(通用版)高考化学一轮复习一遍过专题23电解池及其应用(含解析)

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专题23 电解池及其应用
1．用“四室电渗析法”制备H3PO2的工作原理如图所示(已知：H3PO2是一种具有强还原性的一元弱酸；阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)，则下列说法不正确的是(　　)

A．阳极电极反应式为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．工作过程中H+由阳极室向产品室移动
C．撤去阳极室与产品室之间的阳膜a，导致H3PO2的产率下降
D．通电一段时间后，阴极室中NaOH溶液的浓度一定不变
【答案】D
【解析】A项、阳极中阴离子为硫酸根离子和水电离出的氢氧根离子，阳极上氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，故A正确；B项、阳极上水电离出的氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气，溶液中氢离子浓度增大，H+通过阳膜向产品室移动，故B正确；C项、撤去阳极室与产品室之间的阳膜，阳极生成的氧气会把H3PO2氧化成H3PO4，导致H3PO2的产率下降，故C正确；
D项、阴极上水电离出的氢离子得电子发生还原反应生成氢气，溶液中氢氧根浓度增大，原料室中钠离子通过阳膜向阴极室移动，通电一段时间后，阴极室中NaOH溶液的浓度增大，故D错误。
2．如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是（ ）

A．1min内甲池消耗1mol O2转移的电子是乙池Ag电极转移电子数的4倍
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】A项、1min内甲池消耗1mol O2，反应转移的电子为4mol，甲池和乙池中，转移的电子数目相等，乙池Ag电极为阴极, 转移的也为4mol，析出2molCu，故A错误；B项、甲池是燃料电池，CH3OH燃料通入的极是电池的负极，发生氧化反应，因电解质是氢氧化钾，所以电极反应不会生成氢离子，故B错误；
C项、电解硫酸铜时，阳极放氧气，阴极析出金属铜，所以要让电解质在电解后复原，应加入氧化铜，故C错误；D项、丙池中电解氯化镁溶液，电解的离子方程式为Mg2++2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+Mg（OH）2↓，甲池中标准状况下消耗280mLO2的物质的量为0.0125mol，转移的电子为0.05mol，此时析出氢氧化镁的物质的量为58g/mol×0.025mol=1.45g，故D正确。
3．电解法制取Na2FeO4的总反应为Fe＋2H2O＋2OH－FeO42-＋3H2↑，工作原理如图所示。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。下列叙述正确的是( )

A．铁电极上发生还原反应，生成FeO42-
B．通电一段时间后，阳极区pH下降
C．通电后Na＋向右移动，阴极区Na＋浓度增大
D．当电路中通过1 mol电子时，阴极区有11.2 L H2生成
【答案】B
【解析】A．铁为阳极，发生氧化反应，生成FeO42-，故A错误；B．阳极的电极反应式为Fe－6e－＋8OH－=FeO42-＋4H2O，阴极反应式为6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－，电解过程中阳极消耗OH－，故阳极区pH下降，故B正确；C．为保障阳极区的强碱性条件，该电解池中离子交换膜只能是阴离子交换膜，因此通电后，阴极区的OH－向左移动，故C错误；D．阴极电极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，2mol电子转移生成1mol氢气，当电路中通过1mol电子的电量时，生成0.5mol氢气，温度压强不知，无法计算气体的体积，故D错误。
4．二甲醚（CH3OCH3）直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，用二甲醚燃料电池电解甲基肼（CH3—NH—NH2）制氢的装置如图所示，其中X、Y、M、N均为惰性电极。下列说法正确的是

