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第03周 电解池的工作原理及应用
第Ⅰ卷（选择题）
选择题：本题共13个小题，每小题只有一个正确选项，共39分。
1．下列装置能实现化学能直接转化为电能的是（ ）。
A．电解冶炼金属钠 B．铜锌原电池
C．火力发电 D．太阳能电池
【答案】B
【解析】电解冶炼金属钠，属于电解池，是将电能转化为化学能，A不符合题意；铜锌原电池是将化学能直接转化为电能，B符合题意；火力发电的能量转化形式为燃料的化学能→蒸汽的热能→机械能→电能，属于化学能间接转化为电能，C不符合题意；太阳能电池是将太阳能转化为电能，D不符合题意。
2.下列有关化学用语表示正确的是（ ）。
A. 氢氧碱性燃料电池的负极反应式为
B. 电解精炼铜时，阴极的电极反应式为
C. 工业上电解氯化铝生产铝，阴极反应式为
D. 惰性电极电解氯化镁溶液离子方程式为
【答案】B
【解析】氢氧碱性燃料电池的负极反应式为，A错误；电解精炼铜时，阴极上发生还原反应，Cu2+得电子生成Cu单质，电极反应式为，B正确；工业上电解氧化铝生产铝，不能电解氯化铝，氯化铝是共价化合物，熔融状态不能导电，C错误；惰性电极电解氯化镁溶液的离子方程式为，D错误。
3.下列装置可以实现铁质餐具上镀银的是（ ）。
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】铁质餐具上镀银时，铁质餐具应为阴极，银为阳极，AgNO3溶液为电解质溶液，分析图中电解池，只有D符合题意，故选D。
4.利用电渗析法淡化海水的原理如图所示。下列说法正确的是（ ）。
A. 该装置将化学能转化成电能
B. 阴极发生的电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑
C. 若将a、b膜的位置互换，则不能获得淡水
D. Ⅱ室中流出淡水，Ⅰ、Ⅲ室流出液中NaCl浓度变大
【答案】D
【解析】该装置通过电渗析法获得淡水，是将电能转化成化学能，根据装置图可知，左边电极连电源的正极，该电极为阳极，电极反应式为2Cl－－2e-=Cl2↑，a膜为阳离子交换膜，最左侧的Na+移向I中，b膜为阴离子交换膜，根据电解原理，Ⅱ中Cl-移向I中，最右侧电极反应式为2H2O＋2e-=H2↑＋2OH－，OH-移向Ⅲ中，Ⅱ中Na+移向Ⅲ中，Ⅱ中从而获得淡水，据此分析。该装置为电解池，是将电能转化成化学能，A错误；根据上述分析，阳极反应式为2Cl－－2e-=Cl2↑，B错误；如果a、b膜交换，按照上述分析，仍能获得淡水，只不过是Ⅲ中获得淡水，C说法错误；根据上述分析，Ⅱ室中流出淡水，Ⅰ、Ⅲ室流出液中NaCl浓度变大，D正确。
5．下列有关电解应用的图示中，完全正确的是（ ）。
A. 电解制铝 B. 粗铜精炼
C. 铁片上镀锌 D. 验证电解NaCl溶液的产物
【答案】D
【解析】由于氯化铝为共价化合物，在熔融状态下不能电离出离子，因此要制备铝单质需要电解熔融Al2O3，A错误；粗铜精炼时，粗铜作阳极，发生氧化反应生成Cu2+，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解液，B错误；电镀时，应将待镀件铁片作阴极，镀层金属Zn作阳极，ZnCl2溶液作电解液，C错误；用惰性电极电解NaCl溶液，根据图示可知，左侧电极为电子流入，则左侧电极为阴极，发生还原反应，溶液中的H2O反应生成H2和OH-，氢气可以用向下排空气法收集，进而可以将生成的气体收集后点燃，即可验证此产物为氢气，右侧电极为电子流出，则右侧电极为阳极，Cl-在阳极发生氧化反应，生成Cl2，可以将其通入碘化钾淀粉溶液中，若溶液变蓝，即可证明此产物为Cl2，D正确。
6.某同学利用如图所示装置制作简单的燃料电池，电解液中事先加有指示剂，此时溶液呈红色(指示剂变色的范围是6.8-8.0，酸性溶液中呈红色，碱性溶液中呈黄色)，下列说法中不正确的是（ ）。
A. 该装置通过调节K1、K2可以实现化学能和电能的相互转化
B. 闭合K1时，石墨极附近溶液逐渐变黄
C. 断开K1，闭合K2，石墨极上的电极反应式为
D. 闭合K1，电路中每转移，电极a理论上产生的气体在标准状况下的体积为
【答案】C
