高考化学一轮新课标通用训练检测考点20 电解原理及其应用Word下载.docx
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解析 Ⅰ中发生反应：
2KCl＋2H2O
2KOH＋Cl2↑＋H2↑，Ⅱ中反应的实质是电解水，pH＝7，Ⅲ中发生反应：
2CuSO4＋2H2O
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－）＝
＝0.1mol·
L－1，则pH＝13，Ⅲ中的产物：
n（H2SO4）＝n（Cu）＝0.005mol，c（H＋）＝
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－===Ni
B．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
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．用如图装置（X、Y是直流电源的两极）分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是（ ）
解析 电解Na2SO4溶液相当于电解水，阳极生成氧气，a管中溶液呈酸性，A错误；
电解AgNO3溶液属于“析氧生酸型”，阳极生成氧气，B错误；
电解KCl和CuCl2混合溶液，相当于先后电解CuCl2溶液、KCl溶液和水，a管产生H2的体积有可能与b管产生Cl2和O2的混合气体的体积相等，C错误；
电解AlCl3溶液时，阴极先产生氢气，a管中生成Al（OH）3沉淀，当Al3＋沉淀完全后，继续电解水产生的OH－，又使沉淀溶解，D正确。
7．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。
A．a为直流电源的负极
B．阴极的电极反应式为：
2HSO
＋2H＋＋e－===S2O
＋2H2O
C．阳极的电极反应式为：
SO2＋2H2O－2e－===SO
＋4H＋
D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室
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：
＋2H＋＋2e－===S2O
＋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]
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）。
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＋1－
O2
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与Li＋得电子转化为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＋
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＋
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－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
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SO
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SO
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SO
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。
11．（2015·
浙江高考）在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O－CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。
下列说法不正确的是（ ）
A．X是电源的负极
B．阴极的电极反应式是H2O＋2e－===H2＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－
C．总反应可表示为H2O＋CO2
H2＋CO＋O2
D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
解析 H2O、CO2混合气体制备H2和CO时，氢元素及碳元素的化合价降低，H2O和CO2发生还原反应，则该极为阴极，连接电源的负极，A正确；
因电解质是金属氧化物，故该过程中可以传递O2－，则阴极反应为H2O＋2e－===H2＋O2－，CO2＋2e－===CO＋O2－，B正确；
图中阳极放出的是O2,2O2－＋4e－===O2↑，则总反应方程式为H2O＋CO2
H2＋CO＋O2，C正确；
从总反应方程式看，阴极和阳极生成的气体的物质的量之比是2∶1，D错误。
[题组三 模拟小题]
12．（2019·
黄石调研）已知反应：
2CrO
＋2H＋Cr2O
＋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
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。
13．（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
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）
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。
14．（2018·
石家庄质检）厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理得到乳酸（图中HA表示乳酸分子、A－表示相应的酸根离子）如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．阴极的电极反应式为：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．H＋从阳极通过阳离子交换膜向阴极移动
C．A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室
D．当浓缩室中增加了0.6molHA时，可得到4.48LH2（标准状况）
解析 电解时阴极的电极反应式：
4H＋＋4e－===2H2↑，A错误；
因阳离子不能透过阴离子交换膜，故留在浓缩室，B错误；
阴离子移向阳极，但进入浓缩室后被阳离子交换膜阻挡而留在浓缩室，得到浓乳酸溶液，C正确；
当浓缩室中增加了0.6molHA时，表明有0.6molH＋放电转化为H2，体积为6.72L（标准状况），D错误。
15．（2018·
黑龙江齐齐哈尔第二次模拟）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，质子膜允许H＋和H2O通过。
A．电极Ⅰ为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．电解时H＋由电极Ⅰ向电极Ⅱ迁移
C．吸收塔中的反应为2NO＋2S2O
＋2H2O===N2＋4HSO
D．每处理1molNO，可同时得到32gO2
解析 根据图示可以看出，电极Ⅰ中的电极反应式应该是2HSO
＋2e－＋2H＋===S2O
＋2H2O，A项错误；
电解时阳离子向阴极移动，故H＋由电极Ⅱ向电极Ⅰ迁移，B项错误；
吸收塔中的反应为2NO＋2S2O
，C项正确；
每处理1molNO，转移电子数为2mol，可同时得到16gO2，D项错误。
[题组一 基础大题]
16．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－===CO
＋7H2O
（2）2Cl－－2e－===Cl2↑
（3）4.48 12.8
（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－===CO
＋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）＝
＝0.1mol，甲池中正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由电子守恒知，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）＝
＝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）＝
＝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－＋2H2O
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]
17．完成下列高考组合题。
（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）LiOH 2Cl－－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H2PO
穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
③PO
H2PO
或H3PO2被氧化
（3）NH3 根据反应：
8NO＋7H2O
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H2PO
均具有还原性，二者会被O2氧化生成PO
。
（3）电解NO制备硝酸铵，阳极反应为5NO－15e－＋10H2O===5NO
＋20H＋，阴极反应为3NO＋15e－＋18H＋===3NH
＋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：
化学键
C===O
H—H
C—H
C—O
H—O
键能/（kJ·
mol－1）
799
436
413
358
467
则2CO2（g）＋6H2（g）===CH3OCH3（g）＋3H2O（g） ΔH＝________。
（2）“人工光合作用”技术备受瞩目，该技术模拟植物的光合作用，利用太阳光将H2O和CO2直接合成燃料和化工原料。
科研人员模拟光合作用，设计如图甲所示装置制备二甲醚。
能量转化形式为太阳能→电能→化学能。
①催化剂b为________极。
②若释放出11.2L（标准状况）氧气，有________molH＋______________（填H＋的迁移方向）。
③催化剂a上的电极反应式为________________________________。
（3）华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO2的零排放，其基本原理如图乙所示。
①生产过程中能量的转化形式是______________________________。
②电解反应在温度小于900℃时进行，碳酸钙分解为CaO和CO2，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为__________________________________，阴极的电极反应式为__________________________。
答案
（1）－184kJ·
mol－1
（2）①阳 ②2 由右侧向左侧迁移 ③2CO2＋12H＋＋12e－===CH3OCH3＋3H2O
（3）①太阳能和电能转化为化学能 ②2CO
－4e－===2CO2↑＋O2↑ 3CO2＋4e－===C＋2CO
解析
（1）反应热等于反应物键能总和减去生成物键能总和，ΔH＝（799×
4＋436×
6－413×
6－358×
2－467×
6）kJ·
mol－1＝－184kJ·
mol－1。
（2）由两电极上的物质转化关系知，催化剂b为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，放出0.5molO2必有2molH＋从右侧通过质子交换膜向左侧迁移。
催化剂a为阴极，发生还原反应，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===CH3OCH3＋3H2O。
（3）由图乙可知，外接直流电源电解石灰石，石墨作阴极吸收太阳光，因此太阳能和电能转化为化学能。
阳极熔融盐中的阴离子CO
放电生成CO2和O2；
阴极吸收CO2发生还原反应生成C和CO
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