4.2.2电解池原理的应用（分层作业）

4.2.2电解池原理的应用（分层作业）1．下列有关四个实验装置的叙述错误的是A．图I所示装置工作时，盐桥中的阳离子移向溶液B．图Ⅱ所示的金属防护法称为外加电流法C．图Ⅲ可以比较Ksp(AgCl)、Ksp(AgBr)的相对大小D．图Ⅳ所示装置工作时，溶液a是烧碱溶液【答案】D【解析】A．盐桥中的阳离子移向正极CuSO4溶液，A正确；B．图Ⅱ中有外加直流电源，称为外加电流法，B正确C．向氯离子和溴离子浓度均为0.1mol/L的溶液中滴入硝酸银溶液，若先生成淡黄色的溴化银沉淀，说明Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)，C正确；D．图Ⅳ所示装置工作时，右侧为阴极，阴极放氢生碱，得到NaOH溶液，故右侧溶液是烧碱溶液，D错误；故选D。2．（双选）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，其电极反应式为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不相等C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt【答案】BD【解析】A．阳极失去电子发生氧化反应，其电极反应式Ni2++2e=Ni，选项A错误；B．电解过程中阳极失电子的有Ni、Fe、Zn，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不相等，选项B正确；C．电解后，溶液中存在的阳离子有H+、Fe2+、Zn2+、Ni2+，选项C错误；D．粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质做阳极，铜和铂不失电子，沉降电解池底部形成阳极泥，故电解后电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt，选项D正确；答案选BD。3．下列有关电解原理的应用的说法正确的是A．氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝B．在铁制品上镀银时，银制品与电源正极相连C．电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，纯铜作阳极D．电解硫酸钾溶液时，硫酸钾的浓度保持不变【答案】B【解析】A．氯化铝是一种电解质，但熔融态的氯化铝不导电，不可用于电解法制铝，A错误；B．电镀时，镀层金属与电源正极相连，待镀件与电源负极相连，在铁制品上镀银时，银制品与电源正极相连，B正确；C．电解法精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，C错误；D．电解硫酸钾溶液时，阳极生成氧气，阴极生成氢气，相当于电解水，硫酸钾的浓度会增大，D错误；故选B。4．利用金属活性的不同，可以采取不同的冶炼方法冶炼金属．下列反应所描述的冶炼方法不可能实现的是A． B．C． D．【答案】D【解析】A．铝是活泼金属，常用电解熔融氧化铝的方法冶炼，故A正确；B．根据铁的活泼性，工业上常用热还原法炼铁，可用CO还原氧化铁得到铁，故B正确；C．铜活泼性比铁弱，湿法炼铜法就是用铁将铜从盐溶液中置换出来，故C正确；D．钾是活泼金属，电解KCl的水溶液得不到钾，电解KCl溶液生成KOH、氢气和氯气，故D错误；故选D。5．下列描述不符合实际的是A．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 B．铅酸蓄电池是一种常见的二次电池C．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 D．电解熔融的氯化镁制取金属镁，用铁作阳极【答案】D【解析】A．在镀件上电镀锌，锌作阳极，失去电子，A符合实际；B．铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，B符合实际；C．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣，铜锌合金可以组成原电池，锌是电池负极被腐蚀，铜做正极被保护，不易产生铜绿，C符合实际；D．电解熔融的氯化镁制取金属镁，用惰性电极做阳极，若用铁作阳极，阳极失电子生成亚铁离子，消耗铁，故不用铁做阳极，，故D不符合实际；故选D。