课时梯级训练(21) 电解原理的应用(Word练习)-【优化指导】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019 单选）

课时梯级训练(21)　电解原理的应用 1．下列有关电化学装置完全正确的是(　　) A.电解NaCl溶液 B.设计锌铜原电池 C.铁上镀银 D.电解精炼铜 A　解析：石墨是惰性电极，电解NaCl溶液得到NaOH、H2和Cl2，A正确；电解质溶液放颠倒了，应该将Zn极放入ZnSO4溶液中，将Cu极放入CuSO4溶液中，B错误；要实现铁上镀银，应该Fe为阴极，连接电源负极，Ag为阳极，连接电源正极，C错误；在电解精炼铜时，粗铜作阳极，连接电源正极，纯铜作阴极，连接电源负极，D错误。 2．工业生产中常用电解法提纯含有SO杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．通电后阴极区附近溶液pH不变 B．阳极的电极反应式为4OH－＋4e－===2H2O＋O2↑ C．K＋通过阳离子交换膜从阴极区移向阳极区 D．提纯后的KOH溶液从出口b导出 D　解析：该装置为电解原理的应用，左侧为阳极，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，右侧为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，随着电解的进行，右侧氢氧根离子浓度增大，钾离子通过阳离子交换膜向右移动，故纯净的氢氧化钾从b口出来。电解时阴极电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，氢氧根离子浓度增大，溶液的pH增大，A错误；左侧为阳极，阳极失去电子，发生氧化反应，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B错误；制备氢氧化钾时，阴极上水放电生成氢气和OH－，K＋通过交换膜从阳极区移向阴极区，C错误；在电极b附近产生氢氧根离子，钾离子向电极b移动，所以除去杂质后氢氧化钾溶液从出口b导出，D正确。 3．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　) A．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有Cu和Pt B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C．阳极发生还原反应，其电极反应：Ni2＋＋2e－===Ni D．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋ A　解析：已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋，则金属性Fe>Ni>Cu，电解时，粗镍中镍及比它活泼的金属都溶解了，电解槽底部的阳极泥中含有Cu和Pt，A正确；电解过程中，在阳极，粗镍中镍及比它活泼的金属都溶解了，阴极上只有金属镍析出，得失电子数相等，则阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等，B错误；阴极发生还原反应，其电极反应：Ni2＋＋2e－===Ni，C错误；电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋ 、Zn2＋和Ni2＋，D错误。 4．某实验小组用碱性锌锰电池作为电源模拟工业上电解精炼铜，装置如图所示。其中a、b分别为碱性锌锰电池的两电极，该电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。粗铜中含有Zn、Fe、Pt等杂质。下列说法错误的是(　　) A．碱性锌锰电池的a为正极，b为负极 B．碱性锌锰电池正极的电极反应为MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ C．CuSO4溶液中SO向粗铜一极移动 D．当电路中转移1 mol电子时，粗铜减少的质量为32 g D　解析： 电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源的正极相连，故a为正极，b为负极，A正确；碱性锌锰电池的正极上MnO2发生还原反应生成MnO(OH)，电极反应为MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－，B正确；电解池中阴离子向阳极移动，故CuSO4溶液中SO向粗铜一极移动，C正确；电解初期，阳极上比铜活泼的Zn、Fe等金属优先于Cu放电，故转移1 mol电子时，粗铜减少的质量不一定是32 g，D错误。 5．某工厂烟气中主要含 SO2、CO2，在较高温度经下图所示方法脱除 SO2，可制得 H2SO4。下列说法不正确的是(　　) A．烟气中的 SO2 与氧气发生了氧化还原反应 B．阴极反应物是 SO2 C．净化气中有少量SO2 D．阳极的电极反应是2SO－4e－===2SO3↑＋O2↑ B　解析：根据二氧化硫中的硫元素化合价发生了变化判断，烟气中的 SO2 与氧气发生了氧化还原反应，A正确；阴极是与电源负极连接的一极，得电子化合价降低，故阴极反应物应该是氧气，B错误；烟气中含有二氧化硫，则净化气中含有少量二氧化硫，C正确；根据阳极失去电子、反应物到生成物化合价的变化及电荷守恒配平电极反应为2SO－4e－===2SO3↑＋O2↑，D正确。 6．我国在电催化固氮领域取得重要进展，为解决当前严峻的能源和环境问题提供了新的思路，其装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．该装置工作时电子流入a极 B．