选择性必修1 4.2 电解池 同步练习题(含解析)

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选择性必修1 第四章 第二节 电解池 同步练习题
一、选择题（每小题只有一个正确选项，每小题4分，共40分）
1． 下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是(　　)
A．一种将电能转变成化学能的装置
B．电解池中阳极与直流电源的正极相连
C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应
D．与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应
2． 载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－。下列判断错误的是(　　)
A．上述电化学装置相当于电解池
B．上述装置进行的总反应式为2CO2===2CO＋O2
C．反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强
D．失电子的电极发生的反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
3． 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
4． 1807年化学家戴维电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH(熔融)O2↑＋4Na↑＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：3Fe＋4NaOH===Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是(　　)
A．戴维法制钠，阳极的电极反应式为Na＋＋e－===Na↑
B．盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的金属性比钠的强
C．若用戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，两方法转移的电子总数相等
D．还可以用电解熔融氯化钠法制钠
5． 在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是(　　)
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl溶液从a处进，NaOH溶液从d处出
D．OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量
6． 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∶2
B．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
7． 锂离子电池充、放电电池总反应：LixC6＋Li1－xCoO2LiCoO2＋C6，该电池充、放电的工作示意图如图。下列有关说法不正确的是(　　)
A．该电池具有很高的比能量
B．负极的反应式：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
C．放电时，Li＋从石墨晶体中脱出回到正极氧化物晶格中
D．充电时，若转移1 mol e－，石墨电极将增重7x g
8． 微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)
A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
9． 科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．电极a为电池的负极
B．电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．电路中每通过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2S
D．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区
10．某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2O催化还原，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．电池工作过程中电子由a极流向b极
B．b极反应式：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O
C．电池工作过程中a极区附近溶液的pH增大
D．每处理1 mol Cr2O，可生成33.6 L(标况下)CO2
二、填空题（本题包括5个小题，共60分）
11．（12分）某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为_____________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为_____________________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。
(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；丙池中溶液的pH将________。
12．（12分）按如图1所示装置进行电解，A、B、C、D均为铂电极，回答下列问题。
Ⅰ.甲槽电解的是200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积，电解前后溶液的体积变化忽略不计)。
①原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为______mol·L-1，CuS的物质的量浓度为________mol·L-1。
② t2时所得溶液的pH＝ 。
Ⅱ.乙槽为200 mL CuSO4溶液。
① 当C极析出0.64 g物质时，乙槽溶液中生成的H2SO4为________mol。电解后，若使乙槽内的溶液完全复原，可向乙槽中加入________(填标号)。
A．Cu(OH)2　　　 B．CuO C．CuCO3 D．Cu2(OH)2CO3
②若通电一段时间后，向所得的乙槽溶液中加入0.2 mol的Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度，则电解过程中转移的电子数为________。
13．（12分）(1)用间接电化学法除去NO的过程，如图所示：
已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式：____________________。用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理： _______________________________________。
(2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。
①用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示)，写出阳极产生ClO2的电极反应式：_________________________。
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为________ mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：________________________________________________________________________。
14．（12分）知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。
