2020-2021学年高二化学重难点训练：电解池

2020-2021学年高二化学重难点训练：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-=Fe2+ 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+=Cu2++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 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. 04m ol 2 ＝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 2- 27C r O ）时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应 +6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O，最后 Cr3+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-=Fe2+ 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-=Fe2+，B 说法正确；C．当生成 1molCr(OH)3 时，消耗 3molFe2+，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 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： Cu2＋＋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 0 . 1 2 0 . 1 3 2 0 . 2    =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 通电 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 【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 通 电 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___。 ②将电极废料用盐酸浸出，得到含 Li+、Co2+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+、Co2+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= - 3NO +4H+ (2)H2SO4 根据反应 5SO2+2NO+8H2O 通电 (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= 2- 4SO +4H+，故 A 为 H2SO4 减小 NO+5e-+6H+= + 4NH +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= 3NO  +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+= 4NH  +H2O，总反应方程式为 5SO2+2NO+8H2O 通 电 (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= 2 4SO  +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 Zn2+，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 Cu2++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。