高考化学 备考百强校小题精练系列 专题27 电解池的基本原理.docx
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高考化学备考百强校小题精练系列专题27电解池的基本原理
专题27电解池的基本原理
(满分42分时间20分钟)
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1.某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2,X、Y是特殊催化剂型电极,下列说法正确的是
A.电源a极为正极
B.该装置中Y电极发生还原反应
C.X电极的电极反应式为6CO2+24H++24e-=C6H12O6+6H2O
D.理论上,每生成22.4L(标准状况下)O2,必有4molH+由X极区向Y极区迁移
【答案】C
【解析】
【详解】
【点睛】
本题考查化学电源新型电池,为高频考点,明确各个电极上发生的反应、电解质溶液中离子移动方向等知识点是解本题关键,会根据转移电子守恒进行计算,难点是电极反应式的书写。
2.用阴离子交换膜控制电解液中OH-的浓度制备纳米Cu2O,反应为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑,装置如图,下列说法中正确的是
A.电解时Cl-通过交换膜向Ti极移动
B.阳极发生的反应为:
2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O
C.阴极OH-放电,有O2生成
D.Ti电极和Cu电极生成物物质的量之比为2∶1
【答案】B
【解析】
【分析】
根据装置图和电解总反应分析,Cu极为阳极,Cu极电极反应式为2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O;Ti极为阴极,Ti极电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-;电解池中阴离子通过阴离子交换膜向阳极移动;据此分析作答。
【详解】
3.下列叙述正确的是
A.合成氨生产过程中将NH3液化分离,可提高N2、H2的转化率,同时可以加快正反应速率
B.电解精炼铜时,同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量大
C.用惰性电极电解K2SO4溶液,阴极产物和阳极产物的物质的量之比为1:
2
D.镀层破损后,镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀
【答案】D
【解析】
【详解】
4.下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是在较低的阴极电位下,TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐,阴极最后只剩下纯钛。
下列说法中正确的是
A.阳极的电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑B.阴极的电极反应式为TiO2+4e-===Ti+2O2-
C.通电后,O2-、Cl-均向阴极移动D.石墨电极的质量不发生变化
【答案】B
【解析】
【分析】
由题意和装置图可知,阴极上TiO2放电生成纯钛,阳极上O2-离子放电生成氧气,生成的氧气在高温下与石墨电极反应生成一氧化碳和二氧化碳。
【详解】
A项、由装置示意图可知,电解池的阳极是O2-离子放电,O2-离子发生氧化反应生成氧气,电极反应式为:
2O2——4e-=O2↑,故A错误;
B项、电解池的阴极发生得电子的还原反应,是二氧化钛电极本身得电子的过程,即TiO2+4e -=Ti+2O2-,故B正确;
C项、电解池中,电解质里的阴离子O2-、Cl-均移向阳极,故C错误;
D项、石墨电极会和阳极上产生的氧气之间发生反应,导致气体一氧化碳、二氧化碳的出现,所以电解本身会消耗,质量减轻,故D错误。
故选B。
【点睛】
本题考查电解池的工作原理,注意把握电极反应式的书写,图中电源的正负极是解答的关键。
5.以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解法制备Fe(OH)2,装置如图所示,其中电解池两极材料分别为铁和石墨,通电一段时间后,右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。
则下列说法正确的是
A.石墨电极Ⅱ处的电极反应式为O2+4e-===2O2-
B.X是铁电极
C.电解池中的电解液为蒸馏水
