资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
2026人教版高中化学选择性必修1
第四章　化学反应与电能
第二节　电解池
第2课时　电解原理的应用
基础过关练
题组一　氯碱工业
1.(2025北京理工大学附中月考)用石墨作电极,电解盛放在U形管中的饱和NaCl溶液(滴有酚酞溶液),装置如图。下列叙述正确的是(　　)
A.通电后,NaCl发生电离
B.通电一段时间后,阳极附近溶液先变红
C.当阳极生成0.1 mol气体时,整个电路中转移了0.1 mol e-
D.电解饱和食盐水的总反应为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
2.(2025上海七宝中学期中)氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅降低能耗,下列说法不正确的是 (　　)
A.电极A接电源正极,发生氧化反应
B.电极B的电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
C.应选用阳离子交换膜,在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗
3.(2024广东广州执信中学期中)如图是某氯碱工业生产原理示意图:
(1)写出装置A在工作时的化学方程式:　　　　　　　　　。
(2)氯碱工业是高耗能产业,按上图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节省电能30%以上,且相关物料的传输与转化关系如图所示。图中X是　　　　,Y是　　　　(填化学式);燃料电池中正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　,分析比较图示中NaOH溶质的质量分数a%与b%的大小:　　　　。
题组二　电解精炼、电镀及电冶金
4.(2025北京师大附中期中)如图为电镀实验装置,下列有关叙述不正确的是 (　　)
A.电镀时,待镀铁制品与直流电源负极相连
B.通电后,溶液中的S移向阳极
C.镀铜时,理论上阳极和阴极的质量变化相等
D.待镀铁制品增重0.64 g,电路中通过0.01 mol e-
5.(2024安徽安庆第一中学月考)用石墨作阳极,钛网作阴极,熔融CaF2-CaO作电解质,利用如图所示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原TiO2制备金属Ti。下列叙述正确的是 (　　)
A.该电池工作过程中,O2-向阴极移动
B.将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的
C.TiO2在阴极放电
D.制备金属钛前后CaO的量不变
6.(2025黑龙江龙东阶段测试)下列电解目的不能通过如图所示电解装置实现的是 (　　)
注:表中的粗铜含有锌、铁、镍、金、铂等杂质。
电极材料 电解质溶液 电解目的
A a:碳棒,b:碳棒 稀硫酸 制取O2和H2
B a:银,b:铁 AgNO3溶液 铁上镀银
C a:粗铜,b:精铜 CuSO4溶液 电解精炼铜
D a:铜,b:碳棒 KNO3稀溶液 制取少量O2和H2
题组三　电解原理综合应用
7.(2025山东淄博实验中学月考)微生物电池清洁高效,某研究小组将图甲所示的微生物电池作为电源,模拟氯碱工业(电解饱和食盐水)和铜棒上镀银的实验,其中乙装置中X为阳离子交换膜,a、b电极质量相等。下列说法错误的是 (　　)
A.E应该与Q相连
B.石墨电极N处,S单质发生的电极反应为S-6e-+4H2O S+8H+
C.乙装置生成标准状况下22.4 mL H2时,丙中两极质量差为0.216 g
D.b电极为Ag
8.(2024河北保定六校联考)某研究性学习小组用如图所示装置进行实验,探究原电池、电解池和电解制备钴的工作原理。一段时间后装置甲的两极均有气体产生,且X极处溶液逐渐变成紫红色;停止实验,观察到铁电极明显变细,电解液仍然澄清。
查阅资料:高铁酸根离子(Fe)在溶液中呈紫红色。
请根据实验现象及所查资料,回答下列问题:
(1)上述装置中,发生还原反应的电极有　　(填字母)。
A.X(Fe)　　B.Y(C)　　C.Co　　D.Zn
(2)丙池中的S　　　　(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动。
(3)反应过程中,X极处发生的电极反应为4OH--4e- 2H2O+O2↑和　　　　　　　　　　　　　　。
(4)一段时间后,若X极质量减小1.12 g,Y电极收集到2.24 L气体(标准状况下),则在标准状况下X极收集到气体为　　　　mL。
(5)乙池是电解制备金属钴的装置,理论上Ⅰ室中n(H+)　　　　(填“变大”“变小”或“不变”),该电解池总反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
能力提升练
题组一　利用电解原理制备物质
1.(2024山东滨州期中,P266定点3)一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图如下,下列说法错误的是 (　　)
第一步中阳极的电极反应式为Na0.44MnO2-xe-
Na0.44-xMnO2+xNa+
B.与传统氯碱工艺相比,该方法不需要使用离子交换膜
C.第二步中正极质量每增加4.6 g,负极质量减少21.6 g
D.理论上每消耗0.1 mol O2,产生4.48 L Cl2(标准状况下)
2.(创新题·新情境)(2025山东青岛二中月考)我国科学家研发了一种在废水处理中实现碳中和的绿色化学装置,同时获得乙酰胺,其原理如图。下列说法错误的是 (　　)
A.石墨电极a为阴极,N发生还原反应:N+4e-+4H2O NH2OH+5OH-
B.石墨电极b为阳极,Na+由Ⅱ室移向Ⅰ室