6．用石墨作电极，电解1L0.2mol·L1NaCl溶液的装置如图，当电路中通过0.002mole时，下列说法错误的是A．滴有酚酞的NaCl溶液变为红色B．通入44.8mLHCl，可使电解质溶液恢复到电解前的状态C．a试管中的气体体积略大于b试管中的D．A极的电极反应式仅为2H2O+2e=H2↑+2OH【答案】B【分析】石墨作电极，电解1L0.2mol·L1NaCl溶液，从装置图中分析A电极与电源负极相连为电解池阴极，发生电极反应为2H2O+2e=H2↑+2OH，a试管收集到H2，B电极与电源正极相连为电解池阳极，发生电极反应为2Cl2e=Cl2↑，b试管收集到Cl2，总反应式为。【解析】A．电解1L0.2mol·L1NaCl溶液，有碱生成，溶液显碱性，滴有酚酞的溶液变为红色，A正确；B．未注明是否为标准状况下的44.8mLHCl气体体积，B错误；C．a试管收集到H2，b试管收集到Cl2，理论上产生的气体在相同条件下，体积相同，但反应过程中生成OH，OH与Cl2反应，使b试管收集到的Cl2略小于a试管收集到的H2，C正确；D．B电极先发生2Cl2e=Cl2↑，Cl完全放电后会发生4OH4e=O2↑+H2O，A电极的电极反应式仅为2H2O+2e=H2↑+2OH，D正确；答案选B。7．下列有关电化学装置的说法中，正确的是A．图a装置可以实现铁上镀银B．图b装置可以实现粗铜的电解精炼C．图c装置工作一段时间后，往电解质溶液中加入适量可以使其恢复到初始状态D．图d装置工作一段时间后，负极质量会增大【答案】D【解析】A．图a装置中，Fe极放在FeSO4溶液中，不能形成电镀装置且银不会在铁表面生成，A项错误；B．铜的电解精炼中，应该用粗铜作阳极，B项错误；C．图c装置本质上是电解水，加入H2SO4不能使电解质溶液恢复到初始状态，C项错误；D．图d为铅蓄电池，负极电解方程式为：Pb2e+SO24=PbSO4，负极质量会增大，D项正确；故选D。8．电化学在工业生产中有广泛的应用价值，下面为两种常见的电化学装置示意图。(1)图1为氢氧燃料电池工作原理示意图。①写出电池的正极反应式：。②若将H2换成CH4，则该电极反应式为。(2)图2为氯碱工业中电解饱和食盐水原理示意图。①电极是(填“阴极”或“阳极”)。②写出电极B上的电极反应式：；出口C处溶液所含溶质为。③写出电解饱和食盐水的总反应方程式：。【答案】(1)O2+4e+2H2O=4OHCH4+10OH8e=CO23+7H2O(2)阳极2H2O+2e=2OH+H2↑NaOH【解析】（1）①图1为氢氧燃料电池，通入氢气的一极为负极、通入氧气的一极为正极，氧气在正极得电子发生还原反应生成氢氧根离子，电池的正极反应式为O2+4e+2H2O=4OH。②图1为氢氧燃料电池，通入氢气的一极为负极、通入氧气的一极为正极，若将H2换成CH4，甲烷在负极失电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，则负极反应式为CH4+10OH8e=CO23+7H2O。（2）①根据图示，氯离子在电极A失电子发生氧化反应生成氯气，电极A是阳极。②B是阴极，氢离子得电子生成氢气，电极B上的电极反应式2H2O+2e=2OH+H2↑；根据电解反应式2H2O+2e=2OH+H2↑，可知出口C处溶液所含溶质为NaOH。③电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气、氯气，反应的总反应方程式为。9．电解原理具有广泛的应用。下列装置不正确的是A．用装置甲制取Cl2和NaOH溶液 B．用装置乙在金属制品表面镀银C．用装置丙电解精炼粗铜 D．用装置丁制取Na【答案】A【解析】A．电解饱和NaCl溶液，饱和NaCl溶液应从阳极进入，氯气在阳极产生，且应选用阳离子交换膜，A项错误；B．在金属制品表面镀银，Ag作阳极，与电源正极相连，金属制品作阴极，与电源负极相连，B项正确；C．粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源正极相连，精铜作阴极，与电源负极相连，C项正确；D．制取金属钠，用惰性电极电解熔融的氯化钠，D项正确；故选A。10．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．b为直流电源的正极B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜电极反应式不变C．