备考2024届高考化学一轮复习分层练习第六章化学反应与能量变化第5讲电解池及其工作原理

这是一份备考2024届高考化学一轮复习分层练习第六章化学反应与能量变化第5讲电解池及其工作原理，共6页。试卷主要包含了[2021海南]液氨中存在平衡，2＋H2↑]　等内容，欢迎下载使用。
1.[2024贵阳摸底考试]电解催化CO2还原为乙烯能缓解碳排放引发的温室效应，还将成为获得重要化工原料的补充形式，原理如图所示（a、b均为惰性电极）。下列说法正确的是（ D ）
A.B为电源负极
B.H＋从左边透过阳离子交换膜到右边
C.电解一段时间后，阳极区溶液的c（OH－）增大
D.阴极反应为2CO2＋12e－＋12H＋ C2H4＋4H2O
解析 二氧化碳得电子生成乙烯，发生还原反应，所以a为阴极，b为阳极，则B为电源正极，A错误；电解池中阳离子从阳极向阴极移动，故H＋从右边向左边移动，B错误；由题图知，阳极发生反应：2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，故阳极区溶液中c（OH－）减小，C错误；阴极二氧化碳得电子生成乙烯，发生还原反应，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－C2H4＋4H2O，D正确。
2.[固体电解质][2023江西临川一中考试改编]用固体二氧化钛（TiO2）生产海绵钛的装置如图所示，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2（阴极）中的氧离子进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是（ B ）
A.阳极上生成O2的电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑
B.阴极的电极反应式为TiO2＋4e－Ti＋2O2－
C.通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D.石墨电极的质量不发生变化
解析 由题图中O2－向石墨电极移动知，石墨电极为电解池的阳极，氧离子在阳极发生失电子的氧化反应生成氧气，电极反应式为2O2－－4e－O2↑，故A错误；电解池的阴极上发生得电子的还原反应，电极反应式为TiO2＋4e－Ti＋2O2－，故B正确；通电后，阴离子O2－、Cl－均向阳极移动，故C错误；石墨电极会和阳极产生的氧气发生反应生成一氧化碳、二氧化碳，所以石墨电极本身会被消耗，导致石墨电极的质量减小，故D错误。
3.[2021海南]液氨中存在平衡：2NH3⇌NH4＋＋NH2－。如图所示为电解池装置，以KNH2的液氨溶液为电解液，电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是（ B ）
A.b电极连接的是电源的负极
B.a电极的反应为2NH3＋2e－H2↑＋2NH2－
C.电解过程中，阴极附近K＋浓度减小
D.理论上两极产生的气体物质的量之比为1∶1
解析 由题图可知，b电极上NH2－失电子发生氧化反应生成N2和NH3，故b电极为阳极，连接电源的正极，A项错误；a电极为阴极，由题图可知，NH3在阴极发生还原反应，电极反应为2NH3＋2e－2NH2－＋H2↑，B项正确；电解过程中，阳离子向阴极迁移，即钾离子移向阴极，阴极附近K＋浓度增大，C项错误；b电极反应为6NH2－－6e－4NH3＋N2↑，根据得失电子守恒知，电解一段时间后，a电极生成的H2和b电极生成的N2的物质的量之比为3∶1，D项错误。
4.[2021江苏]通过下列方法可分别获得H2和O2：①通过电解获得NiOOH和H2（装置如图所示）；②在90 ℃将NiOOH与H2O反应生成Ni（OH）2并获得O2。下列说法正确的是（ B ）
A.电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B.电解时阳极电极反应式：Ni（OH）2＋OH－－e－ NiOOH＋H2O
C.电解的总反应方程式：2H2O电解 2H2↑＋O2↑
D.电解过程中转移4 ml电子，理论上可获得22.4 L O2
解析 由题图中物质转化关系知，电解时，阴极反应式为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，阳极反应式为Ni（OH）2＋OH－－e－ NiOOH＋H2O，则电解时的总反应为2Ni（OH）2电解2NiOOH＋H2↑，故电解后KOH溶液的物质的量浓度不变，A、C项错误，B项正确；未指明是标准状况下，无法计算生成的O2的体积，D项错误。
5.[2024南京六校调研]电催化还原CO2制备高附加值化学品是实现碳中和的有效方法之一。一种采用金属有机框架（MOF）催化剂电催化还原CO2为CO的装置原理如图所示。下列有关叙述正确的是（ C ）
A.装置图中外电路箭头方向表示电流的方向
B.电极b的电极反应式为CO2－2e－＋2H＋CO＋H2O
C.电极a上生成1 ml O2时，理论上可还原标准状况下44.8 L CO2
D.选用合适的催化剂，该装置也无法将CO2转化为CH4、CH3OH等
解析 a电极上，H2O转化为O2，发生反应2H2O－4e－O2↑＋4H＋，a电极为阳极；b电极上，CO2转化为CO，发生反应CO2＋2e－＋2H＋CO＋H2O，b电极为阴极，外电路中电流由电源正极流向电源负极，A、B错误；由电极反应可知，生成1 ml O2转移 4 ml电子，理论上可还原2 ml即标准状况下44.8 L CO2，C正确；选用合适的催化剂，该装置可将CO2转化为CH4、CH3OH等，D错误。