D.若将电池两极所通气体互换,X、Y两极材料也互换,实验方案更合理
【答案】D
【解析】
【分析】
左边装置是原电池,通入氢气的电极I是负极、通入氧气的电极II是正极,负极反应式为H2-2e-+CO32-═CO2+H2O,正极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-,右边装置是电解池,X是阴极、Y是阳极,阴极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-、阳极反应式为Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2↓,以此解答。
【详解】
用NaOH溶液作为电解液,蒸馏水的导电性较差一般不用做电解液,选项C错误;
D.若将电池两极所通气体互换,X、Y两极材料也互换,则Y极产物的氢气能起保护气作用,防止X极产生的氢氧化铁迅速氧化,实验方案更合理,选项D正确。
答案选D。
【点睛】
本题考查新型电池,为高频考点,题目难度不大,注意把握原电池的工作原理以及电极反应式的书写,解答本题的关键是根据物质的性质判断原电池的正负极。
6.如图所示,其中甲池的总反应式为
,下列说法正确的是
A.甲池是电能转化为化学能的装置,乙、丙池是化学能转化电能的装置
B.甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH-6e-+2H2O===CO32-+8H+
C.反应一段时间后,向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D.甲池中消耗280mL(标准状况下)O2,此时丙池中理论上最多产生1.45g固体
【答案】D
【解析】
【分析】
丙池两端的电极材料相同,应作电解池;甲池是燃料电池,CH3OH中碳元素失电子,化合价升高,作负极,电极反应为CH3OH-6e-+8OH-===CO32-+6H2O;O2得电子,化合价降低,作正极,电极反应为O2+4e﹣+2H2O=4OH-。
乙池石墨电极与正极相连,作阳极;Ag电极是阴极。
丙池右侧Pt与负极相连,作阴极;左侧Pt是阳极。
据以上分析解答。
【详解】
D项,丙池中,电解硝酸银时,阴极析出金属银,甲池中的正极发生的电极反应为:
O2+4e﹣+2H2O=4OH-,消耗280mL(标准状况下)即0.0125molO2,转移的电子为0.05mol,阴极氢离子得电子生成氢气,致使氢氧根与镁离子结合生成氢氧化镁,则丙池生成氢氧化镁的质量为58g/mol×0.025mol=1.45g,故D项正确;
综上所述,本题选D。
【点睛】
用惰性电解电解硫酸铜溶液,反应为:
2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+2O2↑;由于反应后生成铜和氧气,因此要把电解后的溶液恢复到电解前的状态,要加入铜和氧气形成的化合物氧化铜,且满足“缺多少补多少,缺什么补什么”规律。
7.现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽。
利用氯碱工业中的离子交换膜技术原理,可电解Na2SO4溶液生产NaOH溶液和H2SO4溶液。
下列说法中正确的是
A.阴极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑B.从D口出来的是硫酸溶液
C.b是阳离子交换膜,允许Na+通过D.Na2SO4溶液从E口加入
【答案】C
【解析】
【详解】
离子交换膜,允许Na+通过,故C正确;
D、NaOH在阴极附近生成,则Na2SO4溶液从G口加入,故D错误;
综上所述,本题选C。
8.关于图中装置说法正确的是
A.装置中电流移动的途径:
正极→Fe→M溶液→石墨→正极
B.若M为滴加酚酞的NaCl溶液,通电一段时间后,铁电极附近溶液显红色
C.若M为CuSO4溶液,可以实现石墨上镀铜
D.若将电源反接,M为NaCl溶液,可以用于制备Fe(OH)2并可以使其较长时间保持白色
【答案】B
【解析】
【分析】
该装置是电解池,且惰性电极作正极,阳极上失电子发生氧化反应,阴极上得电子发生还原反应;电解池工作时,电子从负极到阴极,从阳极到正极,据此分析解答。
【详解】
9.工业上氟气可作为火箭燃料中的氧化剂。
1886年法国化学家H.M0issan通过电解氟氢化钾(KHF2)的氟化氢无水溶液第一次制得氟气。
已知:
KF+HF===KHF2,制备氟气的电解装置如图所示。
下列说法错误的是
A.钢电极与电源的负极相连B.电解过程需不断补充的X是KF
C.阴极室与阳极室必须隔开D.氟氢化钾在氟化氢中可以电离
