资源简介

第二节　电解池
课时1　电解原理
1 关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是(　　)
A. 装置名称：①是原电池，②是电解池
B. 硫酸浓度变化：①增大，②减小
C. 电极反应式：①中阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，②中正极：Zn－2e－===Zn2+
D. 离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动
2 500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol/L，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是(　　)
A. 原混合溶液中c(K＋)＝0.2 mol/L
B. 上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C. 电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D. 电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol/L
3 利用如图装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是(　　)
A. b为直流电源的正极
B. 将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变
C. 阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋
D. 电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室
4 高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 上述装置中，f极为光伏电池的正极
B. 阴极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C. d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4
D. 若转移2 mol电子，理论上生成100.5 g HClO4
5 [2025常州中学期中]一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法正确的是(　　)
A. 交换膜应当选择阳离子交换膜
B. K与b连接时电极A的质量相比于K与a相连时会减轻
C. K与b连接时，电极B上发生的反应为Cu－2e－===Cu2+
D. K与b连接时，电极A发生还原反应
6 [2024南通、泰州等七市二调]一种电解装置如图所示，电解时H＋从右室移向左室。通过电解获得的电解液可实现 。下列说法正确的是(　　)
A. 左室电解获得的电解液可用于实现“转化Ⅰ”
B. 右室发生的电极反应为Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3+＋7H2O
C. “转化Ⅱ”发生的反应为 ＋6Ti3+＋6H＋=== ＋6Ti4+＋2H2O
D. “转化Ⅰ”生成1 mol ，理论上电路中通过3 mol e－
7 (1) [2025苏州高新区第一中学月考]电解Na2CO3溶液的原理如图所示。阳极的电极反应式为________________________________，阴极产生的物质A的化学式为________。
(2) [2025扬州开学考试]向KNO3溶液中通CO2至饱和，再经电解生成尿素(原理如图所示)，a极的电极反应式为_________________________________________。
(3) [2025南通启东中学月考]工业上还可用电催化CO2制甲醇实现资源综合利用，图示装置(设电解质溶液均呈酸性)工作时，阳极的电极反应式为______________________，若阴极只生成甲醇，则每转移6 mol电子时，阴极室溶液质量增加________g。
(4) [2025南京南师附中期中]催化电解转化CO2可实现CO2资源化利用。科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池，电池的工作原理如图所示。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。放电时，ClO移向________
(填“Na”或“Ni”)电极。充电时，阳极的电极反应式为__________________________
________________。
8 (1) [2024徐州一中、淮阴中学、姜堰中学联考改编]电解酸性ZnSO4溶液制备Zn时，采用 Al作阴极，惰性电极为阳极，电解过程中发现当阳极产生1 mol O2时，阴极析出的Zn小于2 mol，其可能的原因是_____________________________
_______________________。电解过程中总反应的离子方程式为________________
________________。
(2) [2024镇江名校期初]CO2通过电解法转化为HCOO－的反应机理如图1所示，Pt电极上覆盖的Nafion膜是一种阳离子交换膜，对浓度不高的HCOO－有较好的阻拦作用，可让H2O自由通过。电路中通过的电量与HCOO－产率的关系如图2所示，相同条件下，Pt电极有Nafion膜HCOO－产率明显提高，但电量>1 000 C后又显著下降，可能原因是_____________________________________________