【解析】闭合K1，断开K2时，为电解池装置，电解硫酸钾时，石墨a连接电源的正极，作阳极，阳极产生氧气，石墨b连接电源的负极，作阴极，阴极产生氢气，断开K1时，闭合K2，为原电池装置，电解时产生的氢气在石墨b电极参与反应，因此石墨b电极为正极，电解时产生的氧气在石墨a电极参与反应，因此石墨a电极为正极，据此作答。根据分析可知，通过调节K1、K2可以实现装置电解池和原电池的转化，即可实现化学能和电能的相互转化，A正确；闭合K1，电极a为阳极，发生氧化反应，电极反应式为，电极b为阴极，发生还原反应，电极反应式为，可知b电极负极逐渐变黄，B正确；根据分析可知，电解时，电极b产生的是氢气，当断开K1，闭合K2，此时为原电池装置，电极b为负极，氢气参与反应，该电极负极为碱性，因此电极反应式为，C错误；闭合K1，该装置为电解池装置，电路中每转移4 mol电子，电极a为阳极，发生氧化反应，电极反应式为，则理论上产生1 mol O2，在标准状况下的体积为22.4 L，D正确。
7．石墨烯基电催化转化为等小分子燃料的装置示意图如图所示。下列叙述错误的是（ ）。
A. a电极应该连接电源的正极
B. II室中每消耗气体，I室就有生成
C. 转化为的反应为
D. 电催化过程溶液中的由I室向II室迁移
【答案】B
【解析】该装置有外接电源，则其为电解池，a电极上H2O转化为O2，O元素失电子，化合价升高，则a为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=4H++ O2↑，b极转化为，C元素的化合价降低，b为阴极，电极反应式为。a电极上H2O转化为O2，O元素失电子，化合价升高，则a为阳极，正极连接阳极，则a电极应该连接电源的正极，A正确；II室中CO2转化为CO、CH4、C2H4等，不是只生成CH4，则每消耗气体，转移电子的物质的量不等于8 mol，I室电极反应式为2H2O-4e-=4H++ O2↑，则无法确定生成O2的物质的量，B错误；b极转化为，C元素的化合价降低，电极反应式为，C正确；电解池中阳离子由阳极移向阴极，则溶液中的由I室向II室迁移，D正确。
8．是常用的绿色氧化剂，可用如图所示装置电解和制备。下列说法不正确的是（ ）。
A. 移向a电极
B. 装置工作过程中a极消耗的量等于b极生成的量
C. b电极的电极反应式为
D. 电解生成时，电子转移的数目为
【答案】B
【解析】由图可知，a电极上由O2生成H2O2，氧元素的化合价降低，发生还原反应，a电极为阴极，电极反应式为O2+2e-+2H+==H2O2，b电极上由H2O生成O2，氧元素的化合价升高，发生氧化反应，b电极为阳极，电极反应式为2H2O-4e-==O2↑+4H+，据此回答。由图可知，b极水失电子生成氧气和氢离子，b极为阳极，氢离子向a极移动，A正确；a极的电极反应式为O2+2e-+2H+==H2O2，b极的电极反应式为2H2O-4e-==O2↑+4H+，当转移4 mol电子时，a极消耗2 mol氧气，b极产生1 mol氧气，B错误；b电极为阳极，其电极反应式2H2O-4e-==O2↑+4H+，C正确；a极的电极反应式为O2+2e-+2H+==H2O2，每生成1 mol H2O2时，转移2 mol电子，转移电子的数目为2×6.02×1023，D正确。
9.利用电解原理，可将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。下列说法正确的是（ ）。
A. b为电解池阴极
B. 电解后左侧电极室KOH溶液pH减小
C. 电解过程中阴离子通过交换膜从右向左迁移
D. 阳极电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
【答案】D
【解析】根据图示可知，在a电极上，H2O电离产生的H+得到电子被还原为H2，则a电极为阴极；在b电极上NH3失去电子产生N2，因此b电极为阳极，据此分析解题。根据上述分析可知，a电极为电解池的阴极，b电极为电解池的阳极，A错误；电解时，在a电极上发生反应：2H2O+2e-==H2↑+2OH-，反应消耗水产生OH-，因此电解后左侧电极室KOH溶液浓度增大，则溶液pH会增大，B错误；电解时，阴极a的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极b的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-==N2+6H2O，反应消耗OH-，产生H2O，电解过程中左侧c(OH-)增大，右侧c(OH-)减小，为维持电池持续工作，则溶液中OH-会通过阴离子交换膜从左向右迁移，C错误；根据上述分析可知，阳极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，D正确。
10．二氧化氯(ClO2，黄绿色易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备ClO2的原理如下图。
下列说法正确的是（ ）。
A. a极与电源的负极连接
B. X溶液显碱性，在b极区流出的Y溶液是浓盐酸
C. 电解池a极上发生的电极反应为 NH-6e- + 3C1- + 4OH- =NCl3+ 4H2O