电解时，H+由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室D．阳极的电极反应式为SO2+2H2O2e=SO24+4H+【答案】D【分析】电解池阳极发生氧化反应，a为正极，b为负极，阳极反应式为SO2+2H2O2e=SO24+4H+，阴极反应式为2HSO3+2e+2H+=S2O24+2H2O。【解析】A．二氧化硫被氧化为硫酸根，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极a相连，则b为电源负极，故A错误；B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，阴极变为氢离子得电子，阳极变为亚硫酸氢根离子失电子，电极反应式发生改变，故B错误；C．阳离子交换膜只允许阳离子通过，电解时，阳离子移向阴极，所以H+由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室，故C错误；D．阳极的电极反应式为：SO2+2H2O2e=SO24+4H+，故D正确；故答案为：D。11．某研究机构使用电池电解制备，其工作原理如图所示。已知电池反应为。下列说法正确的是A．e接口连接gB．石墨(C)电极上反应式为C．产品室增加，钛钢网电极上收集到气体D．膜a、膜c是阴离子交换膜，膜b是阳离子交换膜【答案】B【分析】根据电池反应为2Li+SO2Cl2=2LiCl+SO2↑可知，放电时Li元素化合价由0价变为+1价，失去电子，所以Li电极是负极，则碳棒是正极，正极是SO2Cl2中+6价的硫得电子、发生还原反应，结合方程式书写电极反应；电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，通过膜a进入产品室Ⅱ室，所以g电极为阳极、与锂磺酰氯（LiSO2Cl2）电池的正极C棒相接，H2PO2由原料室III室通过膜b进入产品室II室，与Ni2+生成Ni(H2PO2)2，h电极为阴极，与原电池的e电极相接，H2O或H+发生得电子的还原反应，电极反应式为2H2O+2e=H2↑+2OH或2H++2e=H2↑，Na+通过膜c进入IV室，形成闭合回路，所以膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜。【解析】A．原电池中Li电极为负极，C电极为正极，电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，即g电极为阳极，则h电极为阴极，接原电池的e极，A错误；B．由图示可知，Li电极为负极，发生氧化反应，则C电极为正极，发生得电子的还原反应，电极反应式为SO2Cl2+2e−=2Cl−+SO2↑，B正确；C．本题没有说明是标准状况，所有无法求钛钢网电极上收集到气体的体积，C错误；D．电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，通过膜a进入产品室II室，H2PO2由原料室III室通过膜b进入产品室II室，在产品室II室中与Ni2+生成Ni(H2PO2)2，Na+通过膜c进入IV室，形成闭合回路，所以膜a、c都是阳离子交换膜，b是阴离子交换膜，D错误；故选B。12．在熔融盐体系中，通过电解和获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是A．石墨电极为阴极B．A的电极反应：C．该体系中，石墨优先于参与反应D．电解时，阳离子向石墨电极移动【答案】C【分析】由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料TiSi。【解析】A．由分析可知，石墨电极为阳极，A项错误；B．A作阴极得电子，由于该体系为熔融盐体系，没有H+存在，所以发生的反应为：TiO2+SiO2+8e=TiSi+4O2，B项错误；C．根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于参Cl参与反应，C项正确；D．电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D项错误；故选C。13．如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有生成，逐渐溶解，下列判断正确的是A．