易错专题14 电解池的工作原理及应用（原卷版）-2024-2025学年高二化学易错题典例精讲与习题精练（人教版2019选择性必修1）

易错专题14电解池的工作原理及应用聚焦易错点：►易错点一电解池的工作原理►易错点二电解池的应用典例精讲易错点一电解池的工作原理【易错典例】例1（2024·福建·厦门英才学校高二期中）某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述正确的是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，铁片上发生的反应为：Cu2++2e-=CuC．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色直接变成黄色D．a连接直流电流正极，b连接直流电流负极，电压足够大时，Cu2+向铜电极移动【解题必备】1.电解原理：(1)电解：电解是使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起氧化还原反应的过程。①电解时所用的电流必须是直流电，而不是交流电。②熔融态电解质可被电解，电解质溶液也可被电解。③电解的过程实质是一个氧化还原反应发生的过程，这一过程在通常情况下是不能进行的。(2)电解池：电解池是将电能转化为化学能的装置。(3)电解池的电极名称：阴极——与电源负极相连的电极，发生还原反应；阳极——与电源正极相连的电极，发生氧化反应。(4)电解池的构成条件：具有与直流电源相连接的两个电极(阴极、阳极)，插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。2.电解规律(1)阴极：与电极材料无关，无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……(2)阳极：活性金属电极，金属电极失电子被溶解，生成对应金属阳离子。惰性电极(Pt、Au、C)溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，其放电顺序：金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。（3）电极反应式的书写步骤：①看电极：主要看阳极是何类型的电极，若为活性电极，电极本身被氧化；若为惰性电极，溶液或融化状态的电解质中的阴离子被氧化。阴极一般不参与反应。②看离子：搞清溶液或融化状态的电解质中有哪些阳离子、阴离子，首先排出放电顺序，然后书写电极反应式。③书写时一定不要忘了水的电离，水溶液中始终有H＋和OH－，放电顺序中H＋和OH－之后的离子一般不参与电极反应。④两个电极反应式所带的电荷必相等。⑤书写时可依据总的反应式和某一电极反应式来写另一电极反应式。用总的反应式减去某一电极反应式就等于另一电极反应式。（4）电解的几种类型：电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，实质上是电解水，电解水型；电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电解质本身，分解电解质型；电解不活泼金属的含氧酸盐，放氧生酸型；电解活泼金属（K/Ca/Na）的无氧酸盐，放氢生碱型。【变式突破】1．（2023·贵州·清华中学高二阶段练习）用下图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是()A.用石墨作阳极，铁作阴极B.阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－=ClO－＋H2OC.阴极的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D.除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋=N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O易错点二电解池的应用【易错典例】例2（2023·福建·上杭县才溪中学高二阶段练习）双隔膜电解池的结构示意图如图所示,利用该装置可以电解硫酸钠溶液以制取硫酸和氢氧化钠,并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是()A.a气体为氢气,b气体为氧气B.A溶液为氢氧化钠,B溶液为硫酸C.c隔膜为阳离子交换膜,d隔膜为阴离子交换膜【解题必备】电解池的应用1.氯碱工业的电解原理（电解食盐水）：(1)通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na＋、Cl－、H＋、OH－。通电时，Na＋、H＋移向阴极，H＋放电，Cl－、OH－移向阳极，Cl－放电。电极反应式为：阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反应)阴极：2H＋＋2e－=H2↑(还原反应)，因H＋放电，导致水的电离平衡H2OH＋＋OH－向右移动，致使生成NaOH。(2)电解的总反应式：化学方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH离子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－2．电镀：(1)电镀：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。电镀的特点是阳极本身参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。(2电镀池的构成：一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极。（3）电极反应式：待镀铁件表面镀上一层红色的铜，铜片不断溶解。硫酸铜溶液浓度的变化是不变。阳极：Cu－2e－=Cu2＋阴极：Cu2＋＋2e－=Cu3．电解精炼铜：(1)粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解质溶液。(2)电极反应式：阳极为Cu－2e－=Cu2＋、Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋阴极为Cu2＋＋2e－=Cu。