第四章 第3讲 电解原理及其应用-【金版教程】2025年高考化学一轮总复习首选用卷全书Word（新教材 不定项版）

金版教程　高考总复习首选用卷　化学（不定项） 第3讲　电解原理及其应用 考点1　电解原理 1.某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是(　　) A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液由蓝色逐渐变成浅绿色 D．a和b分别连接直流电源的正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动 答案　D 2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　) A．氯碱工业中，X电极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 答案　B 3．(2023·广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后(　　) A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2 B．a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性 C．b处出现蓝色，说明还原性：Cl－>I－ D．断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转 答案　D 解析　闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，右侧为阴极，阴极电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。根据分析，U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和H2，A错误；左侧生成氯气，氯气遇到水生成的HClO具有漂白性，使a处布条褪色，B错误；b处出现蓝色，发生Cl2＋2KI===I2＋2KCl，说明还原性：I－>Cl－，C错误。 考点2　电解原理的应用 4．(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，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＋ 答案　D 解析　由题图可知，钛箔电极上有H2生成，H2O得电子发生还原反应，则b为电源负极，a为电源正极，a端电势高于b端电势，A错误；钛箔电极上每生成1 mol H2转移2 mol电子，则生成4 g H2理论上转移电子4 mol，B错误；阳极O2的产生被抑制，海水中Cl－发生反应：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，阴极发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，结合两极反应可知电解后海水中pH升高，C错误，D正确。 5．(2023·湖北卷)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．b电极反应式为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 答案　D 解析　由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电池总反应为2H2O2H2↑＋O2↑。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，D错误。 6．(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 答案　C 解析　 石墨电极为阳极，A错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，B错误；根据阳极上生成CO知，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；石墨电极为阳极，阴离子O2－向石墨电极移动，D错误。 考点3　金属的腐蚀与防护 7．《本草纲目》中载有一药物，名“铜青[Cu2(OH)2CO3]”。铜青则是铜器上绿色者，淘洗用之。时珍曰：“近时人以醋制铜生绿，取收晒干货之”。下列有关说法正确的是(　　) A．铜在空气中主要发生析氢腐蚀 B．铜在O2、CO2、H2O存在时易发生电化学腐蚀 C．用硝酸清洗铜器可以除去铜青，保护铜器 D．每生成111 g Cu2(OH)2CO3，转移1 mol电子 答案　B 解析　铜在O2、CO2、H2O存在时易发生电化学腐蚀：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3，即铜在空气中主要发生吸氧腐蚀，每生成1 mol Cu2(OH)2CO3，转移4 mol电子，则生成111 g(0.5 mol) Cu2(OH)2CO3时，转移2 mol电子，A、D错误，B正确；铜可以和硝酸反应，用硝酸清洗铜器可以除去铜青，但也会破坏铜器，C错误。 8.(2023·潍坊市高考模拟考试)地下管道表面附着的硫酸盐会促进钢铁发生厌氧腐蚀，为减少腐蚀的发生，可使钢管与外接电源相连，使其表面形成致密的Fe3O4。下列说法错误的是(　　) A．钢管应与电源的负极相连 B．电压过高有可能会加剧腐蚀 C．发生厌氧腐蚀会使土壤碱性增强 D．厌氧腐蚀过程中有FeS生成 答案　A 9．钢铁在淡水中的腐蚀主要是电化学腐蚀过程，为检验淡水中盐含量对钢铁腐蚀的影响，实验测得碳钢的腐蚀速度、淡水的溶氧量(φO2)与盐含量(ρNaCl)的关系如图。