2021化学通用一轮强化训练：第一部分 考点20 电解原理及其应用含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2021高考化学通用一轮强化训练：第一部分考点20电解原理及其应用含解析考点20电解原理及其应用［题组一基础小题]1．下列图示中关于铜电极的连接错误的是()答案C解析镀件上镀铜时，铜应作阳极，与电源正极相连,镀件作阴极，与电源负极相连。2.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图，电解总反应为2Cu＋H2Oeq\o（=,\s\up17(电解）)Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是（）A．石墨电极上产生氢气B．铜电极发生还原反应C．铜电极接直流电源的负极D．当有0。1mol电子转移时，有0。1molCu2O生成答案A解析根据电解反应方程式及图可知，铜极发生氧化反应，连接电源正极，当有0。1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，石墨极发生还原反应产生H2，因此A正确.3．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是(）A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出B．a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2＋＋2e－=CuC．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液由蓝色逐渐变成浅绿色D．a和b分别连接直流电源的正、负极,电压足够大时,Cu2＋向铜电极移动答案D解析a和b不连接时，发生置换反应，A正确；a和b连接时,形成原电池,铜片作正极，溶液中Cu2＋放电，B正确;a、b不连接时，铁片和硫酸铜溶液之间发生置换反应，铁片溶解；a、b用导线连接时，形成了原电池,铁作负极，铁片溶解，溶液从CuSO4的蓝色逐渐变成FeSO4的浅绿色,C正确；a和b分别连接直流电源正、负极,a作阳极，铜片失去电子形成Cu2＋,Cu2＋向铁电极移动，D错误。4．如图装置电解一段时间,当某极析出0.32gCu时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为(常温下，溶液足量，体积均为100mL且电解前后溶液的体积变化忽略不计）(）A．13、7、1B．12、7、2C．1、7、13D．7、13、1答案A解析Ⅰ中发生反应：2KCl＋2H2Oeq\o（=，\s\up17(电解））2KOH＋Cl2↑＋H2↑，Ⅱ中反应的实质是电解水,pH＝7,Ⅲ中发生反应：2CuSO4＋2H2Oeq\o(=，\s\up17(电解))2Cu＋2H2SO4＋O2↑，三个电解槽串联，则三个电解槽相同时间内转移电子的物质的量相同：n（e－）＝2n（Cu）＝2×0.32g÷64g/mol＝0。01mol，所以Ⅰ中的产物：n(H2)＝0.005mol,n（KOH)＝0。01mol,c（OH－)＝eq\f（0。01mol,0.1L)＝0。1mol·L－1，则pH＝13，Ⅲ中的产物：n（H2SO4）＝n(Cu)＝0。005mol，c（H＋)＝eq\f（0。01mol，0。1L）＝0。1mol·L－1，所以pH＝1,故选A。5．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．阳极发生还原反应,其电极反应式:Ni2＋＋2e－=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,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt答案D解析根据电解原理可知，与电源正极相连的电极是阳极，失电子，发生氧化反应，故A错误;因氧化性Ni2＋>Fe2＋〉Zn2＋,故阴极反应为Ni2＋＋2e－=Ni，可见，阳极质量减少的是溶解的Zn、Fe、Ni，而阴极质量增加的只是析出的Ni，两者质量是不相等的，故B错误；电解后，溶液中除留下Fe2＋、Zn2＋外，还有Ni2＋，C错误;阳极反应有:Zn－2e－=Zn2＋，Fe－2e－=Fe2＋，Ni－2e－=Ni2＋,Pt为惰性金属，不放电,而Cu要在金属Ni全部转化为Ni2＋后才能放电，但此时Cu已没有了支撑物，最后和Pt一起落下，形成阳极泥，故D正确。6．利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是（)A．a为直流电源的负极B．阴极的电极反应式为:2HSOeq\o\al（－，3）＋2H＋＋e－=S2Oeq\o\al（2－，4)＋2H2OC．阳极的电极反应式为:SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4）＋4H＋D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室答案C解析由装置图知，左侧电极硫元素化合价从＋4(SO2)升高到＋6（H2SO4),故左侧电极是阳极，a为直流电源的正极，A错误，C正确；阴极的电极反应式为：2HSOeq\o\al(－,3）＋2H＋＋2e－=S2Oeq\o\al（2－,4)＋2H2O，B错误；由于H＋在阴极上反应，故电解时，H＋由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室，D错误。［题组二高考小题］7．（2019·天津高考）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌。碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量.下列叙述不正确的是（)A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－=2I－＋Br－B．放电时，溶液中离子的数目增大C．充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化D．充电时，a电极接外电源负极答案D解析根据题图，放电时,a极的电极反应式为I2Br－＋2e－=2I－＋Br－，b极的电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋,总反应为I2Br－＋Zn=Zn2＋＋Br－＋2I－，故b为原电池负极，a为原电池正极,A正确；放电时，由总反应可知离子数目增大，B正确；充电时，b极每增重0.65g，被还原的Zn2＋的物质的量为0.01mol，则消耗0.02molI－,C正确;充电时，a极发生氧化反应，做阳极，接电源正极,D错误。8．（2018·全国卷Ⅲ)一种可充电锂－空气电池如图所示.