4.2.2电解池的应用 课时作业（含答案）

4.2.2电解池的应用 课时作业
一、单选题
1．下列表示方法正确的是（ ）
A．钠离子的电子式：
B．丙氨酸的结构简式：CH3CH（NH2）COOH
C．Na2CO3第一步水解的离子方程式：CO32- + 2H2O = HCO3- + H3O+
D．电解精炼铜装置阳极的电极反应式：Cu2+ + 2e- =Cu
2．利用微生物电化学处理有机废水，同时可淡化海水并获得酸碱。现以NaCl溶液模拟海水、采用惰性电极，用如下图所示的装置处理有机废水(以含有机酸溶液为例)，在直流电场作用下，双极膜间的水解离成和。下列说法正确的是
A．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜
B．产品室生成的物质为盐酸
C．当阴极产生22.4L气体时，理论上可除去模拟海水中11.7g NaCl
D．阳极反应式为：
3．研究者利用电化学法在铜催化剂表面催化还原CO制备乙烯，同时得到副产物乙醇，反应机理如下图。
下列说法不正确的是
A．x为
B．步骤①中有生成
C．该电极上生成乙烯的总反应式为
D．可通过增强催化剂的选择性来减少副反应的发生
4．下列化工生产过程中，未涉及氧化还原反应的是
A．海带提碘 B．氯碱工业 C．海水提溴 D．侯氏制碱
5．根据如图回答，下列说法不正确的是
A．此装置用于铁表面镀铜时，a为铁
B．此装置用于电镀铜时，硫酸铜溶液的浓度不变
C．燃料电池中正极反应为1/2O2＋2e－＋2H＋===H2O
D．若用该装置进行粗铜的精炼，当有1 mol水生成时，可得到64 g精铜
6．NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是
A．将1mol C12通入足量水中，HClO、C1-、C1O-粒子数之和小于2NA
B．100mL12mol·L-1的浓硝酸与过量Cu反应，转移的电子数大于0.6NA
C．常温下，1L0.5mol·L-1CH3COONH4溶液的pH=7，溶液中的NH数小于0.5NA
D．在铁上镀锌，当电路中通过的电子数为2NA时，电解质溶液质量减轻65g
7．设表示阿伏加德罗常数的值，下列有关说法正确的是
A．64 g 与足量的充分反应后可得到个分子
B．1.0 L含1.0 mol 的水溶液中含有的氧原子数为
C．电解饱和食盐水，当阴极产生l.12 L氢气时，转移的电子数为
D．常温下，2 L 的溶液与1 L 的b溶液所含数目不同
8．化学与生产、生活、科技等密切相关，下列说法不正确的是（ ）
A．加大清洁能源的开发利用，提高资源的利用率
B．研究使用高效催化剂，可提高反应中原料的转化率
C．氯碱工业中，采用阳离子交换膜可以提高烧碱的纯度
D．用代替氯气处理饮用水，可以杀菌消毒，还能沉降水中悬浮物
9．无膜氯液流电池是一种先进的低成本高储能电池，可广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等，工作原理如图所示，M为多孔碳电极，N为和电极。下列说法正确的是
A．放电时，M极电势低于N极
B．充电时，左侧储液器中的浓度减小
C．充电时，电路中每转移，两电极质量变化的差值为23g
D．放电时，N极的电极反应式为
10．要在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是
A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液含有锌离子
B．铂作阴极，铁制品作阳极，溶液含有锌离子
C．铁作阳极，铁制品作阴极，溶液含有亚铁离子
D．锌用阴极，铁制品作阳极，溶液含有锌离子
11．下列有关工业生产的叙述正确的是（ ）
A．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率
B．硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量
C．电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室
D．传统的硅酸盐工业为人类提供了大量的建筑等材料
12．用 NA 表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是
A．1 L 0.1 mol·Lˉ1硫酸钠溶液中含有的氧原子数为0.4 NA
B．电解精炼铜时，若阴极得到电子数为 2 NA 个，则阳极质量减少 64g
C．标况下2.24LSO2与足量氧气在催化剂作用下充分反应，转移的电子数为0.2 NA
D．由少量CH3COOH和2molCH3COONa形成的中性溶液中CH3COO－的数目为2 NA
13．用电解法处理酸性含铬废水(主要含有时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：，最后以形式除去。下列说法正确的是
