专题03 电能转化为化学能——电解（考题猜想）（8大题型）-2024-2025学年高二化学上学期期末考点大串讲（鲁科版2019）

专题03 电能转化为化学能——电解 题型01 电解池及其判断 题型02 电解规律及其应用 题型03 氯碱工业 题型04 电镀与电解精炼 题型05 电解的有关计算 题型06 多池串联装置 题型07 电解原理在物质制备中的应用 题型08 电化学中的膜技术 题型09 电化学综合应用 ▉题型1 电解池及其判断 【例1】关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是(　　) A．装置名称：①是原电池，②是电解池 B．硫酸浓度变化：①增大，②减小 C．电极反应式：①中阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，②中正极：Zn－2e－===Zn2＋ D．离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动，②中H＋向负极方向移动 【变式1-1】下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是(　　) A．电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B．电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C．电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D．与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 【变式1-2】如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是(　　) A．a为负极、b为正极 B．a为阳极、b为阴极 C．电解过程中，d电极质量增加 D．电解过程中，氯离子浓度不变 【变式1-3】某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是(　　) 选项 A B C D a电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d电极 正极 正极 负极 负极 Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 ▉题型2 电解规律及其应用 【例2】有关电解原理应用的说法正确的是 A．在电解精炼铜中，电解质浓度保持不变 B．氯碱工业中用的是阴离子交换膜将两电解室隔开 C．在上电镀，应用作阳极，用溶液作电镀液 D．工业冶炼金属铝时，电解熔融态 【变式2-1】用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是(　　) A．硫酸 B．氢氧化钠 C．硫酸钠 D．氯化钠 【变式2-2】下列有关电解原理的应用的说法正确的是 A．氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝 B．电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，纯铜作阳极 C．用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极反应式为 D．在铁制品上镀银时，铁制品与电源正极相连 【变式2-3】利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是(　　) A．b为直流电源的正极 B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变 C．阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室 ▉题型3 氯碱工业 【例3】氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，下列有关说法不正确的是 A．能通过离子交换膜 B．产品溶液从口导出 C．从口补充饱和溶液 D．用盐酸控制阳极区溶液的在2～3，有利于氯气的逸出 【变式3-1】以碱性燃料电池为电源，电解饱和食盐水制备氯气和烧碱，装置如图所示(M、N为惰性电极)，下列说法错误的是 A．与燃料电池a极相连的M极区发生氧化反应 B．阳极生成1 mol气体时，有2 mol 通过离子交换膜 C．b电极的反应式为 D．阴极生成22.4L气体(标准状况下)时，理论上导线中流过2 mol 【变式3-2】实验室以碳棒为电极电解饱和食盐水的装置如图所示。下列判断正确的是 A．电解过程中水是氧化剂 B．X电极上发生氧化反应 C．X电极上有产生 D．通电一段时间后，物质的量增大 ▉题型4 电镀与电解精炼 【例4】铁制品镀铜的电镀装置如下图所示，下列说法中不正确的是 资料： A．铜片接电源的正极 B．电镀过程中向阳极移动 C．随铜单质析出电解质溶液中减小 D．加入氨水后可使铜缓慢析出，镀层更致密 【变式4-1】铁钉镀铜的实验如图所示，有关说法不正确的是 A．砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污，再用盐酸除锈 B．铁钉与直流电源正极相连，铜与直流电源负极相连，将两极平行浸入电镀液中 C．在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮 D．电镀一段时间后，在铁钉表面可看到光亮的紫红色物质，铜片逐渐变薄 【变式4-2】利用电解法可将含有、、、等杂质的粗铜提纯。下列叙述正确的是 A．电解时以精铜作阳极 B．电解时阴极上发生的反应为 C．用溶液作电解质溶液，反应一段时间后浓度保持不变 D．电解后，可在电解槽阴极下方收集到少量、等金属 【变式4-3】以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是 A．粗铜接电源的负极 B．溶液中Cu2+向阳极移动 C．阴极反应式为Cu2++2e-=Cu D．