高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池精品随堂练习题

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第四章 化学反应与电能
第2节 电解池
第2课时 电解原理的应用

1. 通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。
2. 建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。

一、电解饱和食盐水
烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
1．电解饱和食盐水的原理

通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。
通电后：
①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。现象：有气泡产生，使湿润的淀粉KI试纸变蓝
②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水电离产生的。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。现象：有气泡产生，滴加酚酞溶液变红
③总反应：
化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；
离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。
【原理分析】在饱和食盐水中阳离子有两种Na＋、H＋，但H＋比Na＋放电能力强，H＋得电子生成了H2，Na＋留在了溶液中；阴离子有两种CI－、OH－，但CI－比OH－放电能力强，CI－得电子生成了Cl2，OH－留在了溶液中。在阴极区，由于H＋不断消耗，破坏了水的电离平衡，促进H2O

H＋＋OH－向正向进行，所以溶液中阴极区OH－浓度不断增大，显碱性。
2．氯碱工业生产流程
工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。
(1)阳离子交换膜电解槽

(2)阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。
3．氯碱工业产品及其应用
(1)氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。
(2)电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。
二、电镀　电冶金
1．电镀与电解精炼
电镀是一种利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加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。

电镀
电解精炼
装置


阳极材料
镀层金属Cu
粗铜(含锌、银、金等杂质)
阴极材料
镀件金属Fe
纯铜
阳极反应
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等
阴极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
溶液变化
Cu2＋浓度保持不变
Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥
2.电冶金
(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M。
(2)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，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的电极反应式：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na；
总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。


①电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
②电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。
【例1】 （2023秋·吉林白城·高二校考期末）如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是

A．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气
B．该离子交换膜为阳离子交换膜
C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl-＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D．该装置是将电能转化为化学能
【答案】C
【分析】根据题干电解饱和食盐水装置图可知，电极①与电源正极相连，作阳极，电极反应为：2Cl- -2e-=Cl2↑，电极②与电源的负极相连，是阴极，电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，然后阳极室的Na+通过阳离子交换膜进入阴极室，则阳极室放出Cl2，阴极室产生NaOH和H2，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，电极①与电源正极相连，作阳极，电极反应为：2Cl- -2e-=Cl2↑，电极②与电源的负极相连，是阴极，电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气，A正确；
B．由分析可知，该离子交换膜为阳离子交换膜，B正确；
C．装置中发生反应即电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-＋2H2OCl2↑＋H2↑+2OH-，C错误；
D．由分析可知，该装置是电解池，故为将电能转化为化学能的装置，D正确；
故答案为：C。
【变式1-1】（2023秋·广西南宁·高二统考期末）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺，节能超过30%，在此工艺中，物料传输和转化关系如图(电极均为石墨电极)，下列说法错误的是

A．A池中Na+通过交换膜向乙电极移动
B．B池中丁电极上的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-
C．A池中每生成1molH2，B池中会消耗标准状况下O2气体11.2L
D．若两池中所用离子膜类型相同，则a%>b%
【答案】D
【分析】A是电解池，甲电极通入饱和食盐水，甲是阳极、乙是阴极，X是氯气、Y是氢气；B是氢氧燃料电池，丙电极通入氢气、丁电极通入空气，丙是燃料电池负极、丁是正极。
【详解】A．A是电解池，甲是阳极、乙是阴极，Na+通过交换膜向乙电极移动，故A正确；
B．B是氢氧燃料电池，丁是正极，丁电极通入空气，丁电极上的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，故B正确；
C．A池中每生成1molH2，电路中转移2mol电子，丁电极上的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，根据电子守恒，B池中会消耗0.5mol氧气，标准状况下消耗O2气体为11.2L，故C正确；
D．电解饱和食盐水时，为防止氯离子、氢氧根离子混合，所用交换膜为阳离子交换膜；丁电极生成氢氧根离子，若两池中所用离子膜类型相同，钠离子由丙向丁移动，则a% 选D。
【变式1-2】（2022秋·上海浦东新·高一上海市川沙中学校考期末）如图为电解饱和食盐水的装置，蛋壳内外均盛有饱和食盐水，选项正确的是

A．电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色
B．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
D．蛋壳表面缠绕的铁丝上发生氧化反应
【答案】B
【分析】如图，电解饱和食盐水时，碳棒与电源正极相连，做阳极，电极反应式为，蛋壳铁丝与电源负极相连，作阴极，电极反应式为，总反应为；
【详解】A．装置中，蛋壳内部为阳极区域，电极反应式为，没有形成，电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，无明显现象，故A错误；
B．氯气与氢气在光照下易发生反应，氯气与碱也会发生反应，所以利用蛋壳可以阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触发生反应，故B正确；
C．铁丝作阴极，发生还原反应，电极反应为，生成的氢气不具有氧化性，不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，故C错误；
D．壳表面缠绕的铁丝与电源负极相连，作阴极，得电子，发生还原反应，故D错误；
故选B。
【变式1-3】（2023秋·北京昌平·高二统考期末）氯碱工业的原理如下图所示，下列说法中不正确的是

