高考化学二轮复习小题提速练13电解原理及应用含答案

小题提速练13　电解原理及应用

1.(2022河北唐山二模)某科研小组用碱性甲烷燃料电池制备Co(H2PO2)2,其工作原理如图所示(已知电解装置的电极材料分别为金属钴和不锈钢):

下列有关说法错误的是(　　)

A.N电极为不锈钢

B.电极n处电极反应式为CH4-8e-+8OH-CO2+6H2O

C.电解一段时间后,N电极区溶液pH增大

D.膜a、膜c均为阳离子交换膜

2.(2022广东茂名五校联盟第三次联考)已知Na2B4O7在水溶液中发生如下变化:Na2B4O7+5H2O2Na++2H3BO3+2H2B。一种电解法制备硼酸的装置如图所示。假设电解过程中,溶液不溢出电解池。下列有关说法正确的是(　　)

A.m电极接电源负极

B.制得1 mol H3BO3时,n电极产生11.2 L 气体(标准状况)

C.b<a

D.外电路转移1 mol 电子时,理论上右室溶液质量增加22 g

3.(2022湖南邵阳二模)我国科学家以CO2和辛胺为原料实现了甲酸盐和辛腈的高选择性合成,装置工作原理如图(以KOH溶液为电解质溶液,隔膜a只允许OH-自由通过)。下列说法正确的是(　　)

A.m为直流电源正极

B.In/In2O3-x电极上发生的反应为CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-

C.若Ni2P电极上生成1 mol CH3(CH2)6CN,理论上电路中转移2 mol e-

D.工作一段时间后,左右两室溶液的pH均保持不变

4.(2022广东深圳第二次调研)一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图如图。下列说法不正确的是(　　)

A.与传统氯碱工艺相比,该方法可避免使用离子交换膜

B.第一步中阳极反应为Na0.44MnO2-xe-Na0.44-xMnO2+xNa+

C.第二步中,放电结束后,电解质溶液中NaCl的含量增大

D.理论上,每消耗1 mol O2,可生产4 mol NaOH和2 mol Cl2

5.(2022广东韶关综合测试)某锂离子电池的总反应为2Li+FeSFe+Li2S。某小组以该电池为电源电解处理含Ba(OH)2的废水和含Ni2+、Cl-的酸性废水,并分别获得BaCl2溶液和单质镍。电解处理的工作原理如图所示[LiPF6·SO(CH3)2为锂离子电池的电解质]。下列说法正确的是(　　)

A.碳棒与锂离子电池的Li电极相连

B.a室的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+

C.离子膜M为阳离子交换膜,离子膜N为阴离子交换膜

D.若去掉离子膜M将a、b两室合并,则碳棒电极的反应不变

6.(2022广东深圳第一次调研)利用电化学原理可对海水(主要成分NaCl和H2O,还含有少量微生物)进行消毒,并能清除残留的含氯消毒物质(工作原理如图,其中电极均为惰性电极)。

已知:工作时,先断开K2,闭合K1,一段时间后,断开K1,闭合K2。

下列说法不正确的是(　　)

A.闭合K1后的总反应为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-

B.闭合K2后,Na+通过离子交换膜从Ⅱ室迁移至Ⅲ室

C.工作完成后,Ⅱ室中有金属Na剩余

D.残留的含氯消毒物质在Ⅲ室放电被脱除

7.(2022广东汕头潮阳黄图盛中学一模)利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示(两电极均为惰性电极且完全相同),下列说法不正确的是(　　)

A.电极a上的反应为2H2O+4e-4H++O2↑

B.电池工作一段时间后,左侧Na2SO4溶液的浓度增大

C.电解过程中电能转化为化学能

D.每转移1 mol 电子,此时生成的O2和CH4的质量比为4∶1

8.(2022山东淄博二模)浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。将两个完全相同的电极浸入两个溶质相同但浓度不同的电解质溶液中构成的浓差电池,称为双液浓差电池。模拟工业上电渗析法实现海水(用氯化钠溶液代替)淡化的装置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.S向Cu(1)极区域迁移

B.C(2)极发生还原反应

C.膜1为阳离子交换膜

D.C(2)极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑

参考答案

小题提速练13　电解原理及应用

1.B　解析 根据图示可知,M电极所在区域为阳极室,M电极为阳极,N电极为阴极,则碱性甲烷燃料电池中m电极为正极,n电极为负极。该装置用于制备Co(H2PO2)2,M电极为阳极,则M电极为金属Co,M电极的电极反应为Co-2e-Co2+,N电极为不锈钢,A正确;n电极为碱性甲烷燃料电池的负极,n电极通入CH4,电极反应式为CH4-8e-+10OH-C+7H2O,B错误;N电极为阴极,N电极电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,电解一段时间后,N电极区碱性增强,溶液的pH增大,C正确;阳极室中的Co2+通过膜a进入产品室,膜a为阳离子交换膜,原料室中H2P通过膜b进入产品室,膜b为阴离子交换膜,原料室中Na+通过膜c进入阴极室,膜c为阳离子交换膜,D正确。