【答案】B
【解析】
【详解】
10.某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究,设计的实验装置如图所示,下列叙述正确的是
A.Y的电极反应:
Pb-2e-=Pb2+
B.铅蓄电池工作时SO42-向Y极移动
C.电解池的反应仅有2Al+6H2O
2Al(OH)3+3H2
D.每消耗103.5gPb,理论上电解池阴极上有0.5molH2生成
【答案】D
【解析】
【详解】
11.H2S有剧毒,石油化工中常用以下方法处理石油炼制过程中产生的H2S废气。
先将含H2S的废气(其它成分不参与反应)通入FeCl3溶液中,过滤后将溶液加入到以铁和石墨棒为电极的电解槽中电解(如图所示),电解后的溶液可以循环利用。
下列有关说法不正确的是( )
A.过滤所得到沉淀的成分为S和FeS
B.与外接电源a极相连的电极反应为Fe2+﹣e﹣═Fe3+
C.与外接电源b极相连的是铁电极
D.若有0.20mol的电子转移,得到氢气2.24L(标准状况)
【答案】A
【解析】
A.将
通入
溶液中,
被铁离子氧化为S,即发生
↓
所以过滤得到的沉淀是S沉淀,故A错误; B.与b相连的
12.某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究,设计的实验装置如图所示,下列叙述正确的是()
A.Y的电极反应:
Pb-2e-=Pb2+
B.铅蓄电池工作时SO42-向Y极移动
C.电解池的反应仅有2Al+6H2O
2Al(OH)3+3H2↑
D.每消耗103.5gPb,理论上电解池阴极上有0.5molH2生成
【答案】D
【解析】
【分析】
进行净水,即Al转化成氢氧化铝胶体,Al为阳极,Fe为阴极,根据电解原理,Y为PbO2,X为Pb,从原电池工作原理、电解的原理、电路中通过的电量相等进行分析。
【详解】
A、根据实验的原理,絮凝净水,让Al转化成氢氧化铝胶体,即Al失电子,根据电解原理,Al为阳极,Y为PbO2,则X为Pb,Y电极反应为:
PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O,故A错误;B、根据原电池的工作原理,SO42-向负极移动,即SO42-移向X电极,故B错误;C、电解过程中实际上发生两个反应,分别为2Al+6H2O
2Al(OH)3+3H2↑和2H2O
2H2↑+O2↑,故C错误;D、消耗103.5gPb,转移电子物质的量为
mol=1mol,阴极上的电极反应式为2H++2e-=H2↑,通过电量相等,即产生氢气的物质的量为1/2mol=0.5mol,故D正确。
13.硼酸(H3BO3)为一元弱酸,已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为:
H3BO3+OH-=B(OH)4一,H3BO3可以通过电解的方法制备。
其工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。
下列说法正确的是
A.当电路中通过1mol电子时,可得到lmolH3BO3
B.将电源的正负极反接,工作原理不变
C.阴极室的电极反应式为:
2H2O-4e-=O2+4H+
D.B(OH)4一穿过阴膜进入阴极室,Na+穿过阳膜进入产品室
【答案】A
【解析】
【分析】
阳极电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+、阴极电极反应式为4H2O+4e-=2H2↑+4OH-,阳极室中的氢离子通入阳膜进入产品室,B(OH)4一穿过阴膜进入产品室,发生反应:
B(OH)4一+H+=H2O+H3BO3,据此判断。
【详解】
D.阳极电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+、阴极电极反应式为4H2O+4e-=2H2↑+4OH-,阳极室中的氢离子通入阳膜进入产品室,B(OH)4一穿过阴膜进入产品室,发生反应:
B(OH)4一+H+=H2O+H3BO3,Na+穿过阳膜进入阴极室,D错误;
答案选A。
【点睛】
本题考查电解工作原理,侧重考查学生分析判断能力,明确各个电极上发生的反应、阴阳离子的移动方向、交换膜的作用是解本题的关键,易错选项是A,注意硼酸是一元弱酸,题目难度中等。
14.如图所示为电化学降解NO
。
下列说法中正确的是()
A.铅蓄电池的A极为阴极
B.电解的过程中有H+从右池移动到左池
C.该电解池的阴极反应为:
2NO3-+6H2O+12e-=N2↑+12OH-
D.若电解过程中转移1moL电子,则交换膜两侧电解液的质量变化差为7.2g
【答案】D
【解析】
【详解】