2023版新教材高考化学微专题小练习专练28电解池原理及应用

这是一份2023版新教材高考化学微专题小练习专练28电解池原理及应用，共10页。试卷主要包含了单项选择题，不定项选择题，非选择题[HT]等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题
1.[2022·广东卷]以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中（ ）
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B. 阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
2.[2022·全国乙卷]Li­O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li­O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子（e－）和空穴（h＋），驱动阴极反应（Li＋＋e－===Li）和阳极反应（Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2）对电池进行充电。下列叙述错误的是 （ ）
A．充电时，电池的总反应Li2O2===2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应
O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
3.[2021·辽宁卷]利用（Q）与（QH2）电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是（ ）
A．a为电源负极
B．溶液中Q的物质的量保持不变
C．CO2在M极被还原
D．分离出的CO2从出口2排出
4.[2021·天津卷]如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是（ ）
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D．当0.01 ml Fe2O3完成溶解时，至少产生气体336 mL（折合成标准状况下）
5.[2021·广东卷]钴（C）的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是（ ）
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1 ml C，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：
2C2＋＋2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2C＋O2↑＋4H＋
6.[2021·浙江1月]镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下（L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极）。
下列说法不正确的是 （ ）
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd＋2NiOOH＋2H2O eq \(KN*,\s\up11(放电),\s\d4(充电)) Cd（OH）2＋2Ni（OH）2
7.[2021·全国乙卷]沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极（如图所示），通入一定的电流。
下列叙述错误的是（ ）
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg（OH）2等积垢需要定期清理
8.[素材创新]O3是一种常见的绿色氧化剂，可由臭氧发生器电解稀硫酸制得，原理如图。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－===2H2O
C．电解一段时间后b极周围溶液的pH下降
D．标准状况下，当有5.6 L O2反应时，收集到O2和O3混合气体4.48 L， O3的体积分数为80%
9.[情境创新]双极膜（BPM）是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜。下列说法不正确的是（ ）
A．相同条件下，不考虑气体溶解，阴极得到气体体积是阳极两倍
B．电解过程中Na＋向左迁移，N为阴离子交换膜
C．若去掉双极膜（BPM），阳极室会有Cl2生成
D．电解结束后，阴极附近溶液酸性明显增强
10.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 eq \(=====,\s\up7(通电)) H2＋CO＋O2
D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
二、不定项选择题
11.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是（ ）
A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度变小
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
12.[2021·全国甲卷]乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是（ ）
A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为：＋2H＋＋2e－―→＋H2O
C．制得2 ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 ml 电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
13.[2022·山西平遥高三测试]电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢气的装置如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．为增强导电性，可用金属铜作阳极
B．电解过程中阴、阳极产生的气体的物质的量之比为1∶3
C．阴极的电极反应式为
