱和硫酸氢铵溶液,再用稀硫酸水解得到双氧水。方程式为3H2O+3O23H2O2+O3,其中H2O2只为还原产物,则阳极反应式为_,阴极反应式为_。(2)MnO2的生产方法之一是以石墨
29、为电极,电解酸化的MnSO4溶液。则阴极的电极反应是_;阳极的电极反应是_。(3)高铁酸钾(K2FeO4)易溶于水,具有强氧化性,是一种新型水处理剂。工业上以Fe2O3为阳极电解KOH溶液制备高铁酸钾。高铁酸钾溶液长时间放置不稳定,会产生红色絮状物质及气泡,则该过程的离子方程式为_。电解制高铁酸钾时阳极的电极反应式为_。(4)电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是_。(5)电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为_,阴极产生的物质A的化学式为_。【解析】(1)分析总方程式中电子得失情况,标出化合价的变化及电子得失数目。根据反应中转移电子的数目写出简单的电极反应式
30、。即阳极(失电子的物质):3H2O-6e-O3;阴极(得电子的物质):3O2+6e-3H2O2,根据反应式左右两边电荷和原子个数守恒,配平电极反应式,在配平电极反应式时,酸性介质选H+,碱性介质选OH-,电极反应式两边常用H2O配平。则上述反应式配平后得:阳极:3H2O-6e-O3+6H+;阴极:3O2+6e-+6H+3H2O2。(2)根据电解酸化的MnSO4溶液生产MnO2,锰元素的化合价由+2+4,所以Mn2+在阳极上失电子,则H+在阴极上得电子,所以阴极2H+2e-H2;阳极:Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+。(3)根据高铁酸钾溶液长时间放置不稳定,会产生红色絮状物质及气泡,即
31、生成氢氧化铁和氧气,该过程的离子方程式为4Fe+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2,Fe2O3为阳极电解KOH溶液制备高铁酸钾,电极反应式为Fe2O3+10OH-6e-2Fe+5H2O。(4)电解Al2O3时生成O2,O2会氧化石墨。(5)阳极为OH-失去电子生成O2,水电离的OH-放电之后,留下H+,可以与C反应生成HC。阴极为H+放电生成H2。答案:(1)阳极:3H2O-6e-O3+6H+阴极:3O2+6e-+6H+3H2O2(2)阴极:2H+2e-H2阳极:Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+(3)4Fe+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2Fe2O3+10OH-6e-2Fe+5H2O(4)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(5)4C+2H2O-4e-4HC+O2H2