下列有关叙述不正确的是(　　) A．曲线Y代表淡水的溶氧量 B．随着盐含量超过一定浓度，O2在水中的溶解度减小 C．钢铁在淡水中发生吸氧腐蚀 D．ρNaCl＝5 g·L－1时，取淡水加入淀粉­KI溶液无蓝色出现 答案　D 解析　随着盐含量的增加，水的电导率增加，碳钢的腐蚀速度加快，当盐含量超过一定浓度时，水中溶氧量降低，则腐蚀速度又减小，故曲线X代表碳钢的腐蚀速度，Y代表淡水的溶氧量，A、B正确；由图可知，当淡水的溶氧量减小时，碳钢的腐蚀速度减慢，说明O2与腐蚀过程有关，钢铁在淡水中发生吸氧腐蚀，C正确；钢铁腐蚀会生成Fe2＋，ρNaCl＝5 g·L－1，淡水中O2含量较高，将Fe2＋氧化为Fe3＋，Fe3＋与KI反应生成I2，使淀粉溶液变蓝，D错误。 10．(2023·安徽省安庆市高三二模)氯气是一种重要的工业原料，在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新工艺方案，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．电极A发生还原反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O B．电极B与外接电源的负极相连 C．Fe3＋对总反应起催化作用 D．当有2 mol电子转移时，两室溶液中H＋数目理论上相差4NA 答案　C 解析　由题图分析，可知电极A为电解池的阴极，发生还原反应，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，Fe3＋变为Fe2＋，Fe2＋再经O2氧化变回Fe3＋；电极B发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，发生氧化反应，为电解池的阳极，与电源正极相连，A、B错误；A极区发生的反应为4Fe2＋＋O2＋4H＋===2H2O＋4Fe3＋，该反应中每转移2 mol电子需要消耗2 mol H＋，同时，电解池工作时，每转移2 mol电子，2 mol H＋从B极经质子交换膜流向A极，即A极H＋没有发生变化，而B极H＋减少了2 mol，所以两极H＋数目差为2NA，D错误。 11．NCl3是一种黄色黏稠状液体，可用于制备新型消毒剂ClO2。制备NCl3装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．Pt电极发生氧化反应，可用淀粉­KI试纸检验气体M B．石墨电极的反应式为NH＋6e－＋3Cl－===NCl3＋4H＋ C．电解过程中，质子交换膜右侧溶液pH会增大 D．每生成1 mol NCl3会生成67.2 L气体M 答案　C 解析　Pt是阴极，在阴极上是氢离子得电子的还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，不可用湿润的淀粉­KI试纸检测氢气，A错误；由图可知，石墨电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应，电极反应式为NH－6e－＋3Cl－===NCl3＋4H＋，B错误；电解过程中，质子交换膜右侧每生成1 mol NCl3同时生成4 mol H＋，理论上有6 mol H＋经质子交换膜由右侧向左侧迁移，右侧溶液的c(H＋)减小，pH增大，C正确；由于气体所处的状况未知，无法计算氢气的体积，D错误。 12．(1)(2023·重庆九龙坡高三二模)某实验小组用Zn­CO2水介质电池电解含有尿素的碱性废水，装置如图1(电极a为Zn，b、c、d均为惰性电极)。 装置Ⅰ中双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成，与b极室相连的交换膜为________(填“阴”或“阳”)离子交换膜，装置Ⅱ阳极的电极反应式为________________ ______________。 (2)经测定某污水里NaNO2含量为4.6%，科研人员研究发现可用如图2所示的装置处理污水中的NaNO2，原理是利用Fe2＋把NO还原成N2。 ①阳极附近溶液中发生的离子方程式为________________________________________。 ②在实验室恰好完全处理3.0 kg该NaNO2污水，则理论上阴极区与阳极区溶液质量变化的差为________ g。 答案　(1)阳　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O (2)①6Fe2＋＋2NO＋8H＋===6Fe3＋＋N2↑＋4H2O　②128 解析　(2)②实验室完全处理3.0 kg该NaNO2污水，即消耗n(NO)＝ mol＝2 mol。根据离子方程式可知数量关系为n(Fe2＋)∶n(NO)∶n(N2)∶n(Fe3＋)＝6∶2∶1∶6。由Fe－2e－===Fe2＋可知，该装置转移的电子为12 mol。阳极区溶液中共生成6 mol Fe3＋，其中有4 mol Fe3＋转移到阴极区，阳极区放出1 mol N2，阴极区放出6 mol H2。故阳极区溶液质量变化为(56×2－28) g＝84 g，阴极区溶液质量变化为(56×4－12) g＝212 g，故理论上阴极区与阳极区溶液质量变化的差为(212－84) g＝128 g。 *本组内选择题有1个或2个选项符合题意。 13．