1、电解池的有关计算一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)1.(双选)高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示。下列说法正确的是()A.铁是阳极，电极反应式为Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2B.电解一段时间后，镍电极附近溶液的pH增大C.若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中含有FeD.每制得1 mol Na2FeO4，理论上可以产生67.2 L气体【解析】选B、C。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)，铁失电子生成高铁酸钠，则铁作阳极，镍作阴极，电极反应式为F
2、e+8OH-6e- Fe+4H2O，A错误；镍电极上发生2H2O+2e-H2+2OH-，溶液的pH增大，B正确；若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后由于浓度差左侧溶液中会含有Fe，C正确；温度和压强未知，所以无法计算生成气体的体积，D错误。2.(2020泉州模拟)如图所示，下列叙述正确的是()A.Y为阴极，发生还原反应B.X为正极，发生氧化反应C.Y与滤纸接触处有氧气生成D.X与滤纸接触处变红【解析】选A。从题图中可以看出，左边的装置为原电池而右边的装置为电解池。根据原电池原理，较活泼的一极作原电池的负极，所以Zn为负极，Cu为正极。再根据电解原理，Y与Zn片相连为阴极，X与Cu片相连为阳
3、极，Y极的电极反应式为2H+2e-H2(还原反应)；X极的电极反应式为4OH-4e-2H2O+O2(氧化反应)。Y极上H+放电，同时产生了OH-，呈碱性，使酚酞溶液呈红色。3.微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。下图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。下列说法正确的是()A.好氧微生物反应器中反应为N+2O2N+2H+H2OB.B极电势比A极电势低C.A极的电极反应式为CH3COO-+8e-+2H2O2CO2+7H+D.当电路中通过1 mol电子时，理论上总共生成2.24 L N2【解析】选A。A项，N在好氧微生物反应器中转化为N，结合电子守恒、电荷守恒可知，离子反应方
4、程式为N+2O2N+2H+H2O，故正确；B项，微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为正极，所以B极电势比A极电势高，故错误；C项，CH3COO-在原电池负极失电子，发生氧化反应生成CO2气体，则A极的电极反应式为CH3COO-8e-+2H2O2CO2+7H+，故错误；D项，N在正极得到电子生成氮气，电极反应式为2N+12H+10e-N2+6H2O，电路中通过1 mol电子时，标准状况下，理论上总共生成0.1 mol即2.24 L N2，但未说明气体的存在条件，所以无法确定N2体积，故错误。4.环保、安全的铝-空气电池的工作原理如图所示，下列有关叙述错误的是()A.NaC
5、l的作用是增强溶液的导电性B.正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-C.电池工作过程中，电解质溶液的pH不断增大D.用该电池作电源电解KI溶液制取1 mol KIO3，消耗铝电极的质量为54 g【解析】选C。由图示可知Al电极为负极，电极反应式为Al-3e-+3OH-Al(OH)3，O2在正极反应：O2+4e-+2H2O4OH-，总反应方程式为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3，pH基本不变，A、B正确，C错误；1 mol KI制得1 mol KIO3转移6 mol电子，消耗2 mol Al，即54 g铝，D正确。二、非选择题(本题包括2小题，共26分)5.(12分)(2020
6、延安模拟)如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答下列问题：(1)B极是电源的_，一段时间后，甲中溶液颜色_，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明_，在电场作用下向Y极移动。 (2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为_。(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应是_(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是_溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为_，甲中
7、溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为_。 【解析】(1)由装置图知，直流电源与各电解池串联；由“F极附近呈红色”知，F极为阴极，则E极为阳极、D极为阴极、C极为阳极、G极为阳极、H极为阴极、X极为阳极、Y极为阴极、A极为正极、B极为负极。甲装置是用惰性电极电解CuSO4溶液，由于Cu2+放电，导致c(Cu2+)降低，溶液颜色逐渐变浅；丁装置是胶体的电泳实验，由于X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷。(2)当甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，C、D、E、F电
