高考化学一轮新课标通用训练检测考点20 电解原理及其应用.docx
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高考化学一轮新课标通用训练检测考点20电解原理及其应用
2020高考化学一轮(新课标通用)训练检测:
考点20 电解原理及其应用
[题组一 基础小题]
1.下列图示中关于铜电极的连接错误的是( )
答案 C
解析 镀件上镀铜时,铜应作阳极,与电源正极相连,镀件作阴极,与电源负极相连。
2.
Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图,电解总反应为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑。
下列说法正确的是( )
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成
答案 A
解析 根据电解反应方程式及图可知,铜极发生氧化反应,连接电源正极,当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成,石墨极发生还原反应产生H2,因此A正确。
3.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。
下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-===Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液由蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电源的正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
答案 D
解析 a和b不连接时,发生置换反应,A正确;a和b连接时,形成原电池,铜片作正极,溶液中Cu2+放电,B正确;铁片作负极,失去电子形成Fe2+,溶液由蓝色逐渐变成浅绿色,C正确;a和b分别连接直流电源正、负极,a作阳极,铜片失去电子形成Cu2+,Cu2+向铁电极移动,D错误。
4.如图装置电解一段时间,当某极析出0.32gCu时,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为(常温下,溶液足量,体积均为100mL且电解前后溶液的体积变化忽略不计)( )
A.13、7、1B.12、7、2C.1、7、13D.7、13、1
答案 A
解析 Ⅰ中发生反应:
2KCl+2H2O
2KOH+Cl2↑+H2↑,Ⅱ中反应的实质是电解水,pH=7,Ⅲ中发生反应:
2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,三个电解槽串联,则三个电解槽相同时间内转移电子的物质的量相同:
n(e-)=2n(Cu)=2×0.32g÷64g/mol=0.01mol,所以Ⅰ中的产物:
n(H2)=0.005mol,n(KOH)=0.01mol,c(OH-)=
=0.1mol·L-1,则pH=13,Ⅲ中的产物:
n(H2SO4)=n(Cu)=0.005mol,c(H+)=
=0.1mol·L-1,所以pH=1,故选A。
5.金属镍有广泛的用途。
粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:
氧化性Fe2+ A.阳极发生还原反应,其电极反应式: Ni2++2e-===Ni B.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等 C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 答案 D 解析 根据电解原理可知,与电源正极相连的电极是阳极,失电子,发生氧化反应,故A错误;因氧化性Ni2+>Fe2+>Zn2+,故阴极反应为Ni2++2e-===Ni,可见,阳极质量减少的是溶解的Zn、Fe、Ni,而阴极质量增加的只是析出的Ni,两者质量是不相等的,故B错误;电解后,溶液中除留下Fe2+、Zn2+外,还有Ni2+,C错误;阳极反应有: Zn-2e-===Zn2+,Fe-2e-===Fe2+,Ni-2e-===Ni2+,Pt为惰性金属,不放电,而Cu要在金属Ni全部转化为Ni2+后才能放电,但此时Cu已没有了支撑物,最后和Pt一起落下,形成阳极泥,故D正确。 6.用如图装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,则下表中所列各项对应关系均正确的一组是( ) 答案 D 解析 电解Na2SO4溶液相当于电解水,阳极生成氧气,a管中溶液呈酸性,A错误;电解AgNO3溶液属于“析氧生酸型”,阳极生成氧气,B错误;电解KCl和CuCl2混合溶液,相当于先后电解CuCl2溶液、KCl溶液和水,a管产生H2的体积有可能与b管产生Cl2和O2的混合气体的体积相等,C错误;电解AlCl3溶液时,阴极先产生氢气,a管中生成Al(OH)3沉淀,当Al3+沉淀完全后,继续电解水产生的OH-,又使沉淀溶解,D正确。 7.利用如图所示装置(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.a为直流电源的负极 B.阴极的电极反应式为: 2HSO +2H++e-===S2O +2H2O 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 答案 C 解析 由装置图知,左侧电极硫元素化合价从+4(SO2)升高到+6(H2SO4),故左侧电极是阳极,a为直流电源的正极,A错误,C正确;阴极的电极反应式为: 2HSO +2H++2e-===S2O +2H2O,B错误;由于H+在阴极上反应,故电解时,H+由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室,D错误。 [题组二 高考小题] 8.(2018·全国卷Ⅲ)一种可充电锂-空气电池如图所示。 当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。 