A．电极a接电源的正极
B．电极b上电极反应为：
C．透过阳离子交换膜由右向左移动
D．总反应为：
【答案】C
【分析】电解饱和食盐水，连接正极的阳极上氯离子失电子产生氯气，故电极a为阳极，连接电源的正极；连接负极的阴极上氢离子得电子产生氢气，故电极b为阴极，连接电源的负极。
【详解】A．根据分析可知，电极a接电源的正极，选项A正确；
B．电极b为阴极，电极上水电离产生的氢离子得电子产生氢气，电极反应为：，选项B正确；
C．电解池中阳离子定向移动到阴极，故透过阳离子交换膜由左向右移动，选项C不正确；
D．氯碱工业为电解饱食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，总反应为：，选项D正确；
答案选C。
【例2】（2023春·山东济南·高二统考期末）钴(Co)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。下列说法正确的是

A．电势：Co电极>石墨电极
B．外电路每通过1mol电子，Ⅲ室溶液质量理论上减少65g
C．移除阳离子交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解过程中，Ⅱ室盐酸浓度变小
【答案】B
【分析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2++2e-=Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2+4H+。
【详解】A．电解池的阳极电势高于电解池的阴极，即阳极的石墨电极电势高于钴电极（阴极），A错误；
B．由分析知，Ⅲ室中Co2++2e-=Co，氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，当外电路每通过1mol电子时，有0.5mol Co2+和1molCl-脱离Ⅲ室，故Ⅲ室溶液质量理论上减少，B正确；
C．移除阳离子交换膜后，石墨电极上发生的反应变成氯离子失电子生成氯气，C错误；
D．Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，故电解过程中，Ⅱ室盐酸浓度变大，D错误；
故选B。
【变式2-1】（2023秋·广东广州·高二统考期末）电解法将粗Cu(含Zn、Fe、Ag、Pt等杂质)精炼纯Cu的装置图如下所示，下列叙述中错误的是

A．a是粗Cu，作阳极，发生氧化反应
B．电解时，b极上的电极反应为
C．电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的Cu为6.4 g
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有少量Ag、Pt等金属
【答案】C
【详解】A．电解精炼粗铜时，粗铜作阳极、纯铜作阴极，即a是粗Cu，作阳极，发生氧化反应，A正确；
B．精铜连接电源的负极，阴极发生还原反应，b极上的电极反应为：Cu2++2e- = Cu，B正确；
C．粗铜作阳极，阳极连接原电池正极，铜、铁、锌等失电子发生氧化反应，阳极反应式为：Cu-2e-=Cu2+，Fe-2e-=Fe2+，Zn-2e-=Zn2+，故电解时，外电路每通过0.2 mol电子，阳极上减小的Cu的质量小于6.4 g，C错误；
D．电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥，D正确；
故答案为：C。
【变式2-2】（2023秋·江苏宿迁·高一泗阳县实验高级中学校考期末）钠元素在自然界分布很广，储量极为丰富，都以化合态存在。19世纪初，英国化学家戴维在实验室中电解熔融氯化钠，首次获得了金属钠，为深入探究钠的性质提供了可能。钠和含钠的化合物(如NaCl、Na2O2、Na2CO3、NaHCO3等)在生产生活中被广泛应用。例如高压钠灯可用于道路和广场照明，还可以用Na来制取钛(Ti)、镐(Zr)、铌(Nb)等稀有金属等。下列关于钠和含钠的化合物的性质与用途具有对应关系的是
A．Na具有强还原性，可用于冶炼金属钛
B．NaCl易溶于水，可用于电解制备金属钠
C．Na2O2是淡黄色固体，可用作供氧剂
D．NaHCO3受热易分解，可用于治疗胃酸过多
【答案】A
【详解】A．Na属于碱金属，具有强还原性，因此可用于冶炼金属钛等金属，A符合题意；
B．工业电解熔融的NaCl制备金属钠，与NaCl是否易溶于水无关，B不符合题意；
C．与CO2和H2O反应能生成O2，因此可用作供氧剂，与的颜色无关，C不符合题意；
D．NaHCO3可与HCl反应，并且产生对人体无害的NaCl、水和CO2，因此可用于治疗胃酸过多，与NaHCO3的受热易分解无关，D不符合题意；
故答案为：A。
【变式2-3】（2023春·山东潍坊·高一广饶一中校考期中）氨燃料电池是当前科研的一个热点，其工作原理如图所示。下列说法错误的是
  
