2026鲁科版高中化学选择性必修1基础题--第1章　第3节　第2课时 电解原理的应用（含答案）

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2026鲁科版高中化学选择性必修1
第1章　化学反应与能量转化
第3节　电能转化为化学能——电解
第2课时　电解原理的应用
基础过关练
题组一　氯碱工业
1.(2025湖南岳阳开学考试)如图是改进后的氯碱工业设计,该设计可大幅度降低能耗。下列说法错误的是 (　　)
A.用该装置制得的产品和传统氯碱工业的产品完全一样
B.电极A为阳极,发生氧化反应
C.当生成1 mol Cl2时,电极B上有11.2 L(标准状况下)O2反应
D.右室中加NaOH是为了增强溶液导电性
2.(2025山东泰安阶段练习)回答下列问题:
(1)请用下图所示仪器设计一个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。
①所选仪器在连接时,各接口的顺序是(填各接口的字母):A→　　　　;B→　　　　。
②实验时,装置中的石墨电极接电源的　　　极,电极反应式为　　　　　　　　　　　;铁电极接电源的　　　极,电极反应式为　　　　　　　　　　　　;此电解过程的总反应方程式为　　　　　　　　　　　　。
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　　　　。
(2)氯碱工业电解饱和氯化钠溶液的装置示意图如下。
①逸出的气体E是　　　　;流出的物质G是　　　　。
②该电解池中阳离子交换膜的作用是　　　　　　　　　　　　。
题组二　电解精炼与电镀
3.(教材习题改编)用银片作为阳极进行铁上镀银的实验,装置如图所示,下列有关说法不正确的是 (　　)
A.电镀时,待镀铁制品应与直流电源负极相连
B.通电后,溶液中的N移向阴极
C.镀银时,理论上阳极和阴极的质量变化相等
D.待镀铁制品增重1.08 g时,电路中通过的电子为0.01 mol
4.(2024河北石家庄月考)电解装置示意图如下所示。下列电解目的不能实现的是 (　　)
注:表中的粗铜含有锌、铁、镍、金、铂等杂质。
选项 电极材料 电解质溶液 电解目的
A a:石墨,b:石墨 稀硫酸 制取O2和H2
B a:银,b:铁 AgNO3溶液 铁上镀银
C a:粗铜,b:精铜 CuSO4溶液 电解精炼铜
D a:铜,b:石墨 KNO3稀溶液 制取少量O2和H2
题组三　电解法冶炼金属或提取金属
5.(2025山东新泰一中期中)一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.b为直流电源的负极
B.阴极反应式为2H++2e- H2↑
C.工作时,乙池中溶液的pH不变
D.若有1 mol离子通过A膜,理论上阳极生成0.25 mol气体
6.(2024安徽安庆第一中学月考)用石墨作阳极,钛网作阴极,熔融CaF2-CaO作电解质,利用如图所示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原TiO2制备金属Ti。下列叙述正确的是 (　　)
A.该电池工作过程中,O2-向阴极移动
B.将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的
C.TiO2在阴极放电
D.制备金属钛前后CaO的量不变
7.(2024山东济南期中联考)工业上电解酸性MnSO4溶液制备Mn和MnO2的工作原理如图所示,下列说法错误的是 (　　)
A.电流由钛电极经MnSO4溶液流向不锈钢电极
B.阳极反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+
C.离子交换膜为阳离子交换膜
D.当电路中有2 mol e-转移时,生成55 g Mn
8.(2025山东省实验中学月考)海水提锂是一项具有巨大应用前景的技术。某电化学海水提锂的装置如图所示:
该装置工作步骤如下:
①打开电源b,海水中的Li+嵌入MnO2电极形成LixMn2O4;②关闭电源b,打开电源a,同时向石墨电极通入空气(其中O2体积分数为20%),使LixMn2O4中的Li+脱出进入甲溶液。
下列说法错误的是 (　　)
A.步骤①中,MnO2电极应该与电源b的负极相连
B.步骤②中,MnO2电极应该与电源a的负极相连
C.步骤②中,阴极发生的电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-
D.每有1 mol Li+进入甲溶液,理论上消耗标准状况下的空气28 L
能力提升练
题组一　利用电解原理制备物质