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．阳极的电极反应式为CO（NH2）2－6e－＋8OH－===CO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(3)) ＋N2↑＋6H2O
14.[2022·四川威远中学月考]高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍（Ni）、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠（Na2FeO4）的装置如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.铁是阳极，电极反应为
Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）2↓
B．电解一段时间后，镍电极附近溶液的pH减小
C．每制得1 ml Na2FeO4，理论上可以产生67.2 L气体
D．若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中含有FeO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4))
[HT]三、非选择题[HT]
15.Ⅰ.氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。离子交换膜法电解食盐水的装置如图所示，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
（1）A为____________极，X、Y分别是__________、______________。`
（2）离子交换膜的作用是_______________________________________________、______________________________________________________________________。`
（3）a、b、c、d加入或取出的物质分别是________________、___________________、___________________、___________________。
Ⅱ.实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2。
电解时的阴极反应式为___________________，阳极反应式为___________________，电解时发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。`
专练33 电解池原理及应用
1．C 阴极得电子，发生还原反应，被还原，A项、B项错误；由金属活动性顺序可知，Mg、Al在阳极失电子，离子进入电解液，Cu金属活动性弱，则阳极泥主要含Si、Cu，C项正确；阴极Al3＋得电子生成Al单质，阳极上Mg、Al均失电子变成离子进入电解液中，故阳极和阴极的质量变化不相等，D项错误。
2．C 根据题给电池装置图并结合阴、阳极电极反应可知，充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，A项正确；由题干中光照时阴、阳极反应可知，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B项正确；放电时题给装置为原电池，阳离子（Li＋）向正极迁移，C项错误；根据题给装置图可知，放电时正极上O2得电子并与Li＋结合生成Li2O2，即O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D项正确。
3．C 根据电解池工作原理示意图，可知M极发生还原反应，电极反应式为Q＋2H2O＋2e－===QH2＋2OH－，则M极为阴极，a为电源负极，A正确；N极发生氧化反应，电极反应式为QH2－2e－===Q＋2H＋，由上述分析可知，溶液中Q的物质的量保持不变，B正确；结合题意和电极反应式可知，CO2没有参与电极反应，CO2在M极没有被还原，C错误；烟气中含有的CO2在M极上与生成的OH－结合生成的HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) ，HCO eq \\al(\s\up11(－),\s\d4(3)) 向阳极移动，在N极上与生成的H＋结合又生成CO2，故分离出的CO2从出口2排出，D正确。
4．C 由通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成可知此电极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，则石墨电极Ⅱ为阳极，b为电源正极，a为电源负极，A正确；石墨电极Ⅱ上发生放氧生酸的反应，通电一段时间后，石墨电极Ⅱ附近的溶液显酸性，滴加石蕊溶液出现红色，B正确；石墨电极Ⅰ上Cu2＋放电：Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋被还原为单质Cu，CuCl2溶液中Cu2＋浓度逐渐减小，在电解池中，阴离子移向阳极，Cl－通过阴离子交换膜移向中间室，CuCl2溶液中Cl－浓度逐渐减小，则随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变小，C错误；阳极附近产生的H＋穿过质子交换膜与Fe2O3反应，存在反应关系：Fe2O3～6H＋～1.5O2，当0.01 ml Fe2O3完全溶解时，产生0.015 ml O2，折合标准状况下，生成气体的体积为336 mL，D正确。
5．D 石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，H＋通过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室，右侧C电极为阴极，电极反应式为C2＋＋2e－===C，Cl－通过阴离子交换膜由Ⅲ室进入Ⅱ室，与H＋结合生成盐酸。由上述分析知，Ⅰ室中水放电使硫酸浓度增大，Ⅱ室中生成盐酸，故Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均减小，A错误；生成1 ml C时，转移2 ml电子，Ⅰ室有0.5 ml O2（即16 g）逸出，有2 ml（即2 g） H＋通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，则Ⅰ室溶液质量理论上减少18 g，B错误；移除两交换膜后，石墨电极上的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；根据上述分析可知，电解时生成了O2、C、H＋，则电解总反应为2C2＋＋2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2C＋O2↑＋4H＋，D正确。