A．电子由a极经导线流向b极
B．a极的电极反应为
C．当有1mol 反应时，消耗 33.6L(标准状况)
D．若该电池做电源用于某金属表面镀银，b电极连接银
【答案】C
【分析】液氨-液氧燃料电池中，通氧气的一极为正极，通氨气的一极为负极，负极上发生失电子的氧化反应，即a是负极，b是正极，碱性条件下，氧气在正极生成氢氧根离子，燃料电池的总反应是燃料燃烧的化学方程式：4NH3+3O2=2N2+6H2O，电子从负极流向正极，根据原电池的工作原理来回答。
【详解】A．由分析可知a是负极，b是正极，电子由a极经导线流向b极，故A正确；
B．a是负极，在负极失去电子生成N2和H2O，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：，故B正确；
C．碱性条件下，氧气在正极生成氢氧根离子，电极方程式为：2H2O+O2+4e-=4OH-，当有1mol 反应时，转移3mol电子，正极消耗0.75molO2，标准状况下体积为：0.75mol×22.4L/mol=16.8L，故C错误；
D．若该电池做电源用于某金属表面镀银，b电极为阳极，a电极为阴极，电镀过程中Ag应该连接阳极，故D正确；
故选C。

一、单选题
1．（2023春·四川成都·高二四川省成都市新都一中校联考期中）下列关于电解原理应用的说法错误的是
A．氯碱工业的电解槽需使用阳离子交换膜隔开两极产物
B．在铁上镀铜时，铁作阴极
C．钠、镁、铝均可通过电解其熔融氯化物的方法冶炼得到
D．电解精炼铜一段时间，电解质溶液中c(Cu2+)略减小
【答案】C
【详解】A．电解氯化钠溶液时，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故使用阳离子交换膜隔开两极产物，A正确；
B．电镀时，镀层金属作阳极，故在铁上镀铜时，铁作阴极，铜作阳极，B正确；
C．钠和镁是电解熔融氯化物生成金属单质，氯化铝是共价化合物，所以熔融时，它是不导电的，只能电解氧化铝制取铝，C错误；
D．电解精炼铜一段时间，由于粗铜中的Fe等金属优先放电，而阴极只有铜离子放电，则电解质溶液中c（Cu2+）略减小，D正确；
故选C。
2．（2023春·四川成都·高二四川省成都市新都一中校联考期中）如图所示的装置，甲中盛有CuSO4溶液，乙中盛有KI溶液，电解一段时间后，分别向C、D电极附近滴入淀粉溶液，D电极附近变蓝。下列说法正确的是
  
A．E、F电极分别是阴极、阳极
B．若甲池是电解精炼铜，则A电极为粗铜
C．甲中Cu2+移向B电极
D．若C电极为惰性电极，则电解后乙中溶液的pH增大
【答案】D
【分析】乙中盛有KI溶液，电解一段时间后，分别向C、D电极附近滴入淀粉溶液，D电极附近变蓝，则D极生成I2，碘元素价态升高失电子，故D极为阳极，电极反应式为2I--2e-=I2，C极为阴极，F极为正极，E极为负极，A极为阴极，B极为阳极，据此作答。
【详解】A．根据题目信息D电极附近变蓝，可知D电极I−放电产生I2，是阳极，E、F电极分别是负极、正极，A错误；
B．若甲池是电解精炼铜，则B电极作阳极，为粗铜，B错误；
C．甲中Cu2+移向阴极(A电极)，C错误；
D．若C电极为惰性电极，乙中电解总反应为2KI+2H2O2KOH+H2↑+I2，生成KOH，电解后乙中溶液的pH增大，D正确；
故选D。
3．（2023春·上海浦东新·高二华师大二附中校考期中）如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色，下列说法错误的个数是

①X是负极，Y是正极
②若用右侧装置(电解液改为溶液)在钥匙上镀铜，则将钥匙放在b处
③溶液的酸性先增强，当铜电极有气泡产生时，此后一段时间酸性会继续增强
④若用右侧装置(电解液改为溶液)精炼粗铜时，则将粗铜放在b处
A．1个 B．2个 C．3个 D．4个
【答案】B
【分析】a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色，则b极上水放电得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，b为阴极，与之相连的Y为负极，则a为阳极、X为正极、Pt极为阳极、Cu为阴极；
【详解】①由分析可知，X是正极，Y是负极，错误；
②若用右侧装置(电解液改为溶液)在钥匙上镀铜，则镀件钥匙应该作为阴极，故放在b处，正确；
③溶液开始电解生成铜单质和氢离子，溶液酸性先增强；当铜电极有气泡产生时，此时本质为电解水，使得生成硫酸浓度变大，此后一段时间酸性会继续增强，正确；
④若用右侧装置(电解液改为溶液)精炼粗铜时，则将粗铜放在阳极a处，错误；
故选B。
4．（2023春·江苏连云港·高二统考期中）为节约资源，许多重要的化工产品可以进行联合生产。如氯碱工业、金属钛的冶炼工业、甲醇的合成工业可以进行联合生产。联合生产时的物质转化如下图所示：
  