A．M极的电极反应式为CH3—NH—NH2+12OH−−10e−CO32-+N2+9H2O
B．若忽略水的消耗与生成，甲中电解质溶液的pH减小，乙中电解质溶液的pH增大
C．乙中的交换膜是阴离子交换膜，OH−透过交换膜向N极移动
D．理论上，当生成6.72 L H2时，消耗CH3OCH3的质量为2.3 g
【答案】A
【解析】A、乙装置为电解池，M为阳极，CH3—NH—NH2在阳极失去电子生成N2、H2O，生成的CO2与OH−反应生成，电极反应为：CH3—NH—NH2+12OH−−10e−=+N2+9H2O，A项正确；B、甲为二甲醚燃料电池，电池总反应为：CH3OCH3 +3O2=2CO2+3H2O，电解质溶液的pH基本不变，乙中N电极反应为：10H2O+10e−=5H2↑+10OH−，M电极消耗的OH−大于N电极产生的OH−，溶液pH减小，B项错误；C、乙中的交换膜是交换OH−，为阴离子交换膜，OH−透过交换膜向M极移动，C项错误；D、生成6.72 L H2不一定是标准状况，无法得出消耗CH3OCH3的质量，D项错误。
5．空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池（RFC），RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，有关说法正确的是（ ）

A．当有0.8mol电子转移时，b极产生4.48LO2
B．为了增加导电性可以将左边容器中的水改为NaOH溶液
C．d极上发生的电极反应是：2H+ +2e－=H2
D．c极上进行氧化反应，A池中的H+可以通过隔膜进入B
【答案】B
【解析】A.没有指明气体所处的温度和压强，无法计算气体的体积，A项错误；B.电解NaOH溶液，实质是电解水，所以将左边的电解水装置中的水改为NaOH溶液，增大溶液中离子的浓度，增强导电性，B项正确；C.a电极为阴极，a电极上产生的是氢气，所以d电极发生的电极反应是：H2-2e-=2H+，C项错误；
D.b电极为阳极，b极上产生的气体Y为氧气，c极上是氧气发生还原反应：O2+4e-+4H+=2H2O，c极为燃料电池的正极，d极为燃料电池的负极，B池中的H+通过隔膜进入A池，D项错误。
6．以CH4、O2、熔融Na2CO3组成的燃料电池电解制备N2O5，装置如图所示。下列说法正确的是

A．石墨1为电池负极，Pt2为电解池阳极
B．石墨2上的电极反应为：
C．阳极的电极反应为：N2O4+H2O-2e-=N2O5+2H+
D．每制得1molN2O5，理论上消耗标况下2．8L的CH4
【答案】C
【解析】A.根据上面分析可知石墨1为电池负极，Pt2为电解池阴极，故A错误；B.石墨2上的电极反应为：O2+4e-+2CO2=2CO32-，故B错误；C.阳极的电极反应为：N2O4+2HNO3-2e-═2N2O5+2H+，故C正确；D.电极反应式：CH4+4CO32--8e-=6CO2，N2O4+2HNO3-2e-═2N2O5+2H+，根据转移电子数相等，每制得1molN2O5，理论上消耗标况下CH4 =2.8L，故D错误。
7．锌电池是一种极具前景的电化学储能装置。VS2/Zn扣式可充电电池组成示意图如下。Zn2+可以在VS2晶体中可逆地嵌入和脱除，总反应为VS2＋xZnZnxVS2。下列说法错误的是

A．放电时不锈钢箔为正极，发生还原反应
B．放电时负极的反应为Zn－2e－== Zn2+
C．充电时锌片与电源的负极相连
D．充电时电池正极上的反应为：ZnxVS2＋2xe－＋xZn2+==VS2＋2xZn
【答案】D
【解析】A. 根据上述分析，放电时不锈钢箔为正极，发生还原反应，故A正确；B. 放电时，锌为负极，发生氧化反应，负极的反应为Zn－2e－== Zn2+，故B正确；C. 充电时，原电池的负极接电源的负极充当阴极，因此锌片与电源的负极相连，故C正确；D. 充电时，原电池的正极接电源的正极充当阳极，失去电子，发生氧化反应，故D错误。
8．电化学降解NO3-的原理如图所示。下列说法不正确的是