当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1）。下列说法正确的是()A．放电时,多孔碳材料电极为负极B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移D．充电时，电池总反应为Li2O2－x=2Li＋eq\b\lc\（\rc\）（\a\vs4\al\co1(1－\f(x,2)）)O2答案D解析放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处反应，说明电池内，Li＋向多孔碳材料电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳材料电极为正极，A错误。因为多孔碳材料电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳材料电极（由负极流向正极)，B错误。充电和放电时电池中离子的移动方向相反，放电时，Li＋向多孔碳材料电极移动,充电时向锂电极移动，C错误.根据图示和上述分析，可知放电时，电池的正极反应是O2得电子与Li＋转化为Li2O2－x,电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li＋,所以总反应为：2Li＋eq\b\lc\（\rc\）（\a\vs4\al\co1(1－\f(x，2))）O2=Li2O2－x，充电时的反应与放电时的反应相反，所以充电时，电池总反应为Li2O2－x=2Li＋eq\b\lc\（\rc\)（\a\vs4\al\co1(1－\f(x，2)））O2,D正确。9．(2017·全国卷Ⅱ）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4.H2C2O4混合溶液.下列叙述错误的是()A．待加工铝质工件为阳极B．可选用不锈钢网作为阴极C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－=AlD．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动答案C解析铝制品表面氧化形成致密的氧化膜，发生氧化反应，所以待加工铝质工件应为阳极，A正确；阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极，B正确，C错误；电解质溶液中的阴离子向阳极移动，D正确。10．（2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SOeq\o\al（2－,4)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。下列叙述正确的是（）A．通电后中间隔室的SOeq\o\al（2－，4）离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C．负极反应为2H2O－4e－=O2＋4H＋，负极区溶液pH降低D．当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成答案B解析负极区（阴极）电极反应为：4H＋＋4e－=2H2↑,正极区(阳极)电极反应为：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑。通电后SOeq\o\al（2－,4)向正极移动，正极区OH－放电，溶液酸性增强，pH减小，A错误；负极区反应为4H＋＋4e－=2H2↑，溶液pH增大,C错误;当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25molO2生成，D错误。［题组三模拟小题］11．(2019·广东实验中学高三第三次阶段考试)银锌蓄电池应用广泛,放电时总反应为Zn＋Ag2O2＋H2O=Zn（OH）2＋Ag2O，某小组以银锌蓄电池为电源，用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液制备H2SO4和NaOH,设计如图所示装置。连通电路后，下列说法正确的是（)A．电池的a极反应式为Ag2O2＋H2O＋2e－=Ag2O＋2OH－B．气体Y为H2C．pq膜适宜选择阳离子交换膜D．电池中消耗65gZn，理论上生成1mol气体X答案D解析惰性电极电解饱和Na2SO4溶液制备H2SO4和NaOH，则在阴极上是氢离子发生还原反应产生氢气，电极附近氢氧根离子浓度增加，显碱性,钠离子移向阴极，所以阴极区域附近氢氧化钠浓度较高，产生氢氧化钠，在阳极上是氢氧根离子失电子，产生氧气，电极附近氢离子浓度增加，显酸性,硫酸根离子移向阳极，所以阳极区域附近硫酸浓度较高，产生硫酸,所以N为阳极，b是电源的正极,a是电源的负极，pq是阴离子交换膜，mn是阳离子交换膜。a是电源的负极，a极反应式为Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH）2，A错误；N是阳极，在阳极是氢氧根离子失电子，产生氧气，气体Y为O2，B错误；pq膜是阴离子交换膜，C错误；电池中消耗65gZn，即1molZn，转移电子是2mol，在M电极上发生反应:2H＋＋2e－=H2↑，理论上生成1molH2，D正确。12．（2019·山东潍坊高三期中）O3是一种常见的绿色氧化剂，可由臭氧发生器（原理如图)电解稀硫酸制得。下列说法错误的是（）A．电极a为阴极B．a极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．电解一段时间后b极周围的pH下降D．标准状况下，当有5。6LO2反应时，收集到O2和O3混合气体4。48L，O3的体积分数为80%答案D解析电解池左侧通入O2,由此可知，a极发生还原反应,a极为阴极，其电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，故A、B正确;b极为H2O电离出的OH－失去电子，生成O2和O3，电解一段时间后,b极附近水的电离平衡被破坏，溶液中H＋浓度增大，pH下降,C正确；阴极0。25molO2反应时，转移电子为1mol，阳极生成混合气体为0.2mol，设生成O2为mmol，O3为nmol，由此可列出二元一次方程组：eq\b\lc\｛\rc\(\a\vs4\al\co1（4m＋6n＝1，,m＋n＝0。2，）)解得n＝0。1，m＝0。1，故O3的体积分数为eq\f(0.1，0.2）×100％＝50％，D错误。13．(2019·黄石调研)已知反应:2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7）＋H2O。某科研小组用如图电解装置，由Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7溶液。