下列说法正确的是( ) A.放电时,多孔碳材料电极为负极 B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移 D.充电时,电池总反应为Li2O2-x===2Li+1- O2 答案 D 解析 放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处反应,说明电池内,Li+向多孔碳材料电极移动,因为阳离子移向正极,所以多孔碳材料电极为正极,A错误。 因为多孔碳材料电极为正极,外电路电子应该由锂电极流向多孔碳材料电极(由负极流向正极),B错误。 充电和放电时电池中离子的移动方向相反,放电时,Li+向多孔碳材料电极移动,充电时向锂电极移动,C错误。 根据图示和上述分析,可知放电时,电池的正极反应是O2与Li+得电子转化为Li2O2-x,电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li+,所以总反应为: 2Li+ O2===Li2O2-x,充电时的反应与放电时的反应相反,所以充电时,电池总反应为Li2O2-x===2Li+ O2,D正确。 9.(2017·全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。 下列叙述错误的是( ) A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为Al3++3e-===Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 答案 C 解析 铝制品表面氧化形成致密的氧化膜,发生氧化反应,所以待加工铝质工件应为阳极,A正确;阴极发生的电极反应为2H++2e-===H2↑,阴极可选用不锈钢网作电极,B正确,C错误;电解质溶液中的阴离子向阳极移动,D正确。 10.(2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。 下列叙述正确的是( ) A.通电后中间隔室的SO 离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O-4e-===O2+4H+,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成 答案 B 解析 负极区(阴极)电极反应为: 4H++4e-===2H2↑,正极区(阳极)电极反应为: 4OH--4e-===2H2O+O2↑。 通电后SO 向正极移动,正极区OH-放电,溶液酸性增强,pH减小,A错误;负极区反应为4H++4e-===2H2↑,溶液pH增大,C错误;当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.25molO2生成,D错误。 11.(2015·浙江高考)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。 下列说法不正确的是( ) A.X是电源的负极 B.阴极的电极反应式是H2O+2e-===H2+O2-、CO2+2e-===CO+O2- C.总反应可表示为H2O+CO2 H2+CO+O2 D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1 答案 D 解析 H2O、CO2混合气体制备H2和CO时,氢元素及碳元素的化合价降低,H2O和CO2发生还原反应,则该极为阴极,连接电源的负极,A正确;因电解质是金属氧化物,故该过程中可以传递O2-,则阴极反应为H2O+2e-===H2+O2-,CO2+2e-===CO+O2-,B正确;图中阳极放出的是O2,2O2-+4e-===O2↑,则总反应方程式为H2O+CO2 H2+CO+O2,C正确;从总反应方程式看,阴极和阳极生成的气体的物质的量之比是2∶1,D错误。 [题组三 模拟小题] 12.(2019·黄石调研)已知反应: 2CrO +2H+Cr2O +H2O。 某科研小组用如图电解装置,由Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7溶液。 下列有关叙述正确的是( ) A.Na2CrO4生成Na2Cr2O7的反应为非氧化还原反应,不能通过电解方法获得 B.a为电源正极 C.d口流出的NaOH溶液的浓度与c口通入的NaOH溶液的浓度相同 D.Na+从右侧通过阳离子交换膜进入左侧 答案 D 解析 虽然Na2CrO4转化为Na2Cr2O7的反应为非氧化还原反应,但因为该反应必须在酸性环境中才能发生,反应所需的H+可以通过电解方法获得,A错误;电解装置右侧发生反应时所需的H+来源于H2O的电解,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,故右侧电极为阳极,阳极连接电源正极,即b为电源正极,a为电源负极,B错误;左侧电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,故d口流出的NaOH溶液的浓度比c口通入的NaOH溶液的浓度大,C错误;电解时,阳离子从阳极流向阴极,故Na+从右侧通过阳离子交换膜进入左侧,D项正确。 13.(2019·湖北八校联考)H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图,下列叙述错误的是( ) A.M室发生的电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+ B.N室中: a% C.b膜为阴膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸 D.理论上每生成1mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6L气体 答案 D 解析 M室为阳极室,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,A正确;N室为阴极室,溶液中水电离的H+得电子发生还原反应生成H2,促进水的电离,溶液中OH-浓度增大,即a% 穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3BO3,则b膜为阴膜,C正确;每生成1mol产品,转移电子的物质的量为1mol,阴极室生成0.5mol氢气,其标准状况下的体积为11.2L,D错误。 