1.3 第2课时 电解原理的应用（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二化学选择性必修第一册（鲁教版2019）

第2课时　电解原理的应用 基础过关练 题组一　氯碱工业 1.如图是改进后的氯碱工业设计,该设计可大幅度降低能耗。下列说法错误的是 (　　) A.用该装置制得的产品和传统氯碱工业的产品完全一样 B.电极A为阳极,发生氧化反应 C.当生成1 mol Cl2时,电极B上有11.2 L(标准状况下)O2反应 D.右室中加NaOH是为了增强导电性 2.回答下列问题: (1)请用下图所示仪器设计一个电解饱和食盐水并测定电解时产生的氢气的体积和检验氯气的氧化性的实验装置。 ①所选仪器在连接时,各接口的顺序是(填各接口的字母):A→　　　　;B→　　　　。  ②实验时,装置中的石墨电极接电源的　　　极,电极反应式为　　　　　　　　　　　;铁电极接电源的　　　极,电极反应式为　　　　　　　　　　　　;此电解过程的总反应方程式为　　　　　　　　　　　　。  ③实验测得产生的氢气体积(已折算成标准状况)为5.60 mL,电解后溶液的体积恰好为50.0 mL,则溶液中OH-的浓度为　　　　。  (2)如图为氯碱工业电解饱和氯化钠溶液的装置示意图。 ①逸出的气体E是　　　　;流出的物质G是　　　　。  ②该电解池中阳离子交换膜的作用是　　　　　　　　　　　　。  题组二　电解精炼与电镀 3.(教材习题改编)用银片作为阳极进行铁片镀银,下列有关说法不正确的是 (　　) A.阳极的电极反应为Ag-e- Ag+ B.电镀液中的Ag+向阳极移动 C.若电镀液为AgNO3溶液,电解结束时,电镀液浓度不变 D.镀银过程中电能转化为化学能 4.已知氧化性:Fe2+<Ni2+<Cu2+。以NiSO4溶液为电解质溶液进行粗镍(含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是 (　　) A.电解过程中,化学能转化为电能 B.粗镍作阳极,发生还原反应 C.利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属 D.溶液中c(Ni2+)始终不变 5.(经典题)电解装置示意图如下所示。下列电解目的不能实现的是　 (　　) 注:表中的粗铜含有锌、铁、镍、金、铂等杂质。 电极材料 电解质溶液 电解目的 A a:碳棒,b:碳棒 稀硫酸 制取O2和H2 B a:银,b:铁 AgNO3溶液 铁上镀银 C a:粗铜,b:精铜 CuSO4溶液 电解精炼铜 D a:铜,b:碳棒 KNO3稀溶液 制取少量O2和H2 题组三　电冶金 6.用石墨作阳极,钛网作阴极,熔融CaF2-CaO作电解质,利用如图所示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原TiO2制备金属Ti。下列叙述正确的是 (　　) A.该电池工作过程中,O2-向阴极移动 B.将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的 C.TiO2在阴极放电 D.制备金属钛前后CaO的量不变 7.如图是电解制备金属锂的一种新方法,有关说法错误的是 (　　) A.电极B上的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑ B.离子交换膜为阳离子交换膜 C.电极C为负极 D.理论上每生成7 g Li,同时生成8 g O2 8.工业上电解酸性MnSO4溶液制备Mn和MnO2的工作原理如图所示,下列说法错误的是 (　　) A.电流由钛电极经MnSO4溶液流向不锈钢电极 B.阳极反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+ C.离子交换膜为阳离子交换膜 D.当电路中有2 mol e-转移时,生成55 g Mn 9.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,石墨电极上发生的电极反应不变 D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+ 能力提升练 题组一　利用电解原理制备物质 1.