A．电解过程中废水的pH会减小
B．电解时H+在阴极得电子生成H2
C．电解后除沉淀外，还有沉淀生成
D．电路中每转移0.6 mol e-，最多有0.1 mol被还原
14．水产养殖户常用电解法净化鱼池中的水，其工作原理如下图所示。下列说法中正确的是
A．X极是电源的负极，发生氧化反应
B．工作过程中阴极区溶液的pH逐渐减小
C．I极上的电极反应式：C6H12O6－24e－+6H2O===6CO2↑+24H+
D．当电路中转移10mole－时，Ⅱ极上产生22.4LN2
15．环氧乙烷是一种重要的有机合成原料，科学家利用电化学合成法将烯烃转化为环氧烷烃，其反应历程如图所示。下列说法错误的是
A．阳极附近氯离子发生氧化反应
B．次氯酸和烯烃发生加成反应
C．电解过程中，OH-由阴极区向阳极区迁移
D．整个过程中，氯离子浓度不变
二、填空题
16．氯碱工业电极反应
阴：___________；
阳：___________；
总：___________；___________；
17．甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：
(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为：
①CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H1=260kJ mol﹣1
已知：②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H2=﹣566kJ mol﹣1
则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为_______________。
(2)如图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。
①b处电极上发生的电极反应式：_______________________；
②电镀结束后，装置Ⅰ中KOH溶液的浓度______________(填写“变大”、“变小”或“不变”)，装置Ⅱ中Cu电极上发生的电极反应式：______________。
③在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷_____________L(标准状况下)。
三、实验题
18．请用下图所示仪器装置设计一个包括电解饱和食盐水并测定电解时产生的氢气的体积和检验氯气的氧化性的实验装置。其中A是金属Fe，B是石墨电极。
(1)所选仪器连接时，各接口的顺序是(填各接口的代号字母)：A接______，________接______，B接________，________接________。
(2)实验时，装置中的石墨电极接电源的________极，所发生的电极反应式为_____________；铁电极接电源的________极，所发生的电极反应式为___________；
此电解总反应的离子方程式为________________________________。
(3)实验测得产生的氢气体积(已折算成标准状况)为5.60 mL，电解后溶液的体积恰好为50.0 mL，则溶液中OH—的浓度为___________。
四、有机推断题
19．【化学——选修2：化学与技术】
元素铝是在生产、生活中应用广泛的金属元素。
（1）氧化铝是一种耐高温材料，也是工业上制取铝的原料。从铝土矿（主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质）中提取氧化铝的两种工艺流程如下图所示：
① 体A的主要成分是___________（填化学式，下同），固体X的主要成分是_________。
②滤液E中溶质的主要成分是_______，写出该溶质的一种用途：_______。
③在滤液D中通入过量CO2时反应的离子方程式为_____________。
（2）工业上电解氧化铝冶炼铝时加入冰晶石（Na3AlF6）的作用是________。在电解池的工作过程中，需要不断补充阳极材料（石墨），原因是_____________。
（3）一种新型高效净水剂PAFC——聚合氯化铁铝[AlFe(OH)nCl6－n]m（n<5，m<10）可广泛应用于日常生活用水和工业污水的处理。下列有关PAFC的说法正确的是______（填序号）。
A．PAFC中铁元素显+2价
B．PAFC用于净水时，比用相同物质的量的氯化铝和氯化铁的pH改变小
C．PAFC可看作一定比例的氯化铁与氯化铝水解的中间产物
D．PAFC在强酸性或强碱性溶液中都能稳定存在
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】A. 钠离子的电子式是Na+，故A错误；
B.丙氨酸的结构简式是CH3CH(NH2)COOH，故B正确；
C. Na2CO3第一步水解的离子方程式：CO32- + H2OHCO3- + OH-，故C错误；
