高考化学专题复习 跟踪检测（二十九） 电解原理及应用(含解析）

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跟踪检测（二十九） 电解原理及应用
1．用铂电极(惰性)电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2 和O2的是(　　)
A．稀NaOH溶液　　　　 B．HCl溶液
C．酸性MgCl2溶液 D．酸性 AgNO3溶液
解析：选A　阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极和阳极上的主要产物分别是 H2 和 O2，故A正确；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阴极和阳极上的主要产物分别是 H2 和Cl2，故B、C错误；阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极：Ag＋＋e－===Ag，阴极和阳极上的主要产物分别是Ag和O2，故D错误。
2．关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是(　　)

A．Fe电极作阳极，发生氧化反应
B．Cl－向石墨极作定向移动
C．石墨电极反应：Fe3＋＋3e－===Fe
D．电解池发生总反应：2Cl－＋2Fe3＋Cl2＋2Fe2＋
解析：选A　A项，电子流出的一极是电源的负极，故Fe连接电源的正极，为阳极，发生氧化反应，正确；B项，电解质溶液中，阴离子向阳极移动，Fe为阳极，Cl－向Fe极作定向移动，错误；C项，石墨电极是电解池的阴极，发生还原反应，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，错误；D项，Fe为阳极，是活性电极，Fe被氧化生成Fe2＋，石墨是电解池的阴极，Fe3＋发生还原反应生成Fe2＋，故电解池发生总反应：Fe＋2Fe3＋3Fe2＋，错误。
3．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分析完全正确的是(　　)

选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子

解析：选B　电子从电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子Q移向阴极a。
4.如图为直流电源，为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，为电镀槽，接通电路后发现上的c点显红色，为实现铁上镀锌，接通后，使c、d两点短路。下列叙述正确的是(　　)
A．a为直流电源的负极
B．c极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
C．f电极为锌板
D．e极发生还原反应
解析：选B　为直流电源，为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，为电镀槽，接通电路后发现上的c点显红色，则c极为电解池阴极，d为阳极，c电极上氢离子放电生成氢气，d电极上氯离子放电生成氯气，则a是直流电源正极，b是直流电源负极；为实现铁上镀锌，接通K后，使c、d两点短路，e是电解池阳极，f是阴极，电镀时，镀层作阳极，镀件作阴极。A项，a是直流电源正极，错误；B项，接通前，c极为电解池阴极，d为阳极，c电极上氢离子放电生成氢气，则c极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，正确；C项，为实现铁上镀锌，锌作阳极，铁作阴极，所以e电极为锌板，错误；D项，e电极是阳极，阳极上失电子发生氧化反应，错误。
5.现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L－1的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是(　　)
A．电解开始时阴极有H2放出
B．电解开始时阳极上发生：Cu2＋＋2e－===Cu
C．当电路中通过电子的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化
D．整个电解过程中，SO不参与电极反应
解析：选D　依据放电顺序阴极先放电的是Cu2＋，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl－，故阳极开始产生的是Cl2，故A、B错误；由阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，n(Cu2＋)＝0.1 mol，当电路中通过电子的量达到0.2 mol时，此时Cu2＋消耗完毕，阴极放电离子变为H＋，故C错误；阳极先是Cl－放电，当Cl－消耗完毕，此时H2O电离产生的OH－开始在阳极放电，SO不参与电极反应，故D正确。
6．用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液，电解反应方程式为KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。下列说法中正确的是(　　)
A．电解时石墨作阴极
B．电解时阳极上产生H2
C．电解过程中阴极溶液pH升高
D．阴极电极反应式：I－－6e－＋3H2O===IO＋6H＋
解析：选C　电解时，铁作阴极，石墨作阳极，若铁作阳极，则铁放电，A错误；阳极发生氧化反应，I－失电子被氧化，电极反应为I－－6e－＋3H2O===IO＋6H＋，B、D两项错误；阴极上水放电，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，溶液的pH升高，C项正确。
7．如图所示，选用不同的电极材料电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是(　　)

选项
X电极
Y电极
通电后的变化
A
石墨
石墨
Y电极质量增加，溶液的pH增大
B
铁
铜
两电极的质量不发生变化
C
铜
铁
X电极质量减小，Cu2＋浓度不变
D
铁
铂
Y电极：Fe2＋＋2e－===Fe