____________________________。若电解时将Nafion膜置于两个电极中间，保持电流恒定，20 h时向阳极区补充KHCO3，电压与时间关系如图3所示，0～20 h，电压增大的原因是____________________________。
图1
图2 图3
(3) [2024南通四模]①电催化还原N2制NH3。在碱性水溶液中，通过电催化使N2还原为NH3的电极反应式为______________________。该制氨方法尚未能应用于工业生产，除因为N2的溶解度低、难吸附在电极和催化剂表面外，还有____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②电催化还原NO制NH3。NF是一种电极载体，分别以Ni2P/NF、Fe/NF、NF为阴极材料，电解含NO的中性溶液(电极材料与溶液不发生反应)。控制电压恒定、催化剂的面积为0.25 cm2，电解2小时后，不同电极上NH3的产率及NH3的选择性如图所示。分别以Ni2P/NF、Fe/NF电极电解NaNO2溶液相同时间：cNi2P/NF(NO )＞cFe/NF(NO )，原因是____________________________________
______________________________________________________________________。
已知：NH3的产率＝；NH3的选择性＝×100%。以 Ni2P/NF 为电极电解NaNO2溶液2小时，消耗n总(NO )＝________mol。
9 A、B、C为三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示。
阳离子 Na＋、K＋、Cu2+
阴离子 SO、OH－
图1所示装置中，甲、乙、丙三只烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨。
图1 图2
接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下，各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。据此回答下列问题。
(1) M为电源的________(填“正”或“负”)极，电极b上发生的电极反应式为__________________________。
(2) 写出乙烧杯中的总反应方程式：___________________________________
______________________________________________________________________。
(3) 如果电解过程中，B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ __________________________________________________________。
(4) 若经过这一段时间后，要使丙恢复到原来的状态，需要进行的操作是____
______________________________________________________________________。
课时2　电解原理的应用
1 [2025苏州星海实验中学月考]下列说法正确的是(　　)
A. 当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
B. 为加快锌和稀硫酸反应速率，向稀硫酸中滴加少量CuSO4溶液
C. 电解精炼铜时，若阳极铜片溶解64 g，则电路中转移2 mol电子
D. 在铁器表面镀铜时，要及时补充CuSO4溶液
2 [2025苏州吴中苏苑中学月考]工业上电解NaHSO4溶液制备Na2S2O8，电解时阴极材料为Pb；阳极(Pt电极)电极反应为2HSO－2e－===S2O＋2H＋。下列说法正确的是(　　)
A. 电解时，电子由电源负极→导线→Pb电极，Pt 电极→导线→电源正极
B. 阳极反应中S元素的化合价升高
C. 阴极反应式为Pb＋HSO－2e－ ===PbSO4＋H＋
D. 可以用铜电极作阳极
3 [2025南通期中]一种采用电解和催化相结合的循环方式实现高效制H2和O2的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 加入Y的目的是补充H2O
B. 电极a连接电源正极
C. 电极b表面发生的电极反应式为Br－－6e－＋3O2-===BrO
D. 催化阶段Z与Br－的物质的量之比为2∶3
4 如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列有关说法不正确的是(　　)
A. 装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气
B. 该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过
C. 装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D. 该装置是将电能转化为化学能