2.D　解析 由电解池装置图中Na+的移动方向可知,m为阳极,电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,n为阴极,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑。由分析可知,m电极为阳极,故应该接电源正极,A错误;由题干信息可知,m为阳极,电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,然后H++H2BH3BO3,故制得1 mol H3BO3时,同时释放出0.5 mol Na+,根据电荷守恒可知,电路上转移0.5 mol 电子,根据电子守恒可知,n电极产生0.25 mol H2,其在标准状况下的体积为0.25 mol ×22.4 L·mol-1=5.6 L,B错误;由分析可知,Na+流入阴极室,阴极室电解水生成OH-,即阴极室中NaOH的浓度将增大,故b>a,C错误;根据电子守恒可知,外电路转移1 mol 电子时,有1 mol Na+流入右室,同时释放出0.5 mol H2,故理论上右室溶液质量增加1 mol×23 g ·mol-1-0.5 mol ×2 g·mol-1=22 g ,D正确。

3.B　解析 根据图中In/In2O3-x电极上CO2→HCOO-可知,CO2发生得电子的还原反应,In/In2O3-x电极为阴极,阴极反应为CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-,则Ni2P电极为阳极,辛胺在阳极上发生失电子的氧化反应生成辛腈,电极反应为CH3(CH2)6CH2NH2+4OH--4e-CH3(CH2)6CN+4H2O,阴极与外加电源的负极相连,阳极与外加电源的正极相连。

In/In2O3-x电极为阴极,与电源负极相连,则m为直流电源负极,A错误;In/In2O3-x电极上电极反应为CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-,B正确;Ni2P电极为阳极,电极反应为

CH3(CH2)6CH2NH2+4OH--4e-CH3(CH2)6CN+4H2O,则生成1 mol CH3(CH2)6CN时,理论上电路中转移4 mol e-,C错误;阴极电极反应为2CO2+4e-+2H2O2HCOO-+2OH-,阳极电极反应为CH3(CH2)6CH2NH2+4OH--4e-CH3(CH2)6CN+4H2O,OH-被消耗,工作一段时间后,左右两室溶液的pH减小,D错误。

4.C　解析 传统氯碱工艺电解饱和食盐水,使用离子交换膜,与传统氯碱工艺相比,该方法可避免使用离子交换膜,A正确;根据题图,第一步中阳极反应为Na0.44MnO2-xe-Na0.44-xMnO2+xNa+,B正确;第二步中,放电结束后,Na0.44-xMnO2转化为Na0.44MnO2,Ag转化为AgCl,电解质溶液中NaCl的含量降低,C错误;理论上,每消耗1 mol O2,转移4 mol 电子,第一步生成4 mol NaOH,第三步生成2 mol Cl2,D正确。

5.C　解析 由方程式可知,锂为锂离子电池的负极,FeS为正极,由题图可知,碳棒与FeS电极相连,为电解池的阳极,氢氧根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和水,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,a室溶液中钡离子通过阳离子交换膜进入b室;镍棒与锂电极相连,为电解池的阴极,镍离子在阴极得到电子发生还原反应生成镍,电极反应式为Ni2++2e-Ni,c室中氯离子通过阴离子交换膜进入b室。

由上述分析可知,A、B错误,C正确;若去掉离子膜M将a、b两室合并,溶液中Cl-优先放电,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,D错误。

6.A　解析 闭合K1后为电解池,阳极上海水中的Cl-被氧化为氯气,阴极上Na+被还原生成Na单质,总反应为2Cl-+2Na+Cl2↑+2Na,A错误。闭合K2后为原电池,Ⅱ室中Na单质被氧化为Na+,所以为负极,Ⅲ室为正极,原电池中阳离子流向正极,所以Na+通过离子交换膜从Ⅱ室迁移至Ⅲ室,B正确。闭合K1时在Ⅰ室生成的氯气与水反应生成HClO(含氯消毒物质),假设此过程生成1 mol 氯气,则生成HClO的物质的量小于1 mol,根据电子守恒可知生成2 mol 钠单质;氧化微生物后残留的HClO在闭合K2后的Ⅲ室中被还原,则在Ⅲ室中被还原的HClO的物质的量小于1 mol ,则消耗的钠单质小于2 mol ,所以有金属Na剩余,C正确、D正确。

7.A　解析 根据题图可知:在电极a上H2O电离产生的OH-失去电子变为O2逸出,故a电极上的反应为2H2O-4e-4H++O2↑,A错误;电解时溶液中的水消耗,溶质的物质的量不变,所以左侧Na2SO4溶液的浓度增大,B正确;该装置为电解池,电解过程中电能转化为化学能,C正确;转移1 mol 电子时产生0.25 mol O2、0.125 mol CH4气体,n(O2)∶n(CH4)=2∶1,故m(O2)∶m(CH4)=2 mol ×32 g ·mol-1∶1 mol ×16 g ·mol-1=4∶1,D正确。

8.C　解析 该浓差电池最终交换膜两侧硫酸铜溶液浓度相等,即阴离子交换膜左侧溶液c(CuSO4)增大,右侧c(CuSO4)减小,又因为只允许阴离子迁移,故交换膜左侧铜极溶解,使左侧溶液中c(Cu2+)增大;交换膜右侧铜极上析出铜,使右侧溶液中c(Cu2+)减小,即Cu(1)极为负极,发生氧化反应Cu-2e-Cu2+;Cu(2)极为正极,发生还原反应Cu2++2e-Cu,S由阴离子交换膜右侧向左侧迁移。Cu(1)极为负极,Cu(2)极为正极,原电池中阴离子流向负极,则S向Cu(1)极区域迁移,A正确;Cu(1)极为负极,则C(2)极为阴极,电解池中阴极发生还原反应,B正确;Cu(2)极为正极,则C(1)极为阳极,阳极电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,故NaCl中的Cl-通过膜1进入阳极室,故膜1为阴离子交换膜,C错误;C(2)极为阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,D正确。