练习二十一 电解池 金属的腐蚀与防护
1. (2023·湖北化学)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h－1。下列说法错误的是( )
A.惰性电极b反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h－1
解析：惰性电极b为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故A正确；该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，为保持OH－离子浓度不变，则阴极产生的OH－离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h－1，则补水的速率也应是x mol·h－1，故D错误。故选D。
2．(2023·辽宁化学)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是( )
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e－生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
解析：由题图可知，左侧电极产生氧气和HClO，则左侧电极为阳极，a电极为正极，右侧电极为阴极，b电极为负极，该装置阳极上发生Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋(主)、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(次)，阴极上发生2H＋＋2e－===H2↑(主)、HClO＋2e－===Cl－＋OH－(次)，据此解答。由分析可知，a电极为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上发生2H＋＋2e－===H2↑、HClO＋2e－===Cl－＋OH－，则理论上转移2 mol e－生成的H2少于2 g，B错误；由分析可知，随着电解的进行，H＋的浓度减小，海水pH增大，C错误；由分析可知，阳极上的电极反应为Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D正确。
答案：D
3．(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl－从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应有2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况)
解析：由题图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx-Ti电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室，由此分析解答。析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl－不能通过，故B错误；由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，故C正确；水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，每转移1 mol电子，生成0.25 mol O2，在标准状况下体积为5.6 L，故D错误。
答案：C
4. (2023·重庆化学)电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是( )
A.电极a为阴极
B.H＋从电极b移向电极a
C.电极b发生的反应为＋2H2O－6e－===＋6H＋
D.生成3 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸
解析：a极上硫元素化合价降低，a为阴极，A正确；电解池中阳离子移向阴极，则H＋从电极b移向电极a，B正确；电极b上3－甲基吡啶转化为烟酸过程中发生氧化反应，在酸性介质中电极反应式为＋2H2O－6e－===＋6H＋，C正确；根据电子守恒可得关系式：～6e－～6HS－CH2－CHNH2COOH，因此生成6 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸，D错误。故选D。
5．(2023·浙江6月选考)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，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
解析：电极A上发生Cl－→Cl2的氧化反应，作电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误；右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入到右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中在阴极通入了氧气，通过提高反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。
答案：B
6．(2022·广东化学)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )
A.阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
解析：根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中的Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
答案：C
7．(2023·浙江1月选考)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( )
A.石墨电极为阴极，发生氧化反应
B.电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O
C.该体系中，石墨优先于Cl－参与反应
D.电解时，阳离子向石墨电极移动
解析：由题图可知，在外加电源作用下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A错误；电极A为阴极，TiO2和SiO2得电子生成TiSi，电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B错误；根据电解装置图可知，该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D错误。
答案：C
8．(2022·湖北化学)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是( )
A.生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2 mol电子
B.阴极上的电极反应为P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－
C.在电解过程中 CN－向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
解析：石墨电极：P4→Li[P(CN)2]，P元素化合价升高发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－，则生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1 mol电子，A错误；阴极上发生得电子的还原反应，B错误；铂电极为阴极，CN－应向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；由题图可知HCN在阴极放电，产生 CN－和H2，而HCN中的H来自LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自LiOH，D正确。