a是电源的正极B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现蓝色C．通过阴离子交换膜移动到石墨电极ⅡD．当完全溶解时，至少产生气体(标准状况下)【答案】D【分析】通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极，据此解答。【解析】A．由分析可知，a是电源的负极，故A错误；B．石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B错误；C．随着电解的进行，氯离子通过阴离子交换膜移动到中间，但不会穿过质子交换膜移动到石墨II处，故C错误；D．当0.01molFe2O3完全溶解时，消耗氢离子为0.06mol，根据阳极电极反应式2H2O4e−=O2↑+4H+，产生氧气为0.015mol，体积为336mL(折合成标准状况下)，故D正确；故选D。14．电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是A．b极与电源的负极相连，发生氧化反应B．电解一段时间，a、b两电极区的pH均减小C．相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为5：3D．若此装置中总共消耗2molN2，则转移的电子的物质的量为7.5mol【答案】D【分析】电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图，分析可知a极氮气失去电子发生氧化反应，此为阳极；b极氮气得到电子生成铵根离子，此为阴极。【解析】A．由原理图分析可知，b为阴极，与电源负极相连，发生还原反应，A错误；B．b极电极反应式为：N2+6e+8H+=2NH+4，电解过程中c(H+)减小，溶液pH逐渐增大，a极N210e+6H2O=2NO3+612H+，电解过程中c(H+)增大，溶液pH逐渐减小，B错误；C．由上述可知，a极上每消耗1molN2时转移10mole，b极上每消耗1molN2时转移6mole，由转移电子守恒可知，电解相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为3：5，C错误；D．总反应为：4N2+2H++9H2O=5NH+4+3NO3，分析可知4molN2参加反应，转移15mol电子，故若此装置中总共消耗2molN2，则转移的电子的物质的量为7.5mol，D正确；故选D。15．工业上常用电渗析法淡化海水。某小组模拟淡化海水原理，设计如图所示装置。已知锂电池反应为下列叙述正确的是A．、通过膜1向M极区迁移B．实验时应及时清除N极区产生的白色沉淀C．通过膜1的离子与同时通过膜2的离子总数一定相等D．锂电池中消耗14gLi，M极一定产生0.5mol气体【答案】B【解析】A．在电解池中，阳离子移向阴极移动，由装置图可知，N电极为阴极，故A错误；B．N极反应式为2H2O+2e=H2↑2OH，后续反应有Mg2++2OH=Mg(OH)2，产生氢氧化镁白色沉淀，防止其大量堆积，所以实验时应及时清除N极区产生的白色沉淀，故B正确；C．通过膜1、膜2迁移的阴离子、阳离子遵循电荷守恒，即迁移离子遵循关系式为n(Cl)+2n(SO24)=n(Na+)+2n(Mg2+)，但是，离子迁移速率不同，故迁移离子总数不一定相等，C项错误；D．消耗14gLi时转移2mol电子，M极的电极反应式为2H2O4e=O2↑+4H+，2Cl2e=Cl2↑，析出气体可能有O2和Cl2，气体物质的量介于0.5mol到1mol之间，故D错误。故选B。16．工业上电解饱和食盐水制取氯气的装置示意图如图。下列说法正确的是A．a为正极，发生氧化反应 B．b的电极反应式为2H2O+2e=H2+2OHC．用湿润的淀粉试纸检验阳极产物 D．一段时间后，阴极和阳极收集到相同体积的气体【答案】BD【分析】由图可知，该装置为电解池，左侧产生氯气，则a为阳极，右侧电极产生氢气，则b电极为阴极，以此解题。【解析】A．由分析可知，a为阳极，发生氧化反应，A错误；B．由分析可知，b电极为阴极，电极反应为：2H2O+2e=H2+2OH，B正确；C．由分析可知，阳极产物为氯气，氯气和淀粉不反应，应该用湿润的淀粉KCl试纸检验阳极产物，C错误；D．电解时，阳极出氯气，阴极出氢气，生成两种气体时相同时间内转移电子数相同，则一段时间后，阴极和阳极收集到相同体积的气体，D正确；故选BD。17．工业上用溶液吸收硫酸工业尾气中的，并通过电解方法实现吸收液的循环再生。