备战2025年高考二轮复习化学（山东版）选择题热点练9 电解原理及创新应用（Word版附解析）

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学生用书P267
(选择题每小题4分)
1.(双选)(2024·山东青岛二模)甲酸钠又称蚁酸钠,是一种重要的化工原料。以甘油和NaOH溶液为原料,通过电解的方法可以制得甲酸钠,工作原理如图。下列说法错误的是( )
A.X含甘油,Y含NaOH
B.当收集到4 ml Z气体时可制得产品102 g
C.石墨电极反应为C3H8O3-8e-+11OH-3HCOO-+8H2O
D.以廉价的NaCl代替NaOH可以达到相同的电解效果
答案:BD
解析:C3H8O3失去电子变为HCOO-,电极反应式为C3H8O3-8e-+11OH-3HCOO-+8H2O,阴极电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,铜电极上有Z生成,即Z为H2,铜电极为阴极。石墨电极为阳极,即X含甘油,Y含NaOH,故A正确;当收集到4 ml Z气体时,转移电子数为8 ml,生成产品3 ml,质量为3 ml×68 g·ml-1=204 g,故B错误;石墨电极为阳极,C3H8O3失去电子变为HCOO-,C正确;NaCl代替NaOH,Cl-通过阴离子交换膜,可能在石墨电极上放电,无法达到相同的电解效果,故D错误。
2.(2024·安徽安庆二模)电催化氮还原反应法(NRR)是以水和氮气为原料,在常温常压下通过电化学方法催化合成氨气,其工作电极材料是由六亚甲基四胺(HMTA)与三氯化钒合成的二维钒基复合纳米材料(简称V-HMTA),其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.石墨电极与外接电源正极相连
B.工作电极V-HMTA具有较高的表面积,能提高单位时间内氨气的产率
C.电路中通过0.06 ml电子时,两极共有0.035 ml气体逸出
D.隔膜为质子交换膜
答案:D
解析:由题意可知该原理是用电解法将氮气合成氨气,故左侧工作电极为阴极,电极反应式为N2+6e-+6H2O2NH3+6OH-,右侧石墨电极为阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O。由分析可知工作电极为阴极,石墨电极为阳极,则石墨电极与外接电源正极相连,A正确;工作电极V-HMTA具有较高的表面积,能吸附氮气,加快反应速率,从而提高单位时间内氨气的产率,B正确;阴极电极反应式为N2+6e-+6H2O2NH3+6OH-,阳极电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,电路中通过0.06 ml电子时,阴极产生0.02 ml气体,阳极产生0.015 ml气体,两极共产生0.035 ml气体,C正确;结合电极反应式可知隔膜为允许氢氧根离子通过的阴离子交换膜,D错误。
3.(2024·山东邹城二模)一种原位电化学沉淀技术制备纳米碳酸钙的方法是:向Ca(OH)2过饱和溶液中通入CO2。实验室模拟该方法制备纳米碳酸钙的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.电流方向为电极a→外电路→电极b→电解质溶液→电极a
B.X、Y、Z对应的物质依次是块状大理石、H2、NaOH
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.理论上外电路每通过2 ml电子,则内电路有1 ml离子通过交换膜
答案:B
解析:该技术采用电解原理实现纳米碳酸钙的制备,结合图示可知左侧圆底烧瓶中制取二氧化碳,二氧化碳通入电解池左侧,用于生成碳酸钙,则电解池中右侧的钙离子应通过离子交换膜进入左侧,由此可知离子交换膜为阳离子交换膜,且电极a为阴极,电极b为阳极,电极a上反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,电极b上氯离子放电生成氯气,氯气进入溶液Z中被吸收,Z可以为NaOH。根据分析,电极a为阴极,电极b为阳极,则电流方向为电极a→外电路→电极b→电解质溶液→电极a,A正确;X如果是块状大理石,则会生成CaSO4,不利于CO2的生成,B错误;根据题意,离子交换膜应为阳离子交换膜,C正确;电路中每通过2 ml电子,则溶液中有2 ml电荷通过交换膜,由分析可知钙离子通过离子交换膜,则钙离子的物质的量为1 ml,D正确。
4.(2024·浙江温州一模)利用电化学富集海水中锂的电化学系统如图所示。该电化学系统的工作步骤如下:
①启动电源1,MnO2所在腔室的海水中的Li+进入MnO2结构而形成LixMn2O4;
②关闭电源1和海水通道,启动电源2,使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2。
下列说法不正确的是( )
A.启动电源1时,电极1为阳极,发生氧化反应
B.启动电源2时MnO2电极反应式为xLi++2MnO2+xe-LixMn2O4
C.电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度
D.启动至关闭电源1,转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2
答案:B