答案：D
9．(2023·北京化学)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置a中溶液显碱性的原因是HCO的水解程度大于HCO的电离程度
C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D.装置b中的总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO
解析：SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO的水解程度大于其电离程度，故B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误；由电解池阴极和阳极物质转化可知，装置b中总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO，故D正确。
答案：C
10. (2023·鞍山模拟)点蚀又称孔蚀，是一种集中于金属表面很小的范围并深入到金属内部的腐蚀形态。某铁合金钝化膜破损后的孔蚀如图，下列说法错误的是( )
A.孔隙中有可能发生析氢腐蚀
B.孔蚀中Fe2＋水解导致电解质溶液酸性增强
C.为防止孔蚀发生可以将外接电源负极与金属相连
D.蚀孔外每吸收2.24 L O2，可氧化0.2 mol Fe
解析：孔隙中电解液呈酸性，可以发生析氢腐蚀，A正确；孔蚀中Fe2＋水解的方程式为Fe2＋＋2H2O??Fe(OH)2＋2H＋，导致电解质溶液酸性增强，B正确；将外接电源负极与金属相连，金属作电解池阴极，属于外加电流法保护，可以防止孔蚀发生，C正确；未指明状态，无法计算气体体积，D错误。故选D。
11．(2024·湖南联考)某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护，下列说法不正确的是( )
A.③区电极电势Cu高于Fe
B.①区Fe电极和③区Fe电极电极反应均为Fe－2e－===Fe2＋
C.②区Zn电极和④区Cu电极电极反应均为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D.在②区Fe电极和④区Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，均会出现蓝色沉淀
解析：由题图可知，①区和③区为原电池，②区和④区构成电解池，①区中锌为负极、铁为正极，③区中铁为负极、铜为正极，②区中与直流电源正极相连的铁为电解池的阳极、锌为阴极，④区中与直流电源正极相连的铁为电解池的阳极、铜为阴极。③区中铁为负极、铜为正极，则③区电极电势正极铜高于负极铁，故A正确；①区中铁为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B错误；②区锌电极和④区铜电极均为电解池的阴极，电极反应式均为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故C正确；②区铁电极和④区铁电极均为电解池的阳极，电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋，放电生成的亚铁离子均能与铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀，故D正确。
答案：B
12．(2023·河北检测)利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。
实验装置 实验编号 浸泡液 pH 氧气浓度随时间的变化
① H2O 7
② 1.0 mol·L－1NH4Cl溶液 5
③ 0.5 mol·L－1(NH4)2SO4溶液 5
④ 1.0 mol·L－1NaCl溶液 7
⑤ 0.5 mol·L－1Na2SO4溶液 7
下列说法不正确的是( )
A.①与④⑤比较说明盐溶液可以加快吸氧腐蚀速率
B.②与③、④与⑤比较说明吸氧腐蚀速率可能与阴离子种类有关
C.向实验⑤溶液中加入少量(NH4)2SO4固体，吸氧腐蚀速率加快
D.向实验②溶液中加等体积的0.5 mol·L－1 (NH4)2SO4溶液，吸氧腐蚀速率一定加快
解析：NaCl和Na2SO4都是强酸强碱盐，①与④⑤比较，相同时间内，④⑤的氧气浓度减小的幅度比①明显得多，说明盐溶液可以加快吸氧腐蚀速率，A正确；②与③都是铵盐的溶液，所含阳离子浓度相同，阴离子不同，④与⑤都是钠盐的溶液，所含阳离子浓度相同，阴离子不同，两组中腐蚀速率都有明显的差异，说明吸氧腐蚀速率可能与阴离子种类有关，B正确；③与⑤相比，(NH4)2SO4溶液中吸氧腐蚀速率快，故⑤中加入少量(NH4)2SO4固体，吸氧腐蚀速率加快，C正确；向实验②溶液中加等体积的0.5 mol·L－1 (NH4)2SO4溶液，NH4Cl、(NH4)2SO4的浓度减小为原来的一半，且NH浓度相同时，(NH4)2SO4溶液的腐蚀速率较小，故该操作引起的结果是吸氧腐蚀速率减慢，D错误。
答案：D
13．(2024·河北部分名校联考)青铜器在地下潮湿区域易生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]。下列说法错误的是( )
A.青铜器在地下潮湿区域主要发生析氢腐蚀
B.青铜器发生腐蚀生成铜绿时，铜为负极
C.可以用食醋除去青铜器表面的铜绿
D.青铜器需保存在干燥通风处
解析：铜不能发生析氢腐蚀，故A错误；青铜器发生腐蚀生成铜绿时，金属铜为负极，发生失电子的氧化反应，故B正确；铜绿[Cu2(OH)2CO3]可以和食醋发生反应，得到可溶性的铜盐，即食醋可以除去青铜器表面的铜绿，故C正确；为防止金属发生吸氧腐蚀，青铜器需保存在干燥通风处，故D正确。
答案：A
14．(2024·丹东模拟)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究“精炼铜原理”和“电镀原理”。下列说法正确的是( )
A.一段时间后，甲装置中溶液pH升高
B.丙装置中实现铁片上镀铜，b应为铁片
C.一段时间后，乙、丙中CuSO4溶液浓度均不变
D.甲中消耗标准状况下1.12 L氧气时，理论上粗铜质量减少6.4 g
解析：甲为燃料电池，总反应式为2H2＋O2===2H2O，甲装置中溶液pH降低，故A错误；电镀时镀件作阴极，丙装置中实现铁片上镀铜，b应为铁片，故B正确；乙装置中粗铜含有铁、锌等杂质，铁、锌失电子生成亚铁离子和锌离子进入溶液，阴极铜离子得电子生成铜单质，装置中CuSO4溶液的浓度减小，丙中CuSO4溶液的浓度基本不变，故C错误；甲中消耗标准状况下1.12 L氧气时，得到0.2 mol电子，粗铜上除了铜离子失去电子外还有锌和铁等金属失去电子，因而粗铜质量减少不一定为6.4 g，故D错误。
答案：B
15．(2024·聊城模拟)利用氢氧燃料电池可实现由白磷电解法制备Li[P(CN)2]，并能实现H2的循环利用，其工作原理如图所示。已知：Me为甲基；电极均为石墨电极。
下列说法正确的是( )
A.电池工作时电极a连接电极c
B.当生成9 g Li[P(CN)2]时，电极a消耗H2的体积(标准状况)为2.24 L
C.通电一段时间后，若隔膜e为阴离子交换膜，则c(KOH)减小
D.电极c的电极反应式为P4－4e－＋8LiCN===4Li[P(CN)2]＋4Li＋
解析：电池工作时，与电极a连接的电极d为阴极，故A错误；上方装置为氢氧燃料电池装置，通入氢气的电极a为负极，氢气在负极失去电子生成氢离子，下方装置为电解池，电极c为阳极，氰化锂作用下白磷在阳极失去电子发生氧化反应生成Li[P(CN)2]和锂离子，由得失电子数目守恒可知，标准状况下，生成9 g Li[P(CN)2]时，电极a消耗氢气的体积为××22.4 L·mol－1＝1.12 L，故B错误；上方装置为氢氧燃料电池装置，通入氧气的电极b为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，氢氧根离子通过阴离子交换膜进入负极区，则通电一段时间后，正极区中消耗水导致溶液体积变小，氢氧化钾的浓度增大，故C错误；下方装置为电解池，电极c为阳极，氰化锂作用下白磷在阳极失去电子发生氧化反应生成Li[P(CN)2]和锂离子，电极反应式为P4－4e－＋8LiCN===4Li[P(CN)2]＋4Li＋，故D正确。
