2021年高考化学一轮复习讲义 第6章 专项提能特训13　电解原理在工农业生产中的应用

专项提能特训13　电解原理在工农业生产中的应用1．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，此种腐蚀较慢，所以“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。2．我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站。为循环利用人体呼出的CO2并提供氧气，我国科学家设计了一种装置(如图所示)，实现“太阳能→电能→化学能”转化，总反应为2CO2===2CO＋O2，下列有关说法不正确的是(　　)A．该装置属于电解池B．X极发生氧化反应，Y极发生还原反应C．人体呼出的水蒸气参与Y极反应：CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－D．X极每产生标准状况下22.4 L气体，有2 mol的OH－从Y极移向X极答案　D解析　A项，该装置实现“太阳能—电能—化学能”转化，将电能转化为化学能的装置为电解池，正确；B项，根据图中电子的流向“X→Y”可知，X极为阳极，失电子发生氧化反应，Y为阴极，得电子，发生还原反应，正确；C项，Y为阴极，根据总反应可知，阴极为CO2得电子，生成CO，电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，正确；D项，X极为阳极，OH－放电生成氧气，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，生成1 mol O2，阳极有4 mol OH－放电，根据溶液电中性原理，X电极区阴离子减少，则会有4 mol OH－从Y极透过阴离子交换膜移向X极，使得溶液保持电中性，错误。3．(2019·山东青岛调研)再生铅行业是我国在重视环境保护和充分利用有色金属再生资源的情况下逐步发展起来的新兴产业。从废旧铅蓄电池中回收铅的工艺为：―→电解原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A．阴极区电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑B．电解过程中阳极附近pH明显增大C．Na2PbCl4浓度下降后，在阴极区加入PbO，可实现电解质溶液的再生使用D．电路中流经4 mol电子，阴极可得207 g铅答案　C解析　阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，同时阳极区的H＋移向阴极，阳极区硫酸浓度增大，pH降低，B项错误；阴极发生的反应为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－，同时H＋通过质子交换膜，阴极区形成HCl/NaCl溶液，电解后向阴极区加入PbO，可以生成PbCl，A项错误、C项正确；电路中通过4 mol电子时，阴极可得414 g铅，D项错误。4．(2020·太原质检)采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。下图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是(　　)A．Zn与电源的负极相连B．ZnC2O4在交换膜右侧生成C．电解的总反应为2CO2＋ZnZnC2O4D．通入11.2 L CO2时，转移0.5 mol电子答案　C解析　电解过程中Zn被氧化，作阳极，所以Zn与电源的正极相连，A错误；Zn2＋透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2O形成ZnC2O4，B错误；没有给出气体所处的温度和压强，D错误。5．用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是(　　)A．阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2B．b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋C．产品室中发生的反应是B(OH)3＋OH－===B(OH)D．每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g答案　D解析　由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H＋，a电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，B(OH)、H＋发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理论上每生成1 mol产品，b极生成1 mol H＋、a极生成0.5 mol H2，质量减少1 g，此时1 mol Na＋进入NaOH溶液中即增重23 g，故NaOH溶液增重22 g。6．SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是(　　)A．a极为直流电源的负极，与其相连的电极发生还原反应B．阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 molC．吸收池中发生反应的离子方程式为：2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSOD．阳极发生的反应式为SO2＋2e－＋2H2O===SO＋4H＋答案　D解析　A项，阴极发生还原反应，亚硫酸氢根离子得电子生成硫代硫酸根离子，a是直流电源的负极，正确；B项，阴极发生还原反应，电极反应式为：2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol，正确；C项，硫代硫酸根离子与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气，离子反应方程式为：2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，正确；D项，阳极发生失去电子的氧化反应，错误。7．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。下列说法中错误的是(　　)A．a极室的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B．上述装置中a电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Cr元素0.52 g，则电路中通过0.02 mol e－答案　C解析　通过装置图可知CrO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2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，因此b极室还有Cr2O存在，C说法错误；0.52 g铬元素的物质的量为0.01 mol，说明有0.01 mol CrO透过阴离子交换膜，则电路中通过0.02 mol电子，D说法正确。8．(2019·山东菏泽一模)用石墨烯锂硫电池电解制备Fe(OH)2的装置如图所示。