C.电解一段时间后,Ⅰ室溶液pH逐渐增大,Ⅱ室溶液pH逐渐减小
D.理论上,标准状况下每产生0.1 mol乙酰胺,电极b至少有3.36 L O2生成
题组二　利用电解原理减少污染
3.(2025湖北武汉华中师范大学附中月考)电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极,在直流电的作用下,阳极被溶蚀,产生金属离子,再经一系列水解、聚合及氧化过程,发展成为各种羟基配合物、多核羟基配合物以及氢氧化物,使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。下列说法错误的是(　　)
A.若铁为阳极,则阳极反应式为Fe-2e- Fe2+和2H2O-4e- O2↑+4H+
B.阴极得电子,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
C.每产生1 mol O2,整个外电路中理论上转移电子数为4NA
D.若铁为阳极,则在处理废水的过程中阳极附近会发生:4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O
4.(2025湖南三湘名校联盟联考)硝酸盐是地表水和地下水中常见的污染物。我国科研团队设计了一个三腔的电化学装置,能将废水中低浓度的N转化成氨和净化水。
(1)X腔电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,X腔电极电势　　　　(填“低”或“高”)于Z腔电极电势。
(2)从Y腔流出的净化水显弱　　　　(填“酸”或“碱”)性。
(3)Z腔生成标准状况下22.4 L O2,理论上有　　　　mol H+透过质子交换膜。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D　用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,阴极发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-;阳极发生氧化反应,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑。 NaCl为强电解质,无论是否通电,在溶液中都发生电离(易错点),故A错误;在阳极生成了氯气,在阴极生成H2、NaOH,阴极附近溶液先变红,故B错误;阳极发生氧化反应,生成0.1 mol氯气时,转移0.2 mol电子,故C错误;电解饱和食盐水,阳极生成氯气,阴极生成氢气和氢氧化钠,总方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,故D正确。
2.B　电极A上是氯离子变为氯气,氯元素化合价升高,电极A是电解池的阳极,因此电极A接电源正极,发生氧化反应,A正确;电极B为阴极,通入氧气,氧气得电子,其电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,B错误;溶液呈电中性,阳极区的Na+通过阳离子交换膜进入阴极区,在右室获得浓度较高的NaOH溶液,C正确;氧气的氧化性比水电离出的H+的氧化性强,在阴极较容易得电子,可降低电解电压,减少能耗,D正确。
方法规律　惰性电极电解电解质溶液的产物判断
3.答案　(1)2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)Cl2　H2　O2+2H2O+4e- 4OH-　b%>a%
解析　(1)装置A在工作时电解饱和食盐水,反应的化学方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。
(2)装置A右端产生NaOH溶液,是阴极,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,Y是H2,装置A的左端是阳极,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,X为Cl2,燃料电池是氢氧燃料电池,装置B中通入O2的一极为正极,电解质溶液是NaOH溶液,正极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-(破题关键),NaOH溶质的质量分数:b%>a%。
4.D　电镀时,镀层金属是阳极,待镀铁制品是阴极,与直流电源负极相连(破题关键),A正确;电镀时溶液中的阴离子S移向阳极,B正确;镀铜时阴极发生反应Cu2++2e- Cu,阳极铜片发生反应Cu-2e- Cu2+,理论上阳极和阴极的质量变化相等,C正确;待镀铁制品增重0.64 g即0.01 mol Cu,根据Cu2++2e- Cu可知,电路中通过0.02 mol e-,D错误。
5.D　由题图可知,石墨为阳极,电极反应式为C+2-4e- CO2↑,O2-向阳极移动,钛网作阴极,电极反应式为Ca2++2e- Ca,然后发生反应2Ca+TiO2 Ti+2CaO,则制备金属钛前后CaO的总量不变,A、C错误,D正确;将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液,阴极上H+放电(易错点),无法得到金属Ca,B错误。
6.D　根据题图可知a为阳极,b为阴极。若a、b均为碳棒,电解稀H2SO4的实质是电解水,能达到电解目的,A不符合题意;铁上镀银时,阳极a是金属银,阴极b是铁,AgNO3溶液为电解质溶液,能达到电解目的,B不符合题意;电解精炼铜时,阳极a为粗铜,阴极b为精铜,用CuSO4溶液作电解质溶液,能达到电解目的,C不符合题意;阳极a为Cu时,Cu失电子发生氧化反应生成Cu2+,不能得到O2,不能达到电解目的,D符合题意。