D. ClO2发生器内发生的氧化还原反应中，生成的ClO2与NH3的物质的量之比为6:1
【答案】D
【解析】该装置为电解池，a极上铵根离子失去电子生成NCl3，则a为阳极，b为阴极，阴极区氢离子得到电子生成氢气，氯离子从右侧经过阴离子交换膜到左侧，在ClO2发生器中NCl3和NaClO2反应生成NH3和ClO2。据分析可知，a极为阳极，与电源的正极连接，A错误；在ClO2发生器中，发生反应，则X溶液显碱性，b为阴极，阴极区氢离子得到电子生成氢气，氯离子从右侧经过阴离子交换膜到左侧，则在b极区流出的Y溶液是稀盐酸，B错误；a极铵根离子失去电子生成NCl3，电极反应为 NH-6e- + 3Cl-=NCl3+ 4H+，C错误；在ClO2发生器中，发生反应，生成的ClO2与NH3的物质的量之比为6:1，D正确。
11．化学在环境保护中起着相当重要的作用。催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解的原理如图所示，下列说法中正确的是（ ）。
A. 电解池中电源的正极为B，负极为A
B. 电解池阴极的电极反应式为
C. 在电解池中右侧发生氧化反应，左侧发生还原反应
D. 电解过程中转移2 mol电子，则左侧产生的气体在标况下的体积约为11.2 L
【答案】D
【解析】右侧电极发生还原反应生成N2，则右侧为阴极，左侧为阳极，阴极反应式为，阳极反应式为，据此分析解题。据分析可知，右侧为阴极，左侧为阳极，则电源的负极为B，正极为A，A错误； 电解池左侧是阳极，阳极的电极反应式为，B错误；结合分析可知，在电解池的右侧发生还原反应，左侧发生氧化反应，C错误；电解池的左侧是阳极，电极反应式为，电解过程中转移2 mol电子，则左侧产生的0.5 mol O2，在标况下的体积约为11.2 L，D正确。
12．某地海水中主要离子的含量如下表，现利用“电渗析法”进行淡化，技术原理如图所示(两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是（ ）。
离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl-
含量/mg·L-1 9 360 83 200 1 100 16 000 1 200 118
A. 甲室的电极反应式为2Cl-－2e-== Cl2↑
B. 淡化过程中易在戊室形成水垢
C. 乙室和丁室中部分离子的浓度增大，淡水的出口为 b
D. 当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时，通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为2 mol
【答案】D
【解析】由图可知，甲室电极与电源正极相连，为阳极室，Cl-的放电能力大于OH-，所以阳极的电极反应式为2Cl-－2e-= Cl2↑，A正确；由图可知，戊室电极与电源负极相连，为阴极室，开始电解时，阴极上水得电子生成氢气同时生成OH-，生成的OH-和HCO3-反应生成CO32-，Ca2+转化为CaCO3沉淀，OH-和Mg2+生成Mg(OH)2，CaCO3和Mg(OH)2是水垢的成分，B正确； 阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过，电解时丙室中阴离子移向乙室，阳离子移向丁室，所以丙室中物质主要是水，则淡水的出口为b出口，C正确； 根据B项分析可知，戊室收集到的是H2，当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时，则电路中转移2 mol电子，通过甲室阳膜的离子为阳离子，既有+1价的离子，又有+2价的离子，所以物质的量不是2 mol，D错误。
13．一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，质量会减轻
C. K与b连接时，电极B上发生的反应为
D. 电极K与b连接时，电极A发生还原反应
【答案】B
【解析】由题干信息可知，将开关K先与a连接后，电极B为阳极，电极反应式为，电极A为阴极，电极反应式为，一段时间后右侧溶液中Cu2+浓度增大，而左侧溶液中Cu2+浓度减小，为了保持Cu2+的浓度差必须保证Cu2+不能通过半透膜，故交换膜是阴离子交换膜，一段时间后与b连接，电极A为负极，电极反应式为，电极B为正极，电极反应式为，据此分析解题。由分析可知，交换膜应当选择阴离子交换膜，阻止阳极Cu2+通过，以保证两侧溶液中有Cu2+浓度差，A错误；K与b连接时，形成原电池，电极A为负极，电极反应为，电极质量减轻；同时，电极B为正极，电极反应为，B正确；由分析可知，K与b连接时，电极B为正极，电极反应为，C错误；K与b连接时，形成原电池，电极A为负极，电极A发生氧化反应，D错误。