1.(2025北京十一学校月考)利用电化学原理可将CO2电催化还原为C2H4,装置如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.玻碳电极连接电源的负极
B.若有2 mol电子通过外电路,玻碳电极上生成11.2 L O2
C.若有1 mol电子通过外电路,理论上右侧溶液质量减少9 g
D.阴极电极反应只有2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O
2.(2025福建厦门六中月考)一种利用硼砂(Na2B4O7)电解制备硼酸(H3BO3)的装置如图所示。不考虑两极区的溶液体积变化,下列有关说法正确的是 (　　)
A.每生成0.1 mol H3BO3,n极产生气体的质量为0.05 g
B.m极连接电源的负极
C.该电解池中采用的隔膜是质子交换膜
D.a>b
3.(2025福建厦门外国语学校月考)某小组欲用电解的方法获得Cu(OH)2,实验装置如图(电源装置略去)。
(1)分别以NaOH溶液和NaCl溶液为电解质溶液制备Cu(OH)2。
实 验 电解质 溶液 现象
铜电极附近 石墨电极
Ⅰ NaOH 溶液 出现浑浊,浑浊的颜色由黄色很快变为砖红色 产生无色气泡
Ⅱ NaCl 溶液 出现白色浑浊,浑浊向下扩散,一段时间后,下端部分白色沉淀变为砖红色 产生无色气泡
资料:ⅰ.CuOH是黄色、易分解的难溶固体,CuCl是白色的难溶固体,Cu2O是砖红色的难溶固体;
ⅱ.氧化反应中,增大反应物浓度或降低生成物浓度,氧化反应更易发生。
①Ⅰ和Ⅱ中Cu作
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　极(填“阳”或“阴”)。
②Ⅱ中石墨电极产生气体的电极反应式为　　　　　　　　　　。
③Ⅱ中白色沉淀变为砖红色的离子方程式是　　　　　　　　　　　　。根据Ⅱ中现象,甲认为电解质溶液中存在Cl-有利于Cu被氧化为一价铜化合物,理由是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
(2)探究Ⅰ和Ⅱ中未生成Cu(OH)2的原因,继续实验。
实验 电解质溶液 现象
Ⅲ Na2SO4溶液 铜电极附近溶液呈蓝色,一段时间后,U形管下端出现蓝绿色沉淀
资料:碱式硫酸铜[xCu(OH)2·yCuSO4]难溶于水,可溶于酸和氨水;Cu2+与氨水作用可以生成[Cu(NH3)4]2+,使溶液呈深蓝色;常温时碱式硫酸铜[xCu(OH)2·yCuSO4]的溶解度比Cu(OH)2的大。
①经检验,蓝绿色沉淀中含有碱式硫酸铜,检验方案是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
②请写出形成碱式硫酸铜的电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)进一步改进方案,进行如下实验。
实验 电解质溶液 现象
Ⅳ Na2SO4和NH3·H2O的混合液(pH=9) 铜电极附近溶液呈深蓝色
Ⅴ Na2SO4和NaOH的混合液(pH=9) 铜电极附近出现蓝色浑浊,一段时间后,U形管底部出现蓝色沉淀
Ⅳ中出现深蓝色说明电解生成了　　　　(填离子符号)。经检验,Ⅴ中最终生成了Cu(OH)2。
(4)综合上述实验,电解法制备Cu(OH)2要考虑的因素有
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
题组二　利用电解原理减少污染
4.(2025北京顺义一中月考)采用电化学方法使Fe2+与H2O2反应,可生成非常活泼的·OH(羟基自由基)中间体用于降解废水中的有机污染物,原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.X上发生的电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+
B.可将X电极上产生的O2收集起来,输送到Y电极继续使用
C.根据装置推测,Y电极是阳极,·OH在该电极侧产生
D.开始时,在Y电极附近加入适量Fe2+或Fe3+,均能让装置正常工作
5.(2025山东济南一中学情检测)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,再经一系列水解、聚合及氧化过程,发展成为各种羟基络合物、氢氧化物,使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离,原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.若铁为阳极,则阳极电极反应式为Fe-2e- Fe2+和2H2O-4e- O2↑+4H+
