2020届高考化学专题三第12讲电解及应用课时作业（含解析）

第12讲 电解及应用

1．某小组为研究电化学原理，设计图示装置，下列叙述不正确的是(　　)

A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋＋2e－===Cu

C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色

D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动

解析：D　[a和b不连接时，铁与CuSO4溶液发生反应：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，A项正确；a和b用导线连接时，组成了原电池，Fe作负极，Cu作正极，铜片上发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，铁片上发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，B项正确；通过以上分析可知，无论a和b是否连接，均发生反应：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，故溶液均从蓝色(Cu2＋的颜色)逐渐变成浅绿色(Fe2＋的颜色)，C项正确；a和b分别连接直流电源正、负极时，构成电解池，铜片作阳极，铁片作阴极，Cu2＋应向阴极(铁电极)移动，D项错误。]

2．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　)

A．用石墨作阳极，铁作阴极

B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O

C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O

解析：D　[若铁作阳极，则铁失电子生成Fe2＋，则CN－无法除去，故铁只能作阴极，A项正确；Cl－要生成ClO－，Cl的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液为碱性条件，故B项正确；阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，碱性条件下，H2O提供阳离子H＋，故C项正确；由于溶液是碱性条件，故除去CN－发生的反应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D项错误。]

3．1807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，两方法转移电子总数相等

D．还可以用电解熔融氯化钠法制钠

解析：D　[A.戴维法制钠，阴极的电极反应式为：Na＋＋e－===Na↑，阳极上OH－失去电子，发生氧化反应，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A错误；B.金属性Na强于Fe。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，从而使化学平衡向正向移动，B错误；C.根据反应方程式可知用戴维法制取金属钠，反应每产生4 mol Na转移电子的物质的量是4 mol，而用盖·吕萨克法制得4 mol的钠，转移电子的物质的量是8 mol，因此制取等量的金属钠，转移电子的物质的量不相等，C错误；D.由于NaCl是离子化合物，NaCl在自然界含量丰富，因此在工业上可用电解熔融氯化钠的方法制金属钠，D正确。]

4．臭氧是常见的强氧化剂，广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多，其中高压放电法和电解纯水法原理如图所示，下列有关说法不正确的是(　　)

A．高压放电法，反应的原理为3O22O3

B．高压放电出来的空气中，除含臭氧外还含有氮的氧化物

C．电解纯水时，电极b周围发生的电极反应有6OH－－6e－===O3↑＋3H2O和4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

D．电解水时，H＋由电极a经聚合电解质薄膜流向电极b

解析：D　[A.由高压放电法原理图可知，氧气在放电的条件下生成臭氧，高压放电法反应的原理为：3O22O3，A正确；B.空气中含有氮气与氧气，在高压放电条件下可以反应生成NO等，B正确；C.由电解纯水法原理图可知，b电极发生氧化反应，生成氧气、臭氧，同时有氢离子生成，电极b周围发生的电极反应有：3H2O－6e－===O3＋6H＋或6OH－－6e－===O3↑＋3H2O；2H2O－4e－===O2＋4H＋或4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，C正确；D.a电极生成氢气，H＋在a电极放电，H＋由电极b经聚合固体电解质膜流向电极a，D错误。]

5．苯酚具有微弱的酸性，可利用电场促使C6H5O－定向移动、脱离废水，并富集回收。电渗析装置示意图如下。下列说法不正确的是(　　)

A．苯酚的电离方程式为：

B．A、B分别为离子交换膜，其中A是阴离子交换膜

C．电解过程中，阳极室的pH增大

D．当通过线路中的电子数目为0.1 NA时，有含0.1mol C6H5O－的废水被处理

解析：C　[A.苯酚具有微弱的酸性，电离方程式为：，A正确；B.在电场中，阴离子向阳极移动，因此离子交换膜A需要能够使C6H5O－通过，是阴离子交换膜，B正确；C.电解过程中，阳极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子在阳极失去电子，使得阳极室的氢离子浓度增大，溶液的pH减小，C错误；D.当通过线路中的电子数目为0.1 NA，即0.1 mol时，阳极室生成0.1 mol氢离子，有0.1mol C6H5O－移向阳极室，D正确。]

6．利用食盐水制取ClO2的工业流程如图所示，装置①中的反应：NaCl＋3H2O NaClO3＋3H2↑，装置②中的反应：2NaClO3＋4HCl2ClO2＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O。下列关于该流程说法不正确的是(　　)