第Ⅱ卷（非选择题）
非选择题：包括第14题~第17题4个大题，共61分。
14．回答下列问题。
（1）用惰性电极电解碘化钾溶液，阳极的电极反应式为 。
（2）爱迪生蓄电池在充电和放电时发生反应为，放电时正极的电极反应式为 ；充电时，Fe电极应为外接电源的_______极相连。
（3）利用N2H4(l)燃料电池(产物均为环境友好物质)电解AgNO3溶液并制备，装置如图所示(C1 C5均为石墨电极，假设各装置在工作过程中溶液体积不变)。
①工作时，甲装置C1电极为_______(填“正”“负”“阳”或“阴”)极，电极反应式为 。
②工作时，乙装置中向_______(填“C3”或“Ag”)极移动。
③若乙装置中溶液体积为400 mL，当电极质量增加4.32 g时，溶液pH约为_______。若将乙装置中两电极调换，一段时间后，AgNO3溶液浓度将_______(填“增大”“减小”或“不变”)。
④丙装置中K、M、L为离子交换膜，其中M膜是_______(填“阳离子”“阴离子”或“质子”)交换膜。
⑤若甲装置C2电极上消耗标准状况下2.24 L的O2，理论上丙装置阳极室溶液质量减少_______g。
【答案】（1） （2） 正 （3）①负 ②C3 ③ 1 不变 ④阳离子 ⑤22.2
【解析】（1）惰性电极电解碘化钾溶液，阳极的电极反应为碘离子失去电子发生氧化反应生成碘单质：。
（2）由总反应可知，放电时正极的电极反应为得到电子发生还原反应生成铁单质：；充电时，Fe电极为阳极，失去电子发生氧化反应，故应为外接电源的正极相连。
（3）甲为N2H4燃料电池，通燃料N2H4的一极为负极，通氧气的一极为正极，故C1为负极，C2为正极；乙为电解池，C3为阳极，Ag为阴极；丙为电解池，C4为阳极，C5为阴极。 ①甲为N2H4燃料电池，通燃料N2H4的一极为负极，工作时在碱性条件下，N2H4失去电子发生氧化反应生成对环境友好物质氮气和水，电极反应式为， C1电极为负极；②乙装置为电解池装置，C3为阳极，Ag为阴极；电解池工作时，向阳极C3极移动；③乙装置中溶液体积为400 mL，阳极水放电生成氧气和氢离子：，阴极银离子得到电子还原为银单质：，当电极质量增加4.32 g时，反应生成0.04 mol Ag，转移电子0.04 mol，则生成0.04 mol氢离子，氢离子浓度为0.1 mol/L，溶液pH约为1；将乙装置中两电极调换，阳极反应式：Ag- e-= Ag+，阴极反应式：Ag++e-= Ag，阴阳两极得失电子相等，所以一段时间后，溶液浓度将不变； ④丙为电解池，C4为阳极，C5为阴极，阴极电极反应式为，阴极生成带负电荷的OH-，原料室中的Na+经过M膜移向阴极室，M膜是阳离子交换膜；⑤甲为N2H4燃料电池，通氧气的为正极，电极反应式为，丙为电解池，C4为阳极，其电极反应式为，阳极室中Ca2+移向产品室中，由电子得失守恒及电荷守恒，可以得出如下关系：，阳极室溶液质量的减少量为逸出的氯气和移向产品室的Ca2+质量之和，甲装置电极上消耗标准状况下2.24 L的氧气即0.1 mol，相当于减少0.2 mol CaCl2，故理论上丙装置阳极室溶液质量减少为22.2 g。
15． 某研究小组用微生物电池模拟淡化海水，同时做电解实验，实验装置如下图所示，C、D是铂电极。
（1）若A、B是惰性电极。
①写出D极的电极反应式： 。
②写出甲中总反应的离子方程式： 。
（2）若甲是铁片镀铜装置，A、B质量相同。当B和A的质量差为12.8 g时，C极产生的气体在标准状况下的体积是_______L。
（3）苯酚的分子式为。
①离子交换膜A为_______(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
②a极的电极反应式为 。
③理论上每消除1 mol苯酚，同时消除_______mol ；当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐_______g。
【答案】（1）① ②
（2）1.12 L （3）①阴 ② ③5.6 58.5
