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7讲电解池工作原理的新型应用

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1.[2023广东汕头模拟]高锰酸钾在化工、医药、水处理等很多方面有重要应用，可以用电解法制备，装置如图。直流电源采用乙烷－空气碱性燃料电池。下列说法错误的是（ C ）
A.电源负极的电极反应式为C2H6－14e－＋18OH－2CO32－＋12H2O
B.a极为直流电源的正极
C.保持电流恒定，升高温度可以加快电解速率
D.离子交换膜应为阳离子交换膜
解析 电源负极上乙烷在碱性条件下失电子产生碳酸根离子，负极的电极反应式为C2H6－14e－＋18OH－2CO32－＋12H2O，A正确；电解池左侧Pt电极的电极反应为MnO42－－e－MnO4－，左侧Pt电极为阳极，则a极为直流电源的正极，B正确；电解时保持电流恒定，则单位时间内转移的电子数恒定，消耗的反应物与产生的生成物的量恒定，故电解速率恒定，C错误；左侧Pt电极的电极反应为MnO42－－e－MnO4－，右侧Pt电极的电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，为保持溶液呈电中性，钾离子通过离子交换膜进入右室，故该离子交换膜为阳离子交换膜，D正确。
2.[2024福州质检]我国科学家经过研究发明了以下装置从海水中提取锂单质，其工作原理如图所示。该装置运行期间电极Ⅱ上产生O2和气体X。下列说法错误的是（ C ）
A.该装置实现了“太阳能→电能→化学能”的转化
B.电极Ⅰ连接太阳能电池的负极
C.工作时，电极Ⅱ附近溶液的pH增大
D.实验室检验气体X可用湿润的淀粉－KI试纸
解析 根据该装置可知，太阳能电池将太阳能转化为电能，电解装置又将电能转化为化学能，A项正确；题图中Li＋向电极Ⅰ迁移，电解池中阳离子向阴极迁移，所以电极Ⅰ为电解池的阴极，连接太阳能电池的负极，B项正确；海水中存在大量Cl－，电极Ⅱ为阳极，电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑、2H2O－4e－4H＋＋O2↑，电极Ⅱ上产生H＋，则电极Ⅱ附近溶液pH减小，C项错误；气体X为Cl2（黄绿色气体），实验室检验Cl2可用湿润的淀粉－KI试纸，试纸变蓝即说明Cl2存在，D项正确。
3.[臭氧电解发生器][2023南京六校调研]某医用超声清洗器带有臭氧消毒功能，其臭氧电解发生器的原理如图所示。下列叙述不正确的是（ D ）
A.阳极可能的副产物有O2
B.阴极电极反应为O2＋4e－＋4HR2H2O＋4R－
C.装置所用的离子交换膜是阳离子交换膜
D.容器内壁可用不锈钢、陶瓷、橡胶等材质
解析 A项，由图示知，阳极上H2O转化为O3，氧元素被氧化，也可能生成O2，正确；B项，阴极上O2得电子转化为H2O，由电荷守恒知，需用H＋平衡电荷，由于是固体酸，HR不可拆开，故电极反应式中HR写成化学式，产物还有R－，正确；C项，阳极反应式为3H2O－6e－O3↑＋6H＋，生成的H＋要移向阴极，故所用的离子交换膜是阳离子交换膜，正确；D项，橡胶会被O3氧化，错误。
4.[常压电化学法合成氨][2024重庆联考]纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用，其电解装置如图所示。已知熔融的NaOH－KOH为离子导体，Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是（ D ）
A.惰性电极Ⅱ是电解池的阴极，发生还原反应
B.产生2.24 L O2时，转移的电子为0.4 ml
C.惰性电极Ⅰ的电极反应：Fe2O3＋3H2O－6e－2Fe＋6OH－
D.生成氨气的反应：2Fe＋N2＋3H2OFe2O3＋2NH3
解析 由装置图可知，惰性电极Ⅱ上OH－转化为氧气，氧元素化合价升高，发生氧化反应，故惰性电极Ⅱ是电解池的阳极，惰性电极Ⅰ为阴极，A项错误；未规定氧气所处的状态是标准状况，其物质的量无法计算，故转移电子的物质的量无法计算，B项错误；惰性电极Ⅰ上，Fe2O3得电子生成Fe单质，电极反应为Fe2O3＋6e－＋3H2O2Fe＋6OH－，C项错误；惰性电极Ⅰ上，Fe2O3得电子生成的Fe为中间体，Fe2O3在该电解过程中起催化作用，结合题图可知，Fe和N2、H2O（g）反应，铁又被氧化成Fe2O3，同时生成氨气，D项正确。
5.[2023江苏连云港考试]双极膜在直流电场的作用下，能将水解离为H＋和OH－，并实现其定向通过。将3－氯－1，2－丙二醇的水溶液通过膜M与双极膜间的电渗析室可得到缩水甘油。下列说法错误的是（ A ）
A.装置工作时，电渗析室发生氧化反应
B.通电前后，电渗析室内溶液的pH几乎不变
C.Cl－从电渗析室通过阴离子交换膜M迁移到阳极
D.反应生成1 ml缩水甘油，电路中转移1 ml电子
解析 双极膜在直流电场的作用下，将水解离为H＋和OH－，H＋移向阴极，阴极反应为2H＋＋2e－H2↑；OH－移向电渗析室，发生反应＋OH－＋Cl－＋ H2O，为维持溶液呈电中性，产生的Cl－透过膜M进入阳极区。装置工作时，电渗析室中转化为，各元素化合价没有发生变化，不是氧化还原反应，A项错误；双极膜产生的OH－迁移进入电渗析室，又被消耗，故电渗析室内溶液的pH几乎不变，B项正确；电解池中阴离子向阳极移动，Cl－从电渗析室通过阴离子交换膜M迁移到阳极，C项正确；反应生成1 ml 缩水甘油，消耗1 ml OH－，电路中转移1 ml电子，D项正确。