下列有关叙述正确的是（)A．Na2CrO4生成Na2Cr2O7的反应为非氧化还原反应，不能通过电解方法获得B．a为电源正极C．d口流出的NaOH溶液的浓度与c口通入的NaOH溶液的浓度相同D．Na＋从右侧通过阳离子交换膜进入左侧答案D解析虽然Na2CrO4转化为Na2Cr2O7的反应为非氧化还原反应,但因为该反应必须在酸性环境中才能发生,反应所需的H＋可以通过电解方法获得，A错误；电解装置右侧发生反应时所需的H＋来源于H2O的电解,电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋,故右侧电极为阳极，阳极连接电源正极,即b为电源正极，a为电源负极,B错误；左侧电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－,故d口流出的NaOH溶液的浓度比c口通入的NaOH溶液的浓度大，C错误；电解时,阳离子从阳极流向阴极，故Na＋从右侧通过阳离子交换膜进入左侧,D项正确。14．（2019·湖北八校联考)H3BO3可以通过电解NaB（OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图，下列叙述错误的是（）A．M室发生的电极反应为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋B．N室中：a％<b％C．b膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸D．理论上每生成1mol产品，阴极室可生成标准状况下5。6L气体答案D解析M室为阳极室，发生氧化反应,电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，A正确；N室为阴极室，溶液中水电离的H＋得电子发生还原反应生成H2，促进水的电离,溶液中OH－浓度增大,即a%<b%，B正确；阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的B（OH）eq\o\al(－,4）穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3，则b膜为阴膜,C正确;每生成1mol产品，转移电子的物质的量为1mol，阴极室生成0。5mol氢气，其标准状况下的体积为11.2L，D错误。[题组一基础大题］15．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。请按要求回答下列问题：（1）甲烷燃料电池负极反应是________________________________________________________________________。（2）石墨（C）极的电极反应是________________________________________________________________________。(3）若在标准状况下，有2.24L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。（4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH）2的实验装置（如图所示).若用于制取漂白液,则a为电池的________极，电解质溶液最好用________.若用于制取Fe(OH）2，使用硫酸钠作电解质溶液,则阳极选用________作电极。答案（1）CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－，3）＋7H2O（2)2Cl－－2e－=Cl2↑(3)4。4812。8(4）负饱和NaCl溶液铁解析（1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应，即甲烷在负极上被氧化。在KOH溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾，负极反应为CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－,3）＋7H2O。(2)原电池的负极与电解池的阴极相接，铁极为阴极，则C极为阳极，在C极上发生氧化反应，电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑。（3）n（O2）＝eq\f（2.24L,22.4L·mol－1）＝0。1mol，甲池中正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，由得失电子守恒知，经过甲、乙、丙装置的电子的总物质的量为0。4mol.铁极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，n（H2)＝eq\f(0。4mol，2)＝0.2mol，V（H2)＝0。2mol×22。4L·mol－1＝4。48L。丙池中精铜为阴极，发生还原反应，电极反应为Cu2＋＋2e－=Cu,n(Cu）＝eq\f(0.4mol，2)＝0。2mol，m(Cu)＝0.2mol×64g·mol－1＝12。8g。（4）漂白液的有效成分是次氯酸盐，制备原理是2Cl－＋2H2Oeq\o（=，\s\up17(电解））2OH－＋Cl2↑＋H2↑，Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O，气体与液体反应，最好采用逆向接触，即气体在下端产生，碱溶液在上端生成，使其充分反应，所以该装置的下端为阳极，上端为阴极，阴极与电源负极相连，故a极为负极.生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠，故电解质溶液最好用饱和NaCl溶液.若制备Fe（OH）2，用Na2SO4溶液作电解质溶液,选用铁作阳极。［题组二高考大题]16．高考组合题。（1）(2019·全国卷Ⅲ)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：负极区发生的反应有________________________（写反应方程式).电路中转移1mol电子，需消耗氧气________L（标准状况)。(2）(2019·北京高考）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。①制H2时，连接________。产生H2的电极反应式是________________________.②改变开关连接方式，可得O2。③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用:________________________________________。