部分反应的热化学方程式为：
2C(s)＋O2(g)=2CO(g) ΔH＝－221.0kJ·mol－1
CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g) ΔH＝－90.7kJ·mol－1
TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(l)＋2CO(g)  ΔH＝－70.0kJ·mol－1
下列关于联合生产的有关说法正确的是
A．通过电解MgCl2溶液可以实现镁的再生
B．电解饱和食盐水时，阳极附近溶液pH升高
C．还原反应时，每生成48gTi，反应共转移2mol电子
D．反应TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(l)＋O2(g)在任何条件下均不能自发进行
【答案】D
【详解】A．电解MgCl2溶液生成Mg(OH)2、H2和Cl2，没有Mg生成，不能实现镁的再生，A不正确；
B．电解饱和食盐水时，阳极生成Cl2，阴极生成NaOH、H2等，所以阴极附近溶液pH升高，B不正确；
C．还原反应时，Ti元素的化合价由+4价降为0价，48gTi的物质的量为1mol，则反应共转移4mol电子，C不正确；
D．由反应TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=－70.0kJ·mol-1和2C(s)＋O2(g)＝2CO(g)  ΔH＝－221.0kJ·mol－1，根据盖斯定律可得出TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) ΔH=+151kJ·mol-1，该反应的ΔS＜0，△H＞0，则在任何条件下均不能自发进行，D正确；
故选D。
5．（2023春·云南曲靖·高二曲靖市民族中学校考期中）高铁酸钠()易溶于水，是一种新型多功能水处理剂，可以用电解法制取，工作原理如图所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的，镍电极有气泡产生。下列说法错误的是

A．铁电极与电源正极相连
B．阳极室中发生的电极反应为
C．电解总方程式为
D．电解结束后，阳极室溶液的pH将增大
【答案】D
【分析】装置通电后，铁电极附近生成紫红色的，铁电极为阳极，镍电极有气泡产生，镍电极为阴极。
【详解】A．铁电极为阳极，与电源正极相连，A正确；
B．铁电极上发生的电极反应为，发生氧化反应，B正确；
C．Ni电极发生的电极反应为，铁电极发生的电极反应为，电解总方程式为，C正确；
D．阳极室消耗，且生成水，降低，pH将减小，D错误；
故选D。
6．（2023春·江苏扬州·高二统考期中）一种电解法制备的装置如图所示。下列说法正确的是

A．电解时化学能转化为电能
B．电解时应将铂电极与直流电源正极相连
C．电解时铁电极反应式：
D．电解过程中转移，理论上可获得标准状况下的
【答案】D
【分析】电解法制备，则金属铁应作阳极，Fe失电子生成，阴极水放电生成氢气和氢氧根离子，据此分析解答。
【详解】A．电解过程中电能转化为化学能，故A错误；
B．通过电解原理制取，则Fe应作阳极失电子，铂作阴极，与直流电源负极相连，故B错误；
C．电解时铁电极反应式：，故C错误；
D．电解过程中阴极反应为：，转移，生成0.5mol氢气，标况下体积为：，故D正确；
故选：D。
7．（2023春·江苏·高一统考期中）碳中和可有效解决全球变暖，在稀硫酸中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其转化为乙醛(CH3CHO)原理如图所示，下列说法正确的是

A．铜电极上产生CH3CHO的电极反应式为：2CO2-10e−+10H+=CH3CHO+3H2O
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．每产生22.4LO2电路中要通过4mol电子
D．电解时，Pt电极附近的pH减小
【答案】D
【分析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的铂电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O—4e—=O2↑+4H+，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙醛和水，电极反应式为2CO2+10e−+10H+=CH3CHO+3H2O，电解池工作时，氢离子通过阳离子交换膜由阳极室进入阴极室。
【详解】A．由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙醛和水，电极反应式为2CO2+10e−+10H+=CH3CHO+3H2O，故A错误；
B．由分析可知，电解池工作时，氢离子通过阳离子交换膜由阳极室进入阴极室，故B错误；
C．缺标准状况下，无法计算22.4L氧气的物质的量和电路中要通过电子的物质的量，故C错误；
D．由分析可知，与直流电源正极相连的铂电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O—4e—=O2↑+4H+，则电解时，Pt电极附近溶液的pH减小，故D正确；
故选D。
8．（2023春·四川绵阳·高二四川省绵阳南山中学校考期中）氟离子电池是新型电池中的一匹黑马，其理论比能量高于锂电池。一种氟离子电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是
  
A．放电时，a是电源的负极
B．放电时，a极的电极反应为：LaSrMnO4F2-2e-=LaSrMnO4＋2F-
C．充电时，电极a接外电源的正极
D．可将含F-的有机溶液换成水溶液以增强导电性
【答案】C
【分析】由于Mg是活泼金属，Mg2+氧化性弱，所以该电池工作时Mg失去电子结合F-生成MgF2，即b电极为负极，电极反应式为：Mg+2F－－2e－=MgF2，则a为正极，正极反应式为：LaSrMnO4F2＋2e－=LaSrMnO4＋2F－；充电时，电解池的阳极、阴极与原电池的正、负极对应，电极反应与原电池的电极反应反应物与生成物相反，据此解答；
【详解】A．由于Mg是活泼金属，Mg2+氧化性弱，所以原电池放电时，Mg失去电子，作负极，即b为负极，a为正极，A错误；
B．放电时，a为正极发生还原反应，电极反应为：LaSrMnO4F2＋2e－=LaSrMnO4＋2F－，B错误；
C．充电时电解池的阳极、阴极与原电池的正、负极对应，所以a极接外电源的正极，C正确；
D．因为Mg能与水反应，因此不能将有机溶液换成水溶液，D错误；
答案选C。
9．（2021春·山东青岛·高三山东省青岛第十七中学校考期中）利用双离子交换膜电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，原理如图所示。下列叙述正确的是