D. 阳极失电子发生氧化反应，电解精炼铜装置阳极的主要电极反应式：Cu - 2e- =Cu2+，故D错误；
答案选B。
2．B
【分析】由图知，阳极上失去电子生成CO2，阴极上氢离子得电子生成氢气，该电解池是利用微生物电化学处理有机废水，同时可淡化海水并获得酸碱，则氢离子通过双极膜进入产品室，氯离子通过膜b进入产品室，则膜b为阴离子交换膜，产品室生成的物质为盐酸；膜a为阳离子交换膜，钠离子从此进入阴极，得到产品氢氧化钠，据此分析作答。
【详解】A．由分析可知，膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，A项错误；
B．氢离子通过双极膜进入产品室，氯离子通过膜b进入产品室，产品室生成的物质为盐酸，B项正确；
C．阴极产生22.4L气体未说明状态，无法通过气体摩尔体积计算，C项错误；
D．阳极上失去电子生成CO2，阳极反应式为：，D项错误；
答案选B。
3．A
【详解】A．根据前后物质的结构对比，生成乙烯或乙醇均得到8个电子，所以x为，故A错误；
B．步骤①为脱去羟基的反应，且对比前后结构，有生成，故B正确；
C．该电极上生成乙烯的总反应式为，故C正确；
D．可以增强催化剂的选择想来减少副反应的发生，故D正确；
故选A。
4．D
【详解】A．海带提碘中碘离子转化为单质碘的反应中有元素发生化合价变化，化工生产过程中涉及氧化还原反应，故A不符合题意；
B．氯碱工业中发生的反应为氯化钠溶液电解生成氢氧化钠、氢气和氯气，反应中有元素发生化合价变化，化工生产过程中涉及氧化还原反应，故B不符合题意；
C．海水提溴中溴离子转化为溴的反应中有元素发生化合价变化，化工生产过程中涉及氧化还原反应，故C不符合题意；
D．侯氏制碱中生成碳酸氢钠的反应和碳酸氢钠分解生成碳酸钠的反应中都没有元素发生化合价变化，化工生产过程中不涉及氧化还原反应，故D符合题意；
故选D。
5．A
【详解】氢氧燃料电池中，通入氢气的电极一定是负极，通入氧气的电极一定是正极，故b极为阴极，a极为阳极．
A．铁表面镀铜时，金属铜必须作阳极，金属铁作阴极，所以a为金属铜，故A错误；
B．此装置用于电镀铜时，金属铜必须作阳极，电解前后硫酸铜溶液的浓度不变，故B正确；
C．氢氧燃料电池中，通入氧气的电极一定是正极，在酸性环境下，氧气放电的反应为： O2+2H++2e﹣=H2O，故C正确；
D．电解精炼铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，1mol水生成，转移2mol电子，可得到64g铜，故D正确．21世纪教育网版权所有
故选A．
6．D
【详解】A．将1mol C12通入足量水中，部分氯气和水反应，所以HClO、C1-、C1O-粒子数之和小于2NA，故A正确；
B．100mL12mol·L-1的浓硝酸与过量Cu反应，若还原产物全是NO2，转移电子数为0.6NA，若还原产物全是NO，转移的电子数为0.9NA，故B正确；
C．常温下，1L0.5mol·L-1CH3COONH4溶液的pH=7，铵根离子、醋酸根离子都水解，所以溶液中的NH数小于0.5NA，故C正确；
D．在铁上镀锌，阳极锌失电子生成锌离子、阴极锌离子得电子生成锌，电路中通过的电子数为2NA时，电解质溶液质量不变，故D错误；
选D。
7．D
【详解】A． 与的反应是可逆反应，转化率达不到100%，故A错误；
B． 溶液中的水也含有氧原子，1.0 L含1.0 mol 的水溶液中含有的氧原子数大于，故B错误；
C． 电解饱和食盐水，当阴极产生l.12 L氢气时，气体的状态不一定是标准状况，不能用标准状况下的气体摩尔体积计算物质的量，故C错误；
D． 铁离子的水解程度与浓度有关，常温下，2 L 的溶液与1 L 的溶液铁离子浓度不同，所含数目不同，故D正确；
故选D。
8．B
【详解】A．清洁能源燃烧更充分，能源的利用率更高，故A正确；
B．催化剂只能加快化学反应速率，对平衡无影响，不能提高原料的转化率，故B错误；
C．氯碱工业中，采用阳离子交换膜，可以防止阳极产生的氯气与阴极产生的氢氧化钠反应，从而提高烧碱的纯度，故C正确；
D．高铁酸钾具有强氧化性，能杀菌消毒，其还原产物为三价铁离子，水解产生氢氧化铁胶体，可吸附水中的悬浮物，故D正确；
故选：B。
9．C
【分析】该装置为二次电池，由信息可知放电时M极氯气得电子，发生还原反应，M为正极，N为负极，充电时M为阳极，N为阴极。
【详解】A．放电时，M极为正极，N极为负极，M极电势高于N极，A错误；
B．充电时，充电时， M为阳极，电极反应2Cl—-2e-=Cl2↑，左侧储液器中的浓度增大，B错误；
C．充电时， M为阳极，电极反应2Cl—-2e-=Cl2↑，N为阴极，电极反应，电路中每转移时，M电极质量不变，N电极质量增加23g，两电极质量变化的差值为23g，C正确；
D．放电时，N极为负极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为，D错误；