电池放电时的反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)，电解池两极材料分别为Fe和石墨，工作一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。下列说法不正确的是(　　)A．X是铁电极，发生氧化反应B．电子流动的方向：B→Y，X→AC．正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4D．锂电极减重0.14 g时，电解池中溶液减重0.18 g答案　D解析　电解法制备Fe(OH)2，则铁作阳极，根据题给总反应可知，金属锂发生氧化反应，作电池的负极，所以Y为阴极，故X是铁电极，故A项正确；电子从原电池的负极流至电解池的阴极，然后从电解池的阳极流回到电池的正极，即电子从B电极流向Y电极，从X电极流回A电极，故B项正确；由图示可知，电极A发生了还原反应，即正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，故C项正确；锂电极减重0.14 g，则电路中转移0.02 mol电子，电解池中发生的总反应为Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑，所以转移0.02 mol电子时，电解池中溶液减少0.02 mol H2O，即减轻0.36 g，故D项错误。9．现代工业生产中常用电解氯化亚铁的方法制得氯化铁溶液以吸收有毒的H2S气体。工艺原理如图所示。下列说法中不正确的是(　　)A．H＋从电解池左槽迁移到右槽B．左槽中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑C．右槽的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑D．FeCl3溶液可以循环利用答案　B解析　由图可知，右槽产生H2，则右侧惰性电极为阴极，阳离子向阴极移动，则H＋从电解池左槽迁移到右槽，A正确；左槽惰性电极为阳极，由于还原性：Fe2＋>Cl－，则电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋，B错误；右槽惰性电极为阴极，电极产物为H2，则电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确；由图可知，左槽电解产生的FeCl3参与反应吸收H2S，同时被还原为FeCl2，再通入左槽重新电解生成FeCl3，故FeCl3溶液可以循环利用，D正确。10．某工厂采用电解法处理含铬废水，利用耐酸电解槽阴阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意如图，下列说法不正确的是(　　)A．a为电源正极B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2OC．若不考虑气体的溶解，当收集到H2 13.44 L(标准状况)时，有0.2 mol Cr2O被还原D．阴极区附近溶液pH增大答案　C解析　由图可知，右侧生成氢气，发生还原反应，右侧铁板为阴极，故左侧铁板为阳极，故a为电源正极，A项正确；左侧铁板为阳极，铁放电生成亚铁离子，亚铁离子被溶液中的Cr2O氧化，反应生成Cr3＋、Fe3＋，反应的离子方程式为：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，B项正确；13.44 L氢气的物质的量为＝0.6 mol，根据电子转移守恒n(Fe2＋)＝＝0.6 mol，根据Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O可知，被还原的Cr2O的物质的量为0.6 mol×＝0.1 mol，C项错误；阴极氢离子放电生成氢气，氢离子浓度降低，溶液的pH增大，D项正确。11．电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如图所示(图中“HA”表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。(1)阳极的电极反应式为_____________________________________________________。(2)简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：__________________________________________________________________________________________________________________。(3)电解过程中，采取一定的措施可控制阴极室的pH为6～8，此时进入浓缩室的OH－可忽略不计。400 mL 10 g·L－1乳酸溶液通电一段时间后，浓度增至145 g·L－1(溶液体积变化忽略不计)，则阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为________L(乳酸的摩尔质量为90 g·mol－1)。答案　(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(2)阳极上OH－放电，c(H＋)增大，H＋从阳极室通过阳离子交换膜进入浓缩室，同时A－通过阴离子交换膜从阴极室进入浓缩室，发生反应H＋＋A－HA，乳酸浓度增大　(3)6.7212．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，该极的电极反应为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)以连二亚硫酸盐(S2O)为还原剂脱除烟气中的NO，并通过电解再生，装置如图2。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)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3所示，b极的电极反应式为________________________________________________________________________________________________________________，当电路中转移4×10－4 mol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)2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋2H2O　阳(3)HCHO－4e－＋H2O===CO2＋4H＋　3解析　(2)阴极上亚硫酸根离子得电子生成S2O，电极反应式为2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋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，所以交换膜为阳离子交换膜。(3)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 mol电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHO)为×30 g·mol－1＝3×10－3g＝3 mg。