选择性必修1 4.2 第2课时 电解原理的应用 同步练习题(含解析)

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4.2 第2课时 电解原理的应用 同步练习题
一、选择题（本题共有15小题，每小题4分，共60分，每小题只有一个正确选项）
1． 关于电解法精炼铜的下列说法正确的是(　　)
A．粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜为电解质溶液
B．纯铜作阳极，粗铜作阴极，硫酸铜为电解质溶液
C．电解结束后，溶液中Cu2＋浓度不变
D．电解结束后，溶液中Cu2＋浓度变大
2． 以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是(　　)
A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程
B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率
D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用
3． 下列图示中关于铜电极的连接错误的是(　　)
4． 用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法中错误的是(　　)
A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．电解过程中废水的pH不发生变化
C．电解过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D．电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O72-被还原
5． 采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是(　　)
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
6． 中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室科研团队以“铆合”了纳米金属Ni催化剂的SrTiO3基陶瓷为电极，以固体氧化物为电解质，通过电解CO2制备CO，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．a接电源的负极
B．陶瓷电极A的电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－
C．该电解池工作时，固体电解质中O2－向电极B移动
D．可以用Fe作电极B，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑
7． 钛被誉为第三金属，广泛用于航天航空等领域。硼化钒(VB2) 空气电池的放电反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，以该电池为电源电解制备钛的装置如图所示。
下列说法不正确的是(　　)
A．电解过程中，OH－由左侧经阴离子交换膜向右侧迁移
B．Pt极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O
C．石墨电极可能发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑、2O2－－4e－===O2↑
D．若石墨极只收集到4.48 L Cl2，则理论上可制备4.8 g Ti
8． 环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应： HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是(　　)
A．乙烯应通入阴极区
B．移出交换膜前存在反应Cl2＋H2OHCl＋HClO
C．使用Cl－ 交换膜阻止OH－ 通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小
D．制备过程的总反应为 H2C===CH2＋H2O===H2↑＋C2H4O
9． 我国科技工作者设计了一种电解装置，能将甘油(C3H8O3)和二氧化碳转化为甘油醛(C3H6O3)和合成气，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．催化电极b与电源正极相连
B．电解时催化电极a附近的pH增大
C．电解时阴离子透过交换膜向b极迁移
D．生成的甘油醛与合成气的物质的量相等
10．某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示，甲装置为甲醇 空气燃料电池，乙装置能将H2O和CO2转化为C6H12O6和O2，X、Y是特殊催化剂型电极。下列说法正确的是(　　)
A．b口通入空气，c口通入甲醇
B．甲装置中H＋向M极移动，乙装置中H＋向Y极移动
C．Y极的电极反应式为6CO2＋24H＋＋24e－===C6H12O6＋3H2O
D．理论上，每生成22.4 L(标准状况下)O2，必有4 mol电子由X极流向N极
11．SO2是大气污染物，利用电化学法处理SO2的装置如图所示(已知电极M、N均为石墨烯电极，阳膜只允许H+通过)。下列说法错误的是 (　　)
A．N极的电极反应为O2+4e-+4H+===2H2O
B．电极M的电势比电极N的低
C．一段时间后右室稀硫酸的浓度变大
D．反应过程中，氢离子从左向右移动
12．Na2FeO4是一种新型绿色水处理剂，具有强氧化性，只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。工业上可通过电解NaOH浓溶液的方法制备Na2FeO4，原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．电解过程中，应将阴极产生的气体及时排出
B．利用Na2FeO4处理废水时，既能杀菌，又能在处理废水时产生胶体净水
C．电解结束后，阴极区溶液pH变大
D．生成1 mol FeO时，有8 mol OH－通过阴离子交换膜
13．一种新型的电解废水处理技术是以活性炭为电极板和粒子凝胶颗粒填充的电解装置(如图所示)。该装置电解过程中产生的羟基自由基(·OH)氧化能力极强，能氧化苯酚生成CO2、H2O。下列说法错误的是(　　)
