2020-2021学年高中化学培训:电解池
2020-2021 学年高二化学重难点训练:电解池
一、选择题(每小题只有一个正确选项,共 10*6 分)
1.(2020 全国高考 2 卷真题)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。下图是某电致变色
器件的示意图。当通电时,Ag
+
注入到无色 WO3薄膜中,生成 AgxWO3,器件呈现蓝色,对于该变化过程,下列
叙述错误的是
A.Ag 为阳极 B.Ag
+
由银电极向变色层迁移
C.W 元素的化合价升高 D.总反应为:WO3+xAg=AgxWO3
【答案】C
【解析】从题干可知,当通电时,Ag
+
注入到无色 WO3薄膜中,生成 AgxWO3器件呈现蓝色,说明通电时,Ag
电极有 Ag
+
生成然后经固体电解质进入电致变色层,说明 Ag 电极为阳极,透明导电层时阴极,故 Ag 电极上
发生氧化反应,电致变色层发生还原反应。A.通电时,Ag 电极有 Ag
+
生成,故 Ag 电极为阳极,故 A 项正确;
B.通电时电致变色层变蓝色,说明有 Ag
+
从 Ag 电极经固体电解质进入电致变色层,故 B 项正确;C.过程
中,W 由 WO3的+6 价降低到 AgxWO3中的+(6-x)价,故 C 项错误;D.该电解池中阳极即 Ag 电极上发生的电极
反应为:xAg-xe
–
= xAg
+
,而另一极阴极上发生的电极反应为:WO3+xAg
+
+xe- = AgxWO3,故发生的总反应式为:
xAg + WO3=AgxWO3,故 D 项正确;答案选 C。
2.用石墨电极完成下列电解实验
实验一 实验二
装置
现象
a、d 处试纸变蓝;b 处变红,局部褪
色;c 处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生;n
处有气泡产生……下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A.a、d 处:2H2O+2e
–
=H2↑+2OH
–
B.b 处:2Cl
–
-2e
–
=Cl2↑
C.c 处发生了反应:Fe-2e
–
=Fe
2+
D.根据实验一的原理,实验二中 m 处能析出铜
【答案】B
【解析】A、a、d 处试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,破坏了水的电离平
衡,氢氧根离子浓度增大造成的,A 正确;B、b 处变红,局部褪色,说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时
放电,分别产生氧气和氯气,氢离子浓度增大,酸性增强,氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性,B 错误;
C、c 处为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,C 正确;D、实验一中 ac 形成电解池,db 形成电解池,所以实
验二中也相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极),m 为电解池的阴极,另一球朝 m 的一面为阳
极(n 的背面),故相当于电镀,即 m 上有铜析出,D 正确;答案选 B。
3.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是 Cu+2H
+
=Cu
2+
+H2↑,则下
列关于该装置的有关说法中正确的是( )
A.该装置可能是原电池,也可能是电解池
B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸
C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极
D.该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸
【答案】C
【解析】A、铜和盐酸或稀硫酸不能发生氧化还原反应,铜和硝酸能反应,但生成的气体是氮氧化物不是氢
气,所以该装置只能是电解池而不是原电池,A 错误;B、铜和硝酸能反应,但生成的气体是氮氧化物不是
