高考化学精准培优专练二十二 电解池的串联问题（含解析）

这是一份高考化学精准培优专练二十二 电解池的串联问题（含解析），共9页。试卷主要包含了某同学按下图所示的装置进行实验等内容，欢迎下载使用。

典例1．某同学按下图所示的装置进行实验。A、B为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当K闭合时，SOeq \\al(2−,4)从右向左通过交换膜移向A极。下列分析正确的是（ ）
A．溶液中c(A2+)减小
B．B极的电极反应：B－2e－===B2+
C．Y电极上有H2产生，发生还原反应
D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀
【答案】D
【解析】根据SOeq \\al(2−,4)从右向左通过交换膜移向A极，则A极为负极，故A极的电极反应为A－2e−===A2+，溶液中c(A2+)增大，A错误；B极为正极，发生还原反应，B错误；Y电极为阳极，为Cl−放电，发生氧化反应：2Cl－－2e−===Cl2↑，有Cl2产生，C错误；右边U形管中最初为电解AlCl3溶液，X电极为H+放电，c(H+)减小，c(OH−)增大，且Al3+移向X极，因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀，D正确。
典例2．如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，请回答下列问题：
（1）a为电源的 (填“正”或“负”)极，C池是 池。A池阳极的电极反应为 ，C池阴极的电极反应为 。
（2）如果B池中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2+的物质的量浓度为 。
（3）如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电后，溶液的pH为 。
【答案】（1）负 电解 2Cl−−2e−=Cl2↑ Ag++e−=Ag
（2）0.025 ml·L−1
（3）13
【解析】根据已知条件通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，说明电极5作阴极，银离子放电，电极反应为Ag++e−=Ag，转移电子的物质的量为0.02 ml，同时可知电极6作阳极，与电源的正极相连。同时可得a是负极，b是正极，电极1、3、5作阴极，电极2、4、6作阳极。由此可得（1）中答案。（2）B池中电解总反应2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu+O2↑+2H2SO4，若转移0.02ml电子时只收集到O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4~O2~4e−可得n(O2)= 0.005ml，体积为112 mL(标准状况)<224 mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗CuSO4 x ml，H2O y ml，则有2x+2y=0.02，x+y=0.01，解得x=y= 0.005ml，则c(CuSO4)=0.025 ml·L−1。（3）由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH+H2↑+Cl2↑，根据关系式NaOH~e−，生成的n(NaOH)= 0.02ml，则c(NaOH) ==0.1ml·L−1，即溶液的pH=13。
二．对点增分集训
1．烧杯A中盛放0.1ml·L－1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放0.1ml·L－1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，组成的装置如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．A为原电池，B为电解池
B．A为电解池，B为原电池
C．当A烧杯中产生0.1ml气体时，B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1ml
D．经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大
【答案】B
【解析】构成A装置的是活泼性不同的两电极，两电极均浸在电解质溶液中，两极形成了闭合回路，所以A装置为原电池装置，且A装置为B装置提供电能。A装置中的电极反应式：正极：2H++2e－==H2↑，负极：Fe－2e－===Fe2+。B装置中的电极反应式：阴极：Cu2++2e－==Cu，阳极：2Cl－－2e－==Cl2↑。装置B是电解氯化铜溶液，铜离子浓度减小，水解程度减小，溶液的pH增大。
2．图甲是利用一种微生物将废水中尿素的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置在图乙中的铁上镀铜。下列说法中不正确的是（ ）
A．铜电极应与电极相连接
B．通过质子交换膜由左向右移动
C．当电极消耗气体时，则铁电极增重
D．电极的电极反应式为
【答案】C
【解析】根据题给信息知，甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池，M是负极，N是正极，电解质溶液为酸性溶液，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应；在铁上镀铜，则铁为阴极应与负极相连，铜为阳极应与正极相连，根据得失电子守恒计算。当N电极消耗0.25ml氧气时，则转移0.25×4=1ml电子，所以铁电极增重ml×64g/ml=32g，故C错误。