故答案选C。
10．A
【详解】电镀时，待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液，所以要在铁制品上镀上一定厚度的锌层，应该是锌作阳极，铁制品作阴极，溶液含有锌离子。答案选A。
11．D
【详解】A．根据升温、加压、增大浓度、使用催化剂等可加快化学反应速率，反之减慢．对于可逆反应来说，正逆反应速率的变化趋势是一样的，合成氨生产过程中将NH3液化分离，减少了生成物的浓度，所以减慢正逆反应速率，但平衡向正反应方向移动，提高了N2、H2的转化率，故A错误；
B．硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO2与O2反应放出的热量，对SO2与O2反应进行预热，SO3转化为H2SO4是在吸收塔中进行的，故B错误；
C．惰性电极电解氯化钠溶液，阳极阴离子放电，阳极电极反应为：2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑；阴极阳离子放电，阴极电极反应为：2H++2e﹣=H2↑，采用离子交换膜法，可防止阳极室产生的Cl2进入阴极室，故C错误；
D．硅酸盐工业：工业制备是以含硅元素物质为原料经加热制成的，这一制造工业叫做硅酸盐工业，如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业，这些产品为人类提供了大量的建筑等材料，故D正确；
故答案选D。
12．D
【详解】A．硫酸钠溶液中，硫酸钠、水分子都含氧原子，所以1 L 0.1 mol·L-1硫酸钠溶液中含有的氧原子数远大于0.4 NA，故A错误；
B．电解精炼铜时，阳极上是粗铜，粗铜上有其他比铜活泼的金属杂质也会放电，故阴极得到电子数为2NA时，阳极减少的质量不一定是64g，故B错误；
C．标况下2.24LSO2的物质的量为n(SO2)==0.1mol，SO2与足量氧气在催化剂作用下充分反应，即2SO2+O22SO3，该反应为可逆反应，不能进行完全，所以转移的电子数小于0.2NA，故C错误；
D．由少量CH3COOH和2molCH3COONa形成的中性溶液中，含有2mol钠离子，溶液中电荷守恒式为c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)，该溶液显中性，则c(H+)=c(OH-)，所以c(Na+)=c(CH3COO-)，由于在同一溶液中，则n(Na+)=n(CH3COO-)=2mol，混合液中CH3COO－的数目为2 NA，故D正确；
答案为D。
13．B
【详解】A．由反应式可知，处理过程中消耗H+，溶液的酸性减弱，pH会增大，故A错误；
B．电解时阴极发生还原反应，溶液中H+在阴极得电子生成H2，故B正确；
C．溶液中H+在阴极得电子减少，同时生成氢氧根离子，有沉淀生成，故C错误；
D．由电极反应式Fe-2e-=Fe2+，转移0.6 mol电子，需要0.3 mol Fe，再根据处理过程关系式得：6Fe~12e-~6Fe2+~， 0.05 mol 被还原，故D错误；
故答案为B。
14．C
【详解】A.电极I和电极X极相连,而电极I上发生氧化反应，故电极I是阳极，故X是正极，故A错误；
B.电极II是阴极，电极反应式：2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O故在工作过程中阴极区溶液的pH逐渐增大，故B错误；
C.在阳极区C6H12O6失去电子发生氧化反应，根据化合价变化，结合酸性介质，可得阳极电极反应式：C6H12O6-24e-+6H2O=6CO2↑+24H+，故C正确；
D.根据阴极反应式：2NO3-+10e-+12H+=N2↑+6H2O，可知转移10mol电子时，产生1mol氮气，在标准状况下体积为22.4L，故D错误。
故选C。
【点睛】注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存，若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。
15．D
【详解】A．阳极附近主要是氯离子失去电子，发生氧化反应，A正确；
B．次氯酸和烯烃发生加成反应，属于氧化还原反应，B正确；
C．阴极水得电子发生还原反应，生成氢气和OH ，OH 向阳极移动，C正确；
D．整个过程中氯离子开始失电子，而后又生成氯离子，原子守恒，物质的量不变，但整个过程水的量发生变化，氯离子浓度改变，D错误。
故选D。
16． 2H++2e-=H2↑ 2Cl--2e-=Cl2↑ 2Cl-＋2H2O2OH-＋H2↑＋Cl2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