氢气,B 错误;C、电解池中,铜失电子发生氧化反应,则为电解池的阳极,C 正确;D、该装置只能是电解
池,D 错误。答案选 C。
4.下列说法正确的是( )
A.电解稀硫酸溶液,溶液的浓度会逐渐变大,pH 逐渐变大
B.氯碱工业中,电路中每转移 1mol 电子,理论上收集到 1mol 气体
C.向电解氯化钠溶液所得的稀溶液中,加入浓盐酸,能恢复到原溶液浓度
D.粗铜精炼时,粗铜应作电解池的阳极,电解质溶液在电解过程中浓度不变
【答案】B
【解析】A.惰性电极电解稀硫酸溶液,相当于是电解水,溶液的浓度会逐渐变大,酸性逐渐增强,所以 pH
逐渐变小,A 错误;B.氯碱工业中,电路中每转移 1mol 电子,阳极氯离子失电子生成氯气 2Cl
–
-2e
–
=Cl2↑,
阴极氢离子得电子生成氢气,2H
+
+2e
–
=H2↑,则理论上阴极和阳极分别收集到 0.5mol 氢气和 0.5mol 氯气,共收集到 1mol 气体,B 正确;C.惰性电极电解饱和食盐水,得到氢氧化钠、氢气和氯气,所以向电解氯化
钠溶液所得的稀溶液中,通入氯化氢气体,能恢复到原溶液浓度,C 错误;D.粗铜精炼时,粗铜应作电解池
的阳极,但由于粗铜中含有锌、铁等活泼性强于铜的杂质,所以锌、铁等首先失去电子,而阴极始终是铜
离子放电,所以电解质溶液在电解过程中浓度减小,D 错误;答案选 B。
5.锂可用于氮的固定,其转化过程如图所示。下列说法错误的是
A.反应①中 N2是氧化剂
B.反应②属于复分解反应
C.转化过程中涉及的 H2O、LiOH 都属于电解质
D.反应③中 Li 在阳极生成
【答案】D
【解析】根据图示,反应①为 Li+N2→X,则 X 为 Li3N,反应①为 6Li+N2=2Li3N;反应②为 Li3N+3H2O=3LiOH+NH3
↑;反应③4LiOH 4Li+O2↑+2H2O。A.反应①为 6Li+N2=2Li3N,其中 N2中 N 元素化合价降低,为氧化
剂,故 A 正确;B.反应②Li3N+3H2O=3LiOH+NH3↑,属于复分解反应,故 B 正确;C.在水溶液中或熔融状态
下能导电的化合物为电解质,故 LiOH 和水为电解质,故 C 正确;D.反应③为 4LiOH 4Li+O2↑+2H2O,
阴极上 Li
+
放电,阳极上 OH
–
放电,锂中在阴极上生成,故 D 错误;故选 D。
6.16.某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量),当闭合
该装置的电键 K 时,观察到电流计的指针发生了偏转。一段时间后,断开电键 K,下列物质能使乙池恢复到
反应前浓度的是0.04mol
2
2- Cr O2 7
2- Cr O2 7
A.Cu B.CuO C.Cu(OH)2 D.Cu2(OH)2CO3
【答案】A
【解析】甲池为燃料电池,A 为负极,B 为正极,则乙中 C 为阳极,D 为阴极,阳极上 Ag 失电子生成银离子,
阴极上铜离子得电子生成 Cu,溶液中减少了 Cu 元素的质量,所以要让电解质复原,需要加入金属铜,
故选:A。
7.以惰性电极电解足量的 CuSO4溶液。若阳极上产生气体的物质的量为 0.0100 mol,则阴极上析出铜的质
量为( )
A.0.64 g B.1.28 g C.2.56 g D.5.12 g
【答案】B
【解析】惰性电极电解 CuSO4溶液时,阳极产生的是氧气,则转移电子是 0.04mol,因此根据电子得失守恒
可知,析出铜是 =0.02mol,质量是 0.02mol×64g/mol=1.28g;答案选 B。
8.电解法在金属精炼、保护环境、处理废水中起着十分重要的作用。电解法处理酸性含铬废水(主要含有
)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应 +6Fe
2+
+14H
+
=2Cr
3+
+6Fe
3+
+7H2O,最后 Cr
3+
以 Cr(OH)3
形式除去。下列说法不正确的是
A.阴极电极反应式:2H
+
+2e
–
=H2↑
B.阳极电极反应式:Fe-2e
–
=Fe
2+
C.当生成 1molCr(OH)3时,电路中转移电子的物质的量至少为 3mol
