4.2电解池 同步练习题 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

4.2电解池同步练习题 一、选择题 1．广东省拥有中国最大的电动汽车充电网络，电动汽车充电桩数量超过整个美国。下列说法不正确的是 A．电动汽车的推广有利于改善大气环境 B．电动汽车充电桩提供的电能属于二次能源 C．电动汽车充电过程是将化学能转化为电能的过程 D．与燃油汽车相比，电动汽车对能量的利用率更高 2．如图是电解饱和食盐水的装置，a、b为石墨电极。下列判断正确的是 A．a为正极，b为负极 B．a极上有氯气放出 C．b极上发生氧化反应 D．b极附近溶液显酸性 3．下列装置由甲、乙部分组成(如图所示)，甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质形成的化学电源。当电池工作时，下列说法正确的是 A．电子的流动方向M→Fe→CuSO4溶液→Cu-N B．当N极消耗5.6LO2时，则铁极增重32g C．一段时间后，乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变 D．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2+16OH--16e-=2CO2↑+N2↑+12H2O 4．下列关于钠及其化合物的叙述不正确的是 A．钠既不是电解质，也不是非电解质 B．过氧化钠不是碱性氧化物，不能与酸溶液反应 C．钠加入到饱和碳酸钠溶液中会有固体析出 D．电解饱和碳酸氢钠溶液时阴极会有碳酸钠生成 5．一种电化学固氮的原理如图所示，已知N≡N的键能为，N-N的键能为。下列说法正确的是 A．在b电极上，被氧化 B．金属Cu可作为a电极的材料 C．电解过程中，固体氧化物电解质中数目保持不变 D．分子中，π键数和键数为2∶1，且π键键能小于键键能 6．传统的氯碱工业具有能耗高的缺点，科学家正在开发一种叫“氧阴极技术”的新工艺，新工艺与传统工艺相比在于阴极结构，通过向阴极区供应纯氧从而避免直接得电子生成，这样可以降低电压，从而减少能耗。下图是采用“氧阴极技术”的氯碱工业的装置图： 下列说法中不正确的是 A．阴极的电极反应为： B．阳极的电极反应为 C．该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过 D．装置中发生反应的离子方程式为 7．利用下列实验装置进行的相关实验能达到相应目的的是 A．利用装置①验证AgCl沉淀可转化为溶解度更小的Ag2S沉淀 B．利用装置②探究浓度对化学反应速率的影响 C．利用装置③除去CO2气体中的SO2 D．利用装置④制备Fe(OH)2并使其保持较长时间不变质 8．一种脱除和利用水煤气中CO2方法的如图，下列说法中错误的是 A．b为电源的正极 B．利用电化学原理，将CO2电催化为C2H4的反应式为2CO2-12e-+12H+=C2H4+4H2O C．再生塔中产生CO2的离子方程式为2H2O+CO2↑+ D．某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c():c()=1:2，则该溶液的pH=10(该温度下H2CO3的Ka1=4.6×10-7；Ka2=5.0×10-11) 二、填空题 9．原电池是化学对人类的一项重大贡献。回答下列问题： (1)铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。 ①某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应式为___________。 ②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料___________(填“Fe”或“C”)。 (2)碱性锌锰干电池的剖面图如图所示，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，则其总反应式为___________，负极电极反应式为___________。 (3)用高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。 ①写出正极电极反应式：___________。 ②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，则在电解池中生成___________L(标准状况) H2。 10．电解原理常用于某些物质的制备。回答下列问题： (1)可以通过石墨为电板，和的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为_______，阴极上观察到的现象是_______；若电解液中不加入，阴极发生的电极反应式为_______。 (2)可采用“电解法”制备，装置如图所示。 ①写出电解时阴极的电极反应式_______。 ②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_______，其迁移方向是_______。 11．电解精炼铜的电解槽里装的电解液是用硫酸酸化的硫酸铜溶液。与直流电源正极相连的电极是含有少量锌、金、银等金属杂质的粗铜块，在电解时发生氧化反应，铜、锌转化为阳离子进入溶液；与直流电源负极相连的电极是纯铜薄片，溶液中的铜离子结合电子成为金属铜在纯铜片上析出。电解消耗电能，得到纯度大于99.9%的电解铜。试分析： (1)当电路中通过电流时，在两个电极上的电极反应分别是什么____？为什么_______？ (2)电路通过的电量与析出的铜的质量有什么关系________？ (3)为什么电解槽里会有含金、银等金属的阳极泥_________？ 12．煤的气化、液化是综合利用煤炭的重要途径之一。 （1）已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ·mol-1 ②CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283.0kJ·mol-1 ③H2(g)+ 1/2O2(g)=H2O(g) ΔH3=-241.8kJ·mol-1 焦炭与水蒸气反应是：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=___ kJ·mol-1 （2）氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的发电装置，其工作原理是2H2+O2=2H2O ①若选用KOH溶液作电解质溶液，则正极通入的气体是___，该电极的电极反应式为___。 ②若选用硫酸作电解质溶液，则负极的电极方程式为___。 （3）电解氯化钠溶液时，阳极的电极反应式为___。 13．铝氢化钠是有机合成的重要还原剂，工业上常用铝土矿(主要成分为，含有杂质)为原料制备铝氢化钠，其制备工艺流程如图： 已知：。回答下列问题： (1)化合物中氢元素的化合价为_______。 (2)“碱浸”前“粉碎”的目的是_______。 (3)“碱浸”时发生反应的离子方程式为_______。 (4)“滤渣”的主要成分为_______(填化学式)，过滤时用到的主要玻璃仪器有_______。 (5)电解熔融的“”时，通常加入六氟铝酸钠，其主要目的是_______，“电解”时阳极的产物为_______(填化学式)。 (6)“反应Ⅲ”中每生成，生成另一种产物的质量为_______。 14．MnSO4·H2O是一种浅粉色晶体，易溶于水，不溶于乙醇，是饲料中常用的添加剂，也是电解制备锰及其他锰盐的原料，工业用途广泛。某同学设计如图甲所示实验装置制备硫酸锰。 回答下列问题： (1)仪器a的名称是_____。连接好实验仪器，装药品之前需进行的操作是______。 (2)装置Ⅱ中发生反应的化学方程式为_____；装置Ⅱ中水浴温度控制在80℃左右，温度过高时反应速率可能减慢的原因是______。 (3)结合图乙，分析反应后从溶液中获得MnSO4·H2O晶体的操作为_____、酒精洗涤、低温干燥。 (4)测定饲料中硫酸锰的含量常将饲料溶于水，以磷酸作络合剂，用硝酸铵作氧化剂，将试样中的二价锰定量氧化成三价锰，过量的硝酸铵立即与产生的亚硝酸盐反应而消除其影响。然后加入指示剂，用硫酸亚铁铵[Fe(NH4)2(SO4)2]标准溶液滴定生成的三价锰，溶液由红色变为亮黄色为滴定终点。有关反应的离子方程式如下： ①2Mn2++NO+4PO+2H+=2[Mn(PO4)2]3-+NO+H2O； ②NH+NO=N2↓+2H2O； ③[Mn(PO4)2]3-+Fe2+=Mn2++[Fe(PO4)2]3-。 取ag饲料，消耗浓度为cmol•L-1的硫酸亚铁铵标准溶液VmL，则饲料中MnSO4·H2O的质量分数为_____%(用含a、c、V的式子表示)。若实验时未用标准溶液润洗滴定管，会导致测定结果_____(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。 (5)用惰性电极电解MnSO4酸性溶液可制得MnO2，请写出电解法制备MnO2时的阳极反应式：_____。 【参考答案】 一、选择题 1．C 解析：A．电动汽车的推广有利于改善大气环境，A正确； B．电能属于二次能源，B正确； C．电动汽车充电过程是将电能转化为化学能的过程，C错误； D．与燃料直接燃烧相比，电池转化电能的能量利用率更高，D正确； 故选C。 2．B 【分析】电解装置中与电源正极所连电极为阳极，与电源负极所连电极为阴极，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。 