答案：D
16．(2023·云南模拟)我国科学家设计了一种CO2捕获和利用一体化装置，利用含NO的废水和CO2制备甲酸铵(HCOONH4)，其原理过程示意图如图。有关说法错误的是( )
A.NO参与的电极反应为NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－
B.生成HCOO－的电极反应为HCO＋H2O－2e－===HCOO－＋2OH－
C.装置Ⅱ中OH－穿过阴离子交换膜由左向右迁移
D.空气的作用是作为载气将含NH3的气体吹出反应器
解析：由题干装置图可知，左侧装置中NO转化为NH3的电极反应为NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－，该电极反应为还原反应，故为阴极，另一极为阳极，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，右侧装置中NH4HCO3参与的电极反应为HCO＋H2O＋2e－===HCOO－＋2OH－，为还原反应，故为阴极，另一极为阳极，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。NO参与的电极反应为NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－，A正确；生成HCOO－的电极反应为HCO＋H2O＋2e－===HCOO－＋2OH－，B错误；装置Ⅱ中左侧为阴极，右侧为阳极，故OH－穿过阴离子交换膜由左向右迁移，C正确；空气的作用是作为载气将含NH3的气体吹出反应器，D正确。
答案：B
17．(2024·天津模拟)制造尼龙-66的原料己二腈[NC(CH2)4CN]用量很大，现代工业常用电合成丙烯腈法制备，总反应是4CH2===CHCN＋2H2O2NC(CH2)4CN＋O2↑，装置如图，下列说法正确的是( )
A.电子从电源a极流出，经溶液流回b极
B.CH2===CHCN中C原子的杂化方式均为sp2
C.阴极电极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
D.当生成2.24 L O2时，电路中通过4 mol电子
解析：根据总反应4CH2===CHCN＋2H2O2NC(CH2)4CN＋O2↑，由于氧元素的化合价从－2价升至0价，所以电源a为负极，电源b为正极，电子从电源a极流出到阴极，从阳极流回b极，溶液中是阴、阳离子发生定向移动，故A项错误；根据CH2===CHC≡N的结构简式可知，碳碳双键中C原子的杂化方式均为sp2，碳氮三键中C原子的杂化方式为sp，故B项错误；根据总反应式－阳极反应式＝阴极反应式，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，所以阴极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，故C项正确；当生成2.24 L O2时，由于未告知是否在标准状况下，因此无法计算转移电子的物质的量，故D项错误。
答案：C
18．(2024·长春检测)羟基自由基(·OH)具有极强的氧化能力，它能有效地氧化降解废水中的有机污染物。在直流电源作用下，利用双极膜电解池产生羟基自由基(·OH)处理含苯酚废水和含甲醛废水，原理如图所示。已知：双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。下列说法错误的是( )
A.M极为阴极，电极反应式：O2＋2e－＋2H＋===2·OH
B.双极膜中H2O解离出的OH－透过膜a向N极移动
C.每处理6.0 g甲醛，理论上有0.4 mol H＋透过膜b
D.通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为6∶7
解析：M电极通入O2，发生反应羟基生成自由基(·OH)，反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，M为阴极，A正确；N为阳极，电解时阴离子向阳极移动，所以OH－透过膜a向N极移动，B正确；由HCHO～CO2～4e－，6.0 g甲醛为0.2 mol，有0.8 mol H＋透过膜b，C错误；1 mol甲醛生成1 mol CO2转移4 mol e－，1 mol C6H6O生成6 mol CO2转移28 mol e－，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为6∶7，D正确。
答案：C
19．(2024·佛山质检)过硫酸铵[(NH4)2S2O8]可用作氧化剂、漂白剂。利用电解法在两极分别生产过硫酸铵和过氧化氢的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.a为外接电源的负极
B.电解总反应：O2＋2H＋＋2SOH2O2＋S2O
C.阴离子交换膜可用阳离子交换膜替代
D.电解池工作时，Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小
解析：O元素化合价升高被氧化，故右侧Pt电极为阳极，b为外接电源正极，a为外接电源负极，左侧Pt电极为阴极。a为外接电源的负极，A正确；阴极氧气被还原，阳极硫酸根被氧化，电解总反应正确，B正确；根据阳极产物可知，反应需要消耗硫酸根，阴离子交换膜不可用阳离子交换膜替代，C错误；电解池工作时，Ⅰ室溶液中硫酸根移向阳极，Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小，D正确。
答案：C
20．(2023·吉林模拟)己二腈[NC(CH2)4CN]是工业制造尼龙-66的原料，利用丙烯腈(CH2===CHCN，不溶于水)为原料、四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]为盐溶液制备己二腈的电有机合成装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解
B.阴极区的电极反应为2CH2===CHCN＋2e－＋2H＋===NC(CH2)4CN
C.当电路中转移1 mol e－时，阳极室溶液质量减少8 g
D.交换膜为阳离子交换膜
解析：丙烯腈难溶于水，电解丙烯腈制备己二腈，(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解，故A正确；阴极区丙烯腈得电子生成己二腈，电极反应为2CH2===CHCN＋2e－＋2H＋===NC(CH2)4CN，故B正确；阳极发生反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中转移1 mol e－时，放出0.25 mol氧气，同时有1 mol氢离子移入阴极室，所以阳极室溶液质量减少9 g，故C错误；氢离子通过交换膜由右向左移动，所以交换膜为阳离子交换膜，故D正确。
答案：C
21．(2023·北京化学)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NO等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。
(1)电极b是电解池的________极。
(2)电解过程中生成尿素的电极反应式是_________________________。
解析：(1)电极b上发生H2O失电子生成O2的氧化反应，是电解池的阳极。(2)a极上硝酸根离子得电子转化为尿素，再结合酸性环境可分析出电极反应式为2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O。
答案：(1)阳 (2)2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O
22．(2022·湖南化学)一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下：