D.电解过程中水解平衡右移有 Fe(OH)3沉淀生成
【答案】C
【解析】A.电解时,铁板作阴极,电解质溶液显酸性,阴极电极反应式:2H
+
+2e
–
=H2↑,A 说法正确;B.电
解时,铁板作阳极,失电子生成亚铁离子,阳极电极反应式:Fe-2e
–
=Fe
2+
,B 说法正确;C.当生成 1molCr(OH)3
时,消耗 3molFe
2+
,则电路中转移电子的物质的量至少为 6mol,C 说法错误;D.电解过程中,氢离子浓度
减小,水解平衡右移,则有 Fe(OH)3沉淀生成,D 说法正确;答案为 C。
9.利用图中装置可以制备一元弱酸 H3BO3,下列说法不正确 ...的是( )A.M 室产生的气体为氧气
B.阴极的电极反应式为:2H2O-2e
-
=2OH
-
+H2↑
C.原料室的[B(OH)4]
-
穿过阴离子交换膜进入产品室
D.当电路中通过 1mol 电子时,可得到 1molH3BO3
【答案】B
【解析】M 室中的石墨电极与电源的正极相连,则 M 室的石墨电极为阳极,溶液中的 H2O 失去电子,电极方
程式为 2H2O-4e
-
=O2↑+4H
+
。M 室中的阳离子会通过阳离子交换膜向产品室移动;原料室中的[B(OH)4]
-
会
通过阴离子交换膜进入产品室,[B(OH)4]
-
与 H
+
反应生成 H3BO3。N 室的石墨电极与电源的负极相连,则 N 室
的石墨电极为阴极,溶液中 H2O 会得到电子,2H2O+2e
-
=H2↑+2OH
-
,原料室中的 Na
+
会经过阳离子交换膜
进入 N 室中,与 OH
-
结合生成 NaOH。A.根据分析,M 室中发生的电极反应为 2H2O-4e
-
=O2↑+4H
+
,产生的
是氧气,A 正确,不选;B.根据分析,N 室中的石墨电极为阴极,电极反应方程式为 2H2O+2e
-
=H2↑+2OH
-
,B 错误,符合题意;C.电解池中,阴离子向阳极移动,即向 M 室移动,即原料室中的[B(OH)4]
-
会通过
阴离子交换膜进入产品室,C 正确,不选;D.根据阳极的电极反应方程式 2H2O-4e
-
=O2↑+4H
+
,以及 H
+
+[B(OH)4]
-
=H3BO3+H2O,可知,转移 1mol 电子时,可得到 1molH3BO3,D 正确,不选;答案选 B。
10.用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液,实验装置如图①。电解过程中的实验数据如图②,横坐标表示
电解过程中转移电子的物质的量,纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法正确
的是
A.电解过程中,b 电极表面先有红色物质析出,后有气泡产生0.1 2 0.1 32
0.2
通电
B.a 电极上发生的反应方程式为:2H
+
+2e
–
= H2↑和 4OH
–
-4e
–
= 2H2O + O2↑
C.曲线 0~P 段表示 H2和 O2混合气体的体积变化,曲线 P~Q 段表示 O2的体积变化
D.从开始到 Q 点时收集到的混合气体的平均摩尔质量为 17g·mol
-1
【答案】D
【解析】当转移电子的物质的量为 0.2mol 电子时,两极电极反应为:
A.电解过程中,a 电极表面先有红色物质析出,后有气泡产生,不正确:B.a 电极上发生的反应方程式为:
Cu
2+
+2e
-
= Cu 和 4OH
–
—4e
–
==2H2O 十 O2↑,不正确;C.曲线 0~P 段表示 O2混合气体的体积变化,曲线 P~
Q 段表示 H2和 O2的体积变化,不正确;D.从开始到 Q 点时收集到的混合气体共 0.2mol,其中氢气与氧气均
为 0.1mol,故气体的平均摩尔质量为 =17g·mol
-1
,正确,故答案为 D。
二、主观题(共 3 小题,共 40 分)
11.(14 分)某同学设计一个电池(如图所示),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。
(1)通入氢气的电极为________ (填正极或负极),该电极反应式为________。
(2)石墨电极为________ (填阳极或阴极),乙中总反应离子方程式为________;如果把铁电极和石墨电