一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺的原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　) A.与传统氯碱工艺相比,该方法可避免使用离子交换膜 B.理论上,每消耗1 mol O2,可生产5 mol NaOH和3 mol Cl2 C.第一步中阳极反应为Na0.44MnO2-xe- Na0.44-xMnO2+xNa+ D.第三步中,石墨的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑ 2.双极膜是一种离子交换复合膜,在直流电场作用下能将中间层的水分子解离成H+和OH-,并分别向两极迁移,用双极膜电解制备金属钴,工作原理如图所示,下列说法错误的是 (　　) A.电极a接电源的正极 B.电解过程中溶液中的S通过阴离子交换膜向左移动 C.当电路中转移2 mol电子时,阳极产生22.4 L(标准状况)O2 D.电解池工作时,阴离子交换膜与双极膜之间的溶液酸性增强 3.氮气是一种重要的化工原料,电化学合成氨在工业上起着相当重要的作用,某合成氨装置如图所示: (1)b极室为　　(填“阴”或“阳”)极室;阴极室发生的电极反应为　　　　　　　　。  (2)该装置中质子交换膜的两个作用分别是分离电极产物和　　　　　　　　　　。  (3)该装置工作时质子由　　　(填“a”或“b”,下同)极室移向　　　极室。 (4)若b极室产生的O2在标准状况下的体积为336 L,a极室中通入相同条件下N2的总体积为672 L,则N2的转化率为　　%(保留两位有效数字)。  题组二　利用电解原理减少污染 4.采用电化学方法使Fe2+与H2O2反应,可生成非常活泼的·OH(羟基自由基)中间体用于降解废水中的有机污染物,原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　) A.X上发生的电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+ B.可将X电极上产生的O2收集起来,输送到Y电极继续使用 C.根据装置推测,Y电极是阳极,·OH在该电极侧产生 D.开始时,在Y电极附近加入适量Fe2+或Fe3+,均能让装置正常工作 5.电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染,其原理如图所示,下列说法不正确的是 (　　) A.Pt电极为电解池的阴极 B.电解时,质子从Pt电极转移到Ag-Pt电极 C.电解池的总反应为2H2O+4N 2N2↑+5O2↑+4OH- D.当质子交换膜右室电解液的质量减少7.2 g时,电子转移数目为4NA(设NA为阿伏加德罗常数的值) 6.电化学原理在污染治理方面有着重要的作用。 Ⅰ.煤在直接燃烧前要进行脱硫处理。采用电解法脱硫的基本原理如图所示(两电极为完全相同的惰性电极),利用电极反应将Mn2+转化为Mn3+,Mn3+再将煤中的含硫物质(主要成分是FeS2)氧化为Fe3+和S:FeS2+15Mn3++8H2O Fe3++15Mn2++2S+16H+。 (1)M为电源的　　　　(填“正极”或“负极”),电解池工作时,观察到R电极上有无色气体产生,写出电极反应式:　　　　　　　;电解池工作时,混合液中S的物质的量　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。  (2)电解过程中,混合溶液的pH　　　　　(填“变大”“变小”或“不变”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  Ⅱ.电解还原法处理酸性含铬废水:以铁板做阴、阳极,电解含铬废水,示意图如下。 (3)电解开始时,A极上主要发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)①酸性环境可以促使Cr的转化,写出对应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; ②酸性环境中产生的Fe2+将Cr2还原为Cr3+的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)随着电解的进行,阳极铁板会发生钝化,表面形成FeO·Fe2O3的钝化膜,使电解池不能正常工作。