6.[2023辽宁沈阳三模]利用间接成对电化学法，以间硝基甲苯为原料合成间氨基苯甲酸的工作原理如图所示。下列说法错误的是（ D ）
A.物质X为间硝基苯甲酸
B.右侧电极电势高于左侧电极电势
C.阳极的电极反应式：2Cr3＋－6e－＋7H2OCr2O72－＋14H＋
D.当电路中转移8 ml电子时，理论上可得到1 ml间氨基苯甲酸
解析 由题图可知，X被Ti3＋还原为间氨基苯甲酸，则物质X为间硝基苯甲酸，A正确。右侧电极连接电源正极，为阳极，左侧电极连接电源负极，为阴极，则右侧电极电势高于左侧电极电势，B正确。右侧电极为阳极，阳极上Cr3＋失去电子发生氧化反应生成Cr2O72－，电极反应式为2Cr3＋－6e－＋7H2OCr2O72－＋14H＋，C正确。左侧电极为阴极，电极反应式为Ti4＋＋e－Ti3＋，阴极槽外反应为间硝基苯甲酸和Ti3＋反应生成间氨基苯甲酸和Ti4＋，即＋6Ti3＋＋6H＋＋2H2O＋ 6Ti4＋，则当电路中转移6 ml电子时，理论上可得到1 ml间氨基苯甲酸，D错误。
7.（1）[全国Ⅱ高考]环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe（C5H5）2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图1所示，其中电解液为溶解有溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF溶液（DMF为惰性有机溶剂）。该电解池的阳极为 Fe电极 ，总反应为 Fe＋2电解＋H2↑[或Fe＋2C5H6电解Fe（C5H5）2＋H2↑] 。
电解制备需要在无水条件下进行，原因为 水会阻碍中间产物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe（OH）2 。
图1
（2）[2021山东]利用膜电解技术（装置如图2所示），以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为4Na2CrO4＋4H2O电解2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在 阳 （填“阴”或“阳”）极室制得，电解时通过膜的离子主要为 Na＋ 。
图2
（3）[2021湖南]利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图3所示。
图3
①电解过程中OH－的移动方向为 从右往左 （填“从左往右”或“从右往左”）；
②阳极的电极反应式为 2NH3－6e－＋6OH－N2＋6H2O 。
（4）[全国Ⅲ高考]在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图4所示：
图4
负极区发生的反应有 Fe3＋＋e－Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O （写反应方程式）。电路中转移1 ml电子，需消耗氧气 5.6 L（标准状况）。
解析 （1）结合题图1所示电解原理可知，Fe电极发生氧化反应，为阳极；在阴极上有H2生成，故电解时的总反应为Fe＋2电解＋H2↑或Fe＋2C5H6电解Fe（C5H5）2＋H2↑。结合相关反应可知，电解制备需要在无水条件下进行，否则水会阻碍中间产物Na的生成；水会电解生成OH－，OH－会进一步与Fe2＋反应生成Fe（OH）2，从而阻碍二茂铁的生成。（2）由2CrO42－＋2H＋⇌Cr2O72－＋H2O及阳极上发生反应2H2O－4e－O2↑＋4H＋，知Na2Cr2O7在阳极室制得，电解时阴极上发生反应4H2O＋4e－4OH－＋2H2↑，为保持溶液呈电中性，Na＋应向阴极移动，故通过膜的离子主要为Na＋。（3）①因为左侧电极上NH3→N2，NH3失去电子，所以左侧电极为阳极，电解质溶液中的OH－向阳极移动，移动方向为从右往左。②阳极反应是NH3－e－→N2，电解质溶液为KOH溶液，故阳极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－N2＋6H2O。（4）电解池中，负极区发生还原反应Fe3＋＋e－Fe2＋，生成的Fe2＋又被氧气氧化成Fe3＋，发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O，由反应可知电路中转移4 ml电子消耗1 ml O2，则转移1 ml电子消耗氧气14 ml，其在标准状况下的体积为14 ml×22.4 L·ml－1＝5.6 L。
8.[利用双极膜制备氢碘酸][2023广东六校联考]电解法制备氢碘酸的装置如图所示。其中双极膜（BPM）是阴、阳复合膜，在直流电作用下复合层间的H2O解离成H＋和OH－（少量I－会因为浓度差通过双极膜）。下列说法正确的是（ B ）
A.a极的电势比b极的低
B.A、B膜均为阳离子交换膜
C.若撤去A膜，对该电解池的工作无影响
D.电解过程中，图中三处H2SO4溶液的浓度均不变
解析 根据装置出口处物质可判断出离子的移动方向，进而判断出装置的阴、阳极，具体分析如下：
b极为阴极，a极为阳极，a极的电势比b极的高，A项错误；钠离子穿过B膜进入④室，H＋穿过A膜进入②室，B项正确；若撤去A膜，I－可在a极失去电子生成I2，对该电解池的工作有影响，C项错误；电解过程中，a极上水失去电子生成O2和H＋，溶液体积减小，故①室中H2SO4溶液的浓度增大，②室中H＋与OH－反应产生H2O，H2SO4溶液浓度减小，D项错误。