8、极的产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，根据各电极转移电子数相同，则对应单质的物质的量之比为1222。(3)给铜件镀银，根据电镀原理，镀件即铜件作阴极，银作阳极，电镀液是可溶性银盐。当乙中溶液的pH是13时，则乙中n(OH-)=0.1 molL-10.5 L=0.05 mol，即各电极转移电子0.05 mol，所以丙中析出银0.05 mol为5.4 g；甲装置中由于电解产生H+，导致溶液的酸性增强，pH变小。(4)若将C电极换为铁，则铁作阳极发生反应：Fe-2e-Fe2+，D极发生：Cu2+2e-Cu，则总反应的离子方程式为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。答案：(1)负极逐渐变浅氢氧化铁胶粒带正
9、电荷(2)1222(3)镀件AgNO3(合理即可)5.4 g变小(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+6.(14分)下图是一个化学过程的示意图。(1)图中甲池是_装置(填“电解池”或“原电池”)，其中OH-移向_极(填“CH3OH”或“O2”)。(2)写出通入CH3OH的电极的电极反应式： _。(3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液，附近变红的电极为_极(填“A”或“B”)，并写出此电极的反应式：_。(4)乙池中总反应的离子方程式：_。(5)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，乙池的pH是_(若此时乙池中溶液的体积为500 mL)；此时丙池某电极析出1.60 g某金属，则丙中的某盐溶
10、液可能是_(填序号)。A.MgSO4B.CuSO4C.NaClD.AgNO3【解析】碳电极(A极)与原电池装置中通入O2的电极相连，则作阳极，电极反应式为4OH-4e-O2+2H2O；银电极(B极)与原电池装置中通入甲醇的电极相连，则作阴极，电极反应式为Ag+e-Ag，电解过程的总反应式为4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+，因此当向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液，附近变红的电极为A电极。当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40 g时，即析出Ag的物质的量为0.05 mol，则生成H+的物质的量为0.05 mol，由此可得溶液的pH=1。根据放电规律，本题首先排除选项A和选项C。当乙池中B
11、(Ag)电极的质量增加5.40 g时，此时转移的电子数为0.05 mol，当丙池中电极上析出1.60 g金属铜时，正好转移0.05 mol电子，因此选项B正确。当丙装置中为AgNO3溶液，且AgNO3溶液足量时，可知析出金属的质量也应为5.40 g，若AgNO3溶液不足时，析出金属的质量必小于5.40 g，故选项D也有可能。答案：(1)原电池CH3OH(2)CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O(3)A4OH-4e-O2+2H2O(4)4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+(5)1BD一、选择题(本题包括3小题，每题6分，共18分)1.(双选)如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCON
12、H2)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，下列说法中正确的是()A.乙装置中溶液颜色会变浅B.铁电极应与X相连接C.M电极反应式：H2NCONH2+H2O-6e-CO2+N2+6H+D.当N电极消耗0.25 mol 气体时，铜电极质量减少16 g【解析】选B、C。乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A项错误；电镀时，待镀金属作阴极，与电源负极相连，而N电极上O2转化为H2O发生还原反应，N电极为正极，B项正确；M电极为负极，发生氧化反应：H2NCONH2+H2O-6e-CO2+N2+6H+，C项正确；根据N电极反应式：O2+4H+
13、4e-2H2O，铜电极反应式：Cu-2e-Cu2+，由各电极上转移电子数相等，可得关系式：O22Cu，则N电极消耗0.25 mol O2时，铜电极质量减少0.25 mol 264 gmol-1=32 g，D项错误。2.C2H4及C2H2等均可用适当的羧酸盐采用Kolbe电解法得到。如图为制取C2H2的电解装置，该装置工作时，下列说法中错误的是()A.电能转变为化学能B.阴极周围溶液的pH不断升高C.电极a上发生：-2e-CHCH+2CO2D.制取乙烯可用CH3COOK溶液作阳极电解液【解析】选D。该装置为电解池，A正确；阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2+2OH-，周围溶液的pH不断升高，