解析：A．a与电源正极相连为阳极，b与电源负极相连为阴极，故A错误； B．a极为阳极，电极上发生反应：，故B正确； C．b极为阴极发生还原反应，故C错误； D．b极生发生反应：，b极附近溶液显碱性，故D错误； 故选：B。 3．C 【分析】根据题给信息知，甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池，M是负极，N是正极，电解质溶液为酸性溶液，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应；乙部分是在铁上镀铜，则铁为阴极应与负极相连，铜为阳极应与正极相连，根据得失电子守恒计算，据此分析答题。 解析：A．M是负极，N是正极，Fe为阴极，Cu为阳极，电子从负极经导线流向阴极，由阳极经导线流回正极，但是电子不会经过电解质溶液，A错误； B．当N电极消耗0.25 mol氧气时，则转移0.25×4=1mol电子，所以铁电极增重0.5mol×64g/mol=32g，但是气体需指明是标况下的气体，B错误； C．乙部分是在铁上镀铜，阳极反应为：Cu-2e-=Cu2+，阴极反应为：Cu2++2e-=Cu，电解液浓度基本不变，所以乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变，C正确； D．M是负极，H2NCONH2在负极M上失电子发生氧化反应，在酸性环境下，不会出现OH-，正确的电极反应式为：H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-=2CO2↑+N2↑+16H+ ，D错误； 故答案为：C。 4．B 解析：A．钠为单质，既不是电解质，也不是非电解质，A正确； B．过氧化钠不是碱性氧化物，但能与酸溶液反应生成盐、水、氧气，B错误； C．钠加入到饱和碳酸钠溶液中，会与水反应生成氢氧化钠和氢气，水减小，导致会有碳酸钠固体析出，C正确； D．电解饱和碳酸氢钠溶液时阴极水电离出的氢离子放电生成氢气，溶液显碱性，碳酸氢钠和氢氧根离子反应会有碳酸钠生成，D正确； 故选B。 5．C 【分析】由装置可知，b电极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，a为阳极，电极反应式为2O2-+4e-=O2，据此分析解答。 解析：A．由分析可得，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A错误； B．a为阳极，若金属Cu作a的电极材料，则金属Cu优先失去电子，B错误； C．电解过程中，阴极电极反应式为2N2+6H2O+12e-=4NH3+6O2-，阳极电极反应式为6O2-+12e-=3O2，固体氧化物电解质中数目保持不变，故C正确； D．分子中存在氮氮三键，π键数和键数为2∶1，已知N≡N的键能为，N-N的键能为，则π键键能为，π键键能大于键键能，故D错误； 故选C。 6．D 解析：A．氧气在阴极得到电子发生还原反应，阴极的电极反应为：，A正确； B．阳极的氯离子失去电子发生还原反应生成氯气，电极反应为，B正确； C．该离子交换膜只能让阳离子钠离子通过，不能让阴离子氢氧根离子通过，这样在阴极区得到氢氧化钠溶液，C正确； D．分析可知，反应中没有生成氢气，反应为氯离子和水、氧气生成氯气和氢氧根离子，，D错误； 故选D。 7．C 解析：A．装置①中银离子过量所以不能验证AgCl沉淀可转化为溶解度更小的Ag2S沉淀，A错误； B．装置②中两种反应物的浓度各不相同，不能探究浓度对化学反应速率的影响，B错误； C．饱和碳酸氢钠溶液可以吸收二氧化硫不吸收二氧化碳，所以利用装置③可以除去CO2气体中的SO2，C正确； D．铁与电源的正极相连，失去电子才能制的氢氧化亚铁，D错误； 故选C。 8．B 【分析】从图中可以看出，在玻碳电极，H2O得电子生成O2和H+，则玻碳电极为阳极，铂电极为阴极，CO2在阴极得电子产物与电解质反应生成C2H4等。左侧吸收塔和再生塔吸收水煤气，并实现碳酸钠的循环利用。 解析：A．由分析可知，玻碳电极为阳极，则b为电源的正极，A正确； B．铂电极为阴极，CO2发生电催化反应，得电子生成C2H4等，发生还原反应，反应式为2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O，B错误； C．再生塔中碳酸氢钾分解生成碳酸钾，并产生CO2，离子方程式为2H2O+CO2↑+，C正确； D．由+H+可得，Ka2===5.0×10-11，c(H+)=1×10-10mol∙L-1，溶液的pH=10，D正确； 故选B。 二、填空题 9．