【解析】根据装置图可知，左侧为原电池，右侧为电解池。原电池中电极a苯酚失电子转化为CO2，所以电极a为负极，则电极b为正极；在电解池中，根据电源正极连接阳极，负极连接阴极，可知电极A、C为阳极，电极B、D为阴极。（1）①电极D为阴极，阳离子H+和移向电极D，H+优先得电子，故电极反应式为；②甲装置为电解池，且A、B为惰性电极，电解质为CuSO4；阳离子Cu2+和H+移向阴极B反应，Cu2+优先得电子被还原为Cu，阴离子OH-和移向阳极，OH-优先失电子被还原为O2，故甲中总反应的离子方程式为。（2）若甲是铁片镀铜装置，则阳极A为单质Cu，电极反应为，阴极B为镀件铁片，电极反应为Cu2++2e-==Cu, 当B和A的质量差为12.8 g时,电极A质量减小6.4 g，电极B质量增加6.4 g，通过电极反应可知，转移电子数为×2 mol=0.2 mol,根据电荷守恒，电极C（阳极）将失去0.2 mol电子，根据电极C的电极反应：，生成0.05 mol氧气，体积为0.05 mol×22.4 L/mol=1.12 L。（3）①左侧原电池中NaCl溶液转化为淡水，可知Na+移向正极b，Cl-移向负极a，所以离子交换膜A为阴离子交换膜；②电极a中反应物苯酚转化为CO2，其中苯酚中C的化合价为-价，CO2中C的化合价为+4价，转移电子的数目为28，故a电极的电极反应式为；③根据a电极反应可知，每消除1 mol苯酚转移电子28 mol，b电极反应为2+10e-+12H+==N2↑+6H2O,，转移28 mol电子时，消除的物质的量是mol=5.6 mol；当电路中转移1 mol电子时，有1 mol Na+移向正极，1 mol Cl-移向负极，模拟海水理论上除去1 mol，即58.5 g NaCl。
16．国家主席习近平在9月22日召开的联合国大会上表示：“中国将争取在2060年前实现碳中和”。捕集CO2的技术对解决全球温室效应意义重大。回答下列问题。
（1）国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为CO2(g)＋4H2(g)==CH4(g)＋2H2O(g) ΔH=-270 kJ·mol-1。几种化学键的键能如表所示。
化学键 CH HH HO CO
键能/kJ·mol-1 413 436 a 745
则a=___________。
（2）将CO2还原为CH4，是实现CO2资源化利用的有效途径之一，装置如图所示。
①H+的移动方向为___________(填“自左至右”或“自右至左”)；d电极的电极反应式为 。
②若电源为CH3OHO2KOH清洁燃料电池，当消耗0.1 mol CH3OH燃料时，离子交换膜中通过___________mol H+，该清洁燃料电池中的正极反应式为 。
（3）甲醇是一种可再生能源，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：
反应I：CO2(g)＋3H2(g)==CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1=-49.58 kJ·mol-1
反应II：CO2(g)＋H2(g)==CO(g)＋H2O(g) ΔH2
反应III：CO(g)＋2H2(g)==CH3OH(g) ΔH3=-90.77 kJ·mol-1
反应II的ΔH2=___________kJ·mol-1。
（4）利用太阳能光解Fe3O4，制备FeO用于还原CO2合成炭黑，可实现资源的再利用。其转化关系如图所示。过程II反应的化学方程式是 。
（5）在酸性电解质溶液中，以太阳能电池作电源，惰性材料作电极，可将CO2转化为乙烯。实验装置如图所示。
①若电解过程中生成3.36 L(标准状况下)O2，则电路中转移的电子至少为___________mol。
②生成乙烯的电极反应式是 。
【答案】（1）463 （2）①自左至右 CO2+8H++8e-=CH4+2H2O ②0.6 O2+4e-+2H2O=4OH-
（3）41.19 （4） （5）①0.6 ②2CO2+12H++12e-==CH2=CH2+4H2O
【解析】（1）根据ΔH=反应物键能总和－生成物键能总和，有ΔH=2×745 kJ/mol+4×436 kJ/mol－(4×413 kJ/mol+4×
a kJ/mol)=-270×kJ/mol，解得a=463。（2）①该装置有外加电源，属于电解池，右边电极是CO2还原为CH4，C元素的化合价降低，根据电解原理，右边电极为阴极，左边电极为阳极，H+应是自左至右移动；d电极反应式为CO2+8H++8e-==CH4+2H2O；②CH3OH为燃料，C元素的化合价为-2价，C元素转化成CO2，化合价由-2价升高为+4，化合价共升高6，1 mol该燃料参与反应，转移电子的物质的量6 mol，则0.1 mol该燃料参与反应，转移电子的物质的量为0.6 mol，根据转移电子的物质的量相等，离子交换膜中通过0.6 mol H+；氧气在正极上参与反应，即电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。（3）反应Ⅲ=反应Ⅰ-反应Ⅱ，ΔH2=ΔH1-ΔH3=-49.58 kJ/mol-