(3）（2019·天津高考)将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为:①SiCl4（g）＋H2(g）SiHCl3（g）＋HCl（g）ΔH1〉0②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si（s)4SiHCl3（g)ΔH2<0③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)3SiHCl3(g)ΔH3氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备，写出产生H2的电极名称________(填“阳极”或“阴极”），该电极反应方程式为________________________________。答案（1）Fe3＋＋e－=Fe2＋,4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O5。6（2)①K12H2O＋2e－=H2↑＋2OH－③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH）2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用（3)阴极2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－=H2↑)解析（1)由题图中H＋的移动方向知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－=Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－=Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O;由此可知，每消耗1molO2，需转移4mol电子，则转移1mol电子时，应消耗eq\f(1，4)molO2，标准状况下，eq\f(1，4）molO2的体积为eq\f（1,4）mol×22.4L/mol＝5。6L。（2）①电解时，阴极产生H2，即电极1产生H2,此时开关连接K1，阴极H2O得电子生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。③连接K1时，电极3反应为Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O；当连接K2制O2时，电极3反应为NiOOH＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－。由以上电极反应可看出，不同的连接方式,可使电极3循环使用。（3）电解KOH溶液制H2，实质是电解水.生成H2的一极为阴极，反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－或2H＋＋2e－=H2↑.17．高考组合题。（1)（2015·山东高考)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得.利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液.B极区电解液为__________溶液(填化学式），阳极电极反应式为______________________,电解过程中Li＋向________(填“A"或“B”)电极迁移.(2）(全国卷Ⅰ）H3PO2也可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：①写出阳极的电极反应式：________________________________________________________________________.②分析产品室可得到H3PO2的原因________________________________________________________________________________________________________________________________________________.③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2,将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质，该杂质产生的原因是________________________________________________________________________。(3)（北京高考）电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________,说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案（1)LiOH2Cl－－2e－=Cl2↑B（2)①2H2O－4e－=O2↑＋4H＋②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2POeq\o\al（－,2）穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2③POeq\o\al（3－,4)H2POeq\o\al（－，2)或H3PO2被氧化（3)NH3根据反应：8NO＋7H2Oeq\o（=，\s\up17(通电））3NH4NO3＋2HNO3，可知电解过程中还产生HNO3解析（1)B极产生H2,根据反应：2H＋＋2e－=H2↑，说明B极为阴极，随着电解进行，溶液中c(H＋）减小、c(OH－）增大，B极附近电解液为LiOH溶液，随着电解的进行,溶液中c(LiOH）增大。A极为阳极，电解液为LiCl溶液，电极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑；在电解过程中Li＋向阴极附近移动，即向B极迁移。(2）②中应该从闭合回路的角度,阴、阳离子的流向分析。③注意阳极反应生成O2，O2具有氧化性，H3PO2和H2POeq\o\al(－,2）均具有还原性，二者会被O2氧化生成POeq\o\al(3－,4)。（3）电解NO制备硝酸铵，阳极反应为5NO－15e－＋10H2O=5NOeq\o\al（－,3)＋20H＋,阴极反应为3NO＋15e－＋18H＋=3NHeq\o\al(＋,4）＋3H2O，从两极反应产物分析电解产物，每生成3molNH4NO3同时还生成2molHNO3，因此，要全部转化成NH4NO3需补充NH3。[题组三模拟大题］18．(2019·福建质检)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型能源，利用二氧化碳合成二甲醚已成为化学家研究的热门课题。（1）几种共价键的键能如表所示