B.阴极电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
C.每产生1 mol O2,整个外电路中理论上转移4 mol电子
D.若铁为阳极,则在处理废水的过程中阳极附近可能会发生反应:4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O
6.(2024北京丰台期中)电解还原法处理酸性含铬废水:以铁板作阴、阳极,电解含铬废水,示意图如下。
(1)电解开始时,A极上主要发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)①酸性环境可以促使Cr的转化,写出对应的离子方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　;
②酸性环境中产生的Fe2+将Cr2还原为Cr3+的离子方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
(3)随着电解的进行,阳极铁板会发生钝化,表面形成FeO·Fe2O3的钝化膜,使电解池不能正常工作。将阴极铁板与阳极铁板交换使用,一段时间后,钝化膜消失。结合有关反应,解释钝化膜消失的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。电解开始时,B极上除了发生产生H2的反应,还有少量Cr2在B极上直接放电生成Cr3+,该电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　 　。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A　电极A上Cl-失电子生成Cl2,电极A是电解池阳极,发生氧化反应,电极B上O2得电子,电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,Na+通过离子交换膜迁移至电极B,生成NaOH;传统氯碱工业的产品为NaOH、Cl2、H2,A错误、B正确。2Cl--2e- Cl2↑,当生成1 mol Cl2时转移2 mol电子,则电极B上有0.5 mol O2反应,体积为11.2 L(标准状况下),C正确。右室中加NaOH是为了增强溶液导电性,提高电解效率,D正确。
2.答案　(1)①G→F→H　D→E→C　②正　2Cl--2e- Cl2↑　负　2H++2e- H2↑　2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑　③0.01 mol/L　(2)①H2　NaOH溶液　②避免阳极产物Cl2与阴极产物H2、NaOH发生反应
解析　(1)①所选用的各仪器接口连接顺序为A接G,F接H,用量筒测量排出的水量,以测定产生氢气的体积;B接D,E接C,生成的氯气通入淀粉-KI溶液,以证明其氧化性,多余的氯气通入烧杯中,被氢氧化钠溶液吸收,防止污染大气。②根据电解饱和食盐水阳极所发生的反应:2Cl--2e- Cl2↑,为防止电极被腐蚀,实验中一般选用石墨作阳极,故石墨电极接电源的正极;阴极是水电离出的H+被还原:2H++2e- H2↑,阴极可使用铁电极,电解的总反应方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。③已知电解产生氢气5.60 mL(标准状况下),其物质的量为=2.5×10-4 mol,由化学方程式2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑可得n(NaOH)=2×2.5×10-4 mol=5×10-4 mol,c(OH-)==0.01 mol/L。
(2)①根据题图信息可知,左边加入饱和NaCl溶液,右边加入去离子水,使用阳离子交换膜,则左边Cl-失电子,发生氧化反应,左边电极为阳极,与电源正极相连,右边电极是阴极,气体E是氢气,G是NaOH溶液。②阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻止阳极产生的Cl2与阴极产物H2、NaOH发生反应。
3.B　电镀时,一般镀层金属作阳极,镀件作阴极,待镀铁制品作阴极应与直流电源负极相连,A项正确;电镀时溶液中的阴离子移向阳极,故N移向阳极,B项不正确;电镀时,阴极发生还原反应:Ag++e- Ag,银片作阳极,发生氧化反应:Ag-e- Ag+,理论上阳极减少的银和阴极增加的银的质量相等,C项正确;待镀铁制品增重1.08 g,即阴极生成的银为0.01 mol,根据电极反应式Ag++e- Ag可知,电路中通过的电子为0.01 mol,D项正确。
