高考化学三轮冲刺专题08 工业生产中电解池与氧化还原反应关系专题（含解析）

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专题08 工业生产中电解池与氧化还原反应关系专题
1．二氧化氯(ClO2，黄绿色易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备，其原理如图所示：

下列说法不正确的是
A．b电极接电源的负极，在b极区流出的Y溶液是稀盐酸
B．二氧化氯发生器中排出的X溶液中溶质主要为NaCl和NaOH
C．电解过程中二氧化氯发生器中产生2.24L(标准状况)NH3，则b极产生0.6gH2
D．电解池a极的电极反应式为NH4+-6e-+4OH-+3Cl-=NCl3+4H2O
【答案】D
【解析】A项，电解池右边产生氢气，则b电极接电源的负极，在b极区氢离子得电子产生氢气，氯离子通过阴离子交换膜进入左边，盐酸变稀，则流出的Y溶液是稀盐酸，选项A正确；B项，二氧化氯发生器中发生的反应为：NCl3+6NaClO2+3H2O=3NaCl+3NaOH+6ClO2+NH3↑，则排出的X溶液中溶质主要为NaCl和NaOH，选项B正确；C项，电解过程中二氧化氯发生器中产生2.24L(标准状况)NH3，根据反应NCl3+6NaClO2+3H2O=3NaCl+3NaOH+6ClO2+NH3↑，转移的电子的物质的量为0.6mol，则b极产生0.6gH2，选项C正确；D项，电解池a极的电极反应式为NH4+-6e-+4H2O +3Cl-=NCl3+4H+，选项D不正确。故选D。
2．锌元素对婴儿及青少年的智力和身体发育有重要的作用，被称为生命火花。利用恒电势电解NaBr溶液间接将葡萄糖[CH2OH(CHOH)4CHO]氧化为葡萄糖酸[CH2OH(CHOH)4COOH]，进而制取葡萄糖酸锌，装置如图所示，下列说法不正确的是

A．钛网与直流电源的正极相连，发生还原反应
B．石墨电极的反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－
C．电解过程中硫酸钠溶液浓度保持不变
D．生成葡萄糖酸的化学方程式为CH2OH(CHOH)4CHO＋Br2＋H2O=CH2OH(CHOH)4COOH＋2HBr
【答案】A
【解析】A项，由分析可知，在钛网上NaBr将被氧化为溴单质，失电子发生氧化反应，钛网作阳极，与电源的正极相连，A项错误；B项，石墨电极作阴极，发生还原反应，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑＋2OH－，B项正确；C项，电解过程中，左侧发生的反应为2Br--2e-=Br2、CH2OH(CHOH)4CHO＋Br2＋H2O=CH2OH(CHOH)4COOH＋2HBr，右侧电极反应为：2H2O+2e-=H2↑＋2OH－，左侧产生的H+经过质子交换膜不断向右侧提供被消耗的H+，右侧硫酸钠溶液的浓度不变，C项正确；D项，电解过程中溴离子氧化生成的Br2将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，化学方程式为CH2OH(CHOH)4CHO＋Br2＋H2O=CH2OH(CHOH)4COOH＋2HBr，D项正确；故选A。
3．设NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A． 14 g聚丙烯中含C—H键总数目为2NA
B． 常温下，pH=13的NaOH溶液中含有的OH-数目为0.1NA
C． 100 mL 12 mol·L-1浓硝酸与过量Cu反应转移电子的数目为0.6NA
D． 电解精炼铜时，若阳极质量减少64 g，则阴极得到电子的数目为2NA
【答案】A
【解析】聚丙烯中的C—H键数目等于H原子数，聚丙烯的最简式为CH2，故14 g聚丙烯中含有2 mol H原子，A项正确；因为NaOH溶液的体积未知，故无法求得OH-的数目，B错误；随着反应的进行，浓硝酸将变为稀硝酸，还原产物由NO2转变成NO，无法求出转移的电子数，C错误；由于粗铜中含有比铜容易失电子的Ni、Zn、Fe等金属，故阳极质量减少64 g时，阴极得到的电子数不一定是2NA，D错误。
4．SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法不正确的是