(-90.77 kJ/mol)=41.19 kJ/mol。（4）根据图示可知，过程Ⅱ为FeO与CO2在700 K条件下反应产生Fe3O4和C单质，反应的化学方程式为。（5）①，根据图示可知，在左侧，CO2与H+反应产生乙烯和H2O，得到电子发生还原反应，则左侧电极为阴极；在右侧H2O电离产生的OH-失去电子变为O2和H+，右侧电极为阳极，每有1 mol O2反应产生，会转移4 mol电子，现在反应产生了
0.15 mol O2，因此反应过程中转移电子的物质的量为n(e-)=4n(O2)=0.6 mol；②在左侧阴极上CO2得到电子被还原产生乙烯和水，电极反应式为。
17.某小组欲用电解的方法获得，实验装置如图(电源装置略去)。
（1）分别以NaOH溶液和NaCl溶液为电解质溶液制备。
实验 电解质溶液 现象
铜电极附近 石墨电极
Ⅰ NaOH溶液 出现浑浊，浑浊的颜色由黄色很快变为砖红色 产生无色气泡
Ⅱ NaCl溶液 出现白色浑浊，浑浊向下扩散，一段时间后，下端部分白色沉淀变为砖红色 产生无色气泡
资料：ⅰ．CuOH是黄色、易分解的难溶固体，CuCl是白色的难溶固体。
ⅱ．氧化反应中，增大反应物浓度或降低生成物浓度，氧化反应越易发生
①Ⅰ和Ⅱ中Cu作___________(填“阳”或“阴”)极。
②Ⅱ中石墨电极产生气体的电极反应式为 。
③Ⅱ中白色沉淀变为砖红色的离子方程式是 。根据Ⅱ中现象，甲认为电解质溶液中存在，有利于Cu被氧化为一价铜化合物，理由是 。
探究Ⅰ和Ⅱ中未生成的原因，继续实验。
实验 电解质溶液 现象
Ⅲ 溶液 铜电极附近溶液呈蓝色，一段时间后，U形管下端出现蓝绿色沉淀
资料：碱式硫酸铜[]难溶于水，可溶于酸和氨水。常温时碱式硫酸铜[]的溶解度比的大。
①经检验，蓝绿色沉淀中含有碱式硫酸铜，检验方案是 。
②请写出形成碱式硫酸铜的电极反应式： 。
进一步改进方案，进行如下实验。
实验 电解质溶液 现象
Ⅳ 和的混合液() 铜电极附近溶液呈深蓝色
Ⅴ 和NaOH的混合液() 铜电极附近出现蓝色浑浊，一段时间后，U形管底部出现蓝色沉淀
Ⅳ中出现深蓝色说明电解生成了___________离子。经检验，Ⅴ中最终生成了。
（4）综合上述实验，电解法制备要考虑的因素有 。
【答案】（1）①阳 ② 2H2O+2e-==H2↑+2OH- ③2CuCl+2OH-==Cu2O+2Cl-+H2O 阳极附近溶液中Cl-浓度大，易与Cu+生成CuCl，降低Cu+浓度，氧化反应易发生 （2）①取少量蓝绿色沉淀于试管中，滴加稀盐酸，沉淀全部溶解，得到蓝色溶液，向试管中滴加BaCl2溶液，产生白色沉淀 ② （3）[Cu(NH3)4]2+ （4）电解质溶液的成分选择和溶液pH的控制
【解析】由资料i、ii和铜电极附近现象可知，铜失去电子发生氧化反应生成亚铜离子，在实验I、II中铜为阳极，石墨为阴极，阴极上水中的氢离子放电生成氢气；为了探究Ⅰ和Ⅱ中未生成的原因，进行实验III，根据实验现象，猜想蓝绿色沉淀的成分中含有碱式硫酸铜；进一步改进实验，Ⅴ中最终生成了Cu(OH)2，说明电解法制备氢氧化铜要注意电解质溶液的成分选择和溶液pH的控制。（1）①由题意可知，I和II中铜作电解池的阳极，铜失去电子发生氧化反应生成亚铜离子；②由题意可知，II中石墨电极为电解池的阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O+2e-==H2↑+2OH-；③由题意可知，II中阴极产生的氢氧根离子自下而上向阳极定向移动，则白色沉淀变为砖红色的反应为氯化亚铜与氢氧根离子反应生成氧化亚铜、氯离子和水，反应的离子方程式为2CuCl+2OH-==Cu2O+2Cl-+H2O；氯离子向阳极移动，阳极附近溶液中氯离子浓度增大，易与铜离子生成CuCl,降低溶液中生成的亚铜离子浓度，由信息ii可知，增大反应物浓度或降低生成物浓度有利于氧化反应易发生，则电解质溶液中存在氯离子，有利于铜被氧化为一价铜化合物。（2）①若蓝绿色沉淀中只含有氢氧化铜，加入盐酸溶解后，再加入氯化钡溶液不会产生硫酸钡白色沉淀，而碱式硫酸铜加入盐酸溶解后，再加入氯化钡溶液会产生硫酸钡白色沉淀，则检验方案是取少量蓝绿色沉淀于试管中，滴加稀盐酸，沉淀全部溶解，得到蓝色溶液，向试管中滴加氯化钡溶液，产生白色沉淀；②阳极上铜失去电子再结合硫酸根、水中氢氧根得到碱式硫酸铜，电极反应式为。（3）由实验现象可知，IV中出现深蓝色说明电解生成了铜氨络离子[Cu(NH3)4]2+。（4）由实验I～V可知，选用氢氧化钠溶液、氯化钠溶液、pH为9的硫酸钠和氨水混合溶液电解时，均没有氢氧化铜沉淀生成，选用硫酸钠溶液电解时，得到的氢氧化铜沉淀中混有碱式硫酸铜，而选用pH为9的硫酸钠和氢氧化钠混合溶液电解时，有氢氧化铜沉淀生成，说明电解法制备氢氧化铜要注意电解质溶液的成分选择和溶液pH的控制。