4.D　据图可知a为阳极,b为阴极。若a、b均为石墨,电解稀H2SO4的实质是电解水,能达到电解目的,A不符合题意;铁上镀银时,阳极a是金属银,阴极b是金属铁,AgNO3溶液为电解质溶液,能达到电解目的,B不符合题意;电解精炼铜时,阳极a为粗铜,阴极b为精铜,用CuSO4溶液作电解质溶液,能达到电解目的,C不符合题意;阳极a为Cu时,Cu失电子发生氧化反应生成Cu2+,不能得到O2,不能达到电解目的,D符合题意。
5.D　该装置可用来制备高纯Cr和硫酸,甲池中Cr电极上Cr3+得电子发生还原反应,所以Cr棒为阴极,连接阴极的电极a为负极,b为正极,故A错误;阴极反应式为Cr3++3e- Cr,阳极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,故B错误;甲池中硫酸根离子通过阴膜进入乙池,丙池中生成的氢离子通过A膜进入乙池,所以乙池中硫酸浓度增大,溶液的pH减小,故C错误;若有1 mol离子(H+)通过A膜,则丙池生成1 mol氢离子,根据关系式:O2~4H+(解题技法)可知,理论上阳极生成0.25 mol气体,故D正确。
6.D　由题图可知,石墨为阳极,电极反应式为C+2O2--4e- CO2↑,O2-向阳极移动,钛作阴极,电极反应式为Ca2++2e- Ca,然后发生反应2Ca+TiO2 Ti+2CaO,通电条件下该装置总反应为C+TiO2 CO2↑+Ti,则制备金属钛前后CaO的量不变,A、C错误,D正确;将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液,阴极上H+放电(易错点),无法得到金属Ca,B错误。
7.C　该装置为电解池,不锈钢电极与电源负极相连,为阴极,电极反应式为Mn2++2e- Mn,钛电极为阳极,电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+,S通过离子交换膜从阴极区进入阳极区,离子交换膜为阴离子交换膜,B正确,C错误;内电路中电流由钛电极(阳极)经MnSO4溶液流向不锈钢电极(阴极),A正确;根据Mn2++2e- Mn,当电路中有2 mol e-转移时,阴极生成锰的质量为1 mol×55 g/mol=55 g,D正确。
8.B　在步骤①中,通电时海水中的Li+嵌入MnO2电极形成LixMn2O4,说明MnO2电极是阴极(破题关键),应该与电源b的负极相连,A项正确;在步骤②中,通电时LixMn2O4中的Li+脱出进入甲溶液,这说明MnO2电极是阳极,应该与电源a的正极相连,B项错误;在步骤②中,通电时氧气在阴极得电子,发生的电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,C项正确;在步骤②中,每有1 mol Li+进入甲溶液,理论上消耗氧气0.25 mol,标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L,消耗的空气为5.6 L÷20%=28 L,D项正确。
能力提升练
1.C　由图示可知,玻碳电极发生的电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,为阳极反应,故玻碳电极应连接电源的正极,A项错误;没有注明O2所处状况,无法计算其体积(快速解),B项错误;右侧发生的电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,若有1 mol电子通过外电路,理论上析出0.25 mol O2,另有1 mol H+通过质子交换膜迁移到阴极区,故理论上右侧溶液质量减少32 g·mol-1×0.25 mol+1 g·mol-1×1 mol=9 g,C项正确;阴极电极反应除了2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O,还有AgCl+e- Ag+Cl-,D项错误。
2.A　
在阳极区,发生反应5H2O+B4+2H+ 4H3BO3,生成0.1 mol H3BO3,消耗氢离子0.05 mol,电路中转移电子的物质的量为0.05 mol,n极生成氢气的质量为×2 g/mol=0.05 g,A项正确。
3.答案　(1)①阳　②2H2O+2e- H2↑+2OH-　③2CuCl+2OH- Cu2O+2Cl-+H2O　阳极附近溶液中Cl-浓度大,易与Cu+反应生成CuCl,降低Cu+浓度,氧化反应易发生
(2)①取少量蓝绿色沉淀于试管中,滴加稀盐酸,沉淀全部溶解,得到蓝色溶液,向试管中滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀　②(x+y)Cu-2(x+y)e-+2xH2O+yS xCu(OH)2·yCuSO4+2xH+