该交换膜为质子交换膜 C．阳极反应为N2＋6H2O－10e－===2NO＋12H＋ D．阴、阳两极消耗N2物质的量之比为3∶5 D　解析：由图可知，a极N2→NH3，发生还原反应，则a极为阴极，电子由电源负极流入阴极，A正确；阳极室的电极反应为N2＋6H2O－10e－===2NO＋12H＋，产生的氢离子转移到阴极室，故对应的交换膜为质子交换膜，B正确；由图可知，阳极室的电极反应为N2＋6H2O－10e－===2NO＋12H＋，C正确；阳极氮元素转化为＋5价，阴极转化为－3价，故阴、阳两极消耗N2物质的量之比为5∶3，D错误。 7．在如图所示装置中，若通电一段时间后乙装置左侧电极质量增加，则下列说法错误的是(　　) A．当装置甲中共产生标准状况下4.48 L气体时，Cu电极上质量增加43.2 g B．电解过程中装置丙的pH无变化 C．向甲中通入适量的HCl，可使溶液恢复到电解前的状态 D．乙中左侧电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu A　解析：通电一段时间后乙装置左侧电极质量增加，即乙池中左侧电极为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，乙池中右侧电极为阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，甲池中左侧电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，右侧电极为阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，丙池中左侧Cu电极为阴极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，右侧Ag电极为阳极，电极反应为Ag－e－===Ag＋。装置甲产生的气体为Cl2、H2，气体物质的量为0.2 mol，则转移电子的物质的量为0.2 mol，Cu电极上产生的Ag为0.2 mol，质量增加0.2 mol×108 g/mol＝21.6 g，A错误；装置丙阳极反应为Ag－e－===Ag＋，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，溶液成分不变，所以装置丙的溶液pH无变化，B正确；装置甲电解KCl溶液生成KOH、Cl2、H2，则向甲中通入适量的HCl，可使溶液恢复到电解前的状态，C正确；乙装置中溶液含有Cu2＋、K＋、SO、H＋、OH－，根据放电顺序，左侧电极质量增加，为阴极，发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，D正确。 8．碳酸二甲酯(DMC)是一种重要有机化工中间体，符合绿色低碳发展要求。双极耦合电催化合成DMC的原理如图所示，该体系具有通用性，可成功用于合成碳酸二乙酯。下列说法错误的是(　　) A．金电极上发生的反应为CO2＋2CH3OH＋2e－―→2CH3O－＋CO＋H2O B．反应一段时间后，溶液中的c(Br－)保持不变 C．每产生27 g DMC[(CH3O)2CO]，玻碳电极处就有0.3 mol Br－被氧化 D．若用该装置合成碳酸二乙酯[(CH3CH2O)2CO]，可选用乙醇、CO作为原料 C　解析：根据图示可知，玻碳电极上Br－转化为Br2，发生氧化反应，玻碳电极为阳极，阳极电极反应式为2Br－－2e－===Br2，金电极上CO2转化为CO，则金电极为阴极，阴极电极反应式为CO2＋2CH3OH＋2e－―→2CH3O－＋CO＋H2O。金电极为阴极，阴极上发生的反应为CO2＋2CH3OH＋2e－―→2CH3O－＋CO＋H2O，A正确；根据图示可知，溶液中还存在反应：2CH3O－＋CO＋Br2===2Br－＋(CH3O)2CO，据电解池阴、阳极电极反应可知有2Br－～CO～Br2，电极反应消耗的Br－和溶液中生成的Br－物质的量相等，反应一段时间后，溶液中的c(Br－)保持不变，B正确；(CH3O)2CO～2e－，每产生27 g DMC[(CH3O)2CO]，玻碳电极处被氧化的n(Br－)＝×2＝0.6 mol，C错误；该体系具有通用性，可成功用于合成碳酸二乙酯，据用该装置合成碳酸二甲酯时的原料可知，若用该装置合成碳酸二乙酯[(CH3CH2O)2CO]，可选用乙醇、CO作为原料，D正确。 9．科研人员研制出人工光合作用的新型分子催化剂，可将二氧化碳直接转化为乙二醇，其装置如图所示。该装置工作时，下列说法错误的是(　　) A．a极为阳极，b极为阴极 B．H＋由a极区向b极区迁移 C．a极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ D．b极每生成1 mol乙二醇有4 mol电子流入该极 D　解析：由图可知，CO2在b极发生还原反应生成乙二醇，则b极是阴极，a极是阳极，A正确；电解质溶液中，阳离子向阴极移动，则H＋由a极区向b极区迁移，B正确；a极上发生氧化反应生成O2，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，C正确；b极反应为2CO2＋10H＋＋10e－===HOCH2CH2OH＋2H2O ，则生成1 mol乙二醇时有10 mol电子流入该电极，D错误。 10．电解精制的浓缩海水制备酸碱的工作原理如图所示。其中a、c为离子交换膜，BP为双极膜(在直流电场的作用下，双极膜内中间界面层的水会解离为H＋和OH－，分别迁移进入双极膜两侧)。下列说法正确的是(　　) A．a、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 B．电流流向：电源正极→X电极→电解质溶液→Y电极→电源负极 C．若去掉X电极与a膜之间的双极膜，X电极区产物不变 D．