A．产品室发生的反应为NH+OH﹣=
B．N室中硝酸溶液浓度a%＞b%
C．a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜
D．M、N室分别产生氧气和氢气
【答案】A
【分析】该装置用电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，M室为阴极室，电极反应为，a膜为阴离子交换膜，M室的OH-通过a膜进入产品室，b膜为阳离子交换膜，NH通过b膜进入产品室，产品室发生反应NH+OH﹣=，N室为阴极室，电极反应为，c膜为阴离子交换膜，NO通过c膜进入N室，N室为硝酸溶液，电解后浓度增大。
【详解】A．由分析知，产品室发生的反应为NH+OH﹣=，故A正确；
B．由分析知，N室为硝酸溶液，电解后浓度增大，故N室中硝酸溶液浓度a%＜b%，故B错误；
C．a、c为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，故C错误；
D．M、N室分别产生氢气和氧气，故D错误；
故选A。
10．（2023秋·湖北武汉·高二武汉市育才高级中学校联考期末）微生物电化学产甲烷法能将电化学法和生物还原法有机结合，装置如图所示(左侧转化为和，右侧和转化为)。有关说法正确的是
  
A．电源a端为负极
B．该方法能实现二氧化碳零排放
C．b电极的反应为：
D．外电路中每通过，与a相连的电极将产生
【答案】C
【分析】左侧转化为和，发生氧化反应，故左侧为电解池阳极；右侧和转化为，发生还原反应，右侧为阴极。
【详解】A．根据分析可知，左侧为阳极，则电源a端为正极，A错误；
B．电解池总反应为CH3COO-+H+=CH4+CO2，故该方法不能实现二氧化碳零排放，B错误；
C．b极二氧化碳得电子与氢离子反应生成甲烷和水，故电极反应式为，C正确；
D．a极电极反应式为2H2O+CH3COO--8e-=2CO2+7H+，外电路中每通过，与a相连的电极在标准状态下将产生，D错误；
答案选C。
11．（2023秋·北京大兴·高二统考期末）常温常压下，电解法合成氨的原理如图所示，下列说法不正确的是

A．a极代表电源的负极
B．b极相连的电极反应式为
C．电极表面放电会导致氨的产量降低
D．该方法合成氨的化学方程式为
【答案】A
【分析】图右侧电极由N2转化成NH3，N元素化合价从0降至-3，发生还原反应，则右侧为阴极区，b为电源负极，a为电源正极，左侧为阳极区。
【详解】A．据分析，a极代表电源的正极，A错误；
B． b极为电源负极，则阴极上N2得电子，在H+参与下转化成NH3，反应式为，B正确；
C．阴极上发生还原反应，可能存在H+得电子，电极反应式为：2H++2e-=H2↑，可能产生少量氢气，则电极表面放电会导致氨的产量降低，C正确；
D．左侧为阳极区，阳极反应式为：2H2O-4e-=4H++O2↑，结合选项B可知，该方法合成氨的化学方程式为，D正确；
答案选A。
12．（2023秋·广西玉林·高二统考期末）如图是用惰性电极电解足量饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是

A．该装置是将电能转化为化学能
B．装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气
C．装置中发生反应的离子方程式为
D．电解一段时间后，再加入一定量的盐酸能使电解后的溶液与原来溶液一样
【答案】D
【分析】①是电解池的阳极，装置中出口①处的物质是氯气，②是电解池的阴极，出口②处的物质是氢气，总反应为。
【详解】A．该装置是电解装置，将电能转化为化学能，故A正确；
B．①是电解池的阳极，装置中出口①处的物质是氯气，②是电解池的阴极，出口②处的物质是氢气，故B正确；
C．装置中发生反应生成氢气、氯气和氢氧化钠，离子方程式为，故C正确；
D．从质量守恒的角度，电解产生的氢气和氯气的总质量与两者反应生成的氯化氢一样，电解一段时间后，应通入一定量的气体才能使电解后的溶液与原来溶液一样，故D错误；
故选D。
13．（2023春·湖北·高二校联考期中）间接电解法除N2O，其工作原理如图所示，已知H2S2O4是一种弱酸。下列有关该装置工作的说法正确的是

