【暑假培优练】专题11 电解池-2025年高二化学暑假衔接讲练 (人教版)（含答案）

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☛第一层 巩固提升练（3大考点）
考点一 电解池的工作原理
考点二 电解原理的应用
考点三 \l "_Tc30563" 电解计算类型及方法分析
☛第二层 能力提升练
☛第三层 拓展突破练
电解池的工作原理
⭐积累与运用
1．电解池的工作原理
(1)电流方向：电源正极―→金属导线→阳极→电解质溶液―→阴极―→金属导线―→电源负极。
(2)电子、离子移动方向：在电解质溶液中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；在外电路中，电子由阳极―→正极，负极―→阴极。
2．电解产物的判断及有关反应式的书写
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分成阴、阳两组(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。
(3)排出阴、阳两极的放电顺序
①阴极放电顺序
Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。
②阳极放电顺序
活泼金属阳极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。
[特别提醒] ①活性电极一般指Pt、Au以外的金属电极。②电解的离子方程式中，若参与电极反应的H＋或OH－是由水电离出来的，用H2O作为反应物。
1．近日，科学家开发了高活性磷化铁催化剂用于选择性电化学硝酸盐还原为氨气，工作原理如图所示。下列叙述正确的是
A．a极与电源正极连接
B．一段时间后，KOH溶液浓度保持不变
C．a极的主要电极反应为
D．b极电势小于a极电势
【答案】C
【分析】由图示可知，a电极上硝酸根离子被还原生成氨气，所以a电极为阴极、b电极为阳极，阴极反应式为:、阳极反应式为:，a直接连电源的负极、b直接连电源的正极，回答下列问题；
【详解】A．根据分析可知，a极与电源负极连接， A错误；
B．阳极反应为，水逐渐增多，KOH溶液浓度降低，B错误；
C．根据分析可知：a极的主要电极反应为，C正确；
D．阳极b的电势高于阴极a的电势，D错误；
故选C。
2．二氧化氯（ClO2）是国内外公认的高效、广谱、快速、安全无毒的杀菌消毒剂，电解法是目前研究最为热门的生产ClO2的方法之一。如图所示为直接电解氯酸钠、自动催化循环制备高纯ClO2的装置。下列说法
不正确的是
A．a接电源负极B．b极发生氧化反应
C．H从电解池左侧通过质子交换膜移向右侧D．阴极的电极反应式为
【答案】C
【分析】由图可知，电极a上发生反应，生成的与溶液中的结合生成ClO2，则a为阴极室，b为阳极室，水中的氢氧根失去电子得到氧气，氢离子向左边移动，据此作答。
【详解】A．由上述分析可知，a为阴极，接电源的负极，故A正确；
B．由上述分析可知，b为阳极，发生氧化反应，故B正确；
C．H+从电解池右侧通过质子交换膜移向左侧移动，故C错误；
D．阴极的电极反应式为，故D正确；
故答案选C。
3．因镍与盐酸反应缓慢，工业上以镍和盐酸为原料，利用离子膜电解技术制取氯化镍()，其原理如图。电解过程需不断往b极区补充盐酸。下列说法正确的是
A．a接外电源的负极
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．总反应为：
D．电解过程可用溶液代替盐酸
【答案】C
【详解】A．a是电解池的阳极，接外电源的正极，A错误；
B．a电极失电子产生Ni2+，溶液中的氯离子在左池与Ni2+结合生成，所以氯离子要能由右池进入左池，则离子交换膜为阴离子交换膜，B错误；
C．a电极失电子产生Ni2+，b为阴极，氢离子得电子生成氢气，所以总反应为：，C正确；
D．电解过程若用溶液代替盐酸则右池水中氢离子放电，产生氢氧根，氢氧根进入左池，使Ni2+沉淀，降低产率，D错误；
所以答案为C。
4．FFC电解法可由金属氧化物直接电解制备金属单质，西北稀有金属材料研究院利用此法成功电解制备钽粉(Ta)，其原理如图所示。下列说法正确的是

A．该装置将化学能转化为电能
B．a极为电源的正极
C．Ta2O5极发生的电极反应为Ta2O5+10e—=2Ta+5O2—
D．石墨电极上生成22.4 L O2，则电路中转移的电子数为4×6.02×1023
【答案】C
【分析】电解池工作时O2-向阳极移动，则石墨电极为阳极，电源的b极为正极，电解池的阴极发生还原反应，据此分析解题。
【详解】A．该装置是电解池，是将电能转化为化学能，故A错误；B．电解池工作时O2-向阳极移动，则石墨电极为阳极，电源的b极为正极，a极为电源的负极，故B错误；C．Ta2O5极为阴极，发生还原反应，其电极反应为Ta2O5+10e—=2Ta+5O2—，故C正确；D．石墨电极上生成的22.4 L O2没有指明是标准状况，则其物质的量不一定是1ml，转移电子数也不一定是4×6.02×1023，故D错误；故答案为C。