在阳极可回收Al、Ag、Pt、Au ▉题型5 电解的有关计算 【例5】用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到 2.24 L气体(标准状况)，原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为(　　) A．1 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1 【变式5-1】有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一段时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为(　　) A．4∶1 B．1∶1 C．4∶3 D．3∶4 【变式5-2】用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2 mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　) A．0.4 mol B．0.5 mol C．0.6 mol D．0.8 mol 【变式5-3】用石墨作电极电解1 000 mL硝酸钾和硝酸铜的混合溶液，当通电一段时间后，两极都收集到112 mL气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为1 000 mL，则电解后溶液的pH为(　　) A．4 B．3 C．2 D．1 ▉题型6多池串联装置 【例6】室温下，如图装置电解一段时间，当某极析出0.32 g Cu时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为(溶液足量，体积均为100 mL且电解前后溶液体积变化忽略不计)(　　) A．13、7、1 B．12、7、2 C．1、7、13 D．7、13、1 【变式6-1】某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和NaCl溶液的实验，装置如下图所示，下列说法正确的是(　　) A.甲烷燃料电池工作时，负极的电极反应为：CH4－8e－＋10OH－===7H2O＋CO B.电极b上得到的是Cl2 C.标准状况下，每个电池通入1 L CH4且完全反应，理论上最多能得到8 L H2 D.若将电极a的石墨棒换成Fe棒，NaCl溶液中发生的总反应式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 【变式6-2】利用 CH4 燃料电池电解制备 Ca(H2PO4)2 并得到副产物 NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是 A．a 极反应：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O B．A 膜和 C 膜均为阴离子交换膜，B 膜为阳离子交换膜 C．可用铁电极替换阴极的石墨电极 D．a 极上通入标况下 2.24 L 甲烷，理论上产品室可新增 0.4 mol Ca(H2PO4)2 ▉题型7 电解原理在物质制备中的应用 【例7】用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法正确的是 A．a极反应： B．A膜和C膜均为阳离子交换膜 C．可用铁电极替换阳极的石墨电极 D．a极上通入2.24L甲烷，阳极室减少0.4mol 【变式7-1】用惰性电极电解制备的实验装置如图，口导入溶液，口导入溶液，下列叙述正确的是 A．外加电源 极为负极 B．阴极区的电极反应式为 C．当电路中通过电子时，会有的从左区移到右区 D．浓溶液从口导出 【变式7-2】利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度Cu的装置如图所示，下列叙述错误的是 A．电极A是粗铜，电极B是纯铜 B．电路中通过1 mol电子，溶解32 g粗铜 C．溶液中向电极A迁移 D．膜A是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 【变式7-3】利用光伏电池与膜电解法制备Ce(SO4)2溶液的装置如图所示。下列说法正确的是 A．该光伏电池可将化学能转化为电能 B．该离子交换膜为阴离子交换膜，由左池向右池迁移 C．电解池中阳极发生还原反应，电极反应式为Ce4+-e-=Ce3+ D．电路中有电子通过时，阴极室溶液质量变化为16 g ▉题型8 电化学中的膜技术 【例8】我国科研工作者提出“铁-铜()双原子催化硝酸盐法”制氨，装置如题图所示。下列叙述正确的是 A．直流电源的极为负极 B．极的电极反应为 C．电解一段时间后，阳极区溶液不变 D．每生成4.48L，有0.4mol向极迁移 【变式8-1】钴(Co)是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金的重要原料，如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法不正确的是 A．电子的移动方向为由石墨经导线流向钴电极 B．阳极的电极反应式为： C．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16g D．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均减小 【变式8-2】香港理工大学应用物理系的黄海涛教授基于对钙钛矿结构的重新解读，提出钙钛矿晶格可作为构筑孤立活性位点的平台用于氧还原(ORR)选择性合成双氧水(H2O2)。电化学装置如图所示。下列叙述错误的是 A．质子由a极区向b极区迁移 B．a极为阳极，发生氧化反应 C．b极反应式为 D．相同时间内，a极生成等于b极消耗 【变式8-3】近日，科学家开发了高活性磷化铁催化剂用于选择性电化学硝酸盐还原为氨气，工作原理如图所示。下列叙述正确的是 A．a极与电源正极连接 B．一段时间后，KOH溶液浓度保持不变 C．a极的主要电极反应为 D．b极电势小于a极电势 ▉题型9 电化学综合应用 【例9】微生物电池可催化还原镀铬工业废水中的，且能为乙烯制备HOCH2CH2C1提供能量。下列说法正确的是 A．气体b为O2 B．X极发生还原反应 C．电解时，K+通过阳离子交换膜从右侧移向左侧 D．