(3)电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不比铜活泼的金属Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解池的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜在纯铜上析出。4．电冶金：(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－=M。(2)电解法用于冶炼较活泼的金属如：K、Na、Mg、Al等，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：阳极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极反应式：2Na＋＋2e－=2Na总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑5.电解的有关计算：有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：(1)得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。(2)总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。(3)关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。【变式突破】2．（2023·山东枣庄·高二期中）电解的应用比较广泛，回答下列问题：(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________(填字母，下同)。a.Fe2O3b.NaClc.Cu2Sd.Al2O3(2)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.电能全部转化为化学能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.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属e.若阳极质量减少64g，则转移电子数为2NA个f.SOeq\o\al(2－,4)的物质的量浓度不变(不考虑溶液体积变化)(3)如图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为__________________________。(4)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__________(填化学式)溶液，阳极电极反应式为____________，电解过程中Li＋向_____(填“A”或“B”)电极迁移。(5)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为__________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。习题精练1．（2023上·福建福州·高二福建省福州外国语学校校考期中）利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收，并用阴极排出的溶液吸收。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，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2．（2023上·江苏苏州·高二阶段练习）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7.5mol3．（2023上·辽宁大连·高二育明高中校考期中）2020年，大连化学物理研究所503组在太阳能可规模化分解水制氢方面取得新进展——率先提出全新的基于粉末纳米颗粒光催化剂太阳能分解水制氢的“氢农场”策略，其太阳能光催化全分解水制氢的效率创国际最高记录(如图所示，M1、M2为含铁元素的离子，电解质为酸性环境)。下列说法正确的是A．制装置中，太阳能转化为电能B．制装置中，阳极区氢离子浓度增大C．系统制得的同时可制得D．制时阳极可能发生反应：4．（2023上·江苏南通·高二统考阶段练习）磷酸铁锂充电电池放电时的反应为。的晶胞结构示意图如下图所示(“●”为，位置分别在顶角、棱中心和面心，正八面体和正四面体由O围绕Fe和P形成，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构)。下列说法正确的是A．1个晶胞中含16个B．电池放电时，电能转化为化学能C．充电时Li电极应与外接直流电源正极相连D．充电时的阳极反应为：5．（2023上·山东青岛·高二山东省青岛第五十八中学校考期中）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6．（2023上·四川成都·高二成都七中校考期中）我国十大科技突破－海水直接电解制H2，其工作原理如图(防水透气膜只允许水分子通过)。下列说法不正确的是A．b为电解池的阴极B．a的电极反应式为4OH－－4e－=O2↑+2H2OC．去除透气膜，a极发生的电极反应不变D．电解池工作时，海水侧的离子浓度理论上逐渐增大7．（2023上·北京顺义·高二校考期中）如图是模拟铁制品镀铜工艺的装置，下列说法正确的是A．a电极上发生还原反应B．b电极为铜C．电解质溶液可以是CusO4溶液D．电镀过程中，溶液中Cu2+浓度不断减小8．（2023上·福建漳州·高二校联考期中）一种以和Zn为电极、水溶液为电解质的电池，如图所示。放电时，可插入层间形成。下列说法错误的是A．充电总反应：B．充电阳极反应：C．放电时为正极D．放电时由负极向正极迁移9．（2023上·江苏南通·高二统考阶段练习）运用电化学原理分离纯化乙二醛并回收硝酸的装置示意图(电极均为惰性电极)如下。下列说法正确的是A．X极与电源的正极相连 B．在Y极上得电子C．m为阳离子交换膜，n为阴离子交换膜 D．分离纯化结束后，A室溶液呈碱性10．（2023上·辽宁鞍山·高二鞍山一中校考期中）海水中有丰富的锂资源，我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂的技术。提取原理如下图所示，下列说法错误的是A．该装置将光能间接转变为化学能B．b极发生的电极反应为C．