(1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是________________(填化学式)，U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。
(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，可制备84消毒液的有效成分，则c为电源的________极；该发生器中反应的总离子反应式为_______________________________。
(3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3所示(其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过)。
①燃料电池B中的电极反应式分别为
负极：__________________________________________________________________，
正极：___________________________________________________________________。
②分析图3可知，氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为________________。
15．（12分）我国科学家最近发明了一种Zn PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：
回答下列问题：
(1)电池中，Zn为________极，B区域的电解质为________(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。
(2)电池反应的离子方程式为________________________________________________。
(3)阳离子交换膜为图中的________(填“a”或“b”)膜。
(4)此电池中，消耗6.5 g Zn，理论上可产生的容量(电量)为________毫安时(mAh)(1 mol电子的电量为 1F，F＝96 500 C·mol－1，结果保留整数)。
(5)已知E为电池电动势[电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－)]，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，E________E；ΔG________ΔG(填“>”或“<”)。
1．答案D
解析：电解池一种将电能转变成化学能的装置，发生的反应是非自发的氧化还原反应，电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。所以A、B、C都是正确的。电解池放电时，活性阳极会参加电极反应，D错误。
2．答案C
解析：该电化学装置是利用电能转化为化学能，符合电解池原理，所以上述电化学装置相当于电解池，故A正确；该电池中，阴极电极反应式为2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，得失电子相同条件下将两个电极反应式相加即得电池总反应式为2CO2===2CO＋O2，故B正确；阴极反应生成的OH－在阳极完全反应，电池总反应式为2CO2===2CO＋O2，所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性不变，故C错误；阳极上氢氧根离子失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故D正确。
3．答案D
解析：A项，根据题图可知，a极为阳极，其电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
4．答案D
解析：A项，阳极应发生氧化反应；B项，盖·吕萨克法制钠原理是根据钠的沸点较低、易从反应混合物中分离出来，从而使化学平衡正向移动；C项，根据反应方程式可知，用戴维法制取金属钠，每产生4 mol钠转移电子的物质的量是4 mol，而用盖·吕萨克法制得4 mol钠转移电子的物质的量是8 mol，因此制取等量的金属钠，转移的电子总数不相等。
5．答案 D
解析：电解池的阳极发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，所以电极A为阳极，故A项正确；在电极B上水电离的H＋放电生成H2，这一极区域c(OH－)增大，为防止阳极生成的氯气与OH－反应，所以用阳离子交换膜隔开，允许Na＋透过，饱和NaCl溶液从a处进入，NaOH溶液从d处流出，故B、C项正确；因用阳离子交换膜隔开，OH－不迁移，故D项错误。
6．答案 D
解析：由图可知，b极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H＋，a极为阴极，电解时阴极上水得电子发生还原反应生成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，在产品室中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，减少质量为1 g，NaOH溶液增加的Na＋为1 mol即23 g，故NaOH溶液增重22 g。
7. 答案　D
解析:　锂是摩尔质量最小的金属元素，因此制成的电池具有很高的比能量，A正确；从图示可知，放电时锂离子从石墨晶格中脱出，通过电解质迁移到层状正极表面后嵌入正极氧化物晶格中，C正确；充电时，石墨(C6)电极嵌入Li＋变成LixC6，电极反应式为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，则石墨电极增重的质量就是Li＋的质量，若转移1 mol e－，石墨电极将增多1 mol Li＋，即增重7 g，D错误。
8. 答案　B
解析:　隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol电子通过，则电解质溶液中有1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。
9. 答案　C
解析:　根据题意可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，负极应该有2 mol H2S反应，并且题目中没有给出气体所处的状况，所以不一定是44.8 L，故C错误；17 g H2S即0.5 mol，参与反应会转移1 mol电子，可知有1 mol H＋经质子膜进入正极区，故D正确。
10. 答案　C
解析:　由图分析知，a极CH3COOH转化为CO2和H＋，发生氧化反应，为负极，b极Cr2O和H＋转化为Cr3＋，发生还原反应，为正极。A项，电子由负极流向正极，正确；C项，由a极反应式知生成H＋，故c(H＋)增大，pH减小，错误；D项，1 mol Cr2O转化为Cr3＋得6 mol e－，CH3COOH转化为CO2每生成1 mol CO2失4 mol e－，故每处理1 mol Cr2O生成CO2的物质的量为 mol，标况下为33.6 L，正确。
11.答案　(1)原电池　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O　
(2)阳极　4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3　
(3)280　D　1.60　
(4)减小　增大
解析:　(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。(2)乙池中电解AgNO3溶液，其中C作阳极，Ag作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子数相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝××22.4 L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝××64 g＝1.60 g。(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙池中总反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲池中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。