a极反应式为 CH3COOH + 2H2O-8e- =2CO2↑+8H+ 【变式9-1】如图所示，A、B、C、D、E、F均为石墨电极，甲池与乙池中溶液的体积和浓度均为。按图示接通电路，反应一段时间后，检测到电路中通过，烧杯a中溶液变蓝。下列说法正确的是 A．M为电源负极 B．忽略体积变化，甲池中溶液的 C．烧杯b中溶液颜色变为浅红色 D．C极与E极产生的气体质量差为0.55g 【变式9-2】是我国科学家最近开发的双功能催化剂，它能促进甲醇燃料电池(DMFC)放电。某学习小组设计甲醇燃料电池为电源利用膜技术原理和电化学原理制备绿色硝化剂，模拟装置如图所示。下列叙述正确的是 A．完全反应时理论上乙池可制备 B．工作时，甲池中由交换膜右侧向左侧迁移 C．阳极电极反应式为 D．在甲池中滴加少量稀硝酸，能降低极反应的活化能 【变式9-3】如下图所示，利用N2H4、O2和KOH溶液制成燃料电池(总反应式为N2H4 + O2 = N2+2H2O)，模拟氯碱工业。下列说法正确的是 A．甲池中负极反应为N2H4 – 4e- = N2 + 4H+ B．乙池中出口G、H处气体分别为H2、Cl2 C．乙池中离子交换膜为阴离子交换膜 D．当甲池中消耗32 g N2H4时，乙池中理论上最多产生142g Cl2 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 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【解析】根据题图知，该装置有外接电源，所以属于电解池，根据电子流向知，c是负极，d是正极，a是阴极，b是阳极，电解时，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，则Q离子是阳离子，P离子是阴离子，故B正确。 ▉题型2 电解规律及其应用 【例2】有关电解原理应用的说法正确的是 A．在电解精炼铜中，电解质浓度保持不变 B．氯碱工业中用的是阴离子交换膜将两电解室隔开 C．在上电镀，应用作阳极，用溶液作电镀液 D．工业冶炼金属铝时，电解熔融态 【答案】C 【解析】A．电解精炼铜的，粗铜做阳极为活性电极，不断溶解Fe、Zn、Cu等活泼金属放电溶解，阴极阳离子放电生成铜单质，溶液中铜离子浓度减小，故A错误； B．在电解饱和NaCl溶液中，电解池中的阴极上氢离子得电子产生H2，所以水电离出的氢氧根离子在阴极附近产生，阳极氯离子放电生成氯气，Na+通过阳离子交换膜，从阳极区到阴极区，故B错误； C．电镀时，镀层作阳极、镀件作阴极，电解质中金属元素与阳极材料相同，故在Fe件上电镀一层锌时，Fe件作阴极、锌作阳极、可溶性锌盐作电解质溶液，故C正确； D．熔融状态下氯化铝不能电离出离子，不能电解氯化铝制备铝，应是电解熔融氧化铝制备铝，故D错误； 故选：C。 【变式2-1】用石墨作电极，电解1 mol·L－1下列溶液，则电解前后溶液的pH保持不变的是(　　) A．硫酸 B．氢氧化钠 C．硫酸钠 D．氯化钠 【答案】C 【解析】用惰性电极电解硫酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液实质是电解水，浓度增大，硫酸溶液的pH减小，氢氧化钠溶液的pH增大，硫酸钠溶液的pH不变；电解氯化钠溶液时生成氢氧化钠，溶液的pH增大。 【变式2-2】下列有关电解原理的应用的说法正确的是 A．氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝 B．电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，纯铜作阳极 C．用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极反应式为 D．在铁制品上镀银时，铁制品与电源正极相连 【答案】C 【解析】A．氯化铝是属于共价化合物，熔融状态下不导电，不可用于电解法制铝，A错误； B．电解法精炼铜时，以粗铜作阳极，发生氧化反应生成铜离子；纯铜作阴极，铜离子发生还原反应生成铜，B错误； C．用惰性电极电解饱和食盐水时，水电离出氢离子在阴极放电生成氢气，反应式为2H++2e−=H2↑，C正确； D．在铁制品上镀银时，铁制品与电源负极相连作为电解池的阴极，D错误； 故选C。 【变式2-3】利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是(　　) A．b为直流电源的正极 B．将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式不变 C．阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室 【答案】C 【解析】二氧化硫被氧化为硫酸根离子，所以二氧化硫所在的区为阳极区，阳极与电源正极相连，则b为电源负极，故A错误；将装置中的阳离子交换膜换成阴离子交换膜，电极反应式发生改变，故B错误；阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故C正确；电解时，阳离子移向阴极，所以H＋由阳极室通过阳离子交换膜到阴极室，故D错误。 ▉题型3 氯碱工业 【例3】氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，下列有关说法不正确的是 A．能通过离子交换膜 B．产品溶液从口导出 C．从口补充饱和溶液 D．用盐酸控制阳极区溶液的在2～3，有利于氯气的逸出 【答案】C 【分析】由图可知，与电源正极相连的左侧电极是电解池的阳极，氯离子在阳极发生氧化反应生成氯气，右侧电极为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，则a口补充的是精制饱和食盐水、b口补充的是稀氢氧化钠溶液、c口流出的是浓氢氧化钠溶液、d口流出的是淡盐水，电解时钠离子通过离子交换膜由左侧阳极室移向右侧阴极室。 【解析】A．由分析可知，电解时钠离子通过离子交换膜由左侧阳极室移向右侧阴极室，故A正确； B．由分析可知，c口流出的是浓氢氧化钠溶液，故B正确； C．由分析可知，b口补充的是稀氢氧化钠溶液，故C错误； D．氯气与水发生反应：Cl2+H2OHCl+HClO，用盐酸控制阳极区溶液的在2～3，溶液中氢离子浓度增大，平衡向逆反应方向移动，有利于氯气的逸出，故D正确；故选C。 