A．b为直流电源的负极
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解池的阴极电极反应式为2H2SO3+2e-+2H+=H2S2O4+2H2O
D．在吸收池中，H2S2O4被N2O还原为H2SO3从而实现循环使用
【答案】C
【分析】根据图示，左边反应室H2SO3经反应后生成H2S2O4，S元素的化合价降低，电源a是负极，b是正极，电解池中，硫酸的浓度增大，H+应该向左边移动，所以离子交换膜应该是阳离子交换膜；
【详解】A．根据图示，左边反应室H2SO3经反应后生成H2S2O4，S元素的化合价降低，电源a是负极，b是正极，选项A错误；
B．右边阳极室发生反应2H2O-4e-=4H++O2↑，硫酸的浓度增大，H+应该向左边移动，所以离子交换膜应该是阳离子交换膜，选项B错误；
C．阴极电极反应式为2H2SO3+2e-+2H+=H2S2O4+2H2O，选项C正确；
D．在吸收池中，H2S2O4被N2O氧化为H2SO3从而实现循环使用，选项D错误；
答案选C。
14．（2022秋·陕西西安·高二统考期末）关于下列装置说法正确的是
  
A．装置①中，盐桥中的移向溶液
B．装置②工作一段时间后，a极附近溶液的pH增大
C．用装置③精炼铜时，c极为粗铜
D．装置④中电子由流向，为正极有气泡生成
【答案】B
【详解】A．由图可知，装置①为原电池，锌是原电池的负极，铜是正极，盐桥中的阳离子钾离子移向硫酸铜溶液，故A错误；
B．由图可知，装置②为电解池，与直流电源负极相连的a极为电解池的阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，溶液中氢氧根离子浓度增大，溶液的pH增大，故B正确；
C．用装置③精炼铜时，与直流电源正极相连的d电极应为精炼池的阳极，故C错误；
D．由图可知，装置④为原电池，锌是原电池的负极，锡是正极，氢离子在正极上得到电子生成氢气，则锡电极上有气泡生成，故D错误；
故选B。
15．（2023春·江苏徐州·高二统考期中）目前锌铁液流电池是电化学储能的热点技术之一、某酸碱混合锌铁液流电池的两极电解质溶液分别呈酸性和碱性，其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是
  
A．正极电解质溶液呈碱性
B．放电时，锌板上发生的电极反应为
C．放电时，每转移1mol电子，中间腔室内的溶液中将增加1molNaCl
D．储能时，应将该电池的碳纸电极连接外接电源的负极
【答案】C
【分析】根据图示可知：放电时：锌板为负极，Zn失去电子，发生氧化反应；碳纸为正极，Fe3+得电子，发生还原反应；充电时，锌板为阴极，得电子，发生还原反应，碳纸为阳极，Fe2+失去电子，发生氧化反应，据此分析解答。
【详解】A．根据上述分析可知：碳纸为正极，由于Fe3+、Fe2+与碱性溶液中的OH-会反应产生Fe(OH)3、Fe(OH)2沉淀而不能大量存在，而碳纸附近溶液中含有大量Fe3+、Fe2+，应该为酸性溶液，A正确；
B．根据图示可知放电时，锌板为负极，锌板上Zn失去电子发生氧化反应，发生的电极反应为：，B错误；
C．放电时负极反应为，正极反应为Fe3++e-=Fe2+，当反应转移1 mol电子时，左侧负极附近的溶液中阴离子负电荷数目减少1 mol，右侧正极附近溶液中阳离子的正电荷数目减少1 mol，为维持电荷守恒，就会有1 mol Na+通过阳离子交换膜进入中间腔室内；右侧有1 mol Cl-通过阴离子交换膜进入中间腔室内，导致中间腔室内的溶液中将增加1 mol NaCl，C正确；
D．放电时碳纸电极为正极，则在储能时，应将该电池的碳纸电极连接外接电源的正极作阳极，发生氧化反应，D错误；
故合理选项是C。

二、填空题
16．（2022秋·湖北荆州·高二沙市中学校考期末）如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加21.6 g，试回答：

(1)若电源为碱性甲醇燃料电池，则电源电极X反应式为_______；
(2)pH变化：A_______，B_______，C_______；(填“增大”“减小”或“不变”)
(3)若A中KCl足量且溶液的体积是200 mL，电解后，溶液的pH为_______(假设电解前后溶液的体积无变化)
(4)通电5 min后，B中共收集2240 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为_______(设电解前后溶液体积无变化)，若要使B装置溶液要恢复到电解前的状态，需要加入的物质以及相应的物质的量正确的是_______。
A．0.05 mol CuO    B．0.05 mol CuO和0.025 mol H2O C．0.05 mol Cu(OH)2 D．0.05 mol CuCO3和0.05 mol H2O
【答案】(1)CH3OH-6e-+8OH-=CO+6H2O
(2) 增大减小不变
(3)14
(4) 0.25 mol/L CD