A．铅蓄电池的负极反应为：Pb - 2e－+ SO42- =PbSO4
B．电解一段时间后，若不考虑溶液体积变化，交换膜左侧溶液酸性增强，右侧溶液酸性减弱
C．该电解池的阴极反应式为2NO3-+12H＋+10e－=N2↑+6H2O
D．若电解过程中转移2mole－，则质子交换膜左侧电解液的质量减少Δm(左) =18.0g
【答案】B
【解析】A. 铅蓄电池的负极，铅失电子生产的铅离子与溶液中的硫酸根离子反应生成PbSO4，电极反应为：Pb - 2e－+ SO42- =PbSO4，A正确；B.交换膜左侧Pt电极上电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，产生的氢离子通过质子交换膜向右池移动，Ag—Pt电极上电极反应为2NO3-+12H＋+10e－=N2↑+6H2O，根据阴阳极上得失电子守恒，电解一段时间后，若不考虑溶液体积变化，交换膜左侧溶液酸性不变，右侧溶液酸性减弱，B错误；
C. 该电解池的阴极上硝酸根离子得电子被还原成氮气，电极反应式为2NO3-+12H＋+10e－=N2↑+6H2O，C正确；D. 交换膜左侧Pt电极上电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，产生的氢离子通过质子交换膜向右池移动，若电解过程中转移2mole－，参与反应的水为1mol，电解液的质量减少Δm(左) 1mol×18g/mol=18.0g，D正确。
9．用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示。下列说法正确的是  

A．电极I为阴极，电极反应式为2H2O+2e一=2OH－+H2↑
B．电解时H+由电极I向电极II迁移
C．吸收塔中的反应为2NO+2S2O42－+2H2O=N2+4HSO3－
D．每处理1 mol NO，可同时得到32gO2
【答案】C
【解析】从图示中，可知在吸收塔中NO变成了N2，N的化合价降低，S2O42－变成了HSO3－，S的化合价从＋3升高到了＋4，化合价升高。在电解池中，HSO3－变成了S2O42－，S的化合价从＋4降低到＋3，得到电子，电极Ⅰ为阴极，而在电极Ⅱ附近有氧气生成，为H2O失去电子生成O2，为阳极。A．在电解池中，HSO3－变成了S2O42－，S的化合价从＋4降低到＋3，得到电子，电极Ⅰ为阴极， 电极方程式为2HSO3－＋2e－＋2H＋=S2O42－＋2H2O，A项错误；B．电解时，阳离子向阴极移动，电极Ⅰ为阴极，H＋由电极Ⅱ向电极Ⅰ移动，B项错误；C．吸收塔中NO变N2，S2O42－变成HSO3－，C中的离子方程式满足电子守恒、电荷守恒、原子守恒，C项正确；D．整个装置中转移的电子数相同，处理1molNO，N的化合价从＋2降低到0，转移了2mol电子。阳极2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，生成32g O2即1molO2需要4mol电子，D项错误。
10．铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池，电池结构如图所示，工作原理为Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+。下列说法正确的是（ ）

A．电池放电时，a极的电极反应式为Fe3++3e−===Fe
B．电池放电时，电路中每通过0.1 mol电子，Fe3+浓度降低0.1 mol·L−1
C．电池充电时，Cl−从a极穿过选择性透过膜移向b极
D．电池充电时，b极的电极反应式为Cr3++e−===Cr2+
【答案】D
【解析】A.电池放电时，是原电池的工作原理，负极失电子发生氧化反应，电极反应式为Cr2+-e-=Cr3+，A错误； B.放电时，电路中每流过0.1mol电子，就会有0.1mol的铁离子得电子，减小浓度和体积有关，B错误；C.电池放电时，Cl-从正极室穿过选择性透过膜移向负极室，C错误；D.充电时是电解池工作原理，b电极连接电源的负极，作阴极，阴极发生得电子的还原反应，所以b电极反应式为Cr3++e-=Cr2+，D正确。
11．一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是　　