极交换,乙溶液左侧出现的现象是__________________________________。
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质,丙装置中反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将__________(填“增大”“减
小”或“不变”)。
(4)若甲中消耗 0.01mol O2,丙中精铜增重_________克。
【答案】(每空 2 分)(1)负极 H2-2e
-
+2OH
-
=2H2O (2)阳极 2Cl
-
+2H2O 2OH
-
+H2↑+Cl2↑ 溶
液中有气泡逸出,起初产生白色沉淀,然后白色沉淀迅速转化为灰绿色,最后转化为红褐色 (3)减小
(4)1.28g 通电
通电
【解析】(1)甲池为原电池,乙、丙池为电解池,H2作负极,O2作正极,因此通入氢气的电极为负极,该电
极反应式为 H2-2e
-
+2OH
-
=2H2O,故答案为:负极;H2-2e
-
+2OH
-
=2H2O;
(2)C 连的是正极,因此 C 电极为阳极,乙是电解饱和食盐水,其总反应离子方程式为 2Cl
-
+2H2O 2OH
-
+ H2↑+ Cl2↑;如果把铁电极和石墨电极交换,铁电极失去电子变为亚铁离子,阴极石墨电极氢离子放电
生成氢气,同时阴极附近产生氢氧根,X 为阳离子交换膜,则右侧的亚铁离子进入左侧与氢氧根离子生成氢
氧化亚铁沉淀,氢氧化亚铁最终被氧化成红褐色的氢氧化铁,因此乙溶液左侧出现的现象是溶液中有气泡
逸出,起初产生白色沉淀,然后白色沉淀迅速转化为灰绿色,最后转化为红褐色,故答案为:阳极;2Cl
-
+2H2O 2OH
-
+ H2↑+ Cl2↑;溶液中有气泡逸出,起初产生白色沉淀,然后白色沉淀迅速转化为灰绿色,
最后转化为红褐色;
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质,阳极开始是锌放电,锌反应完再是铜失电子,而阴极始终是铜离子得
到电子,因此丙装置中反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将减小,故答案为:减小;
(4)根据电子守恒,得关系式 2Cu ~O2
根据关系得出铜的物质的量为 0.02 mol,质量 m = nM = 0.02 mol×64g∙mol
-1
= 1.28g,故答案为:1.28g。
12.(10 分)锂电池应用广泛,大致可分为锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池工作原理:以石墨/锂钴
氧电池为例,其总反应方程式为:LiCoO2+6C Li1-xCoO2+LixC6
试回答下列问题:
(1)连接 K1、K2时,a 作___极。
(2)连接 K2、K3时,被还原的物质是___。
(3)放电时,负极发生反应的电极反应式是___。
(4)锂离子电池的电极废料(含 LiCoO2)中的金属可回收利用。
①将电极废料磨碎后用酸浸出,磨碎的目的是___。-
NO3
通电
②将电极废料用盐酸浸出,得到含 Li
+
、Co
2+
的溶液,并有黄绿色气体生成,则该反应的化学方程式是___。
【答案】(每空 2 分)(1)阳 (2)Li1-xCoO2 (3) LixC6-xe
–
=6C+xLi
+
(4) ①增大接触面积,加
快反应速率,使浸取更加完全 ②2LiCoO2+8HCl=2LiCl+2CoCl2+Cl2↑+4H2O
【解析】单刀双至开关,K1和 K2连接为 电解池,K2和 K3连接为原电池。如图所示,连接为原电池时,锂离
子向左移动,a 极得电子为正极,b 极为负极,故改变连接点,电解池中 a 极为阳极,b 极为阴极。
(1)连接 K1、K2时,形成电解池,a 连接正极,作阳极。
(2)连接 K2、K3时,形成原电池,根据反应方程式可知,发生还原反应被还原的物质是 Li1-xCoO2。
(3)放电时,负极发生氧化反应,发生反应的电极反应式是 LixC6-xe
–
=6C+xLi
+
。
(4)①将电极废料磨碎后用酸浸出,磨碎的目的是增大接触面积,加快反应速率,使浸取更加完全。