A．a极为直流电源的负极
B．阳极发生的反应式为SO2-2e－＋2H2O=SO42-＋4H＋
C．阴极得到1mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2mol
D．吸收池中发生反应的离子方程式为：2NO＋2S2O42-＋2H2O=N2＋4HSO3-
【答案】C
【解析】A项，进去的是HSO3-，出来的是S2O42-，硫元素的化合价降低，发生还原反应，是阴极，与电源的负极相连，即a极为直流电源的负极，故A正确；B项，在阳极上发生失电子的氧化反应，故B正确；C项，据电子守恒，则阴极得到电子量等于通过阳离子交换膜的H+的量，阴极得到1mol电子时，通过阳离子交换膜的H+为1mol，故C错误；D项，硫代硫酸根离子与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气，离子反应方程式为：2NO＋2S2O42-＋2H2O=N2＋4HSO3-，故D正确；故选C。

5．某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2，X、Y是特殊催化剂型电极，已知：装置的电流效率等于生成产品所需的电子数与电路中通过总电子数之比。下列说法错误的是(　　)

A． 该装置中Y电极发生氧化反应
B． X电极的电极反应式为 6CO2+24H++24e－=== C6H12O6+6H2O
C． 理论上，每生成22.4 L(标准状况下)O2，必有4 mol H+由X极区向Y极区迁移
D． 当电路中通过3 mol e时，生成18 g C6H12O6，则该装置的电流效率为80%
【答案】C
【解析】A项，根据装置图可知，X与电源的负极相连，为阴极；Y与电源的正极相连，为阳极，阳极上失去电子，发生氧化反应，A正确；B项，根据装置图可知二氧化碳 在X电极上转化为C6H12O6，因此X电极的电极反应式为 6CO2+24H++24e－＝C6H12O6+6H2O，B正确；C、H+由Y极区向X极区迁移，C错误；D项，生成C6H12O6的物质的量是18g÷18g/mol＝0.1mol，转移电子的物质的量是2.4mol，因此当电路中通过3 mol e－时该装置的电流效率为2.4mol/3mol×100%＝80%，D正确。

6．甲装置中所含的是物质的量之比为1:2的CuSO4和NaCl的混合溶液，电解过程中溶液的pH值随时间t变化的示意图如乙示（不考虑电解产物可能与水的反应）。试分析下列叙述中正确的是（ ）

A．是该混合溶液中的SO42-导致了A点溶液的pH值小于B点
B．AB线段与BC线段在阴极上发生的反应是相同的，即：Cu2+ + 2e=Cu
C．BC段阴极产物和阳极产物的体积之比为2:1
D．在整个电解的过程中会出现少量淡蓝色的Cu(OH)2沉淀
【答案】C
【解析】假设溶液中n(CuSO4)=1mol、n(NaCl)=2mol，电解初始，阳极上氯离子放电、阴极上铜离子放电，当转移2mol电子时，阴极上铜离子完全放电生成Cu、阳极上氯离子完全放电生成氯气，溶液中的溶质之间变为硫酸钠，当铜离子、氯离子完全放电后，继续电解，实际上是电解水，溶液的pH不变，据以上分析解答。A． 硫酸铜是强酸弱碱盐，铜离子水解导致溶液呈酸性，B点铜离子和氯离子完全放电，溶液中的溶质为强酸强碱盐硫酸钠，所以A点pH小于B点，A项错误；B． AB段是电解CuCl2，BC段是电解H2O，AB段阴极电极反应式为Cu2++2e-=Cu，BC段阴极电极反应式为2H++2e-=H2↑，B项错误；C． BC段是电解水，阴极上生成氢气、阳极上生成氧气，所以阴极产物和阳极产物的体积之比为2：1，C项正确；D． 整个电解过程中溶液不呈碱性，所以不会出现氢氧化铜蓝色沉淀，D项错误；答案选C。
7．电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是

