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安徽马鞍山三模)用间接电解法对NO进行无害化处理,其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.工作时电解池中H+从左室移向右室

B.阳极电极反应式为2HS+2H++2e-S2+2H2O

C.理论上每处理1 mol NO,电解池中产生32 g O2

D.吸收塔中反应的离子方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HS

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山东潍坊二模)科技工作者开发以乙醇为原料制备DDE()的电解装置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.电源的电极电势:a>b

B.阳极电极反应式为C2H5OH+Cl--2e-C2H5OCl+H+

C.乙醛为该转化过程的催化剂

D.每产生1 mol DDE,电路中通过2 mol e-

5.(2022山东泰安三模)1,5-戊二胺

()是生物法制备尼龙材料的重要原料,利用双极膜(BPM)电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5-戊二胺硫酸盐(含和S)转换为1,5-戊二胺,实现无害化提取,工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.a极的电势比b极的低

B.m膜为阳离子交换膜,n膜为阴离子交换膜

C.电解过程中,H2SO4极室溶液的pH逐渐减小

D.b极区每生成11.2 L气体(标准状况),理论上可生成2 mol 1,5-戊二胺

6.(双选)(2022山东青岛一模)利用电渗析法再生钠碱循环脱硫中的吸收液,并获取高浓度的SO2,工作原理如图所示。已知双极膜在电流作用下可将水解离,膜两侧分别得到H+和OH-。下列说法正确的是(　　)

图1　钠碱循环脱硫

图2　电渗析法再生吸收液

A.双极膜右侧得到的是OH-

B.再生吸收液从N室流出

C.相同条件下,阳极和阴极产生的气体体积比为2∶1

D.M室中S、HS分别与H+发生反应可得高浓度SO2

7.(2022山东德州二模)捕集利用二氧化碳是我国能源领域的一个重要战略方向,科学工作者利用电解法将CO2转化为甲醇的原理如图所示,下列说法错误的是(　　)

A.a电极为阳极

B.阴极上发生的电极反应为CO2+6HC+6e-CH3OH+6C+H2O

C.产生1 mol O2时,通过质子交换膜的质子的物质的量为4 mol

D.电解过程中左侧需补充H2O,右侧需补充KHCO3溶液

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 由图示信息可知,在吸收塔中NO反应生成了N2,N元素的化合价降低,S2反应生成了HS,S元素的化合价升高。在电解池中,HS变成了S2,S的化合价从+4价降低到+3价,得到电子,电极Ⅰ为阴极,而在电极Ⅱ附近有氧气生成,为H2O失去电子生成O2,为阳极。电极Ⅰ为阴极,电极Ⅱ为阳极,工作时电解池中H+从右室移向左室,A错误;阳极上H2O失去电子生成O2,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,B错误;理论上每处理1 mol NO,转移2 mol e-,电解池中同样转移2 mol e-,故产生O2的质量为0.5 mol×32 g·mol-1=16 g,C错误;吸收塔中反应的离子方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HS,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 电解池阳极连接电源正极,阴极连接电源负极,右侧电极的电极反应为2H++2e-H2↑,则右侧电极为阴极,故左侧电极为阳极,a为电源正极,b为电源负极,电极电势a>b,A正确;左侧电极为阳极,电极反应式为C2H5OH+Cl--2e-C2H5OCl+H+,B正确;C2H5OCl先转化为CH3CHO,CH3CHO再与C2H5OH反应生成水和DDE,则CH3CHO为中间产物,C错误;产生1 mol DDE需要消耗1 mol CH3CHO,而1 mol CH3CH2OH转化为1 mol CH3CHO需要转移2 mol e-,每产生1 mol DDE,电路中通过2 mol e-,D正确。

5.D　解析 将生物发酵液中的1,5-戊二胺硫酸盐转换为1,5-戊二胺,实现无害化提取,则生物发酵液中S应通过n膜进入H2SO4溶液,应通过m膜进入产品室,并与BPM表面产生的OH-生成水和产品。阳离子向a极移动,a极是阴极,则b极是阳极,故a极的电势比b极的低,A正确;m膜为阳离子交换膜,n膜为阴离子交换膜,B正确;电解过程中S进入H2SO4极室生成H2SO4,溶液pH逐渐减小,C正确;b极区是阳极区,电渗析过程生成O2,每生成11.2 L气体(标准状况)转移2 mol电子,而生成1 mol 时,a极转移2 mol电子,故理论上可生成1 mol 1,5-戊二胺,D错误。

6.BD　解析 根据图1钠碱循环脱硫示意可知,Na2SO3吸收SO2得到NaHSO3,溶液从pH>8变成pH<6,则图2中要再生吸收液,NaHSO3需要转化为Na2SO3;M室亚硫酸根和亚硫酸氢根与H+结合生成高浓度SO2;N室NaHSO3与OH-生成Na2SO3。在电解池中,阳离子向阴极方向迁移,阴离子向阳极方向迁移,故双极膜右侧得到的是H+,左侧得到OH-,A错误;N室的HS与双极膜解离出的OH-反应生成S,从而实现再生,再生吸收液从N室流出,B正确;阳极发生的电极反应是2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极发生的电极反应是4H2O+4e-4OH-+2H2↑,则根据得失电子数相等,相同条件下,阳极和阴极产生的气体体积比为1∶2,C错误;M室中S、HS分别与双极膜解离出的H+发生反应,得到高浓度SO2,D正确。

7.D　解析 根据图示,电极a放出氧气,电极a为阳极,A正确;阴极上二氧化碳得电子生成甲醇,电极反应式为CO2+6HC+6e-CH3OH+6C+H2O,B正确;阳极上发生反应2H2O-4e-4H++O2↑,产生1 mol O2时,电路中转移4 mol电子,为平衡电荷,应有4 mol氢离子通过质子交换膜由左向右移动,C正确;总反应为2CO2+4H2O2CH3OH+3O2,电解过程中左侧需补充H2O,不需补充KHCO3,D错误。

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。