②将电极废料 LiCoO2用盐酸浸出,得到含 Li
+
、Co
2+
的溶液,并有黄绿色气体即氯气生成,则该反应的化学
方程式是 2LiCoO2+8HCl=2LiCl+2CoCl2+Cl2↑+4H2O。
13.(16 分)一氧化氮-空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能,实现了制硝酸、发电环保三位一体
的结合。如图所示,某同学设计用该电池探究将雾霾中的 SO2、NO 转化为(NH4)2SO4的原理和粗铜的精炼原理。
(1)燃料电池放电过程中负极的电极反应式____。
(2)乙装置中物质 A 是____(填化学式),理由是___;电解过程中阳极附近 pH___(填“增大”“减小”或“不
变”),阴极的电极反应式是____。
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质,丙装置中反应一段时间,CuSO4溶液的浓度将__(填“增大”、“减小”或
“不变”)。
(4)若在标准状况下,甲装置有 22.4 L O2参加反应,则乙装置中转化 SO2和 NO 的物质的量共有____mol;丙
装置中阴极析出铜的质量为___g。
【答案】(每空 2 分)(1)NO-3e
–
+2H2O= +4H
+
(2)H2SO4 根据反应
5SO2+2NO+8H2O (NH4)2SO4+4H2SO4,产物中除有(NH4)2SO4外还有 H2SO4或阳极的电极反应为2-
SO4
+
NH4
NO3
NO3
2-
SO4
NH4
通电
2
4
SO
2
4
SO
NH4
通电
2
4
SO
NH4
2
4
SO
SO2-2e
–
+2H2O= +4H
+
,故 A 为 H2SO4 减小 NO+5e
–
+6H
+
= +H2O (3)减小 (4) 2.8 128
【解析】(1)由题中图示可知,左端 NO 中 N 元素化合价由+2 价失电子变成+5 价,发生氧化反应,由原电
池的工作原理图示可知,左端的铂电极为原电池负极,其电极反应:NO-3e
–
+2H2O= +4H
+
;答案为
NO-3e
–
+2H2O= +4H
+
。
(2)由题中图示可知,通 SO2的石墨电极与电源正极相连,为阳极,失电子发生氧化反应,其电极反应为
SO2-2e
–
+2H2O= +4H
+
,通 NO 的石墨电极为阴极,得电子发生还原反应,其电极反应为
NO+5e
–
+6H
+
= +H2O,总反应方程式为 5SO2+2NO+8H2O (NH4)2SO4+4H2SO4,产物中除有(NH4)2SO4外还有
H2SO4或阳极的电极反应为 SO2-2e
–
+2H2O= +4H
+
,A 为 H2SO4,由阳极的电极反应为 SO2-2e
–
+2H2O= +4H
+
,
可知电解过程中阳极附近 pH 减小,阴极的电极反应式是 NO+5e
–
+6H
+
= +H2O;答案为 H2SO4,由总反应方
程式为 5SO2+2NO+8H2O (NH4)2SO4+4H2SO4可知,产物中除有(NH4)2SO4外还有 H2SO4或阳极的电极反应为
SO2-2e
–
+2H2O= +4H
+
,A 为 H2SO4,减小,NO+5e
–
+6H
+
= +H2O。
(3)丙装置中,粗铜作阳极,粗铜中含有锌、银等杂质,阳极上金属失电子发生氧化反应,阴极上铜离子
得电子生成铜,根据转移电子守恒,阳极上 Zn 比 Cu 活泼,Zn 会失电子变成 Zn
2+
,阳极上铜消耗的质量小
于阴极上析出铜的质量,所以溶液中硫酸铜浓度减小;答案为减小。
(4)在标准状况下,甲装置有 22.4 L O2参加反应,即 1molO2参加反应,转移 4mol 电子,由转移电子守恒
得,阳极 SO2-2e
–
+2H2O= +4H
+
,转移 4mol 电子,参加反应 SO2为 2mol,阴极 NO+5e
–
+6H
+
=NH4
+
+H2O,转移
4mol 电子,参加反应 NO 为 0.8mol,乙装置中转化 SO2和 NO 的物质的量共有 2mol+0.8mol=2.8mol,丙装置
中阴极电极反应为 Cu
2+
+2e
–
=Cu,转移 4mol 电子,析出 2molCu,析出铜的质量为 2mol×64g/mol=128g;答
案为 2.8,128。