(1) 2H++2e-=H2↑ 甲中：左—Fe；右—C；乙中：左—Fe；右—C (2) Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 (3) 6.72 解析：（1）①该装置构成了原电池，由于电极活动性：Fe＞C，所以左边Fe电极为负极，石墨电极为正极，在负极上Fe失去电子变为Fe2+进入溶液，在正极上硫酸电离产生的H+获得电子变为H2逸出，故右侧烧杯中的电极反应式为2H++2e-=H2↑； ②甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，在图示的装置中甲为原电池，乙为电解池。在甲装置的原电池中，正极上发生还原反应产生H2，而在电解池中阴极上发生还原反应产生H2，由于乙装置中右侧电极为阴极，发生反应：2H++2e-=H2↑，故左侧阳极为Fe电极，Fe失去电子变为Fe2+进入溶液，右侧阴极为石墨C电极；故甲装置中右侧正极电极为石墨C电极，左侧负极为Fe电极； （2）在碱性锌锰干电池中，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，Zn为负极，负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2；正极MnO2得到电子被还原产生MnOOH，正极反应式为：MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，则根据同一闭合回路中电子转移数目相等可知其总反应式为：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH； （3）根据高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，结合总反应方程式可知：①正极上K2FeO4得到电子被还原产生Fe(OH)3，则正极的电极反应式为：； ②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量OKH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，K2FeO4转化为Fe(OH)3，消耗0.2 mol K2FeO4时转移的电子数为0.2 mol×3=0.6 mol，电解足量KOH溶液产生H2的电极反应为：2H2O+2e- =H2↑+2OH-， 根据电子转移守恒，则产生H2的物质的量为0.3 mol，状态在标况下H2的体积为V=0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L。 10． 石墨上包上铜镀层 K+ 由a到b 解析：(1) 阳极上Pb2+失去电子，得到PbO2，需要水参与反应，同时生成氢离子，电极反应式为： ，阴极上，Cu2+获得电子生成Cu，附着在石墨电极上，即石墨上包上铜镀层，若电解液中不加入Cu(NO3)2阴极上Pb2+获得电子生成Pb，阴极电极反应式为：，故答案为：，石墨上包上铜镀层，； (2) ①电解液呈碱性，阴极上水得电子生成氢氧根离子和氢气，电极反应式为：，故答案为：； ②电解过程中阳极反应式为：I-+6OH--6e-=IO+ 3H2O，阳极的K+通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b，故答案为： K+，由a到b。 11．(1) 粗铜极的反应为：，，纯铜极的反应为： 与电源正极相连的粗铜极为阳极，铜、锌金属被氧化为金属离子，与电源负极相连的纯铜极为阴极，电极周围的铜离子得电子被还原为铜单质 (2)每转移2mol电子，阴极上析出64g铜单质 (3)银、金活动性比铜弱，无法被氧化，沉积在电解池槽内形成阳极泥 解析：（1）铜、锌均为活泼电极材料，且锌活泼性强于铜，两种金属作为电解池阳极时会被氧化为金属离子，故粗铜极反应为，；阴极上电解池中放电能力最强的离子被还原，即铜离子被还原为铜单质，故纯铜极反应为； （2）由阴极的电极反应式可知，每转移2mol电子，阴极上就析出1mol铜单质，其质量，即每转移2mol电子，阴极上析出64g铜单质； （3）与电源正极相连的粗铜中含有少量的锌、银、金，而银、金活动性比铜弱，无法被氧化，故沉积在电解池槽内形成阳极泥。 12． +131.3 氧气 O2 + 2H2O + 4e- =4OH- H2 - 2e-=2H+ 2Cl--2e-=Cl2↑ 【分析】（1）根据已知的热化学方程式和盖斯定律进行计算； （2）氢氧燃料电池的工作原理是2H2+O2=2H2O，负极上氢气失电子被氧化，正极上氧气得电子被还原，根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式； （3）电解氯化钠溶液时，氯离子在阳极上失电子被氧化生成氯气。 