将阴极铁板与阳极铁板交换使用,一段时间后,钝化膜消失。结合有关反应,解释钝化膜消失的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。电解开始时,B极上除了发生产生H2的反应,还有少量Cr2在B极上直接放电生成Cr3+,该反应的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。电解过程中,溶液的pH不同时,通电时间(t)与溶液中铬元素去除率的关系如图所示。 由图可知,电解还原法应采取的最佳pH范围为　　　(填字母代号)。  a.2~4　　　b.4~6　　　c.6~10 答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.A 3.B 4.C 5.D 6.D 7.C 8.C 9.D 1.A　电极A上Cl-失电子生成Cl2,电极A是电解池阳极,发生氧化反应,电极B上O2得电子,电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,Na+通过离子交换膜迁移至电极B,生成NaOH;传统氯碱工业的产品为NaOH、Cl2、H2,A错误、B正确。2Cl--2e- Cl2↑,当生成1 mol Cl2时转移2 mol电子,则电极B上有0.5 mol O2反应,体积为11.2 L(标准状况下),C正确。右室中加NaOH是为了增强溶液导电性,提高电解效率,D正确。 2.答案　(1)①G→F→H　D→E→C　②正　2Cl--2e- Cl2↑　负　2H++2e- H2↑　2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑　③0.01 mol/L　(2)①H2　NaOH溶液　②避免阳极产物Cl2与阴极产物H2、NaOH发生反应 解析　(1)①所选用的各仪器接口连接顺序为A接G,F接H,用量筒测量排出的水量,以测定产生氢气的体积,B接D,E接C,生成的氯气在洗气瓶里氧化淀粉-KI溶液,以证明其氧化性,多余的氯气通入烧杯中,被氢氧化钠溶液吸收,防止污染大气。②根据电解饱和食盐水阳极所发生的反应:2Cl--2e- Cl2↑,为防止电极被腐蚀,实验中一般选用石墨作阳极,故石墨电极接电源的正极;阴极是水电离出的H+被还原:2H++2e- H2↑,阴极可使用铁电极,电解的总反应方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。③已知电解产生氢气5.60 mL(标准状况下),其物质的量为=2.5×10-4 mol,由化学方程式2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑可得n(NaOH)=2×2.5×10-4 mol=5×10-4 mol,c(OH-)==0.01 mol/L。 (2)①根据题图信息可知,左边加入饱和NaCl溶液,右边加入去离子水,使用阳离子交换膜,则左边Cl-失电子,化合价升高,发生氧化反应,左边电极为阳极,与电源正极相连,右边电极是阴极,气体E是氢气,G是NaOH溶液。②只允许阳离子通过,阻止阳极产生的Cl2与阴极产物H2、NaOH发生反应。 3.B　铁片镀银时,Ag为阳极、Fe为阴极,阳极的电极反应式为Ag-e- Ag+,若电镀液为AgNO3溶液,阴极反应式为Ag++e- Ag,电解结束时,电镀液浓度不变,A、C正确;在电解液中Ag+向Fe电极移动,Fe电极为阴极,B错误;铜片镀银是利用电解原理,镀银过程中电能转化为化学能,D正确。 4.C　电解过程将电能转化为化学能,A错误;电解过程中,粗镍作阳极,比镍的金属性弱的铜、铂、金等金属不放电,沉积成阳极泥可回收,锌、铁(比镍活泼)和镍在阳极发生氧化反应,生成金属阳离子,Ni2+在阴极得到电子发生还原反应生成Ni,溶液中c(Ni2+)减小,B、D错误,C正确。 5.D　据图可知a为阳极,b为阴极。若a、b均为碳棒,电解稀H2SO4的实质是电解水,能达到电解目的,A不符合题意;铁上镀银时,阳极a是金属银,阴极b是铁,AgNO3溶液为电解质溶液,能达到电解目的,B不符合题意;电解精炼铜时,阳极a为粗铜,阴极b为精铜,用CuSO4溶液作电解质溶液,能达到电解目的,C不符合题意;阳极a为Cu时,Cu失电子发生氧化反应生成Cu2+,不能得到O2,不能达到电解目的,D符合题意。 