答案第1页，共2页第03周 电解池的工作原理及应用
第Ⅰ卷（选择题）
选择题：本题共13个小题，每小题只有一个正确选项，共39分。
1．下列装置能实现化学能直接转化为电能的是（ ）。
A．电解冶炼金属钠 B．铜锌原电池
C．火力发电 D．太阳能电池
2.下列有关化学用语表示正确的是（ ）。
A. 氢氧碱性燃料电池的负极反应式为
B. 电解精炼铜时，阴极的电极反应式为
C. 工业上电解氯化铝生产铝，阴极反应式为
D. 惰性电极电解氯化镁溶液离子方程式为
3.下列装置可以实现铁质餐具上镀银的是（ ）。
A. B.
C. D.
4.利用电渗析法淡化海水的原理如图所示。下列说法正确的是（ ）。
A. 该装置将化学能转化成电能
B. 阴极发生的电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑
C. 若将a、b膜的位置互换，则不能获得淡水
D. Ⅱ室中流出淡水，Ⅰ、Ⅲ室流出液中NaCl浓度变大
5．下列有关电解应用的图示中，完全正确的是（ ）。
A. 电解制铝 B. 粗铜精炼
C. 铁片上镀锌 D. 验证电解NaCl溶液的产物
6.某同学利用如图所示装置制作简单的燃料电池，电解液中事先加有指示剂，此时溶液呈红色(指示剂变色的范围是6.8-8.0，酸性溶液中呈红色，碱性溶液中呈黄色)，下列说法中不正确的是（ ）。
A. 该装置通过调节K1、K2可以实现化学能和电能的相互转化
B. 闭合K1时，石墨极附近溶液逐渐变黄
C. 断开K1，闭合K2，石墨极上的电极反应式为
D. 闭合K1，电路中每转移，电极a理论上产生的气体在标准状况下的体积为
7．石墨烯基电催化转化为等小分子燃料的装置示意图如图所示。下列叙述错误的是（ ）。
A. a电极应该连接电源的正极
B. II室中每消耗气体，I室就有生成
C. 转化为的反应为
D. 电催化过程溶液中的由I室向II室迁移
8．是常用的绿色氧化剂，可用如图所示装置电解和制备。下列说法不正确的是（ ）。
A. 移向a电极
B. 装置工作过程中a极消耗的量等于b极生成的量
C. b电极的电极反应式为
D. 电解生成时，电子转移的数目为
9.利用电解原理，可将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。下列说法正确的是（ ）。
A. b为电解池阴极
B. 电解后左侧电极室KOH溶液pH减小
C. 电解过程中阴离子通过交换膜从右向左迁移
D. 阳极电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
10．二氧化氯(ClO2，黄绿色易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备ClO2的原理如下图。
下列说法正确的是（ ）。
A. a极与电源的负极连接
B. X溶液显碱性，在b极区流出的Y溶液是浓盐酸
C. 电解池a极上发生的电极反应为 NH-6e- + 3C1- + 4OH- =NCl3+ 4H2O
D. ClO2发生器内发生的氧化还原反应中，生成的ClO2与NH3的物质的量之比为6:1
11．化学在环境保护中起着相当重要的作用。催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解的原理如图所示，下列说法中正确的是（ ）。
A. 电解池中电源的正极为B，负极为A
B. 电解池阴极的电极反应式为
C. 在电解池中右侧发生氧化反应，左侧发生还原反应
D. 电解过程中转移2 mol电子，则左侧产生的气体在标况下的体积约为11.2 L
12．某地海水中主要离子的含量如下表，现利用“电渗析法”进行淡化，技术原理如图所示(两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是（ ）。
离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl-
含量/mg·L-1 9 360 83 200 1 100 16 000 1 200 118
A. 甲室的电极反应式为2Cl-－2e-== Cl2↑
B. 淡化过程中易在戊室形成水垢
C. 乙室和丁室中部分离子的浓度增大，淡水的出口为 b
D. 当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时，通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为2 mol
13．一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，质量会减轻
C. K与b连接时，电极B上发生的反应为
D. 电极K与b连接时，电极A发生还原反应
第Ⅱ卷（非选择题）
非选择题：包括第14题~第17题4个大题，共61分。
14．回答下列问题。
（1）用惰性电极电解碘化钾溶液，阳极的电极反应式为 。
（2）爱迪生蓄电池在充电和放电时发生反应为，放电时正极的电极反应式为 ；充电时，Fe电极应为外接电源的_______极相连。
（3）利用N2H4(l)燃料电池(产物均为环境友好物质)电解AgNO3溶液并制备，装置如图所示(C1 C5均为石墨电极，假设各装置在工作过程中溶液体积不变)。