6．C 断开K2、合上K1，发生的是原电池反应，所以能量转化形式为化学能→电能，A说法正确；断开K1、合上K2，发生的是电解池反应，电极A与电源负极相连，为阴极，阴极发生还原反应，B说法正确；当发生电解反应时，电极B是阳极，发生氧化反应，电极反应式为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O，根据电极反应式可知溶液中KOH浓度降低，C说法错误；根据题给装置图中物质的变化过程可得总反应式为Cd＋2NiOOH＋2H2OCd（OH）2＋2Ni（OH）2，D说法正确。
7．D 海水中含有较大浓度的Cl－，通电后Cl－能在阳极上发生失电子的氧化反应生成Cl2，A项正确；电解过程中阴极区有NaOH生成，阳极上生成的Cl2与阴极区生成的NaOH反应可得到NaClO，B项正确；H2具有可燃性，故应及时排入大气，以免出现意外，C项正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，生成的OH－与海水中的Mg2＋结合形成Mg（OH）2，故Mg（OH）2主要在阴极上形成，D项错误。
8．D 电极b上生成O2和O3，则电极b上发生失电子的氧化反应，则电极b为阳极，电极a为阴极，A项正确；电极a的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B项正确；电极b上H2O失去电子，发生氧化反应生成O2、O3和H＋，故电解一段时间后b极周围溶液的pH下降，C项正确；标准状况下，当有5.6 L氧气参加反应时，转移电子1 ml，设收集到氧气x ml，臭氧y ml，则有x＋y＝0.2，4x＋6y＝1，解得x＝y＝0.1，故O3的体积分数为50%，D项错误。
9．D 阴极得到的气体为氢气，阳极得到的气体为氧气，根据电解水的原理知，阴极得到气体体积是阳极两倍，A项正确；电解过程中Na＋向阴极移动，即向左迁移，Cl－向右迁移，故N为阴离子交换膜，B项正确；若去掉双极膜（BPM），阳极上会发生2Cl－－2e－===Cl2↑，阳极室会有Cl2生成，C项正确；阴极上氢离子放电，故附近溶液酸性不会明显增强，D项错误。
10．D 由图可知，X极产物H2与CO分别为H2O与CO2的还原产物，可判断在X极上发生还原反应，由此判断X极为电源的负极，A项正确；根据题意可知，电解质为固体金属氧化物，可传导O2－，故在阴极上发生的反应为H2O＋2e－===H2＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－，B项正确；根据电极产物及B项发生的电极反应可知，该电解池的总反应化学方程式为H2O＋CO2 eq \(=====,\s\up7(通电)) H2＋CO＋O2，C项正确；根据C项的电解总反应化学方程式可知，阴、阳两极生成的气体的物质的量之比为2∶1，D项错误。
11．BD 氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极上粗铜溶解，阴极上Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。
12．D 根据图示，石墨电极一侧发生反应2Br－－2e－===Br2、OHC—CHO＋Br2＋H2O―→HOOC—CHO＋2HBr，总反应为OHC—CHO－2e－＋H2O===HOOC—CHO＋2H＋，因此石墨电极为阳极，KBr不只是起到电解质的作用，A项错误，B项错误；根据阳极总反应OHC—CHO－2e－＋H2O===HOOC—CHO＋2H＋、阴极反应HOOC—COOH＋2e－＋2H＋===HOOC—CHO＋H2O，可得总反应式为OHC—CHO＋HOOC—COOH===2HOOC—CHO，故制得2 ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了2 ml电子，C项错误；根据阴极（铅电极）反应，双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向阴极（铅电极）迁移，D项正确。
13．AB 如用金属铜作电解池的阳极，则电极本身会发生氧化反应，不能达到电解尿素的目的，故A错误；根据得失电子守恒，电解过程中阴极产生的H2和阳极产生的N2的物质的量之比为3∶1，故B错误；阴极发生还原反应生成氢气，故C正确；阳极发生氧化反应得到N2，故D正确。
14．D 铁失电子生成高铁酸钠，则铁作阳极，电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) ＋4H2O，故A错误；镍作阴极，镍电极上水中氢离子放电生成氢气，氢氧根离子浓度增大，所以溶液的pH增大，故B错误；不能确定温度和压强，生成气体体积无法确定，故C错误；若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后由于浓度差左侧溶液中会含有FeO eq \\al(\s\up11(2－),\s\d4(4)) ，故D正确。
15．答案：Ⅰ.（1）阳 Cl2 H2
（2）阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O 阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸
（3）饱和食盐水 稀NaOH溶液 稀食盐水 浓NaOH溶液
Ⅱ.6H＋＋6e－===3H2↑ NH eq \\al(\s\up11(＋),\s\d4(4)) ＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋ NH4Cl＋2HCl eq \(=====,\s\up7(电解)) NCl3＋3H2↑
解析：Ⅱ由图可知，电解NH4Cl和盐酸混合溶液得到H2和NCl3，阴极的电极反应式为6H＋＋6e－===3H2↑，阳极的电极反应式为NH eq \\al(\s\up11(＋),\s\d4(4)) ＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，电解时发生反应的化学方程式为NH4Cl＋2HCl eq \(=====,\s\up7(电解)) 3H2↑＋NCl3。