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法正确的是A．X应为直流电源的正极B．电解过程中阴极区氢氧根离子浓度降低C．图中的D．在电极上发生的反应为【答案】C【分析】利用电解原理实现用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的SO2，根据阴阳离子的移动方向得知，阳离子向Pt(Ⅰ)电极移动，阴离子向Pt(Ⅱ)电极移动，因此Pt(Ⅰ)为阴极，Pt(Ⅱ)为阳极，所以X为直流电源负极，Y为直流电源正极，Pt(Ⅰ)电极水得电子生成氢气和氢氧根离子，Pt(Ⅱ)电极区水失去电子产生氧气和氢离子，据此分析解答。【解析】A．根据阴阳离子的移动方向得知，阳离子向Pt(Ⅰ)电极移动，阴离子向Pt(Ⅱ)电极移动，因此Pt(Ⅰ)为阴极，Pt(Ⅱ)为阳极，所以X为直流电源负极，Y为直流电源正极，A项错误；B．Pt(Ⅰ)为阴极，阴极上氢离子得电子放出氢气，故Pt(Ⅰ)附近溶液的氢氧根离子浓度增大，B项错误；C．阳极室中，出来的硫酸中不仅有加入的稀硫酸还有亚硫酸根离子被氧化生成的硫酸，所以b%>a%，C项正确；D．阳极上亚硫酸根离子在酸辛条件下失电子发生氧化反应，故电极反应方程式为：SO23＋H2O2e=SO24＋2H+，D项错误；答案选C。18．请回答下列问题：(1)高铁酸钾()不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。下图所示是高铁电池的模拟实验装置。①该电池放电时正极产生Fe(OH)3沉淀，正极电极反应为。②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向(填“左”或“右”)移动；③下图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有。(2)氯碱工业电解饱和食盐水制烧碱时必须阻止移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如图)。①C、D分别是直流电源的两电极，C是电源极。②电解一段时间后，A口导出。③阳离子交换膜的作用是。【答案】(1)FeO24＋4H2O＋3e=Fe(OH)3＋5OH右使用时间长、工作电压稳定(2)负Cl2避免OH向阳极移动，与氯气发生反应【解析】（1）①根据装置图，锌为负极，石墨为正极，高铁酸钾中铁元素显＋6价，具有强氧化性，高铁酸根在正极上得电子，因此正极电极反应式为FeO24＋4H2O＋3e=Fe(OH)3＋5OH；②根据原电池工作原理，Cl向负极移动，向Zn电极移动，即向右移动；③图2为高能碱性电池与高铁电池放电的曲线，从而推出高铁电池的优点是使用时间长、工作电压稳定；（2）①根据图示，H+向右侧移动，则右侧为阴极室，则C是电源负极；②左侧是阳极室，Cl在左室失电子生成氯气，发生反应2Cl2e=Cl2↑，电解一段时间后，Cl2由A口导出；③若不采用阳离子交换膜，OH会向阳极移动，氯气和氢氧根离子反应生成氯离子和次氯酸根离子，故使用阳离子交换膜可以避免OH向阳极移动，与氯气发生反应。19．电池的发明和应用是化学家们对人类社会的重要贡献之一。每一次化学电池技术的突破，都带来了电子设备革命性的发展。最近，我国在甲烷燃料电池的相关技术上获得了新突破，原理如下图所示：(1)甲烷燃料应从口通入(图1)，发生的电极反应式。(2)以石墨做电极电解Na2SO4溶液，如图2所示，电解开始后在的周围(填“阴极”或“阳极”)先出现红色，该极的电极反应式为。。(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是___________。A．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属B．粗铜接电源正极，发生氧化反应C．溶液中Cu2+向阳极移动D．电能全部转化为化学能(4)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO(NH2)2]，原理如图。①电源的正极为(填“A”或“B”)。②电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将(填“增大”、“减小”、“不变”)；若收集到H22.24L(标准状况)，则通过质子交换膜的H+数目为(忽略气体的溶解)。【答案】(1)bCH4—8e—+2H2O=CO2+8H+