14.(2018·石家庄质检)厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理得到乳酸(图中HA表示乳酸分子、A-表示相应的酸根离子)如图所示,下列说法正确的是( ) A.阴极的电极反应式为: 4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.H+从阳极通过阳离子交换膜向阴极移动 C.A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室 D.当浓缩室中增加了0.6molHA时,可得到4.48LH2(标准状况) 答案 C 解析 电解时阴极的电极反应式: 4H++4e-===2H2↑,A错误;因阳离子不能透过阴离子交换膜,故留在浓缩室,B错误;阴离子移向阳极,但进入浓缩室后被阳离子交换膜阻挡而留在浓缩室,得到浓乳酸溶液,C正确;当浓缩室中增加了0.6molHA时,表明有0.6molH+放电转化为H2,体积为6.72L(标准状况),D错误。 15.(2018·黑龙江齐齐哈尔第二次模拟)用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理,其工作原理如图所示,质子膜允许H+和H2O通过。 下列说法正确的是( ) A.电极Ⅰ为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑ B.电解时H+由电极Ⅰ向电极Ⅱ迁移 C.吸收塔中的反应为2NO+2S2O +2H2O===N2+4HSO D.每处理1molNO,可同时得到32gO2 答案 C 解析 根据图示可以看出,电极Ⅰ中的电极反应式应该是2HSO +2e-+2H+===S2O +2H2O,A项错误;电解时阳离子向阴极移动,故H+由电极Ⅱ向电极Ⅰ迁移,B项错误;吸收塔中的反应为2NO+2S2O +2H2O===N2+4HSO ,C项正确;每处理1molNO,转移电子数为2mol,可同时得到16gO2,D项错误。 [题组一 基础大题] 16.如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。 请按要求回答下列问题: (1)甲烷燃料电池负极反应是____________________________________________________________。 (2)石墨(C)极的电极反应是____________________________________________________________。 (3)若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L;丙装置中阴极析出铜的质量为________g。 (4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图所示)。 若用于制取漂白液,则a为电池的________极,电解质溶液最好用________。 若用于制取Fe(OH)2,使用硫酸钠作电解质溶液,则阳极选用________作电极。 答案 (1)CH4+10OH--8e-===CO +7H2O (2)2Cl--2e-===Cl2↑ (3)4.48 12.8 (4)负 饱和NaCl溶液 铁 解析 (1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应,即甲烷在负极上被氧化。 在KOH溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾,负极反应为CH4+10OH--8e-===CO +7H2O。 (2)原电池的负极与电解池的阴极相接,铁极为阴极,则C极为阳极,在C极上发生氧化反应,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑。 (3)n(O2)= =0.1mol,甲池中正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,由电子守恒知,经过甲、乙、丙装置的电子的总物质的量为0.4mol。 铁极为阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,n(H2)= =0.2mol,V(H2)=0.2mol×22.4L·mol-1=4.48L。 丙池中精铜为阴极,发生还原反应,电极反应为Cu2++2e-===Cu,n(Cu)= =0.2mol,m(Cu)=0.2mol×64g·mol-1=12.8g。 (4)漂白液的有效成分是次氯酸盐,制备原理是2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑,Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O,气体与液体反应,最好采用逆向接触,即气体在下端产生,碱溶液在上端生成,使其充分反应,所以该装置的下端为阳极,上端为阴极,阴极与电源负极相连,故a极为负极。 生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠,故电解质溶液最好用饱和NaCl溶液。 若制备Fe(OH)2,用Na2SO4溶液作电解质溶液,选用铁作阳极。 [题组二 高考大题] 17.完成下列高考组合题。 (1)(2015·山东高考)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。 LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。 利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。 