A．阳极电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．H＋通过离子交换膜向阴极移动
C．苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O
D．每转移0.7 mol e－两极室共产生气体体积为11.2 L(标准状况)
14．实验室以某燃料电池为电源模拟工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染的装置如图所示，电解过程中Fe电极附近有N2产生。下列说法不正确的是(　　)
A．电解过程中，装置甲中Fe电极附近溶液颜色变化为无色→浅绿色→黄色
B．b电极的电极反应式：2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
C．装置乙的中间室中的Na＋移向右室，Cl－移向左室
D．1 mol甲醇参加反应时，整个装置能产生0.6 mol N2
15．电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生金属离子，在经一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以及氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。下列说法不正确的是(　　)
A．每产生1 mol O2，整个电解池中理论上转移电子数为4NA
B．阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．若铁为阳极，则阳极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．若铁为阳极，则在处理废水的过程中阳极附近会发生：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
二、填空题（本题包括4个小题，共40分）
16．(10分)Ⅰ.如图1所示，其中甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O，回答下列问题：
(1)甲池燃料电池的负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。
(2)写出乙池中电解总反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　。
(3)甲池中消耗224 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生　　　　g沉淀，此时乙池中溶液的体积为400 mL，该溶液的pH=　　　　。
Ⅱ.某同学利用甲醇燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置如图2。若用于制漂白液，a为电池的　　　　极，电解质溶液最好用　　　　　　。若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用　　　　作电极。
17．(10分)现在工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水制取H2、Cl2、NaOH。请回答下列问题：
(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极的电极反应式为________________________。
(2)电解之前食盐水需要精制，目的是除去粗盐中含有的Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质离子，使用的试剂有：a．Na2CO3溶液 b．Ba(OH)2溶液 c．稀盐酸
其合理的加入顺序为________(填试剂序号)。
(3)如果在容积为10 L的离子交换膜电解槽中，1 min内在阳极可产生11.2 L(标准状况)Cl2，这时溶液的pH是(设体积维持不变)____________。
18．(10分)蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置，有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2，用该蓄电池电解(阴、阳极均为惰性电极)M(NO3)x溶液时，若此 蓄电池工作一段时间后消耗0.36 g水。
(1)电解时，电解池的阳极应连接________(填序号)。
A．NiO2　　　　　　　 B．Fe
C．Fe(OH)2 D．Ni(OH)2
(2)电解M(NO3)x溶液时某一极质量增加了m g，金属M的相对原子质量的计算式为________(用m、x表示)。
(3)此蓄电池电解含有0.01 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液100 mL，转移相同量的电子时，阳极产生气体________L(标准状况)，电解后溶液加水稀释至1 L，溶液的pH为________。
19．(10分)电解法处理氮氧化物废气有较高的环境效益和经济效益(图中电极均为石墨)。
(1)电解NO制备NH4NO3原理如图1所示。
①阳极为__________(填“X”或“Y”)，Y的电极反应式为__________________________________。
②为使电解产物完全转化为NH4NO3，需要补充的物质A的化学式为________。
(2)用图2装置进行模拟电解NO2气体实验，可回收硝酸。
①电解时NO2发生反应的电极反应式为___________________________________。
②若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H＋为_ _______mol。
1．答案：A
解析：电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4为电解质溶液，因粗铜中活泼金属失电子形成的阳离子如Zn2＋，会逐渐代替Cu2＋，故c(Cu2＋)将会有所减小。
2．答案：C
解析：电镀过程中Zn与电源正极相连，若给原电池充电，则Zn应接电源负极，A错误；导线中通过的电子，在阴极均被Zn2＋得到，所以通过的电子与锌析出的物质的量成正比，B错误；只要电流恒定，阴阳极得失电子的速率不变，所以电解反应速率不变，C正确；镀锌层破损后，Zn比铁活泼，Zn作负极，Fe作正极，Fe被保护，D错误。