(1)某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(CO)∶c(HCO)＝1∶2，则该溶液的pH＝________(该温度下H2CO3的Ka1＝4.6×10－7，Ka2＝5.0×10－11)。
(2)再生塔中产生CO2的离子方程式为________________________________。
(3)利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为___________________。
解析：(1)某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(CO)∶c(HCO)＝1∶2，由Ka2＝可知，c(H＋)＝×Ka2＝2×5.0×10－11mol·L－1＝1.0×10－10 mol·L－1，则该溶液的pH＝10。
(2)再生塔中KHCO3受热分解生成K2CO3、H2O和CO2，该反应的离子方程式为2HCOCO2↑＋CO＋H2O。
(3)利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极上发生还原反应，阳极上水放电生成氧气和H＋，H＋通过质子交换膜迁移到阴极区参与反应生成乙烯，则阴极的电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O。
答案：(1)10 (2)2HCOCO2↑＋CO＋H2O (3)2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O
23．以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L－1 CuSO4溶液。
(1)阳极产生56 mL(标准状况下)气体时，所得溶液的pH为________(不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入________g的________物质。
(2)继续通电电解，此时被电解的物质为________，若加入0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为________ mol。
(3)通电足够长时间，加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移电子为________mol。
解析：(1)阳极生成O2 56 mL(标准状况)即0.002 5 mol，依据总反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝0.1 mol·L－1，pH＝1；电解生成0.002 5 mol O2和0.005 mol Cu，故要使溶液复原可加0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。
(2)继续通电电解，电解质为H2SO4溶液，故实际被电解的物质为H2O；加入0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原，相当于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，故转移电子为(0.1×2＋0.1×2) mol＝0.4 mol。
(3)Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移电子为0.2 mol×2＋0.1 mol×2＝0.6 mol。
答案：(1)1 0.4 CuO(或0.62 CuCO3) (2)水(或H2O) 0.4 (3)0.6
24．(2023·山东模拟)电解在工农业生产中应用广泛，回答下列问题。
(1)用间接电化学法除去NO的过程，如图甲所示：
甲
①已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式：________________。
②用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：_________________________________。
(2)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种高效多功能水处理剂，在强碱性条件下稳定，易被H2还原。以铁合金、Ni为电极，电解NaOH溶液制取Na2FeO4的装置如图乙所示。
乙
①电解时所发生总反应的化学方程式为_________________________________________。
②电解槽使用阳离子交换膜的作用：_____________________________________以及允许导电的Na＋通过。
③如果用铅酸蓄电池作为该电解池的电源，则铁合金应与铅酸蓄电池的________(填“Pb”或“PbO2”)相连。阳离子交换膜每通过1 mol Na＋，铅酸蓄电池的正极将增重________g。
(3)电解制备KMnO4的装置如图丙所示。
丙
b与电源的________(填“正”或“负”)极相连，电解液中最好选择________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。电解时，阳极反应式为____________________________________。
解析：(1)①阴极发生还原反应，HSO得电子生成S2O，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O。②S2O与NO发生氧化还原反应生成N2和HSO，离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO。
(2)由题意可知，铁合金作阳极，Ni作阴极，阴极上的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极上的电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O。①将上述分析中的阴、阳极电极反应式合并可得，电解时所发生总反应的化学方程式为Fe＋2H2O＋2NaOHNa2FeO4＋3H2↑。②根据题意可知，Na2FeO4在强碱性条件下稳定，易被H2还原，则电解槽使用阳离子交换膜的作用为阻止Na2FeO4和H2接触反应以及允许导电的Na＋通过。③如果用铅酸蓄电池作为该电解池的电源，铅酸蓄电池中Pb为负极，PbO2为正极，铁合金为电解池阳极，与电源正极相连，则铁合金应与铅酸蓄电池的PbO2相连；阳离子交换膜每通过1 mol Na＋，电路中要转移1 mol电子，铅酸蓄电池的正极电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，由PbO2变为PbSO4可以看作增加的为二氧化硫的质量，根据硫原子守恒可知，n(SO2)＝n(SO)，增重的质量为×1 mol×64 g·mol－1＝32 g。
(3)电解K2MnO4溶液制备KMnO4，则左侧惰性电极是阳极，a与电源的正极相连，b与电源的负极相连。电解时，阳极反应式为MnO－e－===MnO，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，为在阳极区富集KMnO4，故离子交换膜是阳离子交换膜。
答案：(1)①2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O ②2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO (2)①Fe＋2H2O＋2NaOHNa2FeO4＋3H2↑ ②阻止Na2FeO4和H2接触反应 ③PbO2 32 (3)负 阳 MnO－e－===MnO
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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练习二十一 电解池 金属的腐蚀与防护