解析：选C　该装置是电解池，X是阳极、Y是阴极，硫酸铜溶液为电解质溶液。A项，石墨作电极时，阳极上水放电、阴极上铜离子放电，电极反应式分别为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、Cu2＋＋2e－===Cu，Y电极质量增加，溶液的pH减小，错误；B项，Fe作阳极、Cu作阴极，电极反应式分别为Fe－2e－===Fe2＋、Cu2＋＋2e－===Cu，所以阳极质量减少、阴极质量增加，错误；C项，Cu作阳极、Fe作阴极，是在铁上电镀，阳极上Cu溶解、阴极上析出Cu，阳极、阴极电极反应式分别为Cu－2e－===Cu2＋、Cu2＋＋2e－===Cu，根据电子守恒知，溶液中铜离子浓度不变，正确；D项，Fe作阳极、Pt作阴极，阳极上Fe失电子发生氧化反应，阴极上铜离子放电，阳极、阴极电极反应式分别为Fe－2e－===Fe2＋、Cu2＋＋2e－===Cu，错误。
8.将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解，以实现H2S转化为S的目的。下列判断错误的是(　　)
A．电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S↓，(n－1)S＋S2－===S
B．电解时阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成S＋2H＋===nS↓＋H2↑
D．该装置的离子交换膜为阳离子交换膜
解析：选C　A项，电解过程中阳极区发生氧化反应，得到硫单质，然后是硫单质和硫离子之间的反应，即S2－－2e－===S↓，(n－1)S＋S2－===S，正确；B项，电解过程中阴极上发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，正确；C项，电解后阳极区离子为S，酸性条件下，S和氢离子反应生成S单质，S元素发生氧化反应生成S单质，同时S元素被还原生成H2S，反应离子方程式为S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑，错误；D项，为了实现H2S转化为S的目的，Na2S电解后阳极区离子为S，酸性条件下，S生成S单质、H2S ，Na＋从阳极区移向阴极区，所以该装置的离子交换膜为阳离子交换膜，正确。
9.利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示(电解液不参加反应)，下列说法正确的是(　　)
A．可用H2SO4溶液作电解液
B．阳离子交换膜的主要作用是增强导电性
C．工作电路中每流过0.02 mol电子，Zn电极质量减重0.65 g
D．Pb电极的电极反应式是2CO2－2e－===C2O
解析：选C　如果用H2SO4溶液作电解液，溶液中氢离子会在正极得电子生成氢气，影响2CO2＋2e－===C2O反应的发生，A错误；用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开，它具有选择透过性，它只允许H＋透过，其他离子难以透过，B错误；Zn电极为负极，发生氧化反应，Zn－2e－===Zn2＋，当电路中每流过0.02 mol电子，消耗锌的量为0.01 mol，质量为0.65 g，C正确；Pb电极为正极，发生还原反应，2CO2＋2e－===C2O，D错误。
10.(2019·河南周口考试)中国科学院福建物质结构研究所谢奎课题组通过固体氧化物电解池，实现了CH4/CO2的电化学重整制合成气，装置图如右面。下列说法正确的是(　　)
A．a极为电源的负极
B．N极上发生氧化反应
C．M极的电极反应式为CH4－2e－＋O2－===CO＋2H2
D．电路中通过2 mol电子，阴、阳两极得到CO的质量共为28 g
解析：选C　由装置原理图可知，O2－由N极移向M极，故M极为阳极，发生氧化反应，则a极为电源的正极，A、B项错误；M极作为阳极，根据题图中反应物和生成物可知阳极电极反应式为CH4－2e－＋O2－===CO＋2H2，C项正确；每转移2 mol电子，两极均产生1 mol CO，即阴、阳两极共得到2 mol(56 g)CO，D项错误。
11.(2019·聊城期末)用如图所示装置处理含NO的酸性废水，右侧电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，下列说法正确的是(　　)
A．a端是直流电源的负极
B．该装置将化学能转化为电能
C．电解时，H＋通过离子交换膜从右侧移向左侧
D．每转移1 mol电子，左侧电极上产生8 g O2
解析：选D　NO在右侧Pt电极被还原生成N2，则该Pt电极是阴极，b端是直流电源的负极，A错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B错误；电解时，阳离子向阴极移动，则H＋从左侧向右侧移动，C错误；左侧电极是阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，转移1 mol电子时生成0.25 mol O2，其质量为0.25 mol×32 g·mol－1＝8 g，D正确。
12．高铁酸钾(K2FeO4)是环保型水处理剂，以光伏电池为电源先制备高铁酸钠，再将其转化为高铁酸钾，装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．石墨为阴极，铁电极发生氧化反应
B．a可能是H2，b为Na2FeO4溶液
C．铁电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
D．若电路中转移1 mol电子，则石墨电极区NaOH溶液质量增加23 g
解析：选D　依题意，本装置模拟制备高铁酸钠的工作原理，铁电极发生氧化反应生成高铁酸钠；石墨电极为阴极，发生还原反应，A项正确；石墨电极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，a可能为H2、NaOH溶液，b为高铁酸钠溶液，B项正确；铁电极发生氧化反应，浓氢氧化钠溶液中的OH－向右侧迁移，C项正确；每转移1 mol电子，浓氢氧化钠溶液中有1 mol Na＋向左迁移，2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，石墨电极区的溶液质量净增22 g，D项错误。
13．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，电解可制备“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方程式为_____________________________。
(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)。

燃料电池B中的电极反应式分别为
负极____________________________________________________________________，
正极_____________________________________________________________________。
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，其电解反应式为Cl－＋H2OClO－＋H2↑。(3)B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；燃料电池中通入氧化剂的电极是正极，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－。
答案：(1)H2　右　(2)负　Cl－＋H2OClO－＋H2↑(3)2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－
14．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀，Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用，阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图，如图所示。