5 利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
B. 电极b上反应为CO2＋8HCO－8e－===CH4＋8CO＋2H2O
C. 电解过程中化学能转化为电能
D. 电解时Na2SO4溶液浓度保持不变
6 [2025扬州一中期中]电解Na2SO3溶液的原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A. 从C口流出的物质是较浓的硫酸
B. 电极a连接电源的正极
C. 气体A为O2
D. 电极b发生的电极反应式为SO＋2e－＋H2O===SO＋2H＋
7 [2025苏州大学附中月考]城市污水循环用作城市稳定的第二水源，对缓解城市用水危机有重要意义。高铁酸盐作为一种绿色环保水处理剂，兼具极强的氧化性和良好的絮凝效果，电解制备K2FeO4(紫色固体，能溶于水，微溶于KOH浓溶液)的装置如图。下列说法正确的是(　　)
A. KOH可以循环使用，制备过程中无须添加
B. 工作时，左室和右室溶液的pH均减小
C. 生成1 mol K2FeO4，左室溶液质量会增加228 g
D. b交换膜为阳离子交换膜
8 [2024南通海安期末]NH3是一种重要的含氮化合物，目前主要由N2和H2在高温高压和铁触媒催化作用下合成(哈伯博施法)。H2主要来自煤炭的催化重整。揭示合成氨反应的机理，实现温和条件下制取NH3，一直是化学工作者孜孜以求的目标。用纳米Fe2O3作催化剂，常压下电化学合成氨的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 镍合金连接外接电源的负极
B. K＋从镍合金向Pt片运动
C. 镍合金上电极反应式为N2－6e－＋6H2O===2NH3＋6OH－
D. 反应中，每生成9.6 g O2同时得到8.96 LNH3
9 [2025苏州昆山经济开发区中学月考]羟基自由基(·OH)有极强的氧化性，其氧化性仅次于氟单质。我国科学家设计的一种能将苯酚(C6H6O)氧化为CO2和H2O的原电池电解池组合装置如图所示，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法正确的是(　　)
A. 该装置工作时，电流方向为电极b→电极c→电极d→电极a→电极b
B. 装置工作时，c极区溶液酸性明显减弱
C. 电极d的电极反应式为H2O－e－===H＋＋·OH
D. 当电极b上有0.6 mol CO2生成时，电解池共产生气体22.4 L(标准状况)
10 [2025扬州中学月考]碱吸电解法处理硫酸厂烟气中SO2的流程和电解过程如图。下列说法正确的是(　　)
A. 电极a为电解池的阴极
B. 电极b上发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C. 半透膜Ⅰ为阳离子交换膜，半透膜Ⅱ为阴离子交换膜
D. 若收集到标准状况下22.4 L的气体G，则有1 mol M离子移向左室
11 电解的应用比较广泛。根据下列电解的应用，回答问题。
(1) 如图1为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为_____________
___________________________________。
图1 图2
(2) 利用如图2装置电解制备LiOH，两电极区的电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区的电解液为________(填化学式)溶液，阳极电极反应式为____________________，电解过程中Li＋向________(填“A”或“B”)电极迁移。
(3) 离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为________________________________。若改用氯化铝水溶液作电解液，则阴极产物为________。
12 [2025镇江句容中学月考]CO2的排放造成了温室效应，引起了全球气温的上升。减弱温室效应的方法之一是将CO2回收利用，其中电催化还原CO2是当今资源化利用二氧化碳的重点课题，常用的阴极材料有多晶铜、铂电极、有机多孔电极材料、铜基复合电极材料等。
(1) 利用多晶铜高效催化电解CO2制C2H4的原理如图所示。因电解前后电解液浓度几乎不变，可实现CO2的连续转化。
①电解过程中HCO向________(填“铂”或“多晶铜”)电极方向移动。
②多晶铜电极的电极反应式为________________________________________
______________________________________________________________________。
③理论上当生成0.05 mol C2H4时，铂电极产生的气体在标准状况下体积为________(不考虑气体的溶解)。
(2) 科学家利用如图所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO(电解质溶液为稀硫酸)，该装置工作时，导线中通过2 mol电子后，假定溶液体积不变，M极电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)，N极电解质溶液变化的质量Δm＝________g。