1. (2023·湖北化学)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h－1。下列说法错误的是( )
A.惰性电极b反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h－1
解析：惰性电极b为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故A正确；该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，为保持OH－离子浓度不变，则阴极产生的OH－离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h－1，则补水的速率也应是x mol·h－1，故D错误。故选D。
2．(2023·辽宁化学)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是( )
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e－生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
解析：由题图可知，左侧电极产生氧气和HClO，则左侧电极为阳极，a电极为正极，右侧电极为阴极，b电极为负极，该装置阳极上发生Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋(主)、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(次)，阴极上发生2H＋＋2e－===H2↑(主)、HClO＋2e－===Cl－＋OH－(次)，据此解答。由分析可知，a电极为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上发生2H＋＋2e－===H2↑、HClO＋2e－===Cl－＋OH－，则理论上转移2 mol e－生成的H2少于2 g，B错误；由分析可知，随着电解的进行，H＋的浓度减小，海水pH增大，C错误；由分析可知，阳极上的电极反应为Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D正确。
答案：D
3．(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl－从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应有2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况)
解析：由题图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx-Ti电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室，由此分析解答。析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl－不能通过，故B错误；由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，故C正确；水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，每转移1 mol电子，生成0.25 mol O2，在标准状况下体积为5.6 L，故D错误。
答案：C
4. (2023·重庆化学)电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是( )
A.电极a为阴极
B.H＋从电极b移向电极a
C.电极b发生的反应为＋2H2O－6e－===＋6H＋
D.生成3 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸
解析：a极上硫元素化合价降低，a为阴极，A正确；电解池中阳离子移向阴极，则H＋从电极b移向电极a，B正确；电极b上3－甲基吡啶转化为烟酸过程中发生氧化反应，在酸性介质中电极反应式为＋2H2O－6e－===＋6H＋，C正确；根据电子守恒可得关系式：～6e－～6HS－CH2－CHNH2COOH，因此生成6 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸，D错误。故选D。
5．(2023·浙江6月选考)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，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
解析：电极A上发生Cl－→Cl2的氧化反应，作电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误；右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入到右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中在阴极通入了氧气，通过提高反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。
答案：B
6．(2022·广东化学)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )
A.阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
解析：根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中的Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
答案：C
7．(2023·浙江1月选考)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( )
A.石墨电极为阴极，发生氧化反应
B.电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O
C.该体系中，石墨优先于Cl－参与反应
D.电解时，阳离子向石墨电极移动
解析：由题图可知，在外加电源作用下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A错误；电极A为阴极，TiO2和SiO2得电子生成TiSi，电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B错误；根据电解装置图可知，该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D错误。
答案：C
8．(2022·湖北化学)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是( )
A.生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2 mol电子
B.阴极上的电极反应为P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－
C.在电解过程中 CN－向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
解析：石墨电极：P4→Li[P(CN)2]，P元素化合价升高发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－，则生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1 mol电子，A错误；阴极上发生得电子的还原反应，B错误；铂电极为阴极，CN－应向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；由题图可知HCN在阴极放电，产生 CN－和H2，而HCN中的H来自LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自LiOH，D正确。