解析:由题意知,启动电源1,使海水中Li+进入MnO2结构形成LixMn2O4,可知二氧化锰中锰的化合价降低,为阴极,电极反应式为2MnO2+xLi++xe-LixMn2O4,电极1为阳极,连接电源正极;关闭电源1和海水通道,启动电源2,向电极2上通入空气,使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2,可知电极2为阴极,电极反应式:2H2O+O2+4e-4OH-,阳极的电极反应式:LixMn2O4-xe-2MnO2+xLi+。由分析知,腔室1中电极1连接电源1的正极,作阳极,发生氧化反应,A正确;启动电源2时MnO2作阳极,电极反应式:LixMn2O4-xe-2MnO2+xLi+,B错误;电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度,C正确;启动至关闭电源1,转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2,D正确。
5.(2024·湖南九校联盟二模)高锰酸钾是一种常用的强氧化剂,在临床医学上可以用作消毒剂,可以杀菌止痛。如图是电化学法制备高锰酸钾的装置图。下列说法正确的是( )
A.中间的离子交换膜是阴离子交换膜
B.每转移1 ml电子,Y极放出112 mL气体
C.X极的电极反应式为MnO42-+e-MnO4-
D.当有2 ml电子转移时,氧化产物与还原产物的物质的量比值为2∶1
答案:D
解析:根据装置图可知,X极由K2MnO4制备KMnO4,发生氧化反应,故电极X为阳极,则电极Y为阴极,阴极发生还原反应2H2O+2e-2OH-+H2↑,则K+向Y极移动,故离子交换膜为阳离子交换膜,A错误;气体的体积与温度和压强有关,由于未注明温度和压强条件,B错误;由A项分析可知,X为阳极,发生氧化反应,K2MnO4被氧化为KMnO4,电极反应式为MnO42--e-MnO4-,C错误;X极由K2MnO4生成KMnO4,每生成1 ml KMnO4转移1 ml电子,Y极发生还原反应2H2O+2e-2OH-+H2↑,每生成1 ml H2转移2 ml电子,故转移相等物质的量的电子时,氧化产物与还原产物的物质的量比值为2∶1,D正确。
6.(双选)(2024·山东淄博三模)一种自生酸和碱的电化学回收体系如图所示。PO表示H2PO4-等含磷微粒,HAP为Ca10(PO4)6(OH)2(M=1 004 g·ml-1)。下列说法错误的是( )
A.a、c为阴离子交换膜,b为阳离子交换膜
B.X为H2SO4,将其泵入吸收室用于吸收NH3
C.当电路中通过0.14 ml电子,阴极增重10.04 g
D.Ⅲ室可发生反应:6H2PO4-+14OH-+10Ca2+Ca10(PO4)6(OH)2↓+12H2O
答案:AC
解析:由Ⅰ室电极产生O2、Ⅲ室电极产生H2可知,左侧为阳极,右侧为阴极,Ⅰ室产生的H+进入Ⅱ室,为了保证Ⅱ室溶液电中性,脱盐室中硫酸根离子进入Ⅱ室,Ⅱ室物质X为硫酸,故a膜为阳离子交换膜,b膜为阴离子交换膜,Ⅱ室硫酸泵入吸收室用于吸收NH3,脱盐室中硫酸根离子经过b膜进入Ⅱ室,则Na+通过c膜进入Ⅲ室,c膜为阳离子交换膜。根据分析,A错误,B正确;Ⅲ室电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,转移0.14 ml电子时,共生成0.14 ml OH-,OH-除了生成羟基磷灰石,还要与铵根离子反应,根据6H2PO4-+14OH-+10Ca2+Ca10(PO4)6(OH)2↓+12H2O,当参与反应的OH-少于0.14 ml,生成的羟基磷灰石少于0.01 ml,0.01 ml羟基磷灰石质量为10.04 g,故阴极增重小于10.04 g,C错误;根据C项分析可知,D正确。
7.(2024·山东德州三模)光电催化CO2还原为含C化合物,不仅实现了CO2的高效转化和利用,并且为合成碳氢化合物提供了一种新的途径,其工作原理如下。下列分析错误的是( )
A.装置中隔膜为质子交换膜
B.该装置的能量来源是光能和电能
C.阴极产生乙烯的电极反应为2CO2+12e-+12H+C2H4+4H2O
D.每产生32 g氧气,电路中转移电子数为4NA
答案:D
解析:阳极发生氧化反应,2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极发生还原反应,CO2还原为含C化合物。根据图示可知,氢离子参与反应,故装置中隔膜为质子交换膜,A正确;根据图示可知,该装置的能量来源是光能和电能,B正确;根据电荷、原子守恒,阴极产生乙烯的电极反应为2CO2+12e-+12H+C2H4+4H2O,C正确;氧气如果只来源于阳极反应,根据2H2O-4e-O2↑+4H+,每产生32 g氧气,电路中转移电子数为4NA,但是根据图示可知,阴极也生成氧气,D错误。
8.(2024·陕西渭南质检Ⅰ)浓差电池是一种利用电解质溶液浓度差产生电势差而形成的电池,理论上当电解质溶液的浓度相等时停止放电。图1为浓差电池,图2为电渗析法制备磷酸二氢钠,用浓差电池为电源完成电渗析法制备磷酸二氢钠。下列说法错误的是( )
图1
图2
A.电极a应与Ag(Ⅰ)相连
B.电渗析装置中膜a为阳离子交换膜
C.电渗析过程中左、右室中NaOH和H2SO4的浓度均增大
D.电池从开始到停止放电,理论上可制备1.2 g NaH2PO4
答案:D
解析:浓差电池是一种利用电解质溶液浓度差产生电势差而形成的电池,由于右侧AgNO3浓度大,则Ag(Ⅰ)为负极,Ag(Ⅱ)正极;电渗析法制备磷酸二氢钠,右室中的氢离子通过膜b进入中间室,中间室中的钠离子通过膜a进入左室,则电极a为阴极,电极b为阳极。电极a应与Ag(Ⅰ)相连,A正确。中间室中的钠离子通过膜a进入左室,膜a为阳离子交换膜,B正确。阳极中的水失电子电解生成氧气和氢离子,氢离子通过膜b进入中间室,消耗水,硫酸的浓度增大;阴极水得电子电解生成氢气,中间室中的钠离子通过膜a进入左室,左室NaOH的浓度增大,C正确。电池从开始到停止放电时,浓差电池两边AgNO3浓度相等,所以正极析出0.025 ml银,电路中转移0.025 ml电子,电渗析装置生成0.012 5 ml NaH2PO4,质量为1.5 g,D错误。