(3) 一种有机多孔电极材料(铜粉沉积在一种有机物的骨架上)电催化还原CO2的装置示意图如图1所示。控制其他条件相同，将一定量的CO2通入该电催化装置中，阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图2所示。
图1 图2
①电解前需向电解质溶液中持续通入过量CO2的原因是__________________
______________________________________________________________________。
②控制电压为0.8 V，电解时转移电子的物质的量为________。
③科研小组利用13CO2代替原有的CO2进行研究，其目的是________________
________________________________。
第二节　电解池
课时1　电解原理
1 B
2 A　石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2+＋2e－===Cu，2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知，上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2+共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2+)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，可得电解前c(K＋)＝0.2 mol/L，电解后c(H＋)＝0.4 mol/L。
3 C
4 C　电解时Na＋移向阴极区，则f为电源负极，A错误。电解时，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，Na＋移向阴极区，阳极区溶液逐渐由NaClO4转化为HClO4；阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区产生NaOH，B错误，C正确。根据得失电子守恒，若转移2 mol电子，理论上生成201 g HClO4，D错误。
5 B　浓差电池因左右两室中Cu2+的浓度不同从而产生电流，故交换膜不能允许Cu2+通过，故不能选择阳离子交换膜，A错误；K与b连接时，电极A的电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，K与a相连时，电极A的电极反应式为Cu2+＋2e－===Cu，故K与b连接时电极A的质量相比于K与a相连时会减轻，B正确；K与b连接时，电极B为正极，发生的反应为Cu2+＋2e－===Cu，C错误；K与b连接时，电极A发生氧化反应，D错误。
6 C　电解池中，H＋移向a极，则a极为阴极，Ti4+得电子被还原为Ti3+，Ti3+是还原产物，不能将—CH3氧化为—COOH，但可以将—NO2还原为—NH2，A错误，C正确；b极为阳极，阳极区的Cr3+应该失电子发生氧化反应，B错误；“转化Ⅰ”中，—CH3被氧化为—COOH，仅探讨这2个基团，C元素由－3价升高为＋3价，化合价升高6价，故“转化Ⅰ”生成1 mol ，理论上电路中通过6 mol e－，D错误。
7 (1) 4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2
(2) 2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O
(3) 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　50
(4) Na　2Na2CO3＋C－4e－===4Na＋＋3CO2↑
8 (1) 阴极有H2生成　2Zn2+＋2H2OO2↑＋2Zn＋4H＋
(2) Nafion膜可以阻止HCOO－在阳极放电；电量1 000 C后，c(HCOO－)增大，Nafion膜阻拦作用下降　阳极区pH减小，HCO浓度下降，电阻增大，电流恒定时，电压增大
(3) ①N2＋6e－＋6H2O===2NH3＋6OH－　N2和H2O(H＋)在阴极表面同时发生得电子的竞争反应　②NO在Fe/NF电极放电过程中转化为其他含氮物质，且转化速率大　
9 (1) 负　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(2) 2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
(3) 能，因为硫酸铜溶液已转变为硫酸溶液，变为电解水的反应
(4) 向丙烧杯中加入一定量的水
课时2　电解原理的应用
1 B　活泼性Fe>Sn，镀层破损时，铁作原电池的负极，会加速腐蚀，A错误；加入少量CuSO4，Zn置换出Cu，形成锌铜原电池，会加快反应速率，B正确；电解精炼铜时，在阳极放电的金属不止Cu，另外不活泼的金属脱落下来形成阳极泥，故仅依据阳极铜片溶解64 g，无法计算转移电子数目，C错误；铁片上镀铜时，阳极是精铜，阴极是铁器，阳极溶解和阴极析出的Cu质量相等，CuSO4溶液的浓度不变，D错误。
2 A　S2O中含有过氧键，S元素为＋6价，故HSO―→S2O过程中，S元素的化合价不变，B错误；阴极发生得电子的还原反应，C错误；若以铜电极作阳极，则Cu会优先失电子，导致无Na2S2O8生成，D错误。
