新高考化学一轮复习讲义 第6章 第32讲 专项提能特训11　电解原理在工农业生产中的应用

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A．阳极室溶液由无色变成棕黄色
B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
答案 C
解析 阳极上Fe发生氧化反应，溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗H＋，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NHeq \\al(＋,4)与OH－反应生成NH3·H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有NH3·H2O，D项错误。
2．某混合物浆液中含有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，某研究小组设计了利用石墨电极电解的分离装置(如图所示)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素的溶液，并回收利用。下列说法错误的是( )
A．a极室的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．上述装置中a极室的电极可换成金属铁
C．电解后，b极室得到Na2SO4和Na2CrO4的混合液
D．若电解后b极室溶液含铬元素0.52 g，则电路中通过0.02 ml e－
答案 C
解析 通过装置图可知CrOeq \\al(－,4)要透过阴离子交换膜向b极移动，可知a为阴极，b为阳极，则a极室的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A说法正确；a极上发生还原反应，故将电极换成铁电极，Fe不会被消耗，B说法正确；电解时b极发生反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，b极产生H＋，发生反应2CrOeq \\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq \\al(2－,7)＋H2O，因此b极室还有Cr2Oeq \\al(2－,7)存在，C说法错误；0.52 g铬元素的物质的量为0.01 ml，说明有0.01 ml CrOeq \\al(2－,4)透过阴离子交换膜，则电路中通过0.02 ml电子，D说法正确。
3．Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4，下列有关说法不正确的是( )
A．右侧电极反应式：
Fe＋8OH－－6e－===FeOeq \\al(2－,4)＋4H2O
B．左侧为阳离子交换膜，当Cu电极生成1 ml气体时，有2 ml Na＋通过阳离子交换膜
C．可以将左侧流出的氢氧化钠补充到该装置中部，以保证装置连续工作
D．Na2FeO4具有强氧化性且产物为Fe3＋，因此可以利用Na2FeO4除去水中的细菌、固体颗粒以及Ca2＋等
答案 D
解析 根据图示，Cu电极为阴极，Fe电极为阳极。右侧电极为Fe电极，Fe失去电子发生氧化反应生成FeOeq \\al(2－,4)，结合原子守恒和电荷守恒可得电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeOeq \\al(2－,4)＋4H2O，A项正确；左侧为阴极室，Cu电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当Cu电极上生成1 ml气体时，同时产生2 ml OH－，此时中部有2 ml Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室平衡电荷，B项正确；根据B项分析，阴极室生成NaOH，左侧流出的NaOH溶液的浓度大于加入的NaOH溶液的浓度，即b%＞a%，可将左侧流出的NaOH补充到该装置中部，以保证装置连续工作，C项正确；Na2FeO4具有强氧化性，可利用Na2FeO4除去水中的细菌，Na2FeO4的还原产物为Fe3＋，Fe3＋水解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体可吸附固体颗粒，但二者均不能除去水中的Ca2＋，D项错误。
4．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果品的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。下列说法正确的是( )
A．a为直流电源的负极，与之相连的电极为阴极
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．“酸性水”具有强氧化性，能够杀菌
D．阴极反应式为H2O＋2e－===H2↑＋O2－
答案 C
解析 由“碱性水”可推知b为直流电源的负极，a为直流电源的正极，A项错误；右侧生成OH－，K＋穿过离子交换膜移到右侧，即该离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2＋H2OHCl＋HClO，故“酸性水”中含HClO，具有强氧化性，能杀菌，C项正确；水溶液中不可能存在O2－，D项错误。
5．城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示，但若电压等条件适宜，钢铁管道也可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是( )
A．该装置能够将电能转化为化学能
B．管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
C．如果没有外加电源，潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀
D．钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜
答案 B
解析 该装置相当于电解池，能将电能转化为化学能，A正确；左端是阳极，腐蚀得更快，B错误；如果没有外加电源，潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应，所以发生的是吸氧腐蚀，C正确；根据题意可知“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜，D正确。
6．(2020·广西南宁三中月考)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极发生的电极反应式为Ta2O5＋10e－===2Ta＋5O2—
D．常温常压下，石墨电极上生成22.4 L O2，则电路中转移的电子数为4NA
答案 C
解析 该装置是电解池，将电能转化为化学能，A错误；电解池工作时，O2－向阳极移动，则石墨电极为阳极，b极为电源的正极，a极为电源的负极，B错误；Ta2O5极为阴极，发生还原反应，电极反应式为Ta2O5＋10e－===2Ta＋5O2－，C正确；常温常压下，22.4 L O2的物质的量小于1 ml，阳极还有CO和CO2生成，转移电子数无法计算，D错误。
7．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，基本原理如下图所示。下列说法不正确的是( )
A．X是电源的负极
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＋CO2eq \(=====,\s\up7(电解))H2＋CO＋O2
D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
答案 D
解析 根据图示可知，X连接的多孔电极的产物为H2和CO，是H2O与CO2的还原产物，可判断在X连接的多孔电极上发生还原反应，此电极为阴极，由此判断X为电源的负极，A项正确；根据题意，电解质为固体金属氧化物时可以传导O2－，故在阴极上发生的反应为H2O＋2e－===H2＋O2－，CO2＋2e－===CO＋O2－，B项正确；根据电极产物及电极反应可知，该反应的总化学方程式为H2O＋CO2eq \(=====,\s\up7(电解))H2＋CO＋O2，C项正确；根据电解总反应的化学方程式可知，阴、阳两极生成的气体的物质的量之比为2∶1，D项错误。
8．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是( )
A．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C．电解时使用锂钒氧化物二次电池(V2O5＋x LiLixV2O5)作电源，电池充电时a电极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋
D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
答案 D
解析 阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，两种气体为CO2和N2，该反应在碱性环境中发生，反应的离子方程式不应出现H＋，D项错误。
9．(2020·浙江7月选考，21)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是( )
