第4章 微专题16 电解在物质制备和提纯中的应用-【精讲精练】2023-2024学年高中化学选择性必修1人教版（教师用书）

　电解原理除常规应用外，在新物质的制备，物质的分离和提纯、废水的处理等方面应用广泛。考查电解在物质制备、提纯，废水处理时常涉及电极反应式的书写，需注意的问题是： (1)书写电解池中电极反应式时，要用实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成化学式。 (2)书写两极电极反应式时，要确保阴极得到电子的数目与阳极失去电子的数目相等。 (3)书写电极反应式时，要判断阳极溶解生成的阳离子是否和电解质溶液中的阴离子发生反应。 1．(2021·广东卷)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　) A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大 B．生成1 mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变 D．电解总反应：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋ 解析　D　由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；钴电极为阴极，电极反应式为Co2＋＋2e－===Co，阴极生成1 mol钴，阳极有1 mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18 g，故B错误；Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋，故D正确；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；故选D。 2．(2021·湖北卷)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H＋浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．电解时只允许H＋通过离子交换膜 B．生成O2和H2的质量比为8∶1 C．电解一段时间后阴极区溶液OH－的浓度增大 D．CrO3的生成反应为：Cr2O＋2H＋===2CrO3＋H2O 解析　A　根据左侧电极上生成O2，知左侧电极为阳极，发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，右侧电极上生成H2，右侧电极为阴极，发生反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；生成O2和H2的物质的量之比为1∶2，其质量比为8∶1，B、C正确；由题意知，左室中Na2Cr2O7随着H＋浓度增大转化为CrO3：Cr2O＋2H＋===2CrO3＋H2O，因此阳极生成的H＋不能通过离子交换膜。通过离子交换膜的是Na＋，A错误，D正确。故选A。 3．用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是(　　) A．阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2 B．b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋ C．产品室中发生的反应是B(OH)3＋OH－===B(OH) D．每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g 解析　D　由图可知，b极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H＋，a极为阴极，电解时阴极上水得电子发生还原反应生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，在产品室中B(OH)、H＋发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理论上每生成1 mol产品，b极生成1 mol H＋，a极生成0.5 mol H2，减少质量为1 g，NaOH溶液增加的Na＋为1 mol即23 g，故NaOH溶液增重22 g。 4．电渗析法淡化海水装置示意图如下，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的是(　　) A．离子交换膜b为阳离子交换膜 B．各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水 C．通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显 D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值 解析　B　电极2产生H2，则电极2为电解池阴极，电极反应2H＋＋2e－===H2↑，电极1为电解池阳极，电极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，则①中的Cl－通过交换膜进入阳极区，⑦中的Na＋通过交换膜进入阴极区，所以实线对应的半透膜是阳离子交换膜，虚线对应阴离子交换膜，A错误；结合阴阳离子移向可知，各间隔室的排出液中，