A．O2在电极b上发生还原反应
B．溶液中OH－向电极a移动
C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶5
D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O
【答案】C
【解析】A．氧气在b极发生还原反应，则b极为正极，a极为负极，故A正确；B．因为a极为负极，则溶液中的阴离子向负极移动，故B正确；C．反应中N元素化合价升高3价，O元素化合价降低4价，根据得失电子守恒，消耗NH3与O2的物质的量之比为4：3，故C错误；D．负极是氨气发生氧化反应变成氮气，且OH-向a极移动参与反应，故电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，故D正确；故选C。
8．某热再生电池工作原理如图所示。放电后，可利用废热进行充电。已知电池总反应：Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+ ΔH＜0。下列说法正确的是（ ）

A．充电时，能量转化形式主要为电能到化学能
B．放电时，负极反应为NH3-8e-+9OH-=NO3-+6H2O
C．a为阳离子交换膜
D．放电时，左池Cu电极减少6.4g时，右池溶液质量减少18.8g
【答案】D
【解析】已知电池总反应：Cu2++4NH3⇌ [Cu(NH3)4]2+ △H＜0，放出的热量进行充电，通入氨气的电极为原电池负极，电极反应Cu−2e−＝Cu2＋，通入氨气发生反应Cu2＋＋4NH3⇌[Cu(NH3)4]2＋ △H＜0，右端为原电池正极，电极反应Cu2＋＋2e−＝Cu，中间为阴离子交换膜，据此分析。已知电池总反应：Cu2++4NH3⇌ [Cu(NH3)4]2+ △H＜0，放出的热量进行充电，通入氨气的电极为原电池负极，电极反应Cu−2e−＝Cu2＋，通入氨气发生反应Cu2＋＋4NH3⇌[Cu(NH3)4]2＋ △H＜0，右端为原电池正极，电极反应Cu2＋＋2e−＝Cu，中间为阴离子交换膜；A．充电时，能量转化形式主要为热能→化学能，故A错误；B．放电时，负极反应为Cu＋4NH3−2e−＝[Cu(NH3)4]2＋，故B错误；C．原电池溶液中阴离子移向负极，a为阴离子交换膜，故C错误；D．放电时，左池Cu电极减少6.4 g时，Cu−2e−＝Cu2＋，电子转移0.2mol，右池溶液中铜离子析出0.1mol，硝酸根离子移向左电极0.2mol，质量减少＝0.2mol×62g/mol＋0.1mol×64g/mol＝18.8 g，故D正确；故答案选D。
9.电解法处理CO2和SO2的混合气体的原理如图所示,电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐,通电一段时间后,Ni电极表面形成掺杂硫的碳积层。下列说法错误的是 (　　)

A．Ni电极表面发生了还原反应
B．阳极的电极反应为2O2--4e-O2↑
C．电解质中发生的离子反应只有2SO2+O2+2O2-2S
D．该过程实现了电解质中熔融碳酸盐和硫酸盐的自补充循环
【答案】C
【解析】　由题图可知,在Ni电极表面SS和CC均为还原反应,即Ni电极作阴极,SnO2电极表面O2-O2,为氧化反应,即SnO2电极作阳极,选项A、B正确;由题图中电解质的转换关系可知,发生的离子反应有2SO2+O2+2O2-2S、CO2+O2-C等,选项C错误;该转换过程中,S和C在阴极被还原,同时电解质中又不断生成S和C,所以实现了电解质中熔融碳酸盐和硫酸盐的自补充循环,选项D正确。
10.用如图电解装置将雾霾中的SO2、NO转化为(NH4)2SO4,将其作为一种优良的氮肥。下列有关说法正确的是 (　　)

A．a与电源负极相连,发生还原反应
B．每处理1 mol NO可以生成2 mol A
C．通电后,阳极附近溶液的pH增大
D．理论上将SO2与NO以体积比为2∶5通入装置可彻底转化
【答案】B
【解析】　a极SO2失电子生成S,发生氧化反应,与电源正极相连,A项错误;根据电解的总反应:5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4可知,A为H2SO4,则每处理1 mol NO可以生成2 mol H2SO4,B项正确;根据阳极的电极反应式SO2-2e-+2H2OS+4H+可知,通电后,阳极附近溶液的pH减小,C项错误;理论上将SO2与NO以体积比为5∶2通入装置可彻底转化,D项错误。