3 A　电极b上，Br－→BrO过程中，Br元素的化合价升高，失去电子，故电极b为阳极，连接电源正极，则电极a连接电源负极，B错误；水溶液中不存在O2-，C错误；催化阶段的反应为2BrO2Br－＋3O2↑，则Z为O2，O2与Br－的物质的量之比为3∶2，D错误。
4 C　5 A
6 A　Na＋向左侧电极a区迁移，则电极a为阴极，连接电源的负极，B错误；电极a上发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，气体A为H2，C错误；电极b为阳极，应该发生失电子的氧化反应，D错误。
7 C　产物K2FeO4中含有K＋，由元素守恒知，制备过程中需要添加KOH，A错误；左室添加的是KOH稀溶液，流出的是KOH浓溶液，则工作时，左室溶液的pH增大，B错误；由得失电子守恒可得关系式：Fe～K2FeO4～6e－～3H2＋6K＋，生成1 mol K2FeO4，左室逸出3 mol H2、迁移过去 6 mol K＋，溶液质量会增加(6×39－3×2)g＝228 g，C正确；b交换膜允许OH－通过，为阴离子交换膜，D错误。
8 A　镍合金上N2―→NH3，发生得电子的还原反应，作阴极，故镍合金连接外接电源的负极，A正确；阳离子向阴极移动，镍合金为阴极，故K＋不会从镍合金向Pt片运动，B错误；镍合金为阴极，阴极应该发生得电子的还原反应，C错误；没有指明是否在标准状况下，无法计算气体体积，D错误。
9 C　左边是原电池，右边是电解池，左边电极a上Cr2O―→Cr(OH)3过程中，Cr元素化合价降低，电极a为正极，则电极b为负极，电流的流向与电子的流向相反，故该装置工作时，电流方向为电极a―→电极d―→电极c―→电极b―→电极a，A错误；电极c与原电池的负极相连，作阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成的OH－与质子交换膜中迁移的H＋结合为H2O，故c极区溶液酸性不会明显减弱，B错误；电极d作阳极，电极反应式为H2O＋e－===H＋＋·OH，C正确；由得失电子守恒可得关系式：C6H5OH～6CO2～28e－～14H2，当电极b上有0.6 mol CO2生成时，电极c上生成1.4 mol H2，电解池共产生2 mol气体，气体总体积为44.8 L(标准状况)，D错误。
10 D　a极区稀硫酸转化为浓硫酸，则电极a上的反应为SO＋H2O－2e－===SO＋2H＋，失去电子，则电极a为电解池的阳极，A错误；电极b为电解池的阴极，应该发生得电子的还原反应，B错误；半透膜Ⅰ允许SO(M离子)通过，为阴离子交换膜，半透膜Ⅱ允许Na＋(N离子)通过，为阳离子交换膜，C错误；电极b上发生的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则气体G为H2，生成1 mol H2时，转移2 mol电子，则有1 mol SO移向左室，D正确。
11 (1) a　NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O(或NO＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O、2NO＋O2===2NO2)
(2) LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B
(3) 负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2
12 (1) ①铂　②2CO2＋12e－＋12HCO===C2H4＋12CO＋4H2O或14CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12HCO　③16.8 L
(2) 减小　18
(3) ①使阴极表面尽可能被CO2附着，减少析氢反应的发生(减少H＋在阴极上放电的几率)，提高含碳化合物的产率　②2.8 mol　③为确定阴极上生成的含碳化合物源自CO2而非有机多孔电极材料
解析：(1) ①CO2―→C2H4，C元素化合价降低，故多晶铜电极为阴极，阴离子移向阳极区，故HCO向铂电极移动。②C2H4中的氢元素由HCO提供时，多晶铜电极反应式为2CO2＋12e－＋12HCO===C2H4＋12CO＋4H2O。C2H4中的氢元素由H2O提供时，多晶铜电极反应式为14CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12HCO。电极反应式一般写前者。③铂电极为阳极，阳极反应式为4HCO－4e－===O2↑＋4CO2↑＋2H2O，由得失电子守恒可得关系式：C2H4～12e－～3O2＋12CO2，理论上当生成0.05 mol C2H4时，铂电极产生0.75 mol气体，在标准状况下体积为16.8 L。(2) 电解质溶液为稀硫酸，M极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，N极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，M极区消耗水、生成H＋，硫酸浓度变大，假定溶液体积不变，M极电解质溶液的pH减小。导线中通过2 mol电子后，N极区电解质溶液中增加1 mol H2O，变化的质量Δm＝18 g。(3) ②控制电压为0.8 V，产生0.2 mol H2和0.2 mol乙醇，由2H＋＋2e－===H2↑、2CO2＋12e－＋12H＋===C2H5OH＋3H2O知，电解时转移电子的物质的量＝0.4 mol＋2.4 mol＝2.8 mol。

展开更多......

收起↑