【分析】电解AgNO3溶液，在阴极上Ag+得到电子被还原产生Ag单质，则Cu电极为阴极，Ag电极为阳极，则根据电解池装置，可知对于电源，X为负极，Y为正极；对于A装置，左边Pt电极为阴极，右边Pt电极为阳极；对于装置B，左边Pt电极为阴极，右边Pt电极为阳极，然后根据Cu电极产生Ag的质量计算其物质的量，进而利用同一闭合回路中电子转移数目相等进行有关计算。
【详解】（1）X为原电池的负极，Y为原电池的非正极。在负极上甲醇失去电子被氧化产生CO2，CO2与溶液中OH-结合形成CO、H2O，故负极X电极的电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO+6H2O；
（2）对于A装置，电解反应方程式为：2KCl+2H2OCl2↑+H2↑+2KOH，电解后反应产生KOH，导致溶液碱性增强，故溶液pH增大；
对于B装置，电解时发生反应方程式为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，电解反应产生H2SO4，使溶液酸性增强，因而溶液pH减小；对于C装置，阳极上Ag失去电子变为Ag+进入溶液，在阴极Cu上Ag+得到电子变为Ag单质，溶液成分不变，浓度不变，因此电解后溶液pH不变；
（3）铜电极发生反应Ag++e- =Ag，质量增加21.6 g，其物质的量n(Ag)=，则n(e-)=n(Ag)=0.2 mol，根据同一闭合回路中电子转移数目相等，结合A装置的电解反应方程式为：2KCl+2H2OCl2↑+H2↑+2KOH可知：反应转移0.2 mol电子时反应产生0.2 mol KOH，由于溶液体积是200 mL，故c(KOH)=，在室温下溶液c(H+)=，故溶液pH=14；
（4）通电5 min后，B中共收集2240 mL即0.l mol气体(标准状况)，阳极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，铜电极发生反应Ag++e-=Ag，质量增加21.6 g，电路中转移0.2 mol电子，生成氧气物质的量是0.05 mol，故阴极分别发生反应Cu2++2e- =Cu，2H2O+2e-=H2↑+2OH-，生成H2的物质的量是0.05 mol，转移电子n(e-)=0.05 mol×2=0.l mol，铜离子得电子0. l mol，故铜离子的物质的量为n(Cu2+)=0.05 mol，由于溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为c(CuSO4)=。电解过程中生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2气和0.05 mol H2，若要使B装置溶液要恢复到电解前的状态，需要加入的物质0.05 mol Cu(OH)2或0.05 mol CuO和0.05 mol H2O或0.05 mol CuCO3和0.05mol H2O，故合理选项是CD。
17．（2023秋·陕西宝鸡·高二统考期末）某实验小组通过下列装置来探究氯碱工业反应及电镀原理，回答问题：

(1)图中甲为_______装置(填“原电池”或“电解池”)。
(2)甲烷进入的极为_______极。
(3)Fe为_______极，电极反应式为_______。
(4)若通入标况下2.24LO2，则C电极生成的物质为_______mol。
(5)要用丙装置给铜镀银，则b是_______极(填电极材料)。
【答案】(1)原电池
(2)负
(3) 阴 2H2O＋2e－= H2↑+2OH－
(4)0.2
(5)Ag
【分析】由图可知，甲池为原电池，通入氧气的铂电极是正极、通入甲烷的铂电极是负极，则乙池中铁电极为阴极、石墨电极为阳极，丙池中a电极为阴极、b电极为阳极。
【详解】（1）由分析可知，甲池为原电池，故答案为：原电池；
（2）由分析可知，甲池为原电池，通入甲烷的铂电极是负极，故答案为：负；
（3）由分析可知，乙池中铁电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－= H2↑+2OH－，故答案为：阴；2H2O＋2e－= H2↑+2OH－；
（4）由分析可知，乙池中石墨电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，由得失电子数目守恒可知，若通入标况下2.24L氧气，则C电极生成氯气的物质的量为=0.2mol，故答案为：0.2mol；
（5）由分析可知，丙池中a电极为阴极、b电极为阳极，若要用丙装置给铜镀银，a电极为镀件、b电极为银，故答案为：Ag。
18．（2023秋·福建泉州·高二统考期末）电工用铜纯度应大于99.95%，工业上一般采用电解精炼的方式提纯铜。
(1)电解精炼的原理如图。

①纯铜薄片连接电源的_______极。
②电解一段时间后，电解液中浓度增大的金属阳离子是_______。
(2)电解精炼铜的废液中含大量和，利用双膜三室电沉积法回收铜的装置如图。

①交换膜b为_______离子交换膜(填“阴”或“阳”)。
②阳极的电极反应式为_______。
③若从浓缩室收集到1L 0.5mol/L的溶液，则阴极可回收_______g铜(不考虑副反应)。
【答案】(1) 负(锌离子)
(2) 阴 25.6