答案：D
9．(2023·北京化学)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置a中溶液显碱性的原因是HCO的水解程度大于HCO的电离程度
C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D.装置b中的总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO
解析：SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO的水解程度大于其电离程度，故B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误；由电解池阴极和阳极物质转化可知，装置b中总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO，故D正确。
答案：C
10. (2023·鞍山模拟)点蚀又称孔蚀，是一种集中于金属表面很小的范围并深入到金属内部的腐蚀形态。某铁合金钝化膜破损后的孔蚀如图，下列说法错误的是( )
A.孔隙中有可能发生析氢腐蚀
B.孔蚀中Fe2＋水解导致电解质溶液酸性增强
C.为防止孔蚀发生可以将外接电源负极与金属相连
D.蚀孔外每吸收2.24 L O2，可氧化0.2 mol Fe
解析：孔隙中电解液呈酸性，可以发生析氢腐蚀，A正确；孔蚀中Fe2＋水解的方程式为Fe2＋＋2H2O??Fe(OH)2＋2H＋，导致电解质溶液酸性增强，B正确；将外接电源负极与金属相连，金属作电解池阴极，属于外加电流法保护，可以防止孔蚀发生，C正确；未指明状态，无法计算气体体积，D错误。故选D。
11．(2024·湖南联考)某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护，下列说法不正确的是( )
A.③区电极电势Cu高于Fe
B.①区Fe电极和③区Fe电极电极反应均为Fe－2e－===Fe2＋
C.②区Zn电极和④区Cu电极电极反应均为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D.在②区Fe电极和④区Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，均会出现蓝色沉淀
解析：由题图可知，①区和③区为原电池，②区和④区构成电解池，①区中锌为负极、铁为正极，③区中铁为负极、铜为正极，②区中与直流电源正极相连的铁为电解池的阳极、锌为阴极，④区中与直流电源正极相连的铁为电解池的阳极、铜为阴极。③区中铁为负极、铜为正极，则③区电极电势正极铜高于负极铁，故A正确；①区中铁为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B错误；②区锌电极和④区铜电极均为电解池的阴极，电极反应式均为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故C正确；②区铁电极和④区铁电极均为电解池的阳极，电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋，放电生成的亚铁离子均能与铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀，故D正确。
答案：B
12．(2023·河北检测)利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。
实验装置 实验编号 浸泡液 pH 氧气浓度随时间的变化
① H2O 7
② 1.0 mol·L－1NH4Cl溶液 5
③ 0.5 mol·L－1(NH4)2SO4溶液 5
④ 1.0 mol·L－1NaCl溶液 7
⑤ 0.5 mol·L－1Na2SO4溶液 7
下列说法不正确的是( )
A.①与④⑤比较说明盐溶液可以加快吸氧腐蚀速率
B.②与③、④与⑤比较说明吸氧腐蚀速率可能与阴离子种类有关
C.向实验⑤溶液中加入少量(NH4)2SO4固体，吸氧腐蚀速率加快
D.向实验②溶液中加等体积的0.5 mol·L－1 (NH4)2SO4溶液，吸氧腐蚀速率一定加快
解析：NaCl和Na2SO4都是强酸强碱盐，①与④⑤比较，相同时间内，④⑤的氧气浓度减小的幅度比①明显得多，说明盐溶液可以加快吸氧腐蚀速率，A正确；②与③都是铵盐的溶液，所含阳离子浓度相同，阴离子不同，④与⑤都是钠盐的溶液，所含阳离子浓度相同，阴离子不同，两组中腐蚀速率都有明显的差异，说明吸氧腐蚀速率可能与阴离子种类有关，B正确；③与⑤相比，(NH4)2SO4溶液中吸氧腐蚀速率快，故⑤中加入少量(NH4)2SO4固体，吸氧腐蚀速率加快，C正确；向实验②溶液中加等体积的0.5 mol·L－1 (NH4)2SO4溶液，NH4Cl、(NH4)2SO4的浓度减小为原来的一半，且NH浓度相同时，(NH4)2SO4溶液的腐蚀速率较小，故该操作引起的结果是吸氧腐蚀速率减慢，D错误。
答案：D
13．(2024·河北部分名校联考)青铜器在地下潮湿区域易生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]。下列说法错误的是( )
A.青铜器在地下潮湿区域主要发生析氢腐蚀
B.青铜器发生腐蚀生成铜绿时，铜为负极
C.可以用食醋除去青铜器表面的铜绿
D.青铜器需保存在干燥通风处
解析：铜不能发生析氢腐蚀，故A错误；青铜器发生腐蚀生成铜绿时，金属铜为负极，发生失电子的氧化反应，故B正确；铜绿[Cu2(OH)2CO3]可以和食醋发生反应，得到可溶性的铜盐，即食醋可以除去青铜器表面的铜绿，故C正确；为防止金属发生吸氧腐蚀，青铜器需保存在干燥通风处，故D正确。
答案：A
14．(2024·丹东模拟)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究“精炼铜原理”和“电镀原理”。下列说法正确的是( )
A.一段时间后，甲装置中溶液pH升高
B.丙装置中实现铁片上镀铜，b应为铁片
C.一段时间后，乙、丙中CuSO4溶液浓度均不变
D.甲中消耗标准状况下1.12 L氧气时，理论上粗铜质量减少6.4 g
解析：甲为燃料电池，总反应式为2H2＋O2===2H2O，甲装置中溶液pH降低，故A错误；电镀时镀件作阴极，丙装置中实现铁片上镀铜，b应为铁片，故B正确；乙装置中粗铜含有铁、锌等杂质，铁、锌失电子生成亚铁离子和锌离子进入溶液，阴极铜离子得电子生成铜单质，装置中CuSO4溶液的浓度减小，丙中CuSO4溶液的浓度基本不变，故C错误；甲中消耗标准状况下1.12 L氧气时，得到0.2 mol电子，粗铜上除了铜离子失去电子外还有锌和铁等金属失去电子，因而粗铜质量减少不一定为6.4 g，故D错误。
答案：B
15．(2024·聊城模拟)利用氢氧燃料电池可实现由白磷电解法制备Li[P(CN)2]，并能实现H2的循环利用，其工作原理如图所示。已知：Me为甲基；电极均为石墨电极。
下列说法正确的是( )
A.电池工作时电极a连接电极c
B.当生成9 g Li[P(CN)2]时，电极a消耗H2的体积(标准状况)为2.24 L
C.通电一段时间后，若隔膜e为阴离子交换膜，则c(KOH)减小
D.电极c的电极反应式为P4－4e－＋8LiCN===4Li[P(CN)2]＋4Li＋
解析：电池工作时，与电极a连接的电极d为阴极，故A错误；上方装置为氢氧燃料电池装置，通入氢气的电极a为负极，氢气在负极失去电子生成氢离子，下方装置为电解池，电极c为阳极，氰化锂作用下白磷在阳极失去电子发生氧化反应生成Li[P(CN)2]和锂离子，由得失电子数目守恒可知，标准状况下，生成9 g Li[P(CN)2]时，电极a消耗氢气的体积为××22.4 L·mol－1＝1.12 L，故B错误；上方装置为氢氧燃料电池装置，通入氧气的电极b为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，氢氧根离子通过阴离子交换膜进入负极区，则通电一段时间后，正极区中消耗水导致溶液体积变小，氢氧化钾的浓度增大，故C错误；下方装置为电解池，电极c为阳极，氰化锂作用下白磷在阳极失去电子发生氧化反应生成Li[P(CN)2]和锂离子，电极反应式为P4－4e－＋8LiCN===4Li[P(CN)2]＋4Li＋，故D正确。