【详解】氯碱工业为电解饱和氯化钠溶液，阴极氢离子得到电子生成氢气，电极反应2H++2e-=H2↑；阳极氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑；总反应的离子方程式为2Cl-＋2H2O2OH-＋H2↑＋Cl2↑；化学方程式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
17． 2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=﹣46 kJ/mol O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣ 变小 Cu-2e- =Cu2+ 1.12
【详解】(1)根据盖斯定律，由①×2+②得：2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g) △H=2△H1+△H2=-46 kJ/mol，故此处填：2CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g) △H= -46 kJ/mol；
(2)①Ⅱ中实现镀铜，则Cu作阳极、Fe作阴极，则Ⅰ中a处电极为负极、b处电极为正极，负极上通入燃料、正极上通入氧化剂氧气，正极电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-；
②根据Ⅰ中电池反应为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，KOH参加反应导致溶液中KOH浓度降低，则溶液的pH变小；由分析知，装置Ⅱ中Cu作阳极，Cu自身放电，对应电极反应为Cu-2e- = Cu2+；
③串联电路中转移电子处处相等，由装置Ⅱ中阴极反应：Cu2++2e-=Cu，知电路中转移电子，由燃料电池负极反应：CH4-8e-+10OH- =+7H2O，得n(CH4)=，则V(CH4)=0.05 mol×22.4 L/mol=1.12 L。
18． G F H D E C 正 2Cl－－2e－=Cl2↑ 负 2H＋＋2e－=H2↑ 2Cl-＋2H2O2OH-＋H2↑＋Cl2↑ c(OH－)＝0.01 mol·L—1
【详解】（1）根据实验目的以及电解原理，氢气应在阴极上产生，即A端产生，因此A→G→F→H，通过排水法测出氢气的体积，根据提示，检验Cl2应用淀粉碘化钾溶液进行检验，如果淀粉变蓝，说明产生氯气，根据电解原理，氯气应在阳极上产生，B→D→E，氯气有毒必须尾气处理，用碱液进行处理，因此E→C；
（2）实验时，若铁连接正极则铁失电子，故铁连接负极作为阴极，装置中的石墨电极接电源的正极，所发生的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑；铁电极接电源的负极，所发生的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑；此电解总反应的离子方程式为2Cl-＋2H2O2OH-＋H2↑＋Cl2↑；
（3）电解饱和食盐水：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据化学反应方程式推出：n(NaOH)=2n(H2)=mol=5×10－4mol，则氢氧化钠的浓度为：c(NaOH)=mol·L－1=0.01mol·L－1。
19． SiO2 Fe2O3、MgO NaHCO3 制纯碱（或作发酵粉等合理答案） +CO2+2H2O=Al(OH)3↓+ 作助熔剂（或降低氧化铝的熔点） 电解时生成的O2在高温时会和石墨电极发生反应 BC
【详解】试题分析：（1）①铝土矿含有的成分中SiO2不与盐酸反应，所以固体A的主要成分是SiO2；Fe2O3、MgO不与NaOH溶液反应，所以固体X的主要成分是Fe2O3、MgO。②滤液D中主要含有NaAlO2，向其中通入过量CO2后，反应生成Al(OH)3和NaHCO3，Al(OH)3难溶于水，NaHCO3溶于水，所以滤液E中溶质的主要成分是NaHCO3，其可用来制纯碱或作发酵粉；③NaAlO2溶液通入过量CO2的离子方程式为+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+；
（2）氧化铝的熔点很高，电解时加入冰晶石的作用是作助熔剂，降低氧化铝的熔点。电解时生成的O2在高温时会和石墨电极发生反应，消耗石墨电极，故石墨电极需要不断补充。
（3）A．根据化合物中元素正负化合价代数和等于0，PAFC中铁元素显+3价，错误。氯化铝和氯化铁都能水解，溶液显酸性，PAFC是碱式盐，Fe3+、Al3+水解产生的H+可被溶液中的OH 中和，对水的pH改变小，正确。C．PAFC可看作一定比例的氯化铁和氯化铝水解的中间产物，正确。D．PAFC既能与H+反应，又能与OH 反应，在强酸或强碱性溶液中都不能稳定存在，错误。
考点：考查物质制备工艺流程的知识。
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