电解过程中可监测到b极附近溶液减小D．固体陶瓷膜允许等较小徽粒通过11．（2023上·江苏无锡·高二校联考期中）用一种新型H2O2液态燃料电池(乙池)电解催化氮气制备铵盐和硝酸盐(甲池)的工作原理示意图如下(c、d均为石墨电极)。下列说法正确的是A．乙池中若生成15molm气体，则甲池a、b两极共消耗8molN2B．甲池中H+从b极区通过质子交换膜转移至a极区C．一段时间后，乙池中c电极区的pH增大D．甲池a极反应式为：N2＋12OH--10e-=2＋6H2O12．（2023上·江苏扬州·高二统考阶段练习）工业中常采用歧化法制备：；利用电解法也可以实现由向的转化，其装置如图。下列说法不正确的是A．与歧化法相比电解法明显优点是Mn元素的利用率高B．电源m为正极，n为负极C．阴极每产生标况下4.48L，则有0.2mol的迁移至阴极D．总反应：13．（2023上·山东青岛·高二校考期中）下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示)，甲是将废水中乙二胺［］氧化为环境友好物质形成的化学电源。当电池工作时，下列说法正确的是A．电子的流动方向B．M是负极，铜是阳极C．一段时间后，乙中溶液浓度基本保持不变D．M极电极反应式：14．（2023上·北京顺义·高二校考期中）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若将换成，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：。15．（2023上·北京顺义·高二校考期中）某课外小组分别用如图所示的装置对原电池和电解原理进行实验探究。I．用如图1所示的装置进行第一组实验。(1)在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu作电极的是_____(填字母)A．铝 B．石墨 C．银 D．铂(2)极上的电极反应式为。(3)实验过程中，(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动。II．用如图2所示的装置进行第二组实验。实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清，查阅资料知：高铁酸根在溶液中呈紫红色。(4)电解过程中，极附近溶液的(填“增大”“减小”或“不变”)。(5)电解过程中，极的电极反应式为和。(6)在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为，该电池的正极反应式为。16．（2023上·北京丰台·高二统考期中）电化学原理在污染治理方面有着重要的作用。Ⅰ.煤在直接燃烧前要进行脱硫处理。采用电解法脱硫的基本原理如图所示，利用电极反应将Mn2+转化为Mn3+，Mn3+再将煤中的含硫物质(主要成分是FeS2)氧化为Fe3+和SO：

已知：两电极为完全相同的惰性电极。回答下列问题：(1)M为电源的(填“正极”或“负极”)。(2)电解池工作时，观察到R电极上有无色气体产生，写出电极反应式。(3)电解池工作时，混合液中SO的物质的量(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)电解过程中，混合溶液中的pH将(填“变大”、“变小”或“不变”)，理由是。Ⅱ.电解还原法处理酸性含铬废水：以铁板做阴、阳极，电解含铬废水，示意如图。(5)电解开始时，A极上主要发生的电极反应式为。(6)产生的Fe2+将Cr2O还原为Cr3+的离子方程式为。(7)随着电解的进行，阳极铁板会发生钝化，表面形成FeO•Fe2O3的钝化膜，使电解池不能正常工作。将阴极铁板与阳极铁板交换使用，一段时间后，钝化膜消失。结合有关反应，解释钝化膜消失的原因：。Ⅲ.微生物电池可用来处理废水中的对氯苯酚，原理如图所示。(8)该电池放电时，H+向(填“a”或“b”)极迁移。(9)a极上生成H2CO3的电极反应为。(10)已知b极的电极反应为，经处理后的水样中要求对氯苯酚的含量小于mmol/L。若废水中对氯苯酚的含量是nmol/L，则处理1m3废水，至少添加CH3COO-的物质的量为mol(溶液体积变化忽略不计)。17．（2023上·山东·高二校联考期中）高锰酸钾是一种常用的消毒剂和氧化剂。回答下列问题：实验(一)：电解法制备。以石墨、铜为电极，电解溶液制备溶液，装置如图所示。(1)电解过程中，Cu极附近电解质溶液的pH(填“升高”“降低”或“不变”)。阳极的电极反应式为。(2)铜极、石墨极能否互换并简述理由：。实验(二)：探究和氧化性强弱。装置如图所示。关闭开关K，观察到左烧杯中紫红色溶液变为浅黄色，右烧杯中无色溶液变为紫红色。(3)关闭K，盐桥中向左烧杯迁移。盐桥的主要作用是。(4)正极反应式为，实验结论是氧化性：(填“>”“<”或“=”)。实验(三)：探究影响草酸和酸性溶液反应的因素(，)。为了探究外界条件改变对反应速率的影响，设计如下实验方案：实验序号实验温度/℃溶液(含硫酸)溶液溶液颜色褪至无色时所需时间/s①2020.0250.15②2020.0240.1610③4020.0240.16(5)通过实验①、②可探究的改变对反应速率的影响。(6)在一定溶液中加入适量硫酸，再加入一定量草酸溶液，产生体积(同温同压)与反应时间的关系如图所示(水浴温度保持35℃)。时间段反应速率突增，其原因可能是。18．（2023上·江苏苏州·高二阶段练习）工业上以软锰矿(主要成分MnO2)为原料，通过液相法生产KMnO4，即在碱性条件下用氧气氧化MnO2得到K2MnO4，分离后得到的K2MnO4，再用惰性材料为电极电解K2MnO4溶液得到KMnO4，其生产工艺简略如下：(1)反应器中反应的化学方程式为。(2)电解槽中总反应的化学方程式为。(3)在传统工艺中得到K2MnO4后，向其溶液中通入适量CO2反应生成黑色固体、KMnO4等，反应的离子方程式为。与该传统工艺相比，电解法的优势是。(4)用高锰酸钾测定草酸结晶水合物H2C2O4·2H2O的纯度：称草酸晶体样品0.500g溶于水配制成100mL溶液，取出20.00mL用0.0200mol/L的酸性KMnO4溶液滴定(杂质不反应)，恰好完全反应时消耗KMnO4溶液14.00mL，则该草酸晶体的纯度为多少，给出计算过程。19．（2023上·福建福州·高二福建省福州高级中学校考期中）甲醇()是一种重要的化工原料，广泛应用于化工生产，也可以用作燃料。已知：(1)试写出在氧气中完全燃烧生成和的热化学方程式：。(2)某