答案：D
16．(2023·云南模拟)我国科学家设计了一种CO2捕获和利用一体化装置，利用含NO的废水和CO2制备甲酸铵(HCOONH4)，其原理过程示意图如图。有关说法错误的是( )
A.NO参与的电极反应为NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－
B.生成HCOO－的电极反应为HCO＋H2O－2e－===HCOO－＋2OH－
C.装置Ⅱ中OH－穿过阴离子交换膜由左向右迁移
D.空气的作用是作为载气将含NH3的气体吹出反应器
解析：由题干装置图可知，左侧装置中NO转化为NH3的电极反应为NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－，该电极反应为还原反应，故为阴极，另一极为阳极，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，右侧装置中NH4HCO3参与的电极反应为HCO＋H2O＋2e－===HCOO－＋2OH－，为还原反应，故为阴极，另一极为阳极，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。NO参与的电极反应为NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－，A正确；生成HCOO－的电极反应为HCO＋H2O＋2e－===HCOO－＋2OH－，B错误；装置Ⅱ中左侧为阴极，右侧为阳极，故OH－穿过阴离子交换膜由左向右迁移，C正确；空气的作用是作为载气将含NH3的气体吹出反应器，D正确。
答案：B
17．(2024·天津模拟)制造尼龙-66的原料己二腈[NC(CH2)4CN]用量很大，现代工业常用电合成丙烯腈法制备，总反应是4CH2===CHCN＋2H2O2NC(CH2)4CN＋O2↑，装置如图，下列说法正确的是( )
A.电子从电源a极流出，经溶液流回b极
B.CH2===CHCN中C原子的杂化方式均为sp2
C.阴极电极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
D.当生成2.24 L O2时，电路中通过4 mol电子
解析：根据总反应4CH2===CHCN＋2H2O2NC(CH2)4CN＋O2↑，由于氧元素的化合价从－2价升至0价，所以电源a为负极，电源b为正极，电子从电源a极流出到阴极，从阳极流回b极，溶液中是阴、阳离子发生定向移动，故A项错误；根据CH2===CHC≡N的结构简式可知，碳碳双键中C原子的杂化方式均为sp2，碳氮三键中C原子的杂化方式为sp，故B项错误；根据总反应式－阳极反应式＝阴极反应式，阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，所以阴极反应为2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，故C项正确；当生成2.24 L O2时，由于未告知是否在标准状况下，因此无法计算转移电子的物质的量，故D项错误。
答案：C
18．(2024·长春检测)羟基自由基(·OH)具有极强的氧化能力，它能有效地氧化降解废水中的有机污染物。在直流电源作用下，利用双极膜电解池产生羟基自由基(·OH)处理含苯酚废水和含甲醛废水，原理如图所示。已知：双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。下列说法错误的是( )
A.M极为阴极，电极反应式：O2＋2e－＋2H＋===2·OH
B.双极膜中H2O解离出的OH－透过膜a向N极移动
C.每处理6.0 g甲醛，理论上有0.4 mol H＋透过膜b
D.通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为6∶7
解析：M电极通入O2，发生反应羟基生成自由基(·OH)，反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，M为阴极，A正确；N为阳极，电解时阴离子向阳极移动，所以OH－透过膜a向N极移动，B正确；由HCHO～CO2～4e－，6.0 g甲醛为0.2 mol，有0.8 mol H＋透过膜b，C错误；1 mol甲醛生成1 mol CO2转移4 mol e－，1 mol C6H6O生成6 mol CO2转移28 mol e－，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为6∶7，D正确。
答案：C
19．(2024·佛山质检)过硫酸铵[(NH4)2S2O8]可用作氧化剂、漂白剂。利用电解法在两极分别生产过硫酸铵和过氧化氢的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.a为外接电源的负极
B.电解总反应：O2＋2H＋＋2SOH2O2＋S2O
C.阴离子交换膜可用阳离子交换膜替代
D.电解池工作时，Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小
解析：O元素化合价升高被氧化，故右侧Pt电极为阳极，b为外接电源正极，a为外接电源负极，左侧Pt电极为阴极。a为外接电源的负极，A正确；阴极氧气被还原，阳极硫酸根被氧化，电解总反应正确，B正确；根据阳极产物可知，反应需要消耗硫酸根，阴离子交换膜不可用阳离子交换膜替代，C错误；电解池工作时，Ⅰ室溶液中硫酸根移向阳极，Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小，D正确。
答案：C
20．(2023·吉林模拟)己二腈[NC(CH2)4CN]是工业制造尼龙-66的原料，利用丙烯腈(CH2===CHCN，不溶于水)为原料、四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]为盐溶液制备己二腈的电有机合成装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解
B.阴极区的电极反应为2CH2===CHCN＋2e－＋2H＋===NC(CH2)4CN
C.当电路中转移1 mol e－时，阳极室溶液质量减少8 g
D.交换膜为阳离子交换膜
解析：丙烯腈难溶于水，电解丙烯腈制备己二腈，(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解，故A正确；阴极区丙烯腈得电子生成己二腈，电极反应为2CH2===CHCN＋2e－＋2H＋===NC(CH2)4CN，故B正确；阳极发生反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中转移1 mol e－时，放出0.25 mol氧气，同时有1 mol氢离子移入阴极室，所以阳极室溶液质量减少9 g，故C错误；氢离子通过交换膜由右向左移动，所以交换膜为阳离子交换膜，故D正确。
答案：C
21．(2023·北京化学)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NO等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。
(1)电极b是电解池的________极。
(2)电解过程中生成尿素的电极反应式是_________________________。
解析：(1)电极b上发生H2O失电子生成O2的氧化反应，是电解池的阳极。(2)a极上硝酸根离子得电子转化为尿素，再结合酸性环境可分析出电极反应式为2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O。
答案：(1)阳 (2)2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O
22．(2022·湖南化学)一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下：