(3)[Cu(NH3)4]2+
(4)电解质溶液的成分选择和溶液pH的控制
解析　(1)①由资料ⅰ、ⅱ和实验Ⅰ、Ⅱ中铜电极附近现象可知,铜失去电子发生氧化反应生成一价铜化合物,在实验Ⅰ、Ⅱ中铜为阳极;②石墨为阴极,阴极上水电离出的氢离子放电生成氢气,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-;③实验Ⅱ中阴极产生的OH-向阳极定向移动,故白色沉淀变为砖红色的原因为氯化亚铜与氢氧根离子反应生成氧化亚铜,反应的离子方程式为2CuCl+2OH- Cu2O+2Cl-+H2O;氯离子向阳极移动,阳极附近溶液中氯离子浓度大,易与亚铜离子生成CuCl,降低溶液中生成的亚铜离子的浓度,由资料ⅱ可知,增大反应物浓度或降低生成物浓度有利于氧化反应发生,所以电解质溶液中存在氯离子,有利于铜被氧化为一价铜化合物。
(2)为了探究Ⅰ和Ⅱ中未生成Cu(OH)2的原因,进行实验Ⅲ,根据实验现象,猜想蓝绿色沉淀的成分中含有碱式硫酸铜;①若蓝绿色沉淀中只含有氢氧化铜,加入盐酸溶解后,再加入氯化钡溶液不会产生硫酸钡白色沉淀,若含碱式硫酸铜,加入盐酸溶解后,再加入氯化钡溶液会产生硫酸钡白色沉淀,据此设计检验方案;②阳极上铜失去电子,再结合硫酸根离子、水电离出的氢氧根离子得到碱式硫酸铜,电极反应式为(x+y)Cu-2(x+y)e-+2xH2O+yS xCu(OH)2·yCuSO4+2xH+。
(3)由实验现象和资料可知,Ⅳ中出现深蓝色说明电解生成了[Cu(NH3)4]2+。
(4)由实验Ⅰ~Ⅴ可知,选用氢氧化钠溶液、氯化钠溶液、pH为9的硫酸钠和NH3·H2O混合溶液电解时,均没有氢氧化铜沉淀生成,选用硫酸钠溶液电解时,得到的沉淀中有碱式硫酸铜,而选用pH为9的硫酸钠和氢氧化钠混合溶液电解时,生成氢氧化铜沉淀,说明电解法制备氢氧化铜要注意电解质溶液的成分选择和溶液pH的控制。
4.C　根据原理图可知,X电极上H2O失电子生成氧气,发生氧化反应,为阳极,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,故A正确;Y电极上的反应物有O2,而X电极产生O2,所以可将X电极上产生的O2收集起来,输送到Y电极继续使用,故B正确;Y电极上Fe3+得电子转化为Fe2+,O2得电子结合氢离子生成H2O2,均发生还原反应,所以Y电极为阴极,故C错误;该装置工作时Fe2+与Fe3+互相转化,所以开始时,在Y电极附近加入适量Fe2+或Fe3+,均能让装置正常工作,故D正确。
5.C　由装置图可知,若铁为阳极,阳极电极反应式有Fe-2e- Fe2+和2H2O-4e- O2↑+4H+,A项正确;阴极水电离出的H+得电子发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,B项正确;根据阳极电极反应式可知,每产生1 mol O2,整个外电路中理论上转移电子的物质的量大于4 mol,C项错误;若铁为阳极,根据阳极电极反应式Fe-2e- Fe2+和2H2O-4e- O2↑+4H+可知,在处理废水的过程中Fe2+还可能被氧气氧化成Fe3+,离子方程式为4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,D项正确。
6.答案　(1)Fe-2e- Fe2+
(2)①2Cr+2H+ Cr2+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O
(3)阴极发生反应2H++2e- H2↑,阴、阳极铁板交换使用时,H2将钝化膜还原:4H2+FeO·Fe2O3 3Fe+4H2O　Cr2+14H++6e- 2Cr3++7H2O
解析　(1)铁板作阴、阳极,电解含Cr(Ⅵ)废水,分析题图可知B极为阴极,A极为阳极,则A电极发生的主要电极反应为Fe-2e- Fe2+。
(2)①Cr到Cr2的转化中Cr的化合价未改变,则酸性环境下Cr转化为Cr2的离子方程式为2Cr+2H+ Cr2+H2O。
②在酸性条件下Fe2+将Cr2还原为Cr3+的离子方程式为Cr2+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O。
(3)阴极产生H2:2H++2e- H2↑,阴、阳极铁板交换使用时,H2将钝化膜还原:4H2+FeO·Fe2O3 3Fe+4H2O。B极是阴极,发生还原反应,少量Cr2在B极上直接放电被还原为Cr3+,电解质溶液呈酸性,则电极反应式为Cr2+14H++6e- 2Cr3++7H2O。
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