A．a为直流电源的正极
B．若有1 mol离子通过A膜，理论上阳极生成 mol气体
C．工作时，乙池中溶液的pH不变
D．阴极反应式为
【答案】B
【解析】A.制备铬，则Cr3+被还原成Cr，Cr电极应该是阴极，即a为直流电源的负极，选项A错误；B.石墨为阳极，根据放电顺序，阳极的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，阳极附近水的电离平衡正向移动，产生的H+通过A膜进入乙池，若有1mol离子通过A膜，即丙池产生1mol氢离子，则理论上阳极生成0.25mol氧气，选项B正确； C.工作时，甲池中硫酸根移向乙池，丙池中氢离子移向乙池，乙池中硫酸浓度增大，溶液的pH减小，选项C错误；D.阴极反应式为Cr3++3e-=Cr，选项D错误。
12．三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示，在直流电场的作用下，两膜中间的NH4+和NO2—可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室.工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3.下列叙述正确的是

A．a极为电源负极，b极为电源正极
B．c膜是阴离子交换膜，d膜是阳离子交换膜
C．阴极电极反应式为2NO3-+12H++10e-=N2 +6H2O
D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有5.6LO2生成
【答案】A
【解析】结合题图装置可知，工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3，则Ⅱ室中的阳离子NH4+、H+向Ⅰ室移动与Ⅰ室中的稀硝酸反应生成了硝酸铵，则c膜为阳离子交换膜，Ⅰ室中石墨为电解池阴极，a极为电源负极，阴极电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-；Ⅱ室中的阴离子NO3-、OH-向Ⅲ室移动与Ⅲ室中的稀氨水反应生成硝酸铵，则d膜为阴离子交换膜，Ⅲ室中石墨为电解池阳极，b极为电源正极，阳极电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+。根据上述分析A正确，BC错误；D选项中没有给出标准状况下，无法用气体摩尔体积公式计算体积，则D错误。
13．镁电池作为一种低成本、高安全的储能装置，正受到国内外广大科研人员的关注。一种以固态含Mg2+的化合物为电解质的镁电池的总反应如下。下列说法错误的是
xMg+V2O5 MgxV2O5
A．充电时，阳极质量减小
B．充电时，阴极反应式：Mg2++2e－=Mg
C．放电时，正极反应式为：V2O5+xMg2++2xe－=MgxV2O5
D．放电时，电路中每流过2mol电子，固体电解质中有2molMg2+迁移至正极
【答案】D
【解析】A.放电时V2O5作正极，生成MgxV2O5（结合V元素的价态变化以及V元素在不同物质中的存在便可判断），充电时阳极为V2O5这一端，逆向看总反应，这时MgxV2O5变为V2O5，显然质量减小，A项正确；B.放电时，负极电极反应式为Mg-2e-=Mg2+，那么充电时，阴极为Mg这一端，电极反应式与负极完全相反，因而阴极反应式为Mg2++2e－=Mg，B项正确；C.放电时，V元素降价，V2O5作正极，V2O5变为MgxV2O5，根据缺项配平原则，反应物还需补充Mg2+，因而正极反应式为V2O5+xMg2++2xe－=MgxV2O5，C项正确；D.放电时，正极反应式为 V2O5+xMg2++2xe－=MgxV2O5，n(Mg2+)：n(e-)=x：2x=1：2，当电路流过2mol电子，根据比例关系，有1molMg2+在正极消耗，即固体电解质中有1molMg2+迁移至正极，D项错误。
14．用石墨电极完成下列电解实验。下列对实验现象的解释或推测不合理的是（ ）