6.D　由题图可知,石墨为阳极,电极反应式为C+2O2--4e- CO2↑,O2-向阳极移动,钛作阴极,电极反应式为Ca2++2e- Ca,然后发生反应2Ca+TiO2 Ti+2CaO,通电条件下该装置总反应为C+TiO2 CO2↑+Ti,则制备金属钛前后CaO的量不变,A、C错误,D正确;将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液,阴极上H+放电,无法得到金属Ca,B错误。 7.C　该装置为电解池,电极B为阳极,氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,故A正确;电极C为阴极,阳极反应生成的氯气与碳酸锂反应生成氯化锂、二氧化碳和氧气,Li+通过离子交换膜进入阴极区,锂离子在阴极得到电子发生还原反应生成锂,电极反应式为Li++e- Li,所以离子交换膜为阳离子交换膜,故B正确;电极C为电解池的阴极,与直流电源的负极相连,故C错误;7 g Li的物质的量为1 mol,根据Li++e- Li可知,转移电子的物质的量为1 mol,而生成1 mol氧气转移4 mol电子,故转移1 mol电子生成0.25 mol氧气,质量为0.25 mol×32 g/mol=8 g,故D正确。 8.C　该装置为电解池,不锈钢电极与电源负极相连,为阴极,电极反应式为Mn2++2e- Mn,钛电极为阳极,电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+,S通过离子交换膜从阴极区进入阳极区,离子交换膜为阴离子交换膜,B正确,C错误;内电路中电流由钛电极(阳极)经MnSO4溶液流向不锈钢电极(阴极),A正确;根据Mn2++2e- Mn,当电路中有2 mol e-转移时,阴极生成锰的质量为1 mol×55 g/mol=55 g,D正确。 9.D　根据装置图,Ⅰ室为阳极室,阳极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+;Ⅲ室为阴极室,阴极反应式为Co2++2e-Co。H+通过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室,Cl-通过阴离子交换膜由Ⅲ室进入Ⅱ室。工作时,Ⅰ室因消耗H2O,溶液pH减小,Ⅱ室因H+由Ⅰ室迁移过来而使溶液pH减小,A错误;生成1 mol Co,转移2 mol e-,消耗1 mol H2O,Ⅰ室溶液质量理论上减少18 g,B错误;移除两交换膜后,石墨电极上发生的电极反应为2Cl- -2e-Cl2↑,C错误;电解总反应为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,D正确。 能力提升练 1.B 2.C 4.C 5.A 1.B　与传统氯碱工艺相比,该方法可避免使用离子交换膜,A正确。理论上,每消耗1 mol O2,转移4 mol电子,生成4 mol NaOH、2 mol Cl2,B错误。根据图示,第一步中阳极电极反应为Na0.44MnO2-xe- Na0.44-xMnO2+xNa+,C正确。第三步中生产Cl2,石墨是阳极,电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,D正确。 2.C　由H+和OH-的移动方向可知,电极a为阳极,电极b为阴极,电极a与直流电源正极相连,则电解过程中溶液中的S通过阴离子交换膜向左移动,A、B正确;阳极电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,当电路中转移2 mol电子时,阳极生成标准状况下O2的体积为2 mol××22.4 L/mol=11.2 L,C错误;水在双极膜作用下解离出的H+向右移动,则阴离子交换膜与双极膜之间的溶液酸性增强,D正确。 3.答案　(1)阳　N2+6e-+6H+ 2NH3　(2)为质子的迁移和输送提供通道　(3)b　a　(4)33 解析　(1)根据图示可知,在右侧电极上H2O失去电子发生氧化反应生成O2,b极室为阳极室;左侧电极上N2得到电子发生还原反应生成NH3,左侧电极为阴极,电极反应式为N2+6e-+6H+ 2NH3。 (2)质子交换膜的作用是为质子的迁移和输送提供通道,并阻隔阴、阳极产物接触。 (3)电解池中阳离子移向阴极,故该装置工作时质子由b极室移向a极室。 (4)根据得失电子守恒可知参加反应各物质的关系式为2N2~12e-~3O2,标准状况下,参与反应的N2和生成的O2体积之比为2∶3,实际上在标准状况下通入的N2和生成的O2体积之比为672 L∶336 L=2∶1,即通入1 mol N2生成0.5 mol O2,因此N2的转化率为×100%≈33%。 4.C　根据原理图可知,X电极上H2O失电子生成氧气,发生氧化反应,为阳极,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,故A正确;Y电极上的反应物有O2,而X电极产生O2,所以可将X电极上产生的O2收集起来,输送到Y电极继续使用,故B正确;Y电极上Fe3+得电子转化为Fe2+,O2得电子结合氢离子生成H2O2,均发生还原反应,所以Y电极为阴极,故C错误;该装置工作时Fe2+与Fe3+互相转化,所以开始时,在Y电极附近加入适量Fe2+或Fe3+,均能让装置正常工作,故D正确。 5.A　Ag-Pt电极上N被还原为N2,则Ag-Pt电极为阴极,Pt电极为阳极,A错误;电解时,阳离子从阳极移向阴极,所以质子从Pt电极转移到Ag-Pt电极,B正确;阴极的电极反应式为2N+6H2O+10e- N2↑+12OH-,阳极的电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,总反应为2H2O+4N 2N2↑+5O2↑+4OH-,C正确;每生成2 mol N2(质量为56 g)转移20 mol电子,同时有20 mol H+(质量为20 g)进入阴极室,即右室电解液质量减少56 g-20 g=36 g,右室电解液的质量减少7.2 g时,转移电子的物质的量为 mol=4 mol,数目为4NA,D正确。 6.答案　(1)正极　2H++2e- H2↑　变大 (2)变小　根据反应FeS2+15Mn3++8H2O Fe3++15Mn2++2S+16H+可知,生成1 mol Fe3+时,消耗15 mol Mn3+,生成16 mol H+,Mn3+由阳极电极反应Mn2+-e- Mn3+生成,根据得失电子守恒,阳极生成15 mol Mn3+时阴极消耗15 mol H+,因此总体来看,电解过程中H+浓度增大,混合溶液pH变小 (3)Fe-2e- Fe2+ (4)①2Cr+H2O　②Cr2+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O (5)阴极发生反应2H++2e- H2↑,阴、阳极铁板交换使用时,H2将钝化膜还原:4H2+FeO·Fe2O3 3Fe+4H2O　Cr2+14H++6e- 2Cr3++7H2O　b 解析　(1)根据电解图示知P电极上Mn2+失去电子变为Mn3+,则P电极为阳极,则与P相连的M电极为正极,N电极为负极。R电极为电解池的阴极,电极反应式为2H++2e- H2↑;根据反应FeS2+15Mn3++8H2O Fe3++15Mn2++2S+16H+可知,电解过程中S的物质的量不断增大。 (3)铁板作阴、阳极,电解含Cr(Ⅵ)废水,则A电极发生的主要电极反应为Fe-2e- Fe2+。 (4)①Cr的转化中Cr的化合价未改变,则酸性环境下Cr+H2O。 ②在酸性条件下Fe2+将Cr2+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O。 (5)阴极产生H2:2H++2e- H2↑,阴、阳极铁板交换使用时,H2将钝化膜还原:4H2+FeO·Fe2O3 3Fe+4H2O。B极是阴极,发生还原反应,少量Cr2在B极上直接放电被还原为Cr3+,电解质溶液呈酸性,则电极反应式为Cr2+14H++6e- 2Cr3++7H2O。由题图可知,曲线Ⅱ对应pH=4时,溶液中铬元素去除率最大,且所用时间最短,反应速率快;曲线Ⅲ对应pH=6时,铬元素去除率最终与pH=4相同,但所用时间较长,反应速率比pH=4时慢;曲线Ⅰ、Ⅳ对应的铬元素去除率偏低,故最佳pH范围为4~6,答案选b。 17 学科网（北京）股份有限公司 $$