2025人教版高中化学选择性必修1
分层作业24 电解原理的应用
A级 必备知识基础练
题组1.电解原理的应用
1.利用如图所示装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法正确的是( )
A.氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到NaOH
B.铜的精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4
C.电镀工业中,X是待镀金属,Y是镀层金属
D.若Z为AgNO3,X、Y均为石墨,电解过程中Y电极质量增大
2.下列“铁钉镀铜”实验装置设计正确的是( )
3.电解原理具有广泛的应用。下列装置不正确的是( )
A.用装置甲制取Cl2和NaOH溶液
B.用装置乙在金属制品表面镀银
C.用装置丙电解精炼粗铜
D.用装置丁制取Na
题组2.离子交换膜电解槽及应用
4.利用石墨作电极,电解Na2SO4溶液制备NaOH和H2SO4的装置如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ区溶液pH下降
B.Ⅲ区发生电极反应:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.理论上,每生成1 mol NaOH,同时生成0.5 mol H2SO4
D.离子交换膜a为阳离子交换膜
5.以纯碱溶液为原料,通过电解的方法可制备小苏打,装置如图所示。装置工作时,下列有关说法正确的是( )
A.乙池电极接电池正极,气体X为H2
B.Na+由乙池穿过交换膜进入甲池
C.NaOH溶液Z比NaOH溶液Y浓度大
D.甲池电极反应式:4C-4e-+2H2O===4HC+O2↑
6.电解法可以对含亚硝酸盐(如亚硝酸钠)的污水进行处理(工作原理如图所示)。通电后,左极区产生浅绿色溶液,随后生成无色气体。下列说法不正确的是( )
A.阳极附近溶液中反应的离子方程式为6Fe2++2N+8H+===6Fe3++N2↑+4H2O
B.两极区产生的N2和H2的物质的量之比为6∶1
C.该装置中所用的离子交换膜是阳离子交换膜
D.当Fe电极消耗8.4 g时,理论上可处理NaNO2含量为5%的污水69 g
7.高铁酸钾(K2FeO4)是环保型水处理剂,以光伏电池为电源先制备高铁酸钠,再将其转化为高铁酸钾,装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.石墨为阴极,铁电极发生氧化反应
B.a可能是H2,b为Na2FeO4溶液
C.铁电极反应式为Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O
D.若电路中转移1 mol 电子,则石墨电极区NaOH溶液质量增加23 g
B级 关键能力提升练
8.采用电化学方法使Fe2+与H2O2反应,可生成非常活泼的·OH(羟基自由基)中间体用于降解废水中的有机污染物,原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.X上发生的电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+
B.可将X电极上产生的O2收集起来,输送到Y电极继续使用
C.根据装置推测,Y电极是阳极,·OH在该电极侧产生
D.起始时,在Y电极附近加入适量Fe2+或Fe3+,均能让装置正常工作
9.用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:Cl--2e-+2OH-===ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+===N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
10.(2024·河北邯郸联考)电解精制的浓缩海水制备酸碱的工作原理如图所示。其中a、c为离子交换膜,BP为双极膜(在直流电场的作用下,双极膜内中间界面层的水会解离为H+和OH-,分别迁移进入双极膜两侧)。下列说法正确的是( )
A.a、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
B.电流流向:电源正极→X电极→Y电极→电源负极
C.若去掉X电极与a膜之间的双极膜,X电极区产物不变
D.若外电路中通过1 mol 电子,双极膜内有4 mol H2O解离
C级 学科素养拔高练
11.某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时,观察到电流表的指针发生了偏转。(电解质溶液均足量)
请回答下列问题:
(1)甲池为 (填“原电池”“电解池”或“电镀池”),通入O2电极的电极反应式为 。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为 (填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”),总反应离子方程式为 。
(3)当乙池中B极质量增加2.16 g时,甲池中理论上消耗O2的体积为 mL(标准状况下),此时若要将乙池复原需向乙池加一定量的 (填化学式)。
(4)丙池中电极C的电极反应式为 ,若丙池中电极不变,将其溶液换成NaCl溶液,电键闭合一段时间后,丙中溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
分层作业24 电解原理的应用
1.D 解析 氯碱工业中,用惰性电极电解饱和氯化钠溶液,阴极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,故Y(阴极)附近能得到NaOH,A错误;铜的精炼中,粗铜作阳极X,纯铜作阴极Y,硫酸铜溶液作电解质溶液,B错误;电镀工业中,Y是待镀金属,X是镀层金属,C错误;利用石墨作电极,电解AgNO3溶液,Y电极是阴极,电极反应式为Ag++e-===Ag,故Y电极质量增大,D正确。
2.B 解析 要在铁钉上镀铜,则Cu应与电源正极相连,作为阳极,失去电子,阴极为铁钉,接电源负极,电解质溶液应为含Cu2+的盐溶液,故选B。
3.A 解析 电解饱和NaCl溶液,饱和NaCl溶液应从阳极进入,氯气在阳极产生,且应选用阳离子交换膜,A错误;在金属制品表面镀银,Ag作阳极,与电源正极相连,金属制品作阴极,与电源负极相连,B正确;粗铜精炼时,粗铜作阳极,与电源正极相连,精铜作阴极,与电源负极相连,C正确;制取金属钠,用惰性电极电解熔融的氯化钠,D正确。