(2023·山东卷)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　　) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响 答案　CD 解析　向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu(NH3)4]2＋，因此甲室Cu电极为负极，A错误；由电池原理可知，甲室中发生反应：Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，乙室发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，乙室中的SO通过隔膜向甲室移动，得到的[Cu(NH3)4]SO4经过低温热解生成CuSO4溶液，故隔膜为阴离子膜，B错误。 14．电化学合成具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点，利用下图所示装置可合成己二腈[NC(CH2)4CN]。充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H＋和OH－向两极移动。下列说法正确的是(　　) A．N极的电势高于M极的电势 B．放电时，双极膜中OH－向N极移动 C．充电时，阴极的电极反应式为2CH2===CHCN＋2e－＋2H＋===NC(CH2)4CN D．若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成1 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态 答案　BC 解析　当放电时，N极发生氧化反应，为负极，电势低于正极M极，A错误；充电时若制得1 mol NC(CH2)4CN，需转移2 mol电子，放电时反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，根据得失电子守恒可知，需生成0.5 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态，D错误。 15．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 答案　D 解析　由题图可知电极a发生还原反应：＋2e－＋2H＋===，为阴极，电极b发生氧化反应：＋2H2O－6e－===＋6H＋，为阳极。由上述分析可知A、C正确；H＋从阳极移向阴极，B正确；根据得失电子守恒知，生成6 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸，D错误。 16．镍离子(Ni2＋)和钴离子(Co2＋)性质相似，工业上可通过电化学装置将废水中的Co2＋和Ni2＋分离，装置如图。已知Co2＋和乙酰丙酮不反应，下列说法错误的是(　　) A．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 B．通电过程中Ⅳ室内硫酸浓度逐渐增大 C．Ⅲ室中Ni2＋参与的反应为Ni2＋＋2CH3COCH2COCH3＋2OH－===Ni(CH3COCHCOCH3)2＋2H2O D．通电过程中N极每产生11.2 L(标准状况下)气体，双极膜内减少18 g H2O 答案　B 解析　这是一个电解池，根据溶液中离子移动方向，可知左侧石墨M为阳极，右侧石墨N为阴极，Ⅱ室为原料室，膜b为阳离子交换膜，Co2＋、Ni2＋进入Ⅲ室，Co2＋和乙酰丙酮不反应，Ni2＋和乙酰丙酮反应。石墨N为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，Ⅳ室内消耗的H＋与转移过来的H＋相等，所以硫酸浓度不变，B错误。 17．丙烯腈(CH2===CHCN)电解二聚法(两极均为惰性电极)电解原理如图，总反应为 4CH2===CHCN＋2H2O2NC(CH2)4CN＋O2↑，主要副产物为丙腈(C2H5CN)。 (1)电极X为________(填“阴”或“阳”)极。 (2)Y极区溶液呈酸性会加快丙腈的生成，导致己二腈的产率降低，结合图分析原因是_______ ________________________________。 (3)写出ⅰ的电极反应式：________________________________。 (4)己二腈、丙腈的生成速率与季铵盐浓度的关系如图，当季铵盐的浓度为1.5×10－2 mol·L－1时，每小时通过质子交换膜的H＋的物质的量最少为____________ mol。 答案　(1)阳 (2)H＋和丙烯腈在阴极竞争得电子，H＋浓度增大可减慢反应ⅰ，同时生成的H加快了反应ⅲ (3)2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN (4)8.6×10－3 18．(2023·金版原创)北京化工大学的科研工作者研究出将CO2转化为甲酸，同时将5­羟甲基糠醛转化为2，5­呋喃二羧酸的电化学增值装置，工作原理如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。 下列说法正确的是(　　) A．双极膜中间层中的OH－在外电场作用下向电极b方向迁移 B．阴极上的反应式为＋6e－＋2H2O===＋6H＋ C．制得1 mol羧基，理论上外电路中迁移了3 mol电子 D．工作时，电极b区域pH不变 答案　A 解析　由题图分析，电极a上发生还原反应，为阴极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，电极b为阳极，电极反应式为－6e－＋6OH－=== ＋4H2O；双极膜中H＋移向阴极，OH－移向阳极，A正确；由上述分析可知，B错误；电路中转移6 mol电子时，共生成5 mol羧基(3 mol HCOOH和1 mol )，C错误；工作时，当电路中转移6 mol电子时，有6 mol OH－移向b极区参与反应，同时生成羧酸，使得pH减小，D错误。 11 学科网（北京）股份有限公司 $$