3．工业上采用如图装置模拟在A池中实现铁上镀铜，在C装置中实现工业KCl制取
KOH溶液。
下列有关说法错误的是（ ）
A．a为精铜，b为铁制品可实现镀铜要求
B．c为负极，电极反应式为CH3OH+8OH－－6e－＝COeq \\al(2−,3)+6H2O
C．从e出来的气体为氧气，从f出来的气体为氢气
D．钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液
【答案】C
【解析】根据图像可知，B为原电池，氧气得电子与水反应生成氢氧根离子，d作电池的正极；c上甲醇失电子，与氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；A、C为电解池g、a为电解池的阳极，b、h为电解池的阴极；a为精铜，作电解池的阳极，失电子，b为铁制品作阴极，铜离子得电子可实现镀铜要求，A正确; c为负极，甲醇失电子与溶液中的氢氧根离子反应生成碳酸根离子，电极反应式为CH3OH+8OH－－6e－＝COeq \\al(2−,3)+6H2O，B正确；KCl，e处为阳极，氯离子失电子出来的气体为氯气，从f出来的气体为氢气，C错误；电解槽左侧为阳极室，钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液，D正确。
4．利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．电极b反应式是O2+4e−+2H2O=4OH−
B．电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变
C．c电极上的电极反应式为N2O4-2e−+H2O=N2O5+2H+
D．甲中每消耗1ml SO2，乙装置中有1ml H+通过隔膜
【答案】B
【解析】甲装置为原电池，其中a电极为负极、b电极为正极，左侧加入了硫酸，其中的H+可透过质子膜而进入右侧极室，所以右侧极室是酸性的，所以电极反应中不能生成OH−，而应生成水：O2+4e−+4H+=2H2O，A项错误；乙装置是一个电解池，均采用了惰性电极，左侧为阳极，右侧d电极为阴极，其中盛放了硝酸溶液，发生的反应为：2H++2e−=H2↑，虽然消耗了H+，但同时有等量的H+从阳极区迁移过来，故溶液的pH不变，B项正确；c电极为阳极，发生氧化反应：N2O4-2e−+2HNO3=2N2O5+2H+，C项错误；依据电子转移数相同可知，甲装置的左侧的电极反应式：SO2-2e−+2H2O=4H++SOeq \\al(2−,4)，可知消耗1ml SO2电子转移数为2ml，乙装置中阳极N2O4-2e−+2HNO3=2N2O5+2H+，阴极反应为2H++2e−=H2↑，为了平衡电荷，则有2ml H+通过隔膜，D项错误。
5．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是（ ）
A. 电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B. 电极Ⅰ发生还原反应
C. 电极Ⅱ逐渐溶解
D. 电极Ⅲ的电极反应：Cu2++2e−=Cu
【答案】A
【解析】烧杯I和II共同组成了一个原电池，I为负极，II为正极，所以第三个烧杯为电解池，III为电解池的阳极，Cu电极放电，IV为电解池的阴极，铜离子放电。电流由原电池的正极经用电器流向原电池的负极，所以电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ，A正确；电极I是原电池的负极，应该发生氧化反应，B错误；铜离子在电极II上得电子，不断生成铜单质附着在电极表面，电极不会溶解，C错误；电极III为电解池的阳极，Cu电极放电，电极反应为Cu-2e−=Cu2+，D错误。
6．某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置示
意图如下。下列叙述正确的是（ ）
A. Y的电极反应为：Pb-2e−+SOeq \\al(2−,4)=PbSO4
B. 电解池内仅发生反应：2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2↑
C. 若电解池阴极上有0.5ml H2生成，则铅蓄电池中消耗H2SO4为98g
D.用电絮凝法净化过的水，pH显著升高
【答案】C
【解析】左端装置为电池，右端装置为电解池，根据电解池的装置图，铁电极上H2O转化成H2和OH－，铁电极为阴极，即Al电极为阳极，X为负极，Y为正极。根据上述分析，Y电极为正极，电极反应式为PbO2+SOeq \\al(2−,4)+H++2e−=PbSO4+H2O，故A错误；根据电解池装置，Al电极上除有Al3+生成外，还含有O2的生成，故B错误；阴极上有0.5ml H2产生，铅蓄电池的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，即有H2～2e−～2H2SO4，即铅蓄电池中消耗硫酸的质量为0.5ml×2×98g/ml=98g，故C正确；电解池内部发生的反应是2Al+6H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2Al(OH)3↓+3H2↑，2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2H2↑+O2↑，净化过的水，pH基本保持不变，故D错误。
7．如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题，其中乙装置中X为阳离子交换膜。
请按要求回答相关问题：
（1）甲烷燃料电池负极电极反应式是：____________________________________。
（2）石墨电极(C)的电极反应式为______________。