3．答案：C
解析：A项，锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，连接正确；B项，电解精炼铜，粗铜作阳极，纯铜作阴极，连接正确；C项，电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，连接错误；D项，电解氯化铜溶液，铜作阴极，石墨作阳极，连接正确。
4．答案：B
解析：铁作阳极，反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋还原Cr2O72-，反应过程中阴极为H＋放电同时Fe2＋还原Cr2O72-也消耗H＋，c(H＋)变小，pH变大，B项错误。
5．答案：D
解析：结合题图，可知a极上产生O2，发生的反应为水被氧化生成O2的反应，即a极为阳极，b极为阴极，A项正确；电解一段时间后，溶液中H＋浓度未变，即阳极室的pH未变，B项正确；电解过程中H＋通过质子交换膜，从a极区向b极区迁移，C项正确；由阴、阳极的电极反应式，可知电解一段时间后，b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍，即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等，D项错误。
6．答案：D
解析：选项A，CO2转化为CO发生了还原反应，故陶瓷电极A为阴极，a应当与电源的负极相连，正确。选项B，阴极上的电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－，正确。选项C，该电解池工作时，固体电解质中O2－向阳极移动，电极B为阳极，所以O2－向电极B移动，正确。选项D，Fe为活泼金属，而电极B为阳极且该电极上应该生成O2，故不能用Fe作阳极，错误。
7．答案：D
解析：由硼化钒 空气电池放电总反应结合题图推知，Cu电极是正极，Pt电极是负极，故OH－由左侧经阴离子交换膜向右侧迁移，A正确；Pt电极上VB2发生氧化反应，电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，B正确；石墨电极是电解池的阳极，电解质中阴离子(Cl－、O2－)发生氧化反应，C正确；题目未指明4.48 L Cl2是否处于标准状况，不能据此计算制备Ti的质量，D错误。
8．答案：A
解析：环氧乙烷的制备原理：Cl－在阳极被氧化生成Cl2，Cl2与水发生反应Cl2＋H2OHCl＋HClO，HClO与乙烯发生加成反应生成HOCH2CH2Cl；阴极区水电离出的氢离子放电生成氢气，同时产生氢氧根，电解结束，移出交换膜，两区混合反应： HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。阳极区产生HClO，所以乙烯通入阳极区，故A错误；根据分析可知阳极氧化生成的氯气会与水发生反应Cl2＋H2O??HCl＋HClO，故B正确；根据分析可知阳极区会产生HCl，使用Cl－ 交换膜阻止OH－ 通过，HCl的浓度不断增大，pH逐渐减小，故C正确；根据分析可知该反应过程中KCl并没有被消耗，实际上是水、乙烯反应，总反应为H2C===CH2＋H2O===H2↑＋C2H4O，故D正确。
9．答案：D
解析：根据图示，催化电极b上发生还原反应：2CO2＋2e－===CO＋CO，H2O＋2e－＋CO2===H2＋CO，则电极b为阴极，与电源负极相连，A项错误；催化电极a上发生氧化反应：C3H8O3－2e－===C3H6O3＋2H＋，电极a周围c(H＋)增大，pH减小，B项错误；电极a为阳极，电极b为阴极，电解时阴离子透过离子交换膜向阳极a极迁移，C项错误；由阳极反应，生成1 mol甘油醛转移2 mol电子，由阴极反应，生成1 mol 合成气转移2 mol电子，根据电解时各电极上转移电子数相同，则阳极生成的甘油醛与阴极生成的合成气的物质的量相等，D项正确。
10．答案：D
解析：根据乙装置Y极上CO2发生反应生成C6H12O6可知，Y极是阴极，故甲装置中M极是负极、N极是正极，c口通入空气，b口通入甲醇，A错误；M极是负极，N极是正极，在原电池中H＋向正极移动，故B错误；乙装置中CO2在Y极上转化为C6H12O6，因此Y极的电极反应式为6CO2＋24H＋＋24e－===C6H12O6＋6H2O，C错误；N极是正极，电子由X极流入N极，D正确。
11．答案：C
解析：N为正极，发生还原反应，电极反应为O2+4e-+4H+===2H2O，A正确；M为负极，N为正极，则电极M的电势比电极N的低，B正确；N为正极，电极反应为O2+4e-+4H+ ===2H2O，消耗H+，生成H2O，则右室稀硫酸的浓度减小，C错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，即氢离子从左向右移动，D正确。
12．答案：D
解析：A项，由题图可知，镍电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，氢气具有还原性，根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原，所以电解过程中，应将阴极产生的气体及时排出，防止生成的Na2FeO4与H2反应使产率降低，正确；B项，Na2FeO4处理废水时，Na2FeO4具有强氧化性，能杀菌，其还原产物Fe3＋又能在处理废水时产生胶体净水，正确；C项，电解过程中，阴极区溶液中OH－通过离子交换膜进入阳极区，但阴极区溶剂水逐渐被消耗，故电解结束后阴极区溶液的pH变大，正确；D项，铁是阳极，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，生成1 mol FeO时，外电路通过6 mol电子，有6 mol OH－通过离子交换膜，错误。
13．答案：A
解析：根据题给信息可知，阳极上产生羟基自由基，故阳极反应为H2O－e－===·OH＋H＋，A项错误；H＋通过离子交换膜向阴极移动，B项正确；苯酚被羟基自由基氧化为CO2、H2O，配平化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O，C项正确；阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，转移0.7 mol电子，阴极产生0.35 mol H2，阳极反应式为H2O－e－===·OH＋H＋，转移0.7 mol电子，生成0.7 mol·OH，由C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O可知，0.7 mol·OH参加反应，生成0.15 mol CO2，故两极室共产生0.5 mol气体，在标准状况下体积为11.2 L，D项正确。