4.D 解析 阳极区电解液是稀硫酸,则阳极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,反应生成H+,溶液的酸性增强,pH下降,A正确;右侧是阴极,电解液是稀NaOH溶液,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,B正确;根据阴极反应可知,生成1 mol NaOH时,电路中通过1 mol 电子,结合阳极反应可知,阳极生成1 mol H+,故同时生成0.5 mol H2SO4,C正确;由图可知,Ⅱ区中浓Na2SO4溶液变成稀Na2SO4溶液,说明Ⅱ区Na+、S向两侧迁移,结合阳极反应生成H+推知,S通过离子交换膜a向阳极区迁移,故离子交换膜a为阴离子交换膜,D错误。
5.D 解析 乙池电极为电解池阴极,与电源负极连接,溶液中氢离子放电生成氢气,A错误;电解池中阳离子移向阴极,钠离子移向乙池,B错误;阴极附近氢离子放电破坏了水的电离平衡,电极附近氢氧根离子浓度增大,NaOH溶液Y比NaOH溶液Z浓度大,C错误;放出氧气的电极为阳极,电解质溶液中OH-放电生成氧气,c(H+)增大,碳酸根离子结合氢离子生成碳酸氢根离子,出口为碳酸氢钠,则电极反应式为4C+2H2O-4e-===4HC+O2↑,D正确。
6.B 解析 左侧Fe电极是阳极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,生成的Fe2+与N发生氧化还原反应生成Fe3+和N2:6Fe2++2N+8H+===6Fe3++N2↑+4H2O,A正确;根据得失电子守恒可得关系式:N2~6Fe2+~12e-~6H2,则产生N2和H2的物质的量之比为1∶6,B错误;阳极区生成Fe3+,但流出溶液为硫酸钠溶液,故Fe3+透过交换膜向右侧迁移,故离子交换膜是阳离子交换膜,C正确;当Fe电极消耗8.4 g时,生成0.15 mol Fe2+,理论上可处理0.05 mol NaNO2,m(NaNO2)=nM=0.05 mol×69 g·mol-1=3.45 g,处理NaNO2含量为5%的污水69 g,D正确。
7.D 解析 依题意,本装置模拟制备高铁酸钠的工作原理,铁电极发生氧化反应生成高铁酸钠,石墨电极为阴极,发生还原反应,A正确;石墨电极的电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,a可能为H2、NaOH溶液,b为高铁酸钠溶液,B正确;铁电极发生氧化反应,浓氢氧化钠溶液中的OH-向右侧迁移,C正确;每转移1 mol 电子,浓氢氧化钠溶液中有1 mol Na+向左迁移,2H2O+2e-===2OH-+H2↑,石墨电极区的溶液质量增加22 g,D错误。
8.C 解析 由图可知,X电极上H2O失电子生成氧气,发生氧化反应,则X为阳极,Y为阴极。X电极上发生的电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,A正确;Y电极上的反应物有O2,而X电极产生O2,将X电极上产生的O2收集起来,输送到Y电极继续使用,B正确;根据分析可知Y为阴极,C错误;该装置工作时,Fe2+与Fe3+循环转化,起始时,在Y电极附近加入适量Fe2+或Fe3+,均能让装置正常工作,D正确。
9.D 解析 阳极要产生ClO-,则阳极不能用铁,故石墨作阳极,铁作阴极,A正确;由题目信息提示,溶液中的离子为CN-和Cl-,而阳极产生ClO-,故其反应物一定是Cl-,即Cl-在阳极被氧化为ClO-,B正确;阴极为水得电子生成H2和OH-的反应,C正确;该反应体系是碱性环境,故反应中不可能有H+,除去CN-的反应为2CN-+5ClO-+H2O===5Cl-+2CO2↑+N2↑+2OH-,D错误。
10.B 解析 该装置为电解池,根据浓缩海水中Na+、Cl-移动方向可知,a膜为阴离子交换膜,c膜为阳离子交换膜,A错误;X电极为阳极、Y电极为阴极,阳极与电源正极相接、阴极与电源负极相接,则工作时电流流向:电源正极→X电极→电解质溶液→Y电极→电源负极,B正确;X电极为电解池的阳极,若去掉X电极与a膜之间的双极膜,放电能力:Cl->OH-,Cl-放电生成Cl2,电极产物发生改变,C错误;水电离方程式为H2OH++OH-,外电路中通过1 mol 电子,双极膜内定向移动的H+、OH-各1 mol,即有1 mol H2O解离,D错误。
11.答案 (1)原电池 O2+2H2O+4e-===4OH- (2)阳极 4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+ (3)112 Ag2O (4)2Cl--2e-===Cl2↑ 增大
解析 由图示信息可知,甲池为甲醇燃料电池,通O2的一极为正极,通甲醇的一极为负极;乙池为电解池,石墨电极A为阳极,Ag电极B为阴极;丙池为电解池,电极C为阳极,电极D为阴极。
(1)甲池为原电池,通入O2电极是正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-。
(2)乙池为电解池,石墨电极A为阳极,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,Ag电极B为阴极,电极反应式为Ag++e-===Ag,总反应式为4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+。
(3)当乙池中B极质量增加2.16 g,即析出2.16 g的Ag时,n(Ag)==0.02 mol,转移电子的物质的量是0.02 mol ;根据O2+2H2O+4e-===4OH-得出,消耗O2的物质的量为0.005 mol,标准状况下体积为0.005 mol×22.4 L·mol-1×1 000 mL·L-1=112 mL ;乙池总反应为4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+,若要让溶液复原需要加入Ag2O。
(4)丙池中电极C的电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑;若丙中电极不变,将其溶液换成NaCl溶液,电键闭合一段时间后,即用惰性电极电解NaCl溶液,丙中D极即阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,则阴极的产物为NaOH、H2,由于生成NaOH,则溶液的pH将增大。
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