14、B正确；电极a是阳极，失去电子，发生氧化反应，C正确；由Kolbe电解法原理可知，用CH3COOK溶液作阳极电解液得到的是乙烷，D错误。3.工业上用电解法可用于治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，下列说法不正确的是()A.A、B分别为直流电源的正极和负极B.当电解过程转移0.6 mol电子时，左侧区域质量减少1.4 gC.电解过程中，左侧区域将依次发生的反应为Fe-2e-Fe2+ 、2N+8H+6Fe2+N2+6Fe3+4H2OD.研究表明，当右侧区域pH较小时，会有气体逸出，该现象说明H+的氧化性强弱与c(H+)有关【解析】选B。由电解池中阳离子的移动方向可知，电解池中Fe作阳极，即
15、A为电源正极，B为电源负极，A正确；阳极电极反应为Fe-2e-Fe2+，2N+8H+6Fe2+N2+6Fe3+4H2O，总反应为6Fe+2N+8H+-12e-N2+6Fe3+4H2O，当电解过程转移0.6 mol电子时，放出的氮气为0.05 mol，放出的氮气质量为0.05 mol 28 gmol-1=1.4 g，左侧生成的部分铁离子向右侧移动，因此左侧区域质量减少大于1.4 g，B错误，C正确；阳离子在阴极放电，当右侧区域pH较小时，氢离子浓度增大，氢离子放电生成氢气，该现象表明c(H+)越大，H+氧化性越强，D正确。二、非选择题(本题包括2小题，共32分)4.(16分)(1)如图装置，A、
16、B中的电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条的铂夹；电源有a、b两极。若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，闭合K2、K3，通直流电，则：写出电源的正、负极，a为_极，b为_极。在湿的Na2SO4溶液滤纸条中心的KMnO4液滴，有什么现象_。写出电极反应式：A中_；B中_。若通电一段时间后，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则检流计的指针是否偏转(填“是”或“否”)_。若检流计指针不偏转说明理由，若指针偏转也说明理由_。(2)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。电极为_极，电极反应式为_。吸收塔中
17、的反应为_。每处理1 mol NO，可同时得到_g O2。【解析】(1)根据A、B中充满KOH溶液后，电解一段时间后，A、B中两管的气体体积判断，A中收集的是O2为阳极，B中收集的是H2为阴极，则a为负极，b为正极。在湿的Na2SO4溶液滤纸条中心的KMnO4液滴，紫色向阳极D方向移动，两极有气体产生。电极反应式：A中4OH-4e-2H2O+O2；B中4H2O+4e-2H2+4OH-。若通电一段时间后，A、B中有O2、H2包围电极，可以形成燃料电池。(2)吸收塔中NO变成了N2，N的化合价降低，S2变成了HS，S的化合价从+3升高到了+4，化合价升高。在电解池中，HS变成了S2，S的化合价从+
18、4降低到+3，得到电子，电极为阴极，电极方程式为2HS+2e-+2H+ S2+2H2O，而在电极附近有氧气生成，为H2O失去电子生成O2，为阳极。吸收塔中NO变成N2，S2变成HS。整个装置中转移的电子数相同，处理1 mol NO，N的化合价从+2降低到0，转移了2 mol电子。根据阳极2H2O-4e-4H+O2，生成16 g O2。答案：(1)负正紫色向D方向移动，两极有气体产生4OH-4e-2H2O+O24H2O+4e-2H2+4OH-是组成氢氧燃料电池(2)阴2HS+2e-+2H+S2+2H2O2NO+2S2+2H2ON2+4HS165.(16分)(2019保定模拟)利用电化学原理，将N
19、O2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2废水，如下图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O(1)甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨是电池的_极；石墨附近发生的电极反应式为_。 (2)工作时，甲池内的N向_(填“石墨”或“石墨”)极移动；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为_。 (3)乙池中Fe()棒上发生的电极反应为_。 (4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2，则电路中至少转移了_mol 电子。 【解析】(1)石墨电极通入氧气，氧气发生还原反应，所以石墨是电池的正极；石墨电极
20、NO2被氧化为N2O5，电极反应式为NO2+N-e-N2O5；(2)电池工作时，阴离子移向负极，所以甲池内的N向石墨极移动；电池总反应为4NO2+O22N2O5，所以消耗的O2和NO2的体积比为14；(3)乙池中Fe()棒与电池正极相连，Fe()棒是电解池阳极，所以Fe()棒失电子发生氧化反应：Fe-2e-Fe2+；(4)根据Cr2+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O，铬元素化合价由+6降低为+3；溶液中减少了0.01 mol Cr2，Fe()棒需要生成0.06 mol Fe2+，所以电路中至少转移了0.12 mol 电子。答案：(1)正NO2+N-e-N2O5(2)石墨14(3)Fe-2e-Fe2+(4)0.12