14．答案：D
解析：根据题意，装置甲是电解池，装置乙是原电池。装置乙中b电极上NO得电子转化为N2，b极为正极，则a电极为负极，进而推知装置甲中Fe电极是阳极。A项，电解过程中，装置甲中Fe电极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，然后Fe2＋和NO发生反应2NO＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋4H2O，Fe电极附近溶液颜色变化为无色→浅绿色→黄色，正确；B项，b电极为正极，正极上NO得电子生成N2，电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，正确；C项，根据原电池中离子移动方向判断，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，正确；D项，a电极的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，1 mol CH3OH参加反应时，装置乙中能产生0.6 mol N2，电路中通过电子6 mol，装置甲中能产生0.5 mol N2，整个装置共产生1.1 mol N2，错误。
15．答案：A
解析：在产生1 mol O2的同时，电极金属也溶解失去电子，故电池中理论上转移电子数应大于4NA，A错误。
16．答案：Ⅰ.(1)CH3OH-6e-+8OH-===C+6H2O (2)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑　
(3)1.16　1
Ⅱ.负　饱和食盐水　铁(Fe)
解析：Ⅰ.(1)甲醇燃料电池中，甲醇在负极发生氧化反应，在碱性环境下生成碳酸根离子，由此书写电极反应式。(2)乙池为电解池，石墨作阳极，银作阴极，电解足量CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑。(3)丙池中用惰性电极电解氯化镁溶液，总反应为MgCl2+2H2O Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑。甲池为原电池,总反应为2CH3OH+3O2+4KOH 2K2CO3+6H2O，根据串联电路转移电子数相等可知：12e-~6Mg(OH)2,12e-~3O2,消耗0.01 mol O2最终产生Mg(OH)2 0.02 mol，质量为0.02 mol×58 g/mol=1.16 g；乙池总反应为2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑，甲池转移电子为0.04 mol，根据关系式4e-~2H2SO4求出溶液中硫酸的浓度，从而求出溶液中的氢离子的浓度。
Ⅱ.用惰性电极电解饱和食盐水，阳极产生氯气,阴极产生氢气，同时生成氢氧化钠溶液，氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠和氯化钠，所以a为电池的负极，A处生成氢氧化钠溶液，B处产生氯气，直接反应得到漂白液；要制Fe(OH)2，硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极材料为铁，失电子变为亚铁离子。
17．答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ (2)bac (3)13
解析：(1)与电源正极相连的电极为阳极，Cl－放电。(2)为了除尽杂质，除杂剂要稍过量，所以要考虑后加的试剂能够将前面加入的过量试剂也除去，最后加入的物质可依靠其特性如挥发性而除去。
(3)由2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑可知：n(NaOH)＝2n(Cl2)＝2×＝1 mol，
c(OH－)＝c(NaOH)＝＝0.1 mol/L所以溶液的pH＝13。
18．答案： (1)A (2)50mx (3)0.168　2
解析：(1)电解池的阳极应连原电池的正极，故连NiO2。(2)蓄电池工作时，消耗0.36 g水，通过0.02 mol电子，由电子守恒知＝0.02，M＝50mx。(3)通过电子0.02 mol，首先产生0.005 mol Cl2，转移电子的物质的量为0.01 mol，然后发生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，产生O2为＝0.0025 mol，V气＝(0.002 5 mol＋0.005 mol)×22.4 L/mol＝0.168 L。产生n(H＋)＝0.0025 mol×4＝0.01 mol，c(H＋)＝0.01 mol/L，pH＝2。
19．答案：(1)①Y　NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋　②NH3
(2)①NO2＋H2O－e－===NO＋2H＋　②0.1
解析：(1)①通过分析装置图1可知Y极上NO转化为NO，则该电极是阳极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋。②X电极反应式为NO＋6H＋＋5e－===NH＋H2O；生成一个NH需要得到5个电子，生成一个NO需要失去3个电子，根据转移电子相等知，生成的NH浓度小于NO浓度，要使NO完全转化为NH4NO3，应该加入NH3，所以加入的A为NH3。(2)①通过分析装置图2知左室为电解池的阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，右室为电解池的阳极，NO2发生氧化反应生成硝酸，电极反应式为NO2＋H2O－e－===NO＋2H＋。②根据阴、阳两极的电极反应式知若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，转移电子0.1 mol，阴极区生成的OH－为0.1 mol，为维持电荷守恒通过阳离子交换膜的H＋为0.1 mol。
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