B极区电解液为__________溶液(填化学式),阳极电极反应式为______________________,电解过程中Li+向________(填“A”或“B”)电极迁移。 (2)(全国卷Ⅰ)H3PO2也可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过): ①写出阳极的电极反应式: ______________________________________________________________。 ②分析产品室可得到H3PO2的原因___________________________________________________________________。 ③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2,将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。 并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。 其缺点是产品中混有________杂质,该杂质产生的原因是_____________________________________________________________。 (3)(北京高考)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是________,说明理由: _____________________________________________________________________。 答案 (1)LiOH 2Cl--2e-===Cl2↑ B (2)①2H2O-4e-===O2↑+4H+ ②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO 穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2 ③PO H2PO 或H3PO2被氧化 (3)NH3 根据反应: 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,可知电解过程中还产生HNO3 解析 (1)B极产生H2,根据反应: 2H++2e-===H2↑,说明B极为阴极,随着电解进行,溶液中c(H+)减小、c(OH-)增大,B极附近电解液为LiOH溶液,随着电解的进行,溶液中c(LiOH)增大。 A极为阳极,电解液为LiCl溶液,电极反应: 2Cl--2e-===Cl2↑;在电解过程中Li+向阴极附近移动,即向B极迁移。 (2)②中应该从闭合回路的角度,阴、阳离子的流向分析。 ③注意阳极反应生成O2,O2具有氧化性,H3PO2和H2PO 均具有还原性,二者会被O2氧化生成PO 。 (3)电解NO制备硝酸铵,阳极反应为5NO-15e-+10H2O===5NO +20H+,阴极反应为3NO+15e-+18H+===3NH +3H2O,从两极反应产物分析电解产物,每生成3molNH4NO3同时还生成2molHNO3,因此,要全部转化成NH4NO3需补充NH3。 [题组三 模拟大题] 18.(2019·福建质检)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型能源,利用二氧化碳合成二甲醚已成为化学家研究的热门课题。 (1)几种共价键的键能如表所示: 化学键 C===O H—H C—H C—O H—O 键能/(kJ·mol-1) 799 436 413 358 467 则2CO2(g)+6H2(g)===CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=________。 (2)“人工光合作用”技术备受瞩目,该技术模拟植物的光合作用,利用太阳光将H2O和CO2直接合成燃料和化工原料。 科研人员模拟光合作用,设计如图甲所示装置制备二甲醚。 能量转化形式为太阳能→电能→化学能。 ①催化剂b为________极。 ②若释放出11.2L(标准状况)氧气,有________molH+______________(填H+的迁移方向)。 ③催化剂a上的电极反应式为________________________________。 (3)华盛顿大学的研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2的零排放,其基本原理如图乙所示。 ①生产过程中能量的转化形式是______________________________。 ②电解反应在温度小于900℃时进行,碳酸钙分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,则阳极的电极反应式为__________________________________,阴极的电极反应式为__________________________。 答案 (1)-184kJ·mol-1 (2)①阳 ②2 由右侧向左侧迁移 ③2CO2+12H++12e-===CH3OCH3+3H2O (3)①太阳能和电能转化为化学能 ②2CO -4e-===2CO2↑+O2↑ 3CO2+4e-===C+2CO 解析 (1)反应热等于反应物键能总和减去生成物键能总和,ΔH=(799×4+436×6-413×6-358×2-467×6)kJ·mol-1=-184kJ·mol-1。 (2)由两电极上的物质转化关系知,催化剂b为阳极,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,放出0.5molO2必有2molH+从右侧通过质子交换膜向左侧迁移。 催化剂a为阴极,发生还原反应,电极反应式为2CO2+12H++12e-===CH3OCH3+3H2O。 (3)由图乙可知,外接直流电源电解石灰石,石墨作阴极吸收太阳光,因此太阳能和电能转化为化学能。 阳极熔融盐中的阴离子CO 放电生成CO2和O2;阴极吸收CO2发生还原反应生成C和CO 。
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