（3）若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体体积为____ L。
（4）铜丝a处在开始一段时间的现象为______________；原因是__________________
_____________。
【答案】（1）CH4－8e－+10OH－== COeq \\al(2−,3)+7H2O
（2）2Cl－－2e－==Cl2↑
（3）4.48
（4）溶液变红 由于2H++2e－===H2↑，水的电离平衡正向移动，使溶液显碱性，酚酞遇碱变红
【解析】（1）碱性条件下，甲烷燃料电池总反应为CH4+2O2+2OH－==COeq \\al(2−,3)+3H2O，正极反应式为O2+4e－+2H2O===4OH－，所以负极反应式为CH4－8e－+10OH－== COeq \\al(2−,3)+7H2O。
（2）石墨电极(C)为电解池阳极，电极反应式为2Cl－－2e－==Cl2↑。（3）乙装置中铁电极为阴极，电极反应为2H++2e－== H2↑。若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，转移电子0.4 ml，则乙装置中铁电极上生成0.2 ml H2，体积为4.48 L。（4）铜丝a为电解池阴极，电极反应为2H++2e－== H2↑，开始一段时间后，水的电离平衡正向移动，使溶液显碱性，酚酞遇碱变红。
8．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
如图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯中依次盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。请回答下列问题：
（1）M为直流电源的____极，b电极上发生的电极反应为______________________。
（2）计算e电极上生成的气体在标准状况下的体积为________________。
（3）写出乙烧杯中的总反应方程式：_____________________________________。
【答案】（1）负 4OH－－4e－===2H2O+O2↑
（2）5.6 L
（3）2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu+O2↑+2H2SO4。
【解析】测得乙中c电极质量增加了16g，由表可知乙中含有Cu2+，结合离子的共存可知，B为CuSO4，丙中pH不变，则C为硫酸钠或硫酸钾，甲中pH增大，则A为KOH或NaOH；（1）c电极析出Cu，由铜离子在阴极得电子生成Cu可知c为阴极，则M为负极，N为正极；b与正极相连，则b为阳极，所以b电极上是氢氧根离子失电子生成氧气，其电极反应式为：4OH−-4e−=2H2O+O2↑；正确答案：负；4OH−-4e−=2H2O+O2↑。（2）e与电源负极相连为阴极，则e电极上是氢离子得电子生成氢气，已知n（Cu）=16g64g/ml=0.25ml，由Cu～2e-～H2↑可知生成标况下氢气的体积为0.25ml×22.4L/ml=5.6L；正确答案：5.6L。（3）乙烧杯中为惰性电极电解硫酸铜溶液，总反应为2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu+O2↑+2H2SO4；正确答案：2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu+O2↑+2H2SO4。
9．如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。试完成以下问题：
(1)电源A极的名称是________。
(2)甲装置中电解反应的总化学方程式是____________。
(3)如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是________。
(4)欲用丙装置给铜镀银，G应该是________(填“铜”或“银”)，电镀液的主要成分是________(填化学式) 。
(5)装置丁的现象是________，说明________。
【答案】（1）正极
（2）2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu+O2↑+2H2SO4
（3）1∶1
（4）Ag AgNO3
（5）Y极附近红褐色变深 氢氧化铁胶粒带正电
【解析】F极附近呈现红色，说明F极附近生成了OH−，电解饱和食盐水的方程式：2NaCl+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH+Cl2↑+H2↑，放氢生碱，阴极生成碱。F、D、H、Y为阴极，C、E、G、X为阳极，A为正极，B为负极。(1)F极附近生成了OH−，为阴极，则B为负极，A为正极，答案为正极；(2)甲装置中为CuSO4溶液，Cu2+在阴极得到电子，OH－在阳极失去电子，根据得失电子守恒可以写出电解方程式，答案为2CuSO4+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu+2H2SO4+O2↑；
(3)电解饱和食盐水的方程式：2NaCl+2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH+Cl2↑+H2↑，相同情况下，气体体积之比等于物质的量之比，答案为1∶1；(4)铜上镀银，铜作阴极，银作阳极，G是阳极，G为银，电镀液为镀层金属的溶液，为硝酸银。答案为Ag；AgNO3；(5)氢氧化铁胶粒带正电荷，在外加电场的作用下，向阴极移动，所以现象是阴极附近红褐色会加深。答案为Y极附近红褐色变深；氢氧化铁胶粒带正电。阳离子
Na+、K+、Cu2+
阴离子
SOeq \\al(2−,4)、OH－