【变式3-1】以碱性燃料电池为电源，电解饱和食盐水制备氯气和烧碱，装置如图所示(M、N为惰性电极)，下列说法错误的是 A．与燃料电池a极相连的M极区发生氧化反应 B．阳极生成1 mol气体时，有2 mol 通过离子交换膜 C．b电极的反应式为 D．阴极生成22.4L气体(标准状况下)时，理论上导线中流过2 mol 【答案】B 【分析】由图可知，与甲醇碱性燃料电池正极a相连的M电极为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，与负极b相连的电极N为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，钠离子通过阳离子交换膜由阳极区移向阴极区，在阴极得到氢氧化钠溶液。 【解析】A．由分析可知，与甲醇碱性燃料电池正极a相连的M电极为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，故A正确； B．由分析可知，钠离子通过阳离子交换膜由阳极区移向阴极区，在阴极得到氢氧化钠溶液，则阳极生成1 mol氯气时，有2 mol 钠离子通过离子交换膜，故B错误； C．由分析可知，与负极b相连的电极N为阴极，则碱性条件下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为，故C正确； D．由分析可知，与负极b相连的电极N为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，则阴极生成标准状况22.4L 氢气时，理论上导线中流过2 mol电子，故D正确； 故选B。 【变式3-2】实验室以碳棒为电极电解饱和食盐水的装置如图所示。下列判断正确的是 A．电解过程中水是氧化剂 B．X电极上发生氧化反应 C．X电极上有产生 D．通电一段时间后，物质的量增大 【答案】A 【分析】以碳棒为电极电解饱和食盐水，生成氢氧化钠、氢气、氯气。 【解析】A．电解过程中，水中氢元素化合价降低生成氢气，水是氧化剂，故A正确； B．X是阴极，氢离子得电子生成氢气，X电极上发生还原反应，故B错误； C．X是阴极，氢离子得电子生成氢气， X电极上有H2产生，故C错误； D．根据元素守恒，通电一段时间后，物质的量不变，故D错误； 选A。 ▉题型4 电镀与电解精炼 【例4】铁制品镀铜的电镀装置如下图所示，下列说法中不正确的是 资料： A．铜片接电源的正极 B．电镀过程中向阳极移动 C．随铜单质析出电解质溶液中减小 D．加入氨水后可使铜缓慢析出，镀层更致密 【答案】C 【分析】该图为电解装置，电解时，与外加电源正极相连的为阳极，发生氧化反应，与外接电源负极相连的为阴极，得电子发生还原反应。 【解析】A．铜片做阳极被腐蚀，连接电源正极，故A正确； B．电镀过程中，阴离子往阳极移动，即向阳极移动，故B正确； C．铜片做阳极，失去电子生成Cu2+，阴极上铜离子得电子生成Cu，阳极减小质量等于阴极增加的质量，电解质溶液中c(Cu2+)不变，故C错误； D．加入氨水后可发生反应Cu2++4NH3⇌[Cu(NH3)4]2+，使铜缓慢析出，镀层更致密，故D正确； 故选C。 【变式4-1】铁钉镀铜的实验如图所示，有关说法不正确的是 A．砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污，再用盐酸除锈 B．铁钉与直流电源正极相连，铜与直流电源负极相连，将两极平行浸入电镀液中 C．在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮 D．电镀一段时间后，在铁钉表面可看到光亮的紫红色物质，铜片逐渐变薄 【答案】B 【分析】铁钉镀铜实验，镀件铁钉作为阴极，外接电源负极，b为负极；镀层铜作为阳极，外接电源正极，a为正极。 【解析】A．砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污，再用盐酸除锈，A正确； B．据分析，铁钉与直流电源负极相连，铜与直流电源正极相连，将两极平行浸入电镀液中，B错误； C．在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮，C正确； D．电镀一段时间后，在铁钉表面生成铜单质，可看到光亮的紫红色物质，阳极铜片逐渐氧化成离子进入溶液，铜片变薄，D正确；故选B。 【变式4-2】利用电解法可将含有、、、等杂质的粗铜提纯。下列叙述正确的是 A．电解时以精铜作阳极 B．电解时阴极上发生的反应为 C．用溶液作电解质溶液，反应一段时间后浓度保持不变 D．电解后，可在电解槽阴极下方收集到少量、等金属 【答案】B 【解析】A．将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯时，以精铜作阴极，粗铜作阳极，A错误； B．电解时，溶液中的Cu2+在阴极上得电子，发生的反应为，B正确； C．电解时，阳极的其他金属杂质也会放电，故电解液中溶液浓度减小，C错误； D．电解时，阳极粗铜中的Fe、Zn、Cu失电子转化为金属阳离子，Ag、Pt不失电子，则电解后，电解槽阳极底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥，D错误； 故选B。 【变式4-3】以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是 A．粗铜接电源的负极 B．溶液中Cu2+向阳极移动 C．阴极反应式为Cu2++2e-=Cu D．在阳极可回收Al、Ag、Pt、Au 【答案】C 【分析】以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，粗铜与电源正极相连作阳极，电极反应为：Cu-2e-=Cu2+、Al-3e-=Al3+，纯铜与电源负极相连作阴极，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，据此分析解题。 【解析】A．由分析可知，粗铜接电源的正极作阳极，A错误； B．由分析可知，电解池中溶液中阳离子由阳极移向阴极，故溶液中Cu2+向阴极移动，B错误； C．由分析可知，阴极反应式为Cu2++2e-=Cu，C正确； D．由分析可知，阳极，电极反应为：Cu-2e-=Cu2+、Al-3e-=Al3+，故在阳极泥中可回收Ag、Pt、Au，但没有Al，D错误； 故答案为：C。 ▉题型5 电解的有关计算 【例5】用石墨电极电解100 mL H2SO4和CuSO4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集到 2.24 L气体(标准状况)，原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为(　　) A．1 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1 【答案】A 【解析】根据题设条件，阴极：首先Cu2＋＋2e－===Cu，然后2H＋＋2e－===H2↑；阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。由于阴极上收集到H2，说明Cu2＋已完全放电，根据得失电子守恒，阴极上Cu2＋、H＋得电子总数应等于阳极上H2O失电子总数。放出0.1 mol H2得到0.2 mol电子，放出0.1 mol O2失去0.4 mol电子，所以Cu2＋放电，得到0.2 mol电子，c(Cu2＋)＝＝1 mol·L－1。 【变式5-1】有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一段时间，测得电极增重总和2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为(　　) A．4∶1 B．1∶1 C．4∶3 D．3∶4 【答案】C 【解析】串联电路中，相同时间内各电极得电子或失电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成一定物质的量该气体所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒判断气体体积之比。第一个烧杯中放出Cl2，第二个烧杯中放出Cl2和H2，第三个烧杯中放出O2。在有1 mol电子转移时，生成的气体的物质的量分别是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl2)0.5 mol＋0.5 mol＝1 mol，无色气体(O2和H2)0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol。 【变式5-2】用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2 mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　) A．0.4 mol B．0.5 mol C．0.6 mol D．0.8 mol 【答案】D 【解析】将Cu(OH)2改写为CuO·H2O，根据CuO·H2O知，阳极上OH－放电生成O2，阴极上Cu2＋和H＋放电生成Cu和H2，根据氧原子守恒得n(O2)＝n[Cu(OH)2]＝0.2 mol，则转移电子的物质的量为0.2 mol×4＝0.8 mol，故D正确。 【变式5-3】用石墨作电极电解1 000 mL硝酸钾和硝酸铜的混合溶液，当通电一段时间后，两极都收集到112 mL气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为1 000 mL，则电解后溶液的pH为(　　) A．4 B．3 C．2 D．1 【答案】C 【解析】阳极产生氧气0.005 mol，阴极产生氢气0.005 mol。由2H2O2H2↑＋O2↑可知，阴极产生0.005 mol氢气时，阳极产生氧气0.002 5 mol；由2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑可知，产生n(H＋)＝(0.005 mol－0.002 5 mol)×4＝0.01 mol，c(H＋)＝0.01 mol·L－1，pH＝2。 ▉题型6多池串联装置 【例6】室温下，如图装置电解一段时间，当某极析出0.32 g Cu时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为(溶液足量，体积均为100 mL且电解前后溶液体积变化忽略不计)(　　) A．13、7、1 B．12、7、2 C．1、7、13 D．7、13、1 【答案】A 【解析】n(Cu)＝＝0.005 mol，由电极反应Cu2＋＋2e－===Cu可知转移电子为 0.01 mol，电解时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液电解方程式分别为2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑、2H2O2H2↑＋O2↑、2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。Ⅰ中生成0.01 mol OH－，c(OH－)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝13；Ⅱ中实质是电解水，溶液仍然呈中性，溶液的pH＝7；Ⅲ中生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1，故A正确。 【变式6-1】某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和NaCl溶液的实验，装置如下图所示，下列说法正确的是(　　) A.甲烷燃料电池工作时，负极的电极反应为：CH4－8e－＋10OH－===7H2O＋CO B.电极b上得到的是Cl2 C.标准状况下，每个电池通入1 L CH4且完全反应，理论上最多能得到8 L H2 D.若将电极a的石墨棒换成Fe棒，NaCl溶液中发生的总反应式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 【答案】A 【解析】A.甲烷燃料电池工作时，负极甲烷失电子被氧化，电极反应为： CH4－8e－＋10OH－===7H2O＋CO，A选项正确；B.b连接通入CH4的燃料电池的负极，b为阴极，H2O中H＋在此得电子被还原为H2，B选项错误；C.根据电子得失守恒可知CH4～CO～8e－～4H2，所以标准状况下，每个电池通入 1 L CH4且完全反应，理论上最多能得到 4 L H2，C选项错误；D.