若外电路中通过1 mol电子，双极膜内有4 mol H2O解离 B　解析：该装置为电解池，根据浓缩海水中Na＋、Cl－移动方向可知，a膜为阴离子交换膜，c膜为阳离子交换膜，A错误；X电极为阳极、Y电极为阴极，阳极与电源正极相接、阴极与电源负极相接，则工作时电流流向：电源正极→X电极→电解质溶液→Y电极→电源负极，B正确；X电极为电解池的阳极，若去掉X电极与a膜之间的双极膜，放电能力： Cl－>OH－，Cl－放电生成Cl2，电极产物发生改变，C错误；水解离为H＋和OH－，外电路中通过1 mol电子，双极膜内定向移动的H＋、OH－各1 mol，即有1 mol H2O解离，D错误。 11．在如图所示装置中，A、B、E、F为多孔的石墨惰性电极； C、D为两个铂夹，夹在被 Na2SO4溶液浸湿的滤纸条上，滤纸中部滴有 KMnO4溶液； 电源有a、b两极。试管中充满KOH 溶液后倒立于 KOH溶液的水槽中，烧杯中为 500 mL 0.04 mol/L的AgNO3溶液。断开 K1，闭合K2、K3，通直流电，实验现象如图所示。 (1)a为电源的________极，在Na2SO4溶液浸湿的滤纸条中部的 KMnO4溶液处观察到的现象是_____________________________________________________________________。 (2)开始时，烧杯中发生反应的离子方程式为________________________________。一段时间后，在标准状况下A、B处共收集到气体672 mL，忽略溶液体积变化，则此时烧杯中 c(H＋)＝________，烧杯中产生的气体体积为________。 (3)若电解一段时间后，A、B均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，观察到检流计的指针移动，其理由是______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)负　D极附近的溶液呈紫色 (2)4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ 0．04 mol/L　448 mL (3)此装置构成氢氧燃料电池，所以检流计指针移动 解析：(1)断开K1，闭合K2、K3，通直流电，电极A、B及氢氧化钾溶液构成电解池，根据离子的放电顺序，溶液中氢离子、氢氧根离子放电，分别生成氢气和氧气，氢气和氧气的体积比为2∶1，通过图像知，B极上气体体积是A极上气体体积的2倍，所以B极上产生H2，A极上产生O2，所以B极是阴极，A极是阳极，则a是负极，b是正极；浸有硫酸钠的滤纸和电极C、D与电源也构成了电解池，因为a是负极，b是正极，所以C是阴极，D是阳极，电解质溶液中的阳离子K＋向阴极C区域移动，阴离子MnO向阳极D区域移动，所以D极附近的溶液呈紫色。 (2)开始时，烧杯中发生电解硝酸银溶液的反应，Ag＋在阴极得到电子生成Ag，H2O在阳极失去电子生成O2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋。断开K1，闭合K2、K3，通直流电，电极A、B及氢氧化钾溶液构成电解池，B极上得到H2，A极上得到O2，B极上气体体积是A极上气体体积的2倍，在标准状况下A、B处共收集到气体672 mL，则n(H2)＝×＝0.02 mol，n(O2)＝×＝0.01 mol，由电极方程式4OH－－4e－===O2↑＋2H2O可知转移0.04 mol电子，烧杯中n(Ag＋)＝0.5 L×0.04 mol/L＝0.02 mol，则烧杯中先发生4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋，转移0.02 mol电子，可知生成0.02 mol H＋，然后发生电解水的反应2H2OO2↑＋2H2↑，转移0.02 mol电子，n(H＋)不变，则此时烧杯中 c(H＋)＝＝0.04 mol/L，烧杯中产生的气体物质的量为0.02 mol×＋0.02 mol×2×＋0.02 mol×＝0.02 mol，标准状况下气体的体积为0.02 mol×22.4 L/mol＝0.448 L＝448 mL。 (3)若电解一段时间后，A、B均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，构成氢氧燃料电池，观察到检流计的指针移动。 12．氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。下列说法正确的是(　　) A．电解池的阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．通入空气的电极为负极 C．电解池中产生1 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗1 mol O2 D．a、b、c的大小关系为a>b＝c A　解析：题给电解池的阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；题给燃料电池为氢氧燃料电池，通入空气的电极为正极，B错误；由得失电子守恒可知，电解池中产生1 mol Cl2，理论上转移2 mol e－，则燃料电池中消耗0.5 mol O2，C错误；题给燃料电池的负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以a、b、c的大小关系为c>a>b，D错误。 13．(2024·郑州十校联考高二期中)电解脱硫的基本原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A．阴极电极反应为2H＋＋2e－===H2↑ B．生成1 mol Fe3＋，消耗15 mol Mn3＋ C．