6.[2023河北张家口检测改编]硬水结垢是循环冷却水系统中广泛存在的一种现象，西安交通大学徐浩团队改进了主动式电化学硬水处理技术，原理如图所示（R代表有机物）。下列说法错误的是（ C ）
A.处理后的水垢主要沉降在阴极附近
B.处理过程中Cl－可以循环利用
C.若将铂电极b换成铁电极，处理过程会受影响
D.铂电极a处产生的H＋移向铂电极b
解析
铂电极b作阴极，发生还原反应，若换成铁电极，则处理过程不受影响，C错误。电解池中阳离子向阴极移动，D正确。
7.[2022湖北]含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P（CN）2]，过程如图所示（Me为甲基）。下列说法正确的是（ D ）
A.生成1 ml Li[P（CN）2]，理论上外电路需要转移2 ml电子
B.阴极上的电极反应为P4＋8CN－－4e－4[P（CN）2]－
C.在电解过程中CN－向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
解析 由题图可知，石墨电极上发生反应P4－4e－＋8CN－4[P（CN）2]－，石墨电极作阳极，当生成1 ml Li[P（CN）2]时，外电路转移1 ml电子，A、B项错误；在电解过程中CN－向阳极移动，即向石墨电极移动，C项错误；由2Me3SiCN＋LiOHO（SiMe3）2＋LiCN＋HCN，可知HCN中的H来自于LiOH，电解过程中HCN在铂电极上放电产生H2，D项正确。
8.[2023武汉模拟]科学家近年发明了一种新型光电催化装置，它能将葡萄糖和CO2转化为甲酸盐，如图所示。光照时，光催化电极a产生电子（e－）和空穴（h＋），图中的双极膜中间层中的H2O会解离产生H＋和OH－。
下列说法错误的是（ C ）
A.光催化电极a的反应为C6H12O6＋12h＋＋18OH－6HCOO－＋12H2O
B.双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向催化电极b移动
C.理论上电路中通过4 ml e－时可生成2 ml HCOO－
D.阳极区和阴极区溶液的pH均减小
解析 电极a处C6H12O6在碱性条件下被氧化生成HCOO－，电极a为阳极，光催化电极a上产生空穴，则电极a的电极反应为C6H12O6＋12h＋＋18OH－6HCOO－＋12H2O，A项正确；电极b为电解池的阴极，作为阳离子的H＋移向电解池阴极，B项正确；电解时，阴、阳极均生成HCOO－，阴极反应为CO2＋2e－＋H＋HCOO－，故理论上电路中通过4 ml电子，可生成4 ml HCOO－，C项错误；阳极区反应消耗OH－，溶液pH减小，由阴极反应式可知，阴极生成1 ml HCOO－，转移2 ml e－，消耗1 ml H＋，同时有2 ml H＋移向阴极，故阴极区H＋增多，溶液pH减小，D项正确。
9.[低压电解水][2023石家庄质检]我国科学家研究发现，在MnO2/Mn2＋氧化还原介质的辅助下，可将电解水分离为制氢和制氧两个独立的过程，从而实现低电压下电解水，其电化学原理如图所示。下列说法错误的是（ B ）
A.a、c为电源的负极
B.K向左端闭合时，N电极发生的反应为MnO2＋2e－＋4H＋Mn2＋＋2H2O
C.产生等物质的量的H2和O2时，N电极质量减小
D.K向右端闭合时，电解过程中NaOH的物质的量不变
解析 K向左端闭合时，M极上H＋得电子生成H2，发生还原反应，则M极为阴极，a为负极，b为正极；K向右端闭合时，L极上OH－失电子生成O2，发生氧化反应，则L极为阳极，d为正极，c为负极，A项正确。K向左端闭合时，N电极为阳极，Mn2＋失去电子生成MnO2，电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2OMnO2＋4H＋，B项错误。产生1 ml氢气转移电子2 ml，N电极生成1 ml MnO2，产生1 ml O2，转移4 ml电子，N电极发生反应：MnO2＋2e－＋4H＋Mn2＋＋2H2O，消耗2 ml MnO2，故产生等物质的量的H2和O2时，N电极质量减小，C项正确；K向右端闭合时，氢氧根离子放电生成氧气，氢氧根离子由双极膜中水电离产生，NaOH的物质的量不变，D项正确。
10.[双极膜组][2023沈阳联考]目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水，同时获得副产品A和B。其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜，在直流电作用下，双极阴阳膜（BP）复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子源。下列说法正确的是（ D ）
A.X电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑
B.M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，BP膜的作用是选择性通过Cl－和Na＋
C.每生成5.6 L气体a，理论上获得副产品A和B各 1 ml
D.“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液（MX）制备相应的酸（HX）和碱（MOH）
解析
由以上分析知，A项错误；BP膜的作用是选择性通过H＋和OH－，B项错误；没有指明在标准状况下，无法进行计算，C项错误；“双极膜组”电渗析法由NaCl溶液获得了酸（HCl）和碱（NaOH），由此推知，也可由MX 溶液制备相应的酸（HX）和碱（MOH），D项正确。