若将a的石墨换成Fe棒，则Fe作为活性电极自身失电子被氧化，发生反应Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2，D选项错误。 【变式6-2】利用 CH4 燃料电池电解制备 Ca(H2PO4)2 并得到副产物 NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是 A．a 极反应：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O B．A 膜和 C 膜均为阴离子交换膜，B 膜为阳离子交换膜 C．可用铁电极替换阴极的石墨电极 D．a 极上通入标况下 2.24 L 甲烷，理论上产品室可新增 0.4 mol Ca(H2PO4)2 【答案】B 【分析】CH4 燃料电池：甲烷被氧化生成CO2，则a极为负极，b极为正极；电解池：阳极室Cl-被氧化生成Cl2，阴极室H2O被还原生成H2和OH-，据此解答。 【解析】A．a极为负极，甲烷被氧化生成CO2，可传导离子为O2-，则a 极反应：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O，A正确； B．阳极室阴离子放电，钙离子穿过A膜进入到产品室，则A膜为阳离子交换膜；原料室中钠离子穿过C膜进入到阴极室，则C膜为阳离子交换膜；磷酸二氢根穿过B膜进入到产品室，则B膜为阴离子交换膜，所以A膜和C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，B错误； C．铁电极替换阴极的石墨电极时，铁不参与反应，阴极室仍是H2O被还原生成H2和OH-，则可用铁电极替换阴极的石墨电极，C正确； D．a 极上通入标况下2.24 L 甲烷，根据a极反应：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O，通过的电子的物质的量为，根据电解池阳极反应式：，有0.8molCl-被氧化生成Cl2，则有0.4mol钙离子移向产品室生成Ca(H2PO4)2，则理论上产品室可新增0.4molCa(H2PO4)2，D正确； 故选B。 ▉题型7 电解原理在物质制备中的应用 【例7】用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法正确的是 A．a极反应： B．A膜和C膜均为阳离子交换膜 C．可用铁电极替换阳极的石墨电极 D．a极上通入2.24L甲烷，阳极室减少0.4mol 【答案】B 【分析】CH4燃料原电池中，甲烷失电子发生氧化反应，所以通入燃料CH4的a极为负极，通入氧化剂氧气的b极为正极，电池反应为CH4+2O2=CO2+2H2O；根据电池中移动的O2-可知电解质为熔融的金属氧化物，电解池中（左侧石墨）与电源正极相连接，为阳极，阳极上为氯离子放电，电极反应为2Cl--2e-＝Cl2↑，电解池中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，则A膜应为阳离子交换膜，阴极上（右侧石墨）氢离子放电生成氢气，生成氢氧化钠，破坏了水的电离平衡，氢氧根离子浓度增大，则C膜也应为阳离子交换膜，据此分析解答 【解析】A．a极为负极，负极上甲烷发生氧化反应，电极反应式为：，A错误； B．根据题干信息：利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，可知阳极室的电极反应式为：2Cl--2e-＝Cl2↑，则阳极室内钙离子向产品室移动，A膜为阳离子交换膜，阴极室的电极反应式为：2H2O+2e-＝2OH-+H2↑，则原料室内钠离子向阴极室移动，C膜为阳离子交换膜，B正确； C．阳极失电子，铁比石墨先放电，不可用铁替换阳极的石墨电极，C错误； D．没有注明在标准状况下，无法计算甲烷的物质的量，因此也不能计算钙离子减少的物质的量，D错误； 故选B。 【变式7-1】用惰性电极电解制备的实验装置如图，口导入溶液，口导入溶液，下列叙述正确的是 A．外加电源 极为负极 B．阴极区的电极反应式为 C．当电路中通过电子时，会有的从左区移到右区 D．浓溶液从口导出 【答案】D 【分析】用电化学法制备LiOH的实验装置如图，采用惰性电极，a口导入LiCl溶液，溶液中氯离子失电子发生反应：，故左电极为阳极；m为电源的正极；b口导入LiOH溶液，溶液中的氢离子得电子发生反应为：，右电极为阴极；锂离子通过离子交换膜移向阴极，和阴极区域附近氢氧根产生LiOH。 【解析】A．由分析可知外加电源 极为正极，故A错误； B．在阴极附近产生的是氢气，电极反应为：，故B错误； C．根据分析可知左区为阳极区，右区为阴极区。内电路中阳离子移向阴极，外电路中通过1 mol电子时，会有的从左区移到右区，故C错误； D．锂离子移向阴极，在阴极区域附近与OH-结合产生LiOH，LiOH浓溶液从d口导出，故D正确； 故选D。 【变式7-2】利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度Cu的装置如图所示，下列叙述错误的是 A．电极A是粗铜，电极B是纯铜 B．电路中通过1 mol电子，溶解32 g粗铜 C．溶液中向电极A迁移 D．膜A是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区 【答案】B 【解析】A．精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，根据装置图可知，电极A为粗铜，电极B为纯铜，A正确； B．粗铜中含其他活泼金属杂质，也会失电子被溶解，当电路中通过1 mol电子时，溶解的粗铜质量不确定，B错误； C．根据电解原理，向阳极(电极A)移动，C正确； D．膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D正确； 答案选B。 【变式7-3】利用光伏电池与膜电解法制备Ce(SO4)2溶液的装置如图所示。下列说法正确的是 A．该光伏电池可将化学能转化为电能 B．该离子交换膜为阴离子交换膜，由左池向右池迁移 C．电解池中阳极发生还原反应，电极反应式为Ce4+-e-=Ce3+ D．电路中有电子通过时，阴极室溶液质量变化为16 g 【答案】D 【分析】由图可知，左侧装置为原电池，电子向N极移动，故N极为负极，P极为正极。