实验一
实验二
装置


现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；


A．a、d处：2H2O+2e－= H2↑+2OH－
B．c处发生了反应：Fe－2e－=Fe2+
C．根据实验一的原理，实验二中n处能析出O2
D．b处：2Cl－－2e－= Cl2↑，Cl2溶于水生成HClO，使溶液褪色
【答案】C
【解析】A．a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，破坏了水的电离平衡，氢氧根离子浓度增大造成的，选项A正确；B．c处得到电子发生还原反应，2H2O+2e-=H2↑+2OH-，选项B正确；C．实验一中a、c形成电解池，d、b形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解池（一个球两面为不同的两极），n为电解池的阴极，另一球朝m的一面为阳极，即n处能析出H2，选项C错误；
D．b为阳极，氯离子放电生成氯气，氯气与水反应生成了盐酸和次氯酸，使溶液褪色，选项D正确。
15．钒液流电池充电时间短，续航能力强，其充放电原理为VO2＋(蓝色)＋V3＋(绿色)＋H2O VO2+(黄色)＋V2＋(紫色)＋2H＋。以此电池为电源，用石墨电极电解Na2SO3溶液，可得到NaOH 和H2SO4示意图如下。下列说法错误的是(　　)

A．全钒液流电池放电时，正极的电极反应式为： VO2+＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
B．图中a电极为阴极，N物质是H2
C．钒液流电池充电时，阳极附近溶液由绿色逐渐变为紫色
D．电解时，b电极的反应式为： SO32-＋H2O－2e－===SO42-＋2H＋
【答案】C
【解析】A、全钒液流电池放电时，VO2+在正极上得到电子，正极的电极反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O，故A正确；B、在阴极上是氢离子得电子的还原反应，氢氧根离子浓度增加，钠离子移向该电极，会产生氢氧化钠，a电极为阴极，N物质是H2，故B正确；C、钒液流电池充电时，VO2+(蓝色)被氧化为VO2+(黄色)，故C错误；D、电解时，b电极是阳极，该电极的反应式为SO32-+H2O-2e-=SO42-+2H+，故D正确。
16．工业上用电解法可用于治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，下列说法不正确的是

A．A、B分别为直流电源的正极和负极
B．当电解过程转移0.6mol电子时，左侧区域质量减少1.4g
C．电解过程中，左侧区域将依次发生反应为：Fe-2e-=Fe2+ 、2NO2-+8H++6Fe2+=N2↑+6Fe3++4H2O
D．研究表明，当右侧区域pH较小时，会有气体逸出，该现象说明H+的氧化性强弱与其c(H+)有关
【答案】B
【解析】A．由电解池中阳离子的移动方向可知，电解池中Fe做阳极，即A为电源正极，B为电源负极，故A正确；B. Fe做阳极失电子发生氧化反应，电极反应为：Fe-2e-═Fe2+，亚铁离子还原亚硝酸根离子生成氮气，反应的离子方程式为：2NO2-+8H++6Fe2+═N2↑+6Fe3++4H2O，总反应为6Fe+ 2NO2-+8H+-12e-═N2↑
+6Fe3++4H2O，当电解过程转移0.6mol电子时，放出的氮气为0.05mol，放出的氮气质量为0.05mol ×28g/mol=1.4g，左侧生成的部分铁离子向右侧移动，因此左侧区域质量减少大于1.4g，故B错误；C. 根据B的分析，电解过程中，左侧区域将依次发生反应为：Fe-2e-=Fe2+、2NO2-+8H++6Fe2+=N2↑+6Fe3++4H2O，故C正确；D. 阳离子在阴极放电，当右侧区域pH较小时，氢离子浓度大了之后，氢离子放电生成氢气，该现象表明c(H+)越大，H+氧化性越强，故D正确。
17．某兴趣小组进行电解原理的实验探究，实验如下：一定温度下，以铜为电极，按如图所示装置电解饱和食盐水，通电2min。实验现象：接通电源30s内，阳极附近出现白色浑浊，之后变为橙黄色浑浊，此时测定溶液的pH约为10。结束后(温度不变)，试管底部聚集大量红色沉淀，溶液仍为无色。

查阅资料：
物质
氯化铜
氧化亚铜
氢氧化亚铜(不稳定)
氯化亚铜
颜色
固体呈棕色，浓溶液呈绿色，稀溶液呈蓝色
红色
橙黄色
白色

下列说法错误的是（ ）
A．反应结束后，最终溶液一定呈碱性
B．反应过程中发生了沉淀转化，说明Ksp(CuOH)