解析：（1）根据已知的热化学方程式和盖斯定律可知，目标方程式C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)可由①-②-③得到，则△H=ΔH1-ΔH2-ΔH3= -393.5kJ·mol-1-(-283.0kJ·mol-1)-(-241.8kJ·mol-1)= +131.3 kJ·mol-1； 故答案为+131.3； （2）氢氧燃料电池的工作原理是2H2+O2=2H2O，负极上氢气失电子被氧化，正极上氧气得电子被还原，根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式， ①若选用KOH溶液作电解质溶液，正极通入的气体是氧气，该电极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，则该电极的电极反应式为O2 + 2H2O + 4e- =4OH-； 故答案为氧气；O2 + 2H2O + 4e- =4OH-； ②若选用硫酸作电解质溶液，负极通入的是氢气，该电极上氢气失电子被氧化生成氢离子，则负极的电极方程式为H2 - 2e-=2H+； 故答案为H2 - 2e-=2H+； （3）电解氯化钠溶液时，氯离子在阳极上失电子被氧化生成氯气，则阳极的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑； 故答案为2Cl--2e-=Cl2↑。 13．(1) (2)增大接触面积，加快碱浸速率 (3) (4) 烧杯、玻璃棒和漏斗 (5) 降低熔点，节约能源 (6)17.55 【分析】铝土矿中含有氧化铝、氧化铁，粉碎后加入过量氢氧化钠溶液“碱浸”，氧化铝为两性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，氧化铁为碱性氧化物，不与氢氧化钠溶液反应，然后过滤，滤液中加入碳酸氢钠溶液，根据信息，反应I得到氢氧化铝沉淀，过滤后，氢氧化铝受热分解得到氧化铝，电解氧化铝得到金属铝和氧气，金属铝与氯气反应生成氯化铝，氯化铝与氢化钠反应得到产品，据此分析； 解析：（1）化合物NaAlH4中钠元素为+1价，铝元素为+3价，故氢元素的化合价为-1； （2）“碱浸”前粉碎，增大接触面积，加快碱浸速率，故答案为接触面积，加快碱浸速率； （3）氧化铝为两性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，氧化铁为碱性氧化物，不与氢氧化钠溶液反应，反应的离子方程式为，故答案为； （4）根据上述分析，“滤渣”为Fe2O3；过滤时用到的玻璃仪器是(普通)漏斗、玻璃棒、烧杯；故答案为Fe2O3；(普通)漏斗、玻璃棒、烧杯； （5）电解熔融的氧化铝时，通常加入六氟铝酸钠，其主要目的是降低熔点，节约能源，“电解”时阳极反应式为2O2--4e-=O2，故产物为O2。 （6）根据上述分析，反应Ⅲ中发生4NaH+AlCl3=NaAlH4+3NaCl，生成0.1molNaAlH4同时生成0.3molNaCl，氯化钠的质量为0.3mol×58.5g/mol=17.55g，故答案17.55。 14．(1) 三颈烧瓶 检查装置的气密性 (2) SO2+MnO2MnSO4 当温度过高时，SO2在水中的溶解度减小，反应速率减慢 (3)蒸发结晶、趁热过滤 (4) 偏大 (5)Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+ 解析：（1）仪器a的名称三颈烧瓶，连接好实验仪器，装药品之前需检验装置气密性，故为：三颈烧瓶；检查装置的气密性； （2）装置D中二氧化锰与二氧化硫反应生成硫酸锰，发生反应的化学方程式SO2+MnO2MnSO4，装置D中水浴温度应控制在80°C左右，温度过高时反应速率可能减慢的原因:当温度过高时， SO2在水中的溶解度减小，反应速率减慢，故为：SO2+MnO2MnSO4；当温度过高时，SO2在水中的溶解度减小，反应速率减慢； （3）由图示可知，温度超过40℃，温度升高，溶解度减小，析出晶体为MnSO4·H2O晶体，从溶液中获得MnSO4·H2O晶体的操作为蒸发结晶、趁热过滤，故为：蒸发结晶、趁热过滤； （4）根据题中的相关反应，可得关系式Mn2+~[Mn(PO4)2]3-~Fe2+，所以n（Mn2+）= n（Fe2+）=n[Fe(NH4)2(SO4)2]=cVmol，MnSO4·H2O的质量为cV = g，MnSO4·H2O的质量分数= ，若实验时未用标准溶液润洗滴定管，会导致消耗标准溶液体积偏大，导致测定结果偏大，故为：；偏大； （5）惰性电极电解MnSO4酸性溶液可制得MnO2，Mn元素化合价升高，Mn2+发生氧化反应，阳极反应式Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+， 故为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。 学科网（北京）股份有限公司 $$