①工作时，甲装置C1电极为_______(填“正”“负”“阳”或“阴”)极，电极反应式为 。
②工作时，乙装置中向_______(填“C3”或“Ag”)极移动。
③若乙装置中溶液体积为400 mL，当电极质量增加4.32 g时，溶液pH约为_______。若将乙装置中两电极调换，一段时间后，AgNO3溶液浓度将_______(填“增大”“减小”或“不变”)。
④丙装置中K、M、L为离子交换膜，其中M膜是_______(填“阳离子”“阴离子”或“质子”)交换膜。
⑤若甲装置C2电极上消耗标准状况下2.24 L的O2，理论上丙装置阳极室溶液质量减少_______g。
15． 某研究小组用微生物电池模拟淡化海水，同时做电解实验，实验装置如下图所示，C、D是铂电极。
（1）若A、B是惰性电极。
①写出D极的电极反应式： 。
②写出甲中总反应的离子方程式： 。
（2）若甲是铁片镀铜装置，A、B质量相同。当B和A的质量差为12.8 g时，C极产生的气体在标准状况下的体积是_______L。
（3）苯酚的分子式为。
①离子交换膜A为_______(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
②a极的电极反应式为 。
③理论上每消除1 mol苯酚，同时消除_______mol ；当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐_______g。
16．国家主席习近平在9月22日召开的联合国大会上表示：“中国将争取在2060年前实现碳中和”。捕集CO2的技术对解决全球温室效应意义重大。回答下列问题。
（1）国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g) ΔH=-270kJ·mol-1。几种化学键的键能如表所示。
化学键 CH HH HO CO
键能/kJ·mol-1 413 436 a 745
则a=___________。
（2）将CO2还原为CH4，是实现CO2资源化利用的有效途径之一，装置如图所示。
①H+的移动方向为___________(填“自左至右”或“自右至左”)；d电极的电极反应式为 。
②若电源为CH3OHO2KOH清洁燃料电池，当消耗0.1 mol CH3OH燃料时，离子交换膜中通过___________mol H+，该清洁燃料电池中的正极反应式为 。
（3）甲醇是一种可再生能源，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：
反应I：CO2(g)＋3H2(g)==CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1=-49.58 kJ·mol-1
反应II：CO2(g)＋H2(g)==CO(g)＋H2O(g) ΔH2
反应III：CO(g)＋2H2(g)==CH3OH(g) ΔH3=-90.77 kJ·mol-1
反应II的ΔH2=___________kJ·mol-1。
（4）利用太阳能光解Fe3O4，制备FeO用于还原CO2合成炭黑，可实现资源的再利用。其转化关系如图所示。过程II反应的化学方程式是 。
（5）在酸性电解质溶液中，以太阳能电池作电源，惰性材料作电极，可将CO2转化为乙烯。实验装置如图所示。
①若电解过程中生成3.36 L(标准状况下)O2，则电路中转移的电子至少为___________mol。
②生成乙烯的电极反应式是 。
17.某小组欲用电解的方法获得，实验装置如图(电源装置略去)。
（1）分别以NaOH溶液和NaCl溶液为电解质溶液制备。
实验 电解质溶液 现象
铜电极附近 石墨电极
Ⅰ NaOH溶液 出现浑浊，浑浊的颜色由黄色很快变为砖红色 产生无色气泡
Ⅱ NaCl溶液 出现白色浑浊，浑浊向下扩散，一段时间后，下端部分白色沉淀变为砖红色 产生无色气泡
资料：ⅰ．CuOH是黄色、易分解的难溶固体，CuCl是白色的难溶固体。
ⅱ．氧化反应中，增大反应物浓度或降低生成物浓度，氧化反应越易发生
①Ⅰ和Ⅱ中Cu作___________(填“阳”或“阴”)极。
②Ⅱ中石墨电极产生气体的电极反应式为 。
③Ⅱ中白色沉淀变为砖红色的离子方程式是 。根据Ⅱ中现象，甲认为电解质溶液中存在，有利于Cu被氧化为一价铜化合物，理由是 。
（2）探究Ⅰ和Ⅱ中未生成的原因，继续实验。
实验 电解质溶液 现象
Ⅲ 溶液 铜电极附近溶液呈蓝色，一段时间后，U形管下端出现蓝绿色沉淀
资料：碱式硫酸铜[]难溶于水，可溶于酸和氨水。常温时碱式硫酸铜[]的溶解度比的大。
①经检验，蓝绿色沉淀中含有碱式硫酸铜，检验方案是 。
②请写出形成碱式硫酸铜电极反应式： 。
进一步改进方案，进行如下实验。
实验 电解质溶液 现象
Ⅳ 和的混合液() 铜电极附近溶液呈深蓝色
Ⅴ 和NaOH的混合液() 铜电极附近出现蓝色浑浊，一段时间后，U形管底部出现蓝色沉淀
Ⅳ中出现深蓝色说明电解生成了___________离子。经检验，Ⅴ中最终生成了。
（4）综合上述实验，电解法制备要考虑的因素有 。
答案第1页，共2页

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