(1)实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣，此时，应向污水中加入适量的________。
A．BaSO4　 B．CH3CH2OH　　
C．Na2SO4　　 D．NaOH
(2)电解池阳极发生了两个电极反应，其中一个反应生成一种无色气体，则阳极的电极反应式分别是
Ⅰ.________________；Ⅱ.________________。
(3)电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是________________。
(4)该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料作电极，为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环(见上图 )，A物质的化学式是________。
解析：(1)为了增强溶液的导电性，因此可选用易溶性强电解质溶液，排除A和B，因题中要求电解时保持污水的pH在5.0～6.0之间，因此不能添加NaOH；(2)电解时铁作阳极，因此主要发生Fe－2e－===Fe2＋，同时也发生副反应，即H2O失电子被氧化生成O2；(3)根据得失电子守恒和电荷守恒，电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋；(4)负极反应是CH4失电子，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以负极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O；电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳。
答案：(1)C
(2)Fe－2e－===Fe2＋　2H2O－4e－===4H+＋O2↑
(3)4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋　(4)CO2
15．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：
(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示。

①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的________(填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为_____________________。
②a极区pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③图中应使用________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
(2)电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，化学方程式为______________________________________________________________。
用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下：

则D的化学式为________；阳极的电极反应式为________________；阳离子迁移方向是________________。
(3)电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示：

①阴极的电极反应式为__________________________________________________。
②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为________________。
解析：(1)①根据题意可知，Cl－放电生成ClO2的电极为阳极，接电源的正极。根据元素守恒，有水参加反应，同时生成H＋，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋；②a极区为阴极区，电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区OH－浓度增大，溶液的pH增大；③根据溶液中电荷守恒的规律，图中应使用阳离子交换膜。(2)软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH小火加热至熔融，得到K2MnO4，Mn元素化合价由＋4价升为＋6价，则空气中的O2作氧化剂，化学方程式为2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O；电解锰酸钾溶液时，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，K＋通过阳离子交换膜由左侧向右侧迁移，所以D是氢氧化钾溶液，阳极上MnO失电子生成MnO，电极反应式为MnO－e－===MnO。(3)①由图示可知，NO在阴极上得电子生成NH，电极反应式为NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O；②NO在阳极上失电子生成NO，电极反应式为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，电解总反应式为8NO＋H2ONH4NO3＋2HNO3，故当实际参加反应的NO为8 mol时，要将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，还应通入2 mol NH3，则n(NH3)∶(NO)＝2 mol∶8 mol＝1∶4。
答案：(1)①正极　Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋　②增大　③阳
(2)2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O　KOH　MnO－e－===MnO　K＋由阳离子交换膜左侧向右侧迁移　(3)①NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O　②1∶4
16．(1)(2019·四川雅安中学月考)利用H2S废气制取氢气的方法有多种，比如下图的电化学法：

①反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，其目的是________。
②反应池中发生反应的化学方程式为________________。
③反应后的溶液进入电解池，产生氢气的电极名称为________，电解反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(2)(2019·四川宜宾一中月考)某种电化学脱硫法装置如图所示，不仅可脱除烟气中的SO2，还可以制得H2SO4。在阴极上放电的物质是________，在阳极生成SO3的电极反应式是________________。

(3)(2019·深圳调研)在K2Cr2O7存在下，可利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如下图所示。

①负极的电极反应式为____________________________________________________；
②一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)(2019·豫北、豫南联考)在微电子工业中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂，工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3，其电解原理如图所示。

a电极为电解池的________(填“阴”或“阳”)极，写出该电极的电极反应式：________________；电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质，该气体的分子式是________。
解析：(1)①反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，可增大反应物接触面积。②反应池中H2S和FeCl3发生氧化还原反应生成FeCl2和硫单质，反应的化学方程式为H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl。③电解池中，阴极上Fe2＋失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，阴极上H＋得到电子，发生还原反应，电解总反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑。(2)由电化学脱硫法的装置示意图可知，该装置为电解装置，烟气经催化氧化后，部分SO2转化为SO3，所得气体通入该装置，在阴极上，O2得到电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2SO3===2SO；在阳极上，SO2失电子被氧化为SO3，电极反应式为SO2－2e－＋SO===2SO3，SO3经N2导出与水反应生成硫酸。(3)①由图可知，负极发生氧化反应，C6H5OH失电子生成CO2，电极反应式为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋；②负极产生的H＋通过阳离子交换膜进入中间室，正极产生的OH－通过阴离子交换膜也进入中间室，H＋和OH－结合生成水，溶液体积增大，NaCl溶液的浓度减小。(4)由题图可知，H＋在b电极上得到电子生成氢气，故b为阴极，则a为阳极，阳极上NH失去电子生成NF3，电极反应式为NH＋3F－－6e－===NF3＋4H＋，依据电解原理可知，F－也可能失去电子生成氟单质，故氧化性较强的单质为氟气。
答案：(1)①增大反应物接触面积，使反应更充分　②H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl　③阴极　2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑
(2)O2　SO2－2e－＋SO===2SO3
(3)①C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋
②减小　(4)阳　NH＋3F－－6e－===NF3＋4H＋　F2