A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))R—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
答案 A
解析 由于电解液呈强碱性，电解反应不能释放出CO2气体，A错误；电解高浓度RCOONa的NaOH溶液，阳极上RCOO－发生氧化反应，得到R—R(烷烃)，B正确；阴极上H2O得电子放出H2，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C正确；根据题中电解原理，电解RCOONa和NaOH混合液可得到R—R(烷烃)，类比推理，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液，可得到CH3CH3(乙烷)、CH3CH2CH3(丙烷)和CH3CH2CH2CH3(丁烷)，D正确。
10．人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO(NH2)2]。下列有关说法正确的是( )
A．a为电源的负极
B．电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将升高
C．除去尿素的反应为CO(NH2)2＋2Cl2＋H2O===N2＋CO2＋4HCl
D．若两极共收集到气体0.6 ml，则除去的尿素为0.12 ml(忽略气体溶解，假设氯气全部参与反应)
答案 D
解析 由图可知，左室电极产物为CO2和N2，发生氧化反应，则左室电极为阳极，a为电源的正极，阳极反应式为6Cl－－6e－===3Cl2↑，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl，右室电解产物为H2，发生还原反应，则右室电极为阴极，b为电源负极，阴极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑。由上述分析可知，a为电源的正极，A项错误；根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH－、H＋的数目相等，阳极室中反应产生的H＋通过质子交换膜进入阴极室与OH－恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变，B项错误；由上述分析可知，C项错误；若两极共收集到气体0.6 ml，则n(N2)＝n(CO2)＝0.6×eq \f(1,5) ml＝
0.12 ml，由反应CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl可知，所消耗的CO(NH2)2的物质的量也为0.12 ml，D项正确。
11．按要求回答下列问题
(1)有人研究了用电化学方法把CO2转化为CH3OH，其原理如图1所示：
则图中A电极接电源________极。已知B电极为惰性电极，则在水溶液中，该极的电极反应式为___________________________________________________________________________。
(2)以连二亚硫酸盐(S2Oeq \\al(2－,4))为还原剂脱除烟气中的NO，并通过电解再生，装置如图2所示。阴极的电极反应式为_____________________________，电解槽中的隔膜为____________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(3)[2019·江苏，20(2)]电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图3。
①写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：___________________________________。
②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是____________________。
(4)甲醛超标会危害人体健康，需对甲醛进行含量检测及污染处理。某甲醛气体传感器的工作原理如图4所示，b极的电极反应式为_____________________，当电路中转移4×10－4 ml电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHO)为________mg。
答案 (1)负 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
(2)2SOeq \\al(2－,3)＋4H＋＋2e－===S2Oeq \\al(2－,4)＋2H2O 阳
(3)①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－(或CO2＋HCOeq \\al(－,3)＋2e－===HCOO－＋COeq \\al(2－,3))
②阳极产生O2，pH减小，HCOeq \\al(－,3)浓度降低；K＋部分迁移至阴极区
(4)HCHO－4e－＋H2O===CO2＋4H＋ 3
解析 (2)阴极上亚硫酸根离子得电子生成S2Oeq \\al(2－,4)，电极反应式为2SOeq \\al(2－,3)＋4H＋＋2e－===S2Oeq \\al(2－,4)＋2H2O，阳极上水失电子生成氧气和氢离子，右侧多余的氢离子通过离子交换膜进入左侧，所以电解池中的隔膜为阳离子交换膜。
(4)由图可知，甲醛气体传感器为原电池原理，b极为负极，甲醛发生氧化反应生成CO2，电极反应式为HCHO－4e－＋ H2O===CO2＋4H＋；由反应式可知，当电路中转移4×10－4 ml电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHO)为eq \f(4×10－4ml,4)×30 g·ml－1＝3×10－3g＝3 mg。
12．(1)酸性条件下，六价铬主要以Cr2Oeq \\al(2－,7)形式存在，工业上常用电解法处理含Cr2Oeq \\al(2－,7)的废水；该法用Fe作电极电解含Cr2Oeq \\al(2－,7)的酸性废水，随着电解不断进行，阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)3沉淀。
①电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？________(填“能”或“不能”)，理由是__________
________________________________________________________________________。
②电解时阳极附近溶液中Cr2Oeq \\al(2－,7)转化为Cr3＋的离子方程式为__________________________。
③若初始溶液中含有0.1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)，则生成的阳离子全部转化成沉淀的质量是________g。
(2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是____________，说明理由：______________________________。
(3)由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S，(n－1)S＋S2－===Seq \\al(2－,n)。
①写出电解时阴极的电极反应式：_____________________________。
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成__________________。
答案 (1)①不能 阳极产生的 Cu2＋不能将Cr2Oeq \\al(2－,7)还原到低价态 ②Cr2Oeq \\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O ③84.8 (2)NH3 根据总反应：8NO＋7H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))3NH4NO3＋2HNO3，电解产生了HNO3，应补充NH3 (3)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②Seq \\al(2－,n)＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑
解析 (2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知：阴极反应式为3NO＋15e－＋18H＋===3NHeq \\al(＋,4)＋3H2O，阳极反应式为5NO－15e－＋10H2O===5NOeq \\al(－,3)＋20H＋，总反应式为8NO＋7H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。(3)①电解时阴极水溶液中的H＋放电生成H2。②由题给反应可知，阳极区生成了Seq \\al(2－,n)，Seq \\al(2－,n)可以理解为(n－1)S＋S2－，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。