(1)某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(CO)∶c(HCO)＝1∶2，则该溶液的pH＝________(该温度下H2CO3的Ka1＝4.6×10－7，Ka2＝5.0×10－11)。
(2)再生塔中产生CO2的离子方程式为________________________________。
(3)利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为___________________。
解析：(1)某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(CO)∶c(HCO)＝1∶2，由Ka2＝可知，c(H＋)＝×Ka2＝2×5.0×10－11mol·L－1＝1.0×10－10 mol·L－1，则该溶液的pH＝10。
(2)再生塔中KHCO3受热分解生成K2CO3、H2O和CO2，该反应的离子方程式为2HCOCO2↑＋CO＋H2O。
(3)利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极上发生还原反应，阳极上水放电生成氧气和H＋，H＋通过质子交换膜迁移到阴极区参与反应生成乙烯，则阴极的电极反应式为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O。
答案：(1)10 (2)2HCOCO2↑＋CO＋H2O (3)2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O
23．以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L－1 CuSO4溶液。
(1)阳极产生56 mL(标准状况下)气体时，所得溶液的pH为________(不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入________g的________物质。
(2)继续通电电解，此时被电解的物质为________，若加入0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为________ mol。
(3)通电足够长时间，加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移电子为________mol。
解析：(1)阳极生成O2 56 mL(标准状况)即0.002 5 mol，依据总反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝0.1 mol·L－1，pH＝1；电解生成0.002 5 mol O2和0.005 mol Cu，故要使溶液复原可加0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。
(2)继续通电电解，电解质为H2SO4溶液，故实际被电解的物质为H2O；加入0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原，相当于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，故转移电子为(0.1×2＋0.1×2) mol＝0.4 mol。
(3)Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移电子为0.2 mol×2＋0.1 mol×2＝0.6 mol。
答案：(1)1 0.4 CuO(或0.62 CuCO3) (2)水(或H2O) 0.4 (3)0.6
24．(2023·山东模拟)电解在工农业生产中应用广泛，回答下列问题。
(1)用间接电化学法除去NO的过程，如图甲所示：
甲
①已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式：________________。
②用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：_________________________________。
(2)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种高效多功能水处理剂，在强碱性条件下稳定，易被H2还原。以铁合金、Ni为电极，电解NaOH溶液制取Na2FeO4的装置如图乙所示。
乙
①电解时所发生总反应的化学方程式为_________________________________________。
②电解槽使用阳离子交换膜的作用：_____________________________________以及允许导电的Na＋通过。
③如果用铅酸蓄电池作为该电解池的电源，则铁合金应与铅酸蓄电池的________(填“Pb”或“PbO2”)相连。阳离子交换膜每通过1 mol Na＋，铅酸蓄电池的正极将增重________g。
(3)电解制备KMnO4的装置如图丙所示。
丙
b与电源的________(填“正”或“负”)极相连，电解液中最好选择________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。电解时，阳极反应式为____________________________________。
解析：(1)①阴极发生还原反应，HSO得电子生成S2O，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O。②S2O与NO发生氧化还原反应生成N2和HSO，离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO。
(2)由题意可知，铁合金作阳极，Ni作阴极，阴极上的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极上的电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O。①将上述分析中的阴、阳极电极反应式合并可得，电解时所发生总反应的化学方程式为Fe＋2H2O＋2NaOHNa2FeO4＋3H2↑。②根据题意可知，Na2FeO4在强碱性条件下稳定，易被H2还原，则电解槽使用阳离子交换膜的作用为阻止Na2FeO4和H2接触反应以及允许导电的Na＋通过。③如果用铅酸蓄电池作为该电解池的电源，铅酸蓄电池中Pb为负极，PbO2为正极，铁合金为电解池阳极，与电源正极相连，则铁合金应与铅酸蓄电池的PbO2相连；阳离子交换膜每通过1 mol Na＋，电路中要转移1 mol电子，铅酸蓄电池的正极电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，由PbO2变为PbSO4可以看作增加的为二氧化硫的质量，根据硫原子守恒可知，n(SO2)＝n(SO)，增重的质量为×1 mol×64 g·mol－1＝32 g。
(3)电解K2MnO4溶液制备KMnO4，则左侧惰性电极是阳极，a与电源的正极相连，b与电源的负极相连。电解时，阳极反应式为MnO－e－===MnO，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，为在阳极区富集KMnO4，故离子交换膜是阳离子交换膜。
答案：(1)①2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O ②2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO (2)①Fe＋2H2O＋2NaOHNa2FeO4＋3H2↑ ②阻止Na2FeO4和H2接触反应 ③PbO2 32 (3)负 阳 MnO－e－===MnO
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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