12．答案：Ⅰ.①0.1（2分） 0.1（2分）　 ②1（2分）
Ⅱ.①0.01（2分） 　BC（2分）　 ②0.8NA（2分）
解析：Ⅰ.①A、B、C、D均为惰性电极Pt，甲槽电解NaCl和CuSO4的混合液，阳极上离子放电顺序为Cl－＞OH－＞SO42-，阴极上离子放电顺序为Cu2＋＞H＋＞Na＋，开始阶段阴极上析出Cu，阳极上产生Cl2，则题图2中曲线Ⅰ代表阴极产生气体体积的变化，曲线Ⅱ代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生的反应依次为2Cl－－2e－== Cl2↑、4OH－－4e－== 2H2O＋O2↑，由曲线Ⅱ可知，Cl－放电完全时生成224 mL Cl2，根据Cl原子守恒可知，溶液中c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1；阴极上发生的反应依次为Cu2＋＋2e－== Cu、2H＋＋2e－== H2↑，由曲线Ⅱ可知Cu2＋放电完全时，阳极上产生224 mL Cl2和112 mL O2，则电路中转移电子的物质的量为0.01 mol×2＋0.005 mol×4= 0.04 mol，据得失电子守恒可知n(Cu2＋)＝0.04 mol×＝0.02 mol，故混合液中c(CuSO4)＝＝0.1 mol·L－1。②0～t1时间内相当于电解CuCl2，电解反应式为CuCl2Cu＋Cl2↑，t1～t2时间内相当于电解CuSO4，而电解CuSO4溶液的离子反应为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，则生成H＋的物质的量为0.005 mol×4＝0.02 mol，则有c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。
Ⅱ.根据关系式：Cu～H2SO4可求出H2SO4物质的量为0.01 mol，若使乙槽内的溶液完全复原，可向乙槽中加入CuO 或CuCO3。加入0.2 mol的Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度，说明电解了0.2 mol CuSO4和0.2 mol H2O，所以转移的电子为0.8 mol。
13.答案：(1)2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O 2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
(2)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
②0.01　在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度减小，使得H2O??OH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，阴极区溶液pH增大
解析：(1)阴极发生还原反应，是亚硫酸氢根离子得电子生成S2O，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O; S2O与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气和亚硫酸氢根离子，离子反应方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO。
(2)①由题意可知，氯离子放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成氢离子，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋。②在阴极发生2H＋＋2e－===H2↑，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，即产生氢气的物质的量为0.005 mol，外电路中转移的电子数为0.01 mol，因通过阳离子交换膜的阳离子为＋1价离子，则通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2＝0.01 mol，电解时阴极H＋浓度减小，使得H2O??OH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，溶液的pH增大。
14.答案：(1)H2　右
(2)负　Cl－＋H2OClO－＋H2↑
(3)①2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　②b%>a%>c%
解析：(1)图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，所以气球a中的气体是氯气，气球b中的气体是氢气，同时阴极附近有NaOH生成，溶液呈碱性，无色酚酞遇碱变红色，所以U形管右边溶液变红色。
(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气，上边电极附近有NaOH生成，上边电极生成氢气，为阴极，则c为负极，d为正极，总反应式为Cl－＋H2OClO－＋H2↑。
(3)①B是燃料电池，右边电池中通入空气，左边原电池中通入气体Y，则Y是氢气，则电解池中左边电极是阳极，右边电极是阴极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；燃料电池中通入空气的电极是正极，通入氢气的电极是负极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，负极、正极反应式分别为2H2－4e－＋4OH－===4H2O、O2＋4e－＋2H2O===4OH－。②图3电解池中加入NaOH的目的是增大溶液导电性，通入电解池后生成氢氧化钠，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度，即a%＞c%；原电池中，正极上生成氢氧化钠，且其浓度大于加入的氢氧化钠，即b%＞a%，所以氢氧化钠的质量分数大小顺序是b%>a%>c%。
15.答案：(1)负　K2SO4　 (2)PbO2＋SO＋Zn＋2H2O===PbSO4＋Zn(OH)　
(3)a　 (4)5 361　 (5)＞　＜
解析：根据图示可知Zn为负极，PbO2为正极，电解质溶液A是KOH，B是K2SO4，C是H2SO4，a是阳离子交换膜，b是阴离子交换膜，在同一闭合回路中电子转移数目相等，结合溶液酸碱性及电极材料书写电极反应式和总反应离子方程式。(1)根据图示可知Zn电极失去电子生成Zn2＋，Zn2＋与溶液中的OH－结合形成Zn(OH)，所以Zn电极为负极；在A区域电解质为KOH，在B区域电解质为K2SO4，C区域电解质为H2SO4；PbO2电极为正极，得到电子发生还原反应。(2)负极电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正极的电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，总反应式为PbO2＋SO＋Zn＋2H2O===PbSO4＋Zn(OH)。(3)A区域是KOH溶液，OH－发生反应变为Zn(OH)，为了维持溶液电中性，多余的K＋通过交换膜进入到B区域，由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，因此a膜为阳离子交换膜。(4)6.5 g Zn的物质的量n(Zn)＝＝0.1 mol，Zn是＋2 价金属，则转移电子n(e－)＝0.2 mol，1 mol电子的电量为1F，F＝96 500 C·mol－1，转移0.2 mol电子的电量Q＝0.2 mol×96 500 C·mol－1＝19 300 C，则理论上可产生的容量(电量)为 mAh≈5 361 mAh。(5)由于Zn比Pb活动性强，正极材料都是PbO2，所以Zn PbO2电池的电池电动势比Pb PbO2电池的电池电动势大，则E＞E；不同电池的电池电动势越大，电池反应的自由能变就越小，所以ΔG＜ΔG。
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