2022高考化学一轮复习专练33电解池原理及应用含解析

专练33　电解池原理及应用

一、单项选择题

1．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

2．[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5.6LO2反应时，收集到O2和O3混合气体4.48L, O3的体积分数为80%

3．图中X为电源，Y为浸透过饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是(　　)

A．滤纸上c点附近会变红色

B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大

C．Z中溶液的pH先减小，后增大

D．溶液中的SO向Cu电极定向移动

4．[2021·广东七校联考]科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如图所示，用Cu­Si合金作硅源，在950℃利用三层液熔盐进行电解精炼，有关说法正确的是(　　)

A．电子由液态Cu­Si合金极流出，流入液态铝电极

B．液态铝电极与正极相连，作电解池的阳极

C．在该液相熔体中Cu优先于Si被氧化，Si4＋优先于Cu2＋被还原

D．三层液熔盐的作用是使电子能够在三层间自由流动

5．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＋CO2H2＋CO＋O2

D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1：1

6．[2021·广东卷]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1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16g

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：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋

7．[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＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2

8．[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

9．[2020·全国卷Ⅱ]电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是(　　)

A．Ag为阳极

B．Ag＋由银电极向变色层迁移

C．W元素的化合价升高

D．总反应为：WO3＋xAg===AgxWO3

10．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　)

A．阳极发生还原反应，其电极反应式为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，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋

D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt

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2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol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．[2021·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＋N2↑＋6H2O

14．[2021·四川威远中学月考]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1molNa2FeO4，理论上可以产生67.2L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

三、非选择题

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

________________________________________________________________________。

16．(1)某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置(如图所示)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。

用惰性电极电解时，CrO能从浆液中分离出来的原因是________________________，分离后含铬元素的粒子是________；阴极室生成的物质为________(写化学式)。

(2)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝。

①“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________________________________________________________。

②“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为____________，阴极产生的物质A的化学式为________________。

(3)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为________________________________________________________________________。

③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：___________________________________________________________

____________________________________________________________________________。

专练33　电解池原理及应用

1．C　Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，A项正确；不锈钢网接触面积大，能提高电解效率，B项正确；阴极应为氢离子得电子生成氢气，C项错误；电解时，阴离子移向阳极，D项正确。

2．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5.6L氧气参加反应时，转移电子1mol，设收集到氧气xmol，臭氧ymol，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。

3．A　紫红色斑即MnO向d端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极，NaCl溶液中H＋放电，产生OH－，c点附近会变红色，A项正确；电解硫酸铜溶液时，Pt作阳极，溶液中的OH－放电，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，Cu作阴极，溶液中的Cu2＋得电子生成铜，总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt电极附近生成H＋，则SO向Pt电极移动，B、D两项均不正确；随着电解的进行，Z中溶液变为硫酸溶液，继续电解则为电解水，硫酸浓度增大，pH减小，C项不正确。

4．A　由装置图中Si4＋流向可知液态铝为阴极，连接电源负极，液态Cu­Si合金为阳极，电子由液态Cu­Si合金极流出，流入液态铝电极，A项正确，B项错误；由图示可知，阳极上Si失电子转化为Si4＋，阴极上Si4＋得电子转化为Si，C项错误；使用三层液熔盐可以有效增大电解反应的面积，使单质硅在液态铝电极上高效沉积，而不是方便电子通过，电子不通过电解质，D项错误。

5．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＋CO2H2＋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。

6．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Co电极为阴极，电极反应式为Co2＋＋2e－===Co，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1molCo时，转移2mol电子，Ⅰ室有0.5molO2(即16g)逸出，有2mol(即2g) 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18g，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、Co、H＋，则电解总反应为2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋，D正确。

7．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。

8．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。

9．C　本题重点考查电解原理及其应用。根据题给装置图可知，该装置有外接电源，为电解池，且Ag电极作阳极，故A项正确；通电时，阳极反应式为Ag－e－===Ag＋，生成的Ag＋通过固体电解质进入电致变色层，与WO3结合得到AgxWO3，W的化合价降低，阴极反应式为WO3＋xe－===WO，总反应为xAg＋WO3===AgxWO3，故B、D项正确，C项错误。

10．D　电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋>Fe2＋>Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C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2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了2mol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＋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，故D正确。

15．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＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋　NH4Cl＋2HClNCl3＋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＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，电解时发生反应的化学方程式为NH4Cl＋2HCl3H2↑＋NCl3。

16．(1)在直流电场作用下，CrO通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液　CrO和Cr2O　NaOH和H2

(2)①石墨电极被阳极上产生的O2氧化

②4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2

(3)①阳极室

②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低

③M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢[或N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低]

解析：(1)电解过程中，溶液中离子发生定向移动，CrO通过阴离子交换膜移向阳极区而被分离出来。酸性条件下，存在如下平衡：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。电解时阴极放电的是H＋，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；阳极放电的是OH－，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。

(2)①电解Al2O3时阳极上生成O2，O2会氧化石墨。②阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO，阴极上H＋得到电子生成H2。

(3) ①电解时，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解过程中，阳极室消耗OH－，c(OH－)降低。②根据题意，Na2FeO4易被H2还原，由于阴极产生的气体为H2，若不及时排出，会将Na2FeO4还原，使其产率降低。③根据题意可知，若碱性较弱，则Na2FeO4稳定性差，且反应慢；若碱性较强，则铁电极区会产生Fe(OH)3或Fe(OH)3分解生成的Fe2O3，所以M点和N点的c(Na2FeO4)均低于最高值。