【点睛】本题考查电解原理的应用，判断电源的电极是解题关键，在电解池中，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，再结合电解池的阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应分析，难点是气体摩尔体积的应用，只有指明气体的状态，才能利用22.4L/ml计算气体的物质的量。
电解原理的应用
⭐积累与运用
1．电解饱和食盐水（氯碱工业——制备氢气、氯气和烧碱）
方程式
装置图
阳极反应
2Cl- - 2e- === Cl2↑
阴极反应
2H+ + 2e- === H2↑
总反应方程式
2NaCl + 2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2NaOH + H2↑+ Cl2↑
离子反应方程式
2Cl- + 2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2OH- + H2↑+ Cl2↑
阳离子交换膜作用
①防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸；
②避免Cl2与NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
⭐积累与运用
2．电镀与电解精炼铜对比
电镀
精炼铜
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
硫酸铜溶液浓度保持不变
Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥
3．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反应式：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na；
总反应：2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑。
(3)常见金属的冶炼方法：
电解法（熔融态）
热还原法（常见还原剂：C、CO、H2、Al）
热分解法
物理方法
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
5．某研究性学习小组利用以下装置探究氯碱工业和铜的精炼的工作原理(X是离子交换膜)，下列说法正确的是
A．甲装置电极和C电极位置可以互换
B．X可以是阳离子交换膜，也可以是阴离子交换膜
C．电解前后乙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变
D．电解一段时间后去掉X并将C电极换成电极继续通电，则电极的电极反应式为
【答案】D
【分析】乙池为铜的精炼，则粗铜作阳极，精铜作阴极；电源的右侧与粗铜相连，为电池的正极，左侧为负极，所以甲池的Fe电极为阴极，C电极为阳极。
【详解】A．由分析可知，甲装置的Fe电极为阴极，C电极为阳极，若将Fe电极和C电极位置可以互换，则Fe电极作阳极，通电后，阳极Fe失电子生成Fe2+进入溶液，溶液中的Cl-就不可能在阳极失电子生成Cl2，同样，阴极区可能会生成Fe(OH)2沉淀，也难以得到NaOH，达不到进行氯碱工业生产的目的，A不正确；
B．电池工作时，C电极上Cl-失电子生成Cl2，Fe电极上水提供的氢离子得电子生成氢气和氢氧根，则阳极区的Na+透过离子交换膜进入右侧Fe电极附近，所以此离子交换膜只可以是阳离子交换膜，若为阴离子交换膜，则氢氧化钠会和氯气反应，B不正确；
C．电解精炼铜时，不纯的铜作阳极，粗铜中比铜活泼的有Zn、Fe、Ni等，它们在阳极失去电子被氧化，阳极主要反应为Cu－2e－=Cu2＋，其它电极反应式有：Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋等；比铜不活泼的有Ag、Pt、Au等成为阳极泥；电解液为硫酸铜溶液，纯净的金属铜作阴极，阴极上Cu2＋得到电子被还原为Cu，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，则按得失电子守恒，阳极溶解的铜的物质的量小于极析出的铜的物质的量，则电解前后乙装置中硫酸铜溶液浓度变小，C不正确；
D．电解一段时间后去掉X并将C电极换成 Mg电极继续通电，则Fe电极为阴极，水提供的氢离子得电子生成氢气和氢氧根，Mg电极为阳极、镁失电子生成Mg2+，与溶液中的OH-反应生成Mg(OH)2沉淀，电极反应式为，D正确；
故选D。
6．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，下列叙述中正确的是(已知氧化性：Fe2+