A．该流程中Cl2、NaCl都可以循环利用

B．装置①中H2是阴极产物

C．装置②发生的反应中，Cl2是氧化产物，NaCl是还原产物

D．为了使H2完全转化为HCl，需要向装置③中补充Cl2

解析：C　[A.电解食盐水得到氢气、氯气和氢氧化钠溶液，氢气和氯气反应生成氯化氢得到浓盐酸，制得NaClO3和浓盐酸加热反应生成ClO2,2NaClO3＋4HCl(浓)===2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O＋2NaCl，该流程中Cl2、NaCl都可以循环利用，A正确；B.装置①是电解食盐水，溶液中氢离子在阴极得到电子生成氢气，是阴极产物，B正确；C.电解食盐水得到氯酸钠(NaClO3)和H2，NaClO3和盐酸发生歧化反应，生成NaCl、2ClO2、Cl2、H2O，化学方程式为：2NaClO3＋4HCl===2NaCl＋2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O，氯气是氧化产物，氯化钠中氯元素化合价不变，是盐酸中氯元素生成，C错误；D.电解饱和食盐水生成的氢气，为了使H2完全转化为HCl，需要向装置③中补充Cl2，D正确。]

7．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应为：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋

B．电子从a流出，经外电路流向b

C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不变

D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.4 mol H＋通过质子交换膜

解析：C　[A项，图中，硫氧化菌将HS－转化为SO，硫元素失电子从－2价升至＋6价(电极a为负极)，所需氧原子由水提供，电极反应式为HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，A正确；B项，图中，O2在电极b(正极)上得电子，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。故电子从a流出，经外电路流向b，B正确；C项，反应物直接燃烧，其能量利用率比形成原电池时小，C错误；D项，从正极反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O较易分析，电路中有0.4 mol电子转移，则有0.4 mol H＋通过质子交换膜，才能使正极溶液呈电中性，D正确。]

8．微生物燃料电池的一种重要应用就是废水处理中实现碳氮联合转化为CO2和N2，如图所示，1、2为厌氧微生物电极，3为阳离子交换膜，4为好氧微生物反应器。下列有关叙述错误的是(　　)

A．协同转化总方程式：4CH3COONH4＋11O2===8CO2＋2N2＋14H2O

B．电极1的电势比电极2上的低

C．温度越高，装置的转化效率越高

D．正极的电极反应：2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O

解析：C　[图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向电极2，说明电极1为原电池的负极，根据图示电极2为NO得电子被还原成N2，其电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，CH3COO－在原电池负极失电子生成二氧化碳气体，发生氧化反应，环境为酸性介质，则电极1的电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋，NH在好氧微生物反应器中转化为NO，NH＋2O2===NO＋2H＋＋H2O，根据上述分析可知，A.结合A、B极反应式可知，总反应为CH3COONH4被氧气氧化转化为CO2和N2的过程，其化学方程式为：4CH3COONH4＋11O2===8CO2＋2N2＋14H2O，A项正确；B.微生物燃料电池中氢离子移向电极2，说明电极1为原电池的负极，即电极1的电势比电极2上的低，B项正确；C.微生物存活需要最适温度，不是温度越高活性越好，C项错误；D.电极2为正极，NO得电子被还原成N2，其电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，D项正确。]

9．锂硫电池是一种新型储能电池，放电时的总反应为2Li＋xS===Li2Sx。以该电池为电源制备甲烷的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．b为锂硫电池的负极

B．锂硫电池的正极反应式为Li－e－===Li＋

C．阳极反应式为CO＋3CO＋2H2O－2e－===4HCO

D．该装置工作时溶液中的c(CO)增大

解析：C　[与b相连的电极上为CO转化为CO2，碳元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，故b为锂硫电池的正极，A错误；原电池正极发生得电子的还原反应，锂硫电池的负极反应式为Li－e－===Li＋，B错误；阳极发生失电子的氧化反应，由图可知阳极反应式为CO＋3CO＋2H2O－2e－===4HCO，C正确；根据阳极反应，CO参与反应转化为HCO，故溶液中的c(CO)减小，D错误。]

10．下图是CO2电催化还原为CH4的工作原理示意图。下列说法不正确的是(　　)