【详解】（1）精炼铜时，电解液为含Cu2＋溶液，粗铜除含有Cu外，还含有比铜活泼的锌等杂质，锌和铜在阳极发生氧化反应生成离子，而阴极上只有Cu2＋得电子发生还原反应生成铜；
①电解时，粗铜在阳极，纯铜在阴极，则纯铜薄片连接电源的负极；
②电解过程锌也会失去电子生成锌离子，一段时间后，电解液中浓度增大的金属阳离子是(锌离子)；
（2）由题图可知，与透过交换膜进入浓缩室，由离子移动方向可知左侧电极为阴极，右侧电极为阳极；
①阴极区通过交换膜b进入浓缩室，故交换膜b为阴离子交换膜；
②右侧电极为阳极，电极上发生氧化反应生成，发生反应的电极反应式为；
③若浓缩室得到1 L 0.5的溶液，则有0.4 mol 进入浓缩室，电路上有0.8 mol电子通过，可析出0.4 mol Cu，其质量为25.6 g。
19．（2023春·上海浦东新·高二华师大二附中校考期中）电压不同，电解饱和食盐水时的阳极产物不同，某学习小组利用如图装置探究在不同电压下电解饱和食盐水的产物(显示的电极均为石墨)。
Ⅰ.电压较低时，利用图1和图2装置制备氯气和“84”消毒液。

(1)图1中的离子交换膜为___________(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜；图2中，电源的正极接口为___________(填“c”或“d”)。
Ⅱ.适当加大电压，利用图l装置可制备。已知易溶于水，且不与水反应。
(2)产生的电极反应式为___________。
(3)当阴极产生标准状况下气体时，理论上生成的物质的量为___________。
Ⅲ.再加大电压，利用图3装置可制备。

(4)该装置中反应的离子方程式为___________；观察到的实验现象为___________。
【答案】(1) 阳离子 d
(2)
(3)
(4) 气球f慢慢变大，气球e无明最变化，U形管右侧溶液变红
【分析】Ⅰ.根据图1，在与a连接的电极上被电解生成，故该电极为阳极，a连接电源正极，b连接电源负极，阴极上水被电解。根据图2，电解饱和食盐水时会生成，其中反应生成“84”消毒液，即电解产生的氯气应由下向上与充分接触，需要从电解池中排出，因此图2中有导气管一侧为阴极，另一侧为阳极，即电源c极为负极，d极为正极。
Ⅲ. 根据图3中电子移动方向确定电源左侧为正极，右侧为负极，U形管左侧为阳极，右侧为阴极。
【详解】（1）电解池左侧电极反应式为：，右侧电极反应式为：，右侧电极反应生成不能通过离子交换膜进入左侧溶液中，否则会影响的制备，故电解时左侧溶液中的通过离子交换膜进入右侧，离子交换膜为阳离子交换膜。根据分析知图2中电源的正极接口为d。
（2）由制备，氯元素化合价升高，发生氧化反应，其电极反应式为：。
（3）当阴极产生标准状况下气体时，转移电子的数目为，理论上生成的物质的量为。
（4）制备的离子方程式为；U形管左侧为阳极，右侧为阴极，阳极电解生成，气球e无明显变化，阴极电极反应式为：，气球f慢慢变大，U形管右侧溶液变红。
20．（2023秋·广东深圳·高二统考期末）利用太阳能电解水制H2是一种“绿氢”制备方案。采用固体氧化还原调节剂作为离子交换体系，实现H2、O2分离，工作原理如图。

请回答下列问题。
(1)导线中电子由太阳能电池流向______(填“a”“b”“c”或“d”，下同)电极，电解质溶液中，流向______电极。
(2)太阳能电池工作时，b电极上发生的电极反应式为______。
(3)电解一段时间后，右池溶液pH ______(填“增大”“减小”或“不变”)，此时若将b、c电极对调，循环利用是否可行______(填“是”或“否”)。
(4)若电解质溶液用稀硫酸代替，会引起的后果是______。
(5)该电解过程中产生的和可以在NaOH溶液中构成燃料电池，将储存的太阳能释放出，使能源循环利用。
①燃料电池中负极应通入的气体为______。
②燃料电池中通入的电极上发生的电极反应式为______。
【答案】(1) a bd
(2)
(3) 增大是
(4)NiOOH、被硫酸溶解
(5)

【分析】该装置为电解池装置，d电极产生氧气，为阳极，c为阴极，b为阳极，a为阴极。
【详解】（1）a电极是电解池的阴极，且电子不经过溶液，故导线中电子应从太阳能电池流向电解池a极，电解质溶液中，阴离子流向电解池的阳极，故分别流向两个电解池的b、d电极；
（2）b极反应式：；
（3）电解时，电极a发生反应，电极b发生反应：，与电极b合计未消耗和，故左池溶液pH不变；电极d发生反应：，电极c发生反应：，每转移4个e-，c、d电极合计消耗2分子，右池溶液pH增大。电解一段时间后，b电极附着大量NiOOH、c电极附着大量，将其对调可将含镍化合物循环利用；
（4）该装置工作原理示意图中循环转化的物质NiOOH，均能被硫酸溶解；
（5）①通入的电极应为燃料电池的负极；
②通入的电极上发生的电极反应式为。