电解过程中混合溶液的pH增大 D．电解过程中OH－向石墨a电极移动 C　解析：电极反应将Mn2＋转化成Mn3＋，则左边为阳极，右边为阴极，右边Mn3＋再将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3＋和SO。石墨b为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A正确；根据反应：FeS2＋15Mn3＋＋8H2O===Fe3＋＋15Mn2＋＋2SO＋16H＋，可知生成1 mol Fe3＋，消耗15 mol Mn3＋，B正确；根据阳极Mn2＋－e－===Mn3＋，阴极2H＋＋2e－===H2↑，和溶液中的反应FeS2＋15Mn3＋＋8H2O===Fe3＋＋15Mn2＋＋2SO＋16H＋，可知溶液中H＋浓度在增大，电解过程中混合溶液的pH减小，C错误；石墨a电极为阳极，电解过程中OH－向石墨a电极移动，D正确。 14．(2024·江苏淮安调研)隔膜电解法制备 K2FeO4的工作原理如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．隔膜为阴离子交换膜 B．该方法中KOH可以循环使用，但需另外补充 C．Fe电极上的反应为Fe－6e－＋4H2O===FeO＋8H＋ D．电路中每转移0.2 mol e－，Pt 电极上理论上产生 2.24 L气体 B　解析：该装置为电解池，与直流电源正极相连的铁电极为阳极，碱性条件下，铁失去电子发生氧化反应生成高铁酸根离子，电极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，铂电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，电解的总反应为Fe＋2H2O＋2OH－===FeO＋3H2↑，则电解时，钾离子通过阳离子交换膜从左池移向右池。电解池中隔膜为阳离子交换膜，A错误；电解的总反应为Fe＋2H2O＋2OH－===FeO＋3H2↑，反应中消耗氢氧根离子，需要补充氢氧化钾，B正确；与直流电源正极相连的铁电极为阳极，碱性条件下，铁失去电子发生氧化反应生成高铁酸根离子，电极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，C错误；气体所处条件未知，不确定生成的气体的体积，D错误。 15．(2024·福建漳州十校期中联考)电化学在生产生活中有很多重要的应用。回答下列问题。 (1)氯碱工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑，氯的许多化合物既是重要化工原料，又是高效、广谱的灭菌消毒剂。 ①写出电解饱和食盐水的化学方程式____________________________；氯气的逸出口是________。 ②该离子交换膜为________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。 ③电解产生71 g Cl2，理论上阳极室减少的离子总数为________(用NA表示)。 (2)氯碱工业能耗大，通过如图改进，提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，可大幅度降低能耗。电极A应与外接电源的________(填“正极”或“负极”)相连，写出电极B的电极反应____________________________________________。 (3)利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法精炼银，装置如图所示。 ①甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y(N2O5)，可循环使用，则石墨 Ⅱ 附近发生的电极反应为________________________________________________。 ②若电解一段时间，电路转移0.3 mol电子，乙中阴极得到21.6 g Ag，则该电解池的电解效率为________%(保留小数点后一位。通过一定电量时阴极上实际沉积的金属质量与通过相同电量时理论上应沉积的金属质量之比叫电解效率)。 答案：(1)①2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　a　②阳　③4NA (2)正极　O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (3)①O2＋2N2O5＋4e－===4NO　②66.7 解析：(1)①电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极为氯离子失去电子生成氯气，a口逸出氯气。②为避免氢氧根离子移向阴极与氯气反应，故需选择使用阳离子交换膜。③电解产生71 g Cl2，理论上阳极室有2 mol氯离子转化为氯气，同时2 mol Na＋移向阴极，故共减少离子数为4NA。 (2)电极A 附近氯离子失去电子被氧化为氯气，作阳极，应与电源正极相连。电极B 附近氧气得电子转化为OH－，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 (3)①石墨 Ⅱ 为电池的正极，得电子转化为NO，附近发生的电极反应为O2＋2N2O5＋4e－===4NO。②阴极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag，电路转移0.3 mol电子，理论上产生Ag的质量为0.3×108 g＝32.4 g，实际得到21.6 g Ag，则该电解池的电解效率为×100%≈66.7%。 学科网（北京）股份有限公司 $$