A．该过程是电能转化为化学能的过程

B．一段时间后，①池中n(KHCO3)不变

C．一段时间后，②池中溶液的pH一定下降

D．铜电极的电极反应式为9CO2＋6H2O＋8e－===CH4＋8HCO

解析：B　[该装置为电解池，CO2电催化还原为CH4的过程中电能转化为化学能，A正确；CO2在铜电极上被还原为CH4，则铜电极为阴极，电极反应式为9CO2＋6H2O＋8e－===CH4＋8HCO，故①池中n(KHCO3)增大，B错误，D正确；铂电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，随着反应的进行，溶液中c(H＋)增大，则溶液中pH减小，C正确。]

11．一种锂铜可充电电池，工作原理如图。在该电池中，非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(LISICON)隔开。下列说法不正确的是(　　)

A．陶瓷片允许Li＋通过，不允许水分子通过

B．放电时，N为电池的正极

C．充电时，阴极反应式为Li＋＋e－===Li

D．充电时，接线柱A应与外接电源的正极相连

解析：D　[Li是一种非常活泼的金属，遇水发生反应，故隔开电解液的陶瓷片允许Li＋通过但不允许水分子通过，A正确；由金属活动性顺序知放电时Li作负极，Cu作正极，B正确；充电时阴极发生得电子的还原反应，即Li＋＋e－===Li，C正确；放电时原电池的负极即为充电时的阴极，故接线柱A应与外接电源的负极相连，D错误。]

12．完成下列各题

(1)SO2在一定条件下可与氧气构成原电池。如图是利用该电池在铁表面镀铜的装置示意图。

①写出该电池的负极反应：____________________________________________；

②当甲中消耗2.24 L O2(标准状况)时，乙中________(填“a”或“b”)质量增加________g。

(2)工业上用Li2CO3粗品制备高纯Li2CO3可采用如下方法：

将Li2CO3溶于盐酸，加入如图所示的电解槽，电解后向LiOH溶液中加入稍过量的NH4HCO3溶液，过滤、烘干得到高纯Li2CO3。

①电解槽中阳极的电极反应式是________________________________________。

②向LiOH溶液中加入稍过量的NH4HCO3溶液时，发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)纳米级氧化亚铜(Cu2O)常作催化剂。工业上可用电解法制备，装置如图所示。

①a极名称是________；阳极的反应式为__________________________________。

②若电解过程中有1 mol离子通过交换膜，则制备Cu2O的质量为________g。

(4)硫氧化物和氮氧化物是常见的大气污染物，利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。

①电极A的电极反应式为______________________________________________。

②在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO2，使其转化为无害气体，同时有SO生成。该反应离子方程式为__________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)①负极是SO2失电子生成SO，负极反应式是SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO；②乙是在铁表面镀铜的装置，a与电源负极相连，a是阴极，阴极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu；b是阳极，阳极反应式是Cu－2e－===Cu2＋；所以乙中a极质量增加，当甲中消耗2.24 L O2(标准状况)时，转移0.4 mol电子，根据Cu2＋＋2e－===Cu，a极生成0.2 mol铜，其质量是12.8 g。

(2)①电解槽中，阳极是惰性电极A，Cl－在阳极放电生成Cl2，则阳极的电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑。②向LiOH溶液中加入稍过量的NH4HCO3溶液时，反应生成Li2CO3和(NH4)2CO3，化学方程式为2NH4HCO3＋2LiOH===Li2CO3↓＋(NH4)2CO3＋2H2O。

(3)①由题意知，铜被氧化生成纳米级Cu2O，则铜电极为阳极，b为电源正极，a为电源负极；阳极的反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O。

②由阳极的电极反应式可知，电路中通过2 mol电子时，有2 mol离子通过离子交换膜，可以生成1 mol Cu2O，故电解过程中有1 mol离子通过交换膜时，可以制备0.5 mol Cu2O，其质量为72 g。

(4)①由图可知，HSO在电极B上被还原生成S2O，则电极B为阴极，电极A为阳极，阳极上SO2被氧化生成H2SO4，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。②电极B为阴极，电极反应式为2HSO＋2e－===S2O＋2OH－；阴极排出液中含有S2O、OH－，在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO2，使其转化为无害气体，同时有SO生成，则该气体为N2，结合得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒写出离子方程式：4S2O＋2NO2＋8OH－===8SO＋N2＋4H2O。

答案：(1)①SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO　②a　12.8

(2)①2Cl－－2e－===Cl2↑

②2NH4HCO3＋2LiOH===Li2CO3↓＋(NH4)2CO3＋2H2O

(3)①负极　2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O　②72

(4)①SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋

②4S2O＋2NO2＋8OH－===8SO＋N2＋4H2O