7.C　甲中石墨电极N上S元素化合价升高,则N电极为负极,M电极为正极(破题关键),乙中Fe电极不能为阳极(破题关键),只能为阴极,所以铁电极的电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,C电极为阳极,电极反应为2Cl--2e- Cl2↑;a为阴极,b为阳极,E为原电池正极,应与Q相连,A正确;S在N电极生成S,同时生成H+提供给M电极,电极反应式为S-6e-+4H2O S+8H+,B正确;乙装置生成标准状况下22.4 mL H2时,转移电子数为0.002 mol,丙中a电极上的反应为Ag++e- Ag,质量增重0.002 mol×108 g·mol-1=0.216 g,b电极的反应为Ag-e- Ag+,其质量会减轻0.002 mol×108 g·mol-1=0.216 g,两极质量差为0.432 g,C错误;若想实现铜棒上镀银的实验,阳极电极材料必须是银,即b电极为Ag,D正确。
8.答案　(1)BC　(2)从右向左　(3)Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O　(4)448　(5)不变　2CoCl2+2H2O 2Co+O2↑+4HCl
解析　结合题图,首先确定丙池为原电池。
(2)在原电池中,阴离子向负极移动,S会向Zn电极方向移动,即从右向左移动。
(3)X极为阳极,发生氧化反应,由“铁电极明显变细”“X极处溶液逐渐变成紫红色”可知,Fe参与电极反应,有Fe生成,电极反应为Fe-6e-+8OH- Fe+4H2O。
(4)根据题意可知,消耗的n(Fe)==0.02 mol,生成的n(H2)==0.1 mol,在整个电路中电子转移数目相等,4n(O2)+6n(Fe)=2n(H2),即4n(O2)+6×0.02 mol=2×0.1 mol,解得n(O2)=0.02 mol,标准状况下V(O2)=0.02 mol×22.4 L/mol=0.448 L=448 mL。
(5)乙池中石墨为阳极,阳极的电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,氢离子经过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室,所以理论上Ⅰ室中n(H+)不变;该电解池的阳极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,阴极反应式为Co2++2e- Co,则总反应为2CoCl2+2H2O 2Co+O2↑+4HCl。
能力提升练
1.C　第一步中阳极发生氧化反应,其电极反应式为Na0.44MnO2-xe- Na0.44-xMnO2+xNa+,A正确;该方法不需要使用离子交换膜,传统氯碱工艺需要,B正确;第二步为原电池,根据题图中的物质转化可知,Na0.44-xMnO2为正极,正极发生还原反应,正极的电极反应式为Na0.44-xMnO2+xNa++xe- Na0.44MnO2,Ag为负极,负极发生氧化反应,负极的电极反应式为Ag+Cl--e- AgCl,负极质量增加,C错误;第一步阴极消耗氧气,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,理论上每消耗0.1 mol O2转移0.4 mol e-,第三步产生Cl2,其阳极的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,转移0.4 mol e-生成氯气的物质的量为0.2 mol,即标准状况下产生4.48 L Cl2,D正确。
2.D　由N转化为NH2OH,CO2转化为CH3CHO,N、C元素的化合价均降低,则电极a为阴极(破题关键),N得电子发生还原反应:N+4e-+4H2O NH2OH+5OH-,A正确;石墨电极b为阳极,电解池中阳离子定向移动到阴极,则Na+由Ⅱ室移向Ⅰ室,B正确;电解一段时间后,Ⅰ室发生反应N+4e-+4H2O NH2OH+5OH-、2CO2+10e-+7H2O CH3CHO+10OH-,溶液的pH增大,Ⅱ室发生反应4OH--4e- O2↑+2H2O,溶液的pH减小,C正确;产生0.1 mol乙酰胺需消耗0.2 mol CO2和0.1 mol N,转移电子的物质的量为1.4 mol(解题技法),则理论上,标准状况下电极b有×22.4 L/mol=7.84 L O2生成,D错误。
3.C　由题图可知,若铁为阳极,阳极反应式有Fe-2e- Fe2+和2H2O-4e- O2↑+4H+,A项正确;阴极发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,B项正确;根据阳极反应式可知,每产生1 mol O2,整个外电路中理论上转移电子数大于4NA,C项错误;若铁为阳极,根据阳极反应式Fe-2e- Fe2+和2H2O-4e- O2↑+4H+可知,在处理废水的过程中Fe2+还被产生的氧气氧化成Fe3+,离子方程式为4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,D项正确。
4.答案　(1)N+6H2O+8e- NH3↑+9OH-　低　(2)碱　(3)4
解析　(1)X腔电极发生还原反应为阴极,电极反应式为N+6H2O+8e- NH3↑+9OH-(破题关键),X腔(阴极)电极电势低于Z腔(阳极)电极电势。
(2)Na+移向X腔,且X腔的电解液经脱氨后,循环至Y腔,中和从Z腔迁移过来的H+,N+6H2O+8e- NH3↑+9OH-,每有8 mol e-转移,循环进入Y腔9 mol OH-,从Z腔迁移过来8 mol H+,Y腔的OH-比H+多(解题技法),从Y腔流出的净化水应该显弱碱性。
(3)Z腔电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,故当Z腔生成标准状况下22.4 L O2即1 mol O2,理论上有4 mol H+透过质子交换膜。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