右侧为电解池，纯铜为阴极，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，石墨为阳极，电极反应式为Ce3+-e- =Ce4+，据此分析解答。 【解析】A．光伏电池可将太阳能转化为电能，A错误； B．电解池右侧Cu2+得到电子被还原为Cu单质，正电荷减少；左侧Ce3+失去电子被氧化为Ce4+，正电荷增加，为为使电池不断进行工作，溶液中的硫酸根离子会由右池向左池迁移，故该离子交换膜为阴离子交换膜，B错误； C．石墨为阳极，发生失去电子的氧化反应，电极反应式为Ce3+-e- =Ce4+，C错误； D．纯铜为阴极，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，电路中有0.2 mol电子通过时，析出Cu质量为0.2 mol=6.4 g，同时有0.l mol硫酸根离子由右池向左池迁移，质量减少0.l mol×96 g/mol=9.6 g，阴极室溶液质量共减少：△m=6.4 g+9.6 g=l6 g，D正确；故选D。 ▉题型8 电化学中的膜技术 【例8】我国科研工作者提出“铁-铜()双原子催化硝酸盐法”制氨，装置如题图所示。下列叙述正确的是 A．直流电源的极为负极 B．极的电极反应为 C．电解一段时间后，阳极区溶液不变 D．每生成4.48L，有0.4mol向极迁移 【答案】B 【分析】由图示可知，铁-铜电极上硝酸根离子被还原生成氨气，所以铁-铜电极为阴极、石墨电极为阳极，阴极反应式为+6H2O+8e−=NH3↑+9OH−、阳极反应式为4H2O-8e−=2O2↑+8H+，a为电源的负极、b为电源的正极。 【解析】A．由以上分析可知，石墨电极为阳极，直流电源的b极为正极，故A错误； B．Fe−Cu极为电解池的阴极，其电极反应式为+6H2O+8e−=NH3↑+9OH−，故B正确； C．石墨电极为阳极，阳极发生氧化反应，其电极反应式为4H2O-8e−=2O2↑+8H+，阴极反应式为+6H2O+8e−=NH3↑+9OH−，阴极生成的氢氧根通过阴离子交换膜向阳极移动，和阳极生成的氢离子中和生成水，以转移8mol电子为例，阳极消耗4molH2O、阴极转移过来的8molOH−生成8molH2O，电解一段时间后，阳极区硫酸根离子物质的量不变，即氢离子物质的量不变，但溶液中水的量增多，pH增大，故C错误； D．选项未指明标准状况，故O2的物质的量无法计算，硫酸根迁移的物质的量无法计算，故D错误； 故答案为B。 【变式8-1】钴(Co)是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金的重要原料，如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法不正确的是 A．电子的移动方向为由石墨经导线流向钴电极 B．阳极的电极反应式为： C．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16g D．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均减小 【答案】C 【分析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2++2e-=Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co +O2↑+4H+，据此解答。 【解析】A．由分析可知，石墨电极为阳极，钴电极为阴极，电子由阳极经导线流向阴极，故A选项正确； B．由分析可知，阳极的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，故B选项正确； C．由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故C选项错误； D．由分析可知，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，Ⅱ室溶液pH减小，而Ⅰ室电解水导致硫酸浓度增大，Ⅰ室pH也减小，故D选项正确；故选C。 【变式8-2】香港理工大学应用物理系的黄海涛教授基于对钙钛矿结构的重新解读，提出钙钛矿晶格可作为构筑孤立活性位点的平台用于氧还原(ORR)选择性合成双氧水(H2O2)。电化学装置如图所示。下列叙述错误的是 A．质子由a极区向b极区迁移 B．a极为阳极，发生氧化反应 C．b极反应式为 D．相同时间内，a极生成等于b极消耗 【答案】D 【分析】根据电源符号可知，a极为阳极，发生氧化反应；b极为阴极，发生还原反应，质子(H+)由阳极区向阴极区迁移，b极反应式为，a极反应式为，以此分析； 【解析】A．根据分析，质子(H+)由阳极区向阴极区迁移，A正确； B．根据分析，a极为阳极，发生氧化反应，B正确； C．b极为阴极，发生还原反应，，C正确； D．根据电子守恒，b极上消耗2molO2时，a极上生成1molO2，D错误；故选D。 【变式8-3】近日，科学家开发了高活性磷化铁催化剂用于选择性电化学硝酸盐还原为氨气，工作原理如图所示。下列叙述正确的是 A．a极与电源正极连接 B．一段时间后，KOH溶液浓度保持不变 C．a极的主要电极反应为 D．b极电势小于a极电势 【答案】C 【分析】由图示可知，a电极上硝酸根离子被还原生成氨气，所以a电极为阴极、b电极为阳极，阴极反应式为:、阳极反应式为:，a直接连电源的负极、b直接连电源的正极，回答下列问题； 【解析】A．根据分析可知，a极与电源负极连接， A错误； B．阳极反应为，水逐渐增多，KOH溶液浓度降低，B错误； C．根据分析可知：a极的主要电极反应为，C正确； D．阳极b的电势高于阴极a的电势，D错误；故选C。 ▉题型9 电化学综合应用 【例9】微生物电池可催化还原镀铬工业废水中的，且能为乙烯制备HOCH2CH2C1提供能量。下列说法正确的是 A．气体b为O2 B．X极发生还原反应 C．电解时，K+通过阳离子交换膜从右侧移向左侧 D．a极反应式为 CH3COOH + 2H2O-8e- =2CO2↑+8H+ 【答案】D 【分析】由左图可知，a极失去电子为负极，乙酸发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为：CH3COOH+2H2O-8e-=2CO2↑+8H+，b极为正极，电极反应式为+6e-+14H+=2Cr3++7H2O，生成的铬离子水解生成氢氧化铬，Cr3++3H2O=Cr(OH)3↓+3H+，电子由负极流向正极；根据右侧装置图可知，用铂作电极电解氯化钾溶液，左侧氯离子失电子被氧化为氯气，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸，次氯酸氧化乙烯来制备2-氯乙醇，所以X电极为电解池的阳极，右侧Y电极为阴极，水得电子生成氢气和氢氧根离子，溶液中钾离子通过阳离子交换膜进入右侧，则推知气体b为氢气，据此分析解答。 【解析】A．由上述分析可知b为氢气，A项错误； B．X极为阳极，失电子发生氧化反应，B项错误； C．电解时，阳离子移向阴极，故K+通过阳离子交换膜从左侧移右侧，C项错误； D．a极失去电子为负极，乙酸发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为：CH3COOH+2H2O-8e-=2CO2↑+8H+，D项正确；故选D。 【变式9-1】如图所示，A、B、C、D、E、F均为石墨电极，甲池与乙池中溶液的体积和浓度均为。按图示接通电路，反应一段时间后，检测到电路中通过，烧杯a中溶液变蓝。下列说法正确的是 A．M为电源负极 B．忽略体积变化，甲池中溶液的 C．烧杯b中溶液颜色变为浅红色 D．C极与E极产生的气体质量差为0.55g 【答案】D 【分析】该装置为电解池，根据a中的现象可以判断C极产生氯气，则C极发生氧化反应，为电解池的阳极，由此可知D为阴极，甲池中A为阳极，B为阴极，乙池中E为阳极，F为阴极，所以M为电源正极，则N为电源负极，以此解题。 【解析】A．烧杯a中溶液变蓝，说明C极产生的是Cl2，发生氧化反应，为阳极，M为电源的正极，A项错误； B．通过，由A极电极反应式2H2O-4e-=O2↑+4H+，可知溶液中产生0.02molH+，忽略溶液体积的变化，c(H+)=0.1mol/L，pH=1，B项错误； C．由选项A分析可知，M为正极，则N为负极，则D为阴极，电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，氢气进入烧杯D，和其中的碘化钾不反应，则其颜色不会变，C项错误； D．C极为阳极，电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，E极电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，当转移，则生成0.01mol氯气，质量为0.71g，同时生成0.005mol氧气，质量为0.16g，两极产生气体质量差为0.55g，D项正确；故选D。 【变式9-2】是我国科学家最近开发的双功能催化剂，它能促进甲醇燃料电池(DMFC)放电。某学习小组设计甲醇燃料电池为电源利用膜技术原理和电化学原理制备绿色硝化剂，模拟装置如图所示。下列叙述正确的是 A．完全反应时理论上乙池可制备 B．工作时，甲池中由交换膜右侧向左侧迁移 C．阳极电极反应式为 D．在甲池中滴加少量稀硝酸，能降低极反应的活化能 【答案】D 【分析】根据题意可知，左侧为甲醇燃料电池，冲入甲醇的一极为负极，即a电极为负极，b电极为正极；右侧为电解池，e与电源正极相连，为阳极，d与电源负极相连，为阴极。 【解析】A．的物质的量为，甲池中负极反应式为，则每消耗，转移电子，根据c电极反应可知，理论上消耗可制备N2O5，A项错误； B．甲池是原电池，放电时氢离子向正极迁移，即氢离子向b极迁移，B项错误； C．由分析可知，电极c为电解池的阳极，在无水硝酸作用下，四氧化二氮在阳极失去电子发生氧化反应生成五氧化二氮，电极反应式为，故C错误； D．观察图示中反应可知，硝酸作催化剂，促进正极反应，D项正确；故选D。 【变式9-3】如下图所示，利用N2H4、O2和KOH溶液制成燃料电池(总反应式为N2H4 + O2 = N2+2H2O)，模拟氯碱工业。下列说法正确的是 A．甲池中负极反应为N2H4 – 4e- = N2 + 4H+ B．乙池中出口G、H处气体分别为H2、Cl2 C．乙池中离子交换膜为阴离子交换膜 D．当甲池中消耗32 g N2H4时，乙池中理论上最多产生142g Cl2 【答案】D 【分析】甲池为燃料电池，通入肼的电极为负极，通入氧气的电极为正极，负极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O，正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，乙池为电解池，与负极相连的右侧电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，与正极相连的左侧电极为阳极，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，据此分析解答。 【解析】A．甲池中为原电池反应，对应的电极反应式是：正极O2+4e-+2H2O=4OH-，负极N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O，故A错误； B．乙池为电解池，与负极相连的右侧电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，与正极相连的左侧电极为阳极，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，故乙池中出口G、H处气体分别为Cl2、H2，故B错误； C．乙池发生的是电解池反应，阴极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，溶液中的钠离子通过阳离子交换膜移向阴极，由F出口得到氢氧化钠溶液，故乙池中离子交换膜为阳离子交换膜，故C错误； D．负极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O，当甲池中消耗32g即=1molN2H4时，转移4mol电子，阳极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，产生2molCl2，故乙池中理论上最多产生2mol×71g/mol=142gCl2，故D正确； 答案选D。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$