4.2 练习2　电解原理的应用 同步练 2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

**基本信息** 练习围绕电解原理应用，按氯碱工业、电镀与电解精炼、电冶金分层，题量2:4:7，梯度从基础原理到工业综合，强化化学观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |题组一|氯碱工业原理|基础电极反应判断（如第1题阴极反应式）| |题组二|电镀与电解精炼工艺|工艺条件分析（如第3题精炼镓杂质处理）| |题组三|电冶金及综合应用|工业流程与跨模块综合（如第13题燃料电池与电解结合）|

4.2 练习2　电解原理的应用 题组一 氯碱工业 1. (2025·湖州中学检测)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)。下列说法中，正确的是(　A　) A. 电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－====H2↑＋2OH－ B. 通入空气的电极为负极 C. 电解池中产生2 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2 D. a、b、c的大小关系为a＞b＝c 【解析】 由题意可知，电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－====H2↑＋2OH－，阳极反应式为2Cl－－2e－====Cl2↑，A正确；燃料电池为氢氧燃料电池，通入空气的电极为正极，B错误；由整个电路中转移电子数相等可知，电解池中产生2 mol Cl2，理论上转移4 mol 电子，则燃料电池中消耗1 mol O2，C错误；燃料电池的负极反应式为H2－2e－＋2OH－====2H2O，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O====4OH－，故a、b、c的大小关系为c＞a＞b，D错误。 2.  (2025高二上·常德期末)浓差电池的原理是利用两极电解质溶液中浓度不同引起的电势差放电。实验室利用浓差电池探究电解饱和食盐水的装置如图(1)和图(2)所示。下列说法错误的是 （ C ） A. 图(1)中隔膜为阴离子交换膜 B. 实验时应将线头a与d、b与c相连 C. 图(1)装置工作时，最多向外电路提供0.4mol电子 D. 工作一段时间后，向图(2)中铁棒电极附近的电解液中滴加酚酞试液，溶液变红色 【解析】A、图(1)装置放电时，左侧电极铜离子浓度减小，表明其为正极，硫酸根离子从左侧室向右侧室迁移，说明隔膜为阴离子交换膜，A正确；B、根据图(2)装置的分析，铁棒作为阴极应与电池负极相连，碳棒作为阳极应与电池正极相连，因此实验连接应为a与d、b与c相连，B正确；C、当装置(1)两侧硫酸铜溶液浓度达到平衡时，电池停止放电，最终两侧硫酸铜浓度均为3mol/L。左侧放电的铜离子物质的量为(5mol/L - 3mol/L)×0.05L = 0.1 mol ，根据电极反应计算，最多可向外电路提供0.2 mol电子，C错误；D、铁棒电极反应为2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻ ，因此滴加酚酞试液后溶液会变红，D正确；故答案为：C。 题组二　电镀和电解精炼 3.  (2025·广东模拟)高纯镓是制备第三代半导体的重要原料，其化学性质与铝相似。下图为工业精炼镓的装置示意图。下列说法不正确的是(　D　) A. 阴极的电极反应为 B. 电解过程中，阳极室中的物质的量减小 C. 电路中每转移3mol电子，理论上粗镓熔融液减少70g D. 电解后粗镓中的Zn、Fe以离子形式进入NaOH溶液中 【解析】 A. 阴极处于碱性环境，中的得电子被还原为Ga，电极反应式为：，A正确；B. 阳极发生Ga的氧化反应：，该反应会消耗；虽然阴离子交换膜能让阴极的移向阳极，但阳极消耗的量大于移入量，因此阳极室中的物质的量会减小，B正确；C. 根据电子转移守恒，电路中转移3mol电子时，阳极恰好有1mol Ga失去电子转化为，并通过快离子导体迁移；Ga的摩尔质量为70g/mol，因此粗镓熔融液理论上减少70g，C正确；D. 镓与铝性质相似，可与NaOH反应生成可溶的；但Zn、Fe不与NaOH发生反应，也无法在该电解条件下生成可溶于NaOH溶液的离子，因此Zn、Fe会以单质杂质的形式留在粗镓熔融液中，不会进入NaOH溶液，D错误；故答案为：D。 4. 某同学用铜片在铁片上镀铜的实验装置如图所示。下列说法中，正确的是(　C　) A. Cu2＋在A极被还原 B. 溶液蓝色逐渐变浅 C. 铜片为A极，铁片为B极 D. 若A极和B极直接相连，则金属铜被氧化 【解析】 A极上金属铜失电子发生氧化反应被氧化，A错误；在电镀池的阴极上发生电极反应：Cu2＋＋2e－====Cu，阳极上发生电极反应：Cu－2e－====Cu2＋，电镀液中铜离子浓度不变，溶液颜色不变，B错误；用铜片在铁片上镀铜时，铁片为阴极，则铜片为阳极，即铁片为B极，铜片为A极，C正确；A极和B极直接相连，相当于形成原电池，铜片作正极，铁片作负极被氧化，D错误。 5.  利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是(　C ) A. 通电后，向阳极移动 B. 银片与电源负极相连 C. 该电解池的阴极反应可表示为 D. 当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 【解析】 】A. 电镀装置中，镀件和负极相连做阴极，待镀金属和正极相连做阳极，推知铜牌是阴极，银片是阳极，通电后，向阴极移动，故A错误；B. 由A选项知银片做阳极与电源正极相连，故B错误；C. 向阴极移动在阴极得电子，发生还原反应，所以阴极反应式可表示为，故C正确；D. 当电镀一段时间后，将电源反接，因为的金属性比强，所以先失电子生成铜离子，故D错误。 题组三　电冶金 6. 1807年，化学家戴维通过电解熔融氢氧化钠制取金属钠：4NaOH(熔融)4Na＋O2↑＋2H2O；后来盖·吕萨克通过铁与熔融氢氧化钠作用也制得金属钠：3Fe＋4NaOHFe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列说法中，正确的是(　C　) A. 电解熔融氢氧化钠制取金属钠，阳极发生的电极反应为2OH－－2e－====H2↑＋O2↑ B. 盖·吕萨克制钠的原理是利用铁的还原性比钠强 C. 若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数不同 D. 目前工业上常用电解熔融氯化钠法制取金属钠，电解槽中石墨为阴极，铁为阳极 【解析】 由4NaOH(熔融)4Na＋O2↑＋2H2O可知，阳极OH－放电生成O2和H2O，电极反应式为4OH－－4e－====2H2O＋O2↑，A错误；Na的还原性强于Fe，但Na的沸点比Fe低得多，盖·吕萨克法制钠利用了Fe与Na的沸点差异，B错误；由电解原理可知，戴维法制取4 mol Na时转移4 mol电子，但盖·吕萨克法制取4 mol Na时转移8 mol电子，则制得等量的钠时转移的电子总数不同，C正确；用电解熔融氯化钠法制钠时，石墨为阳极，铁为阴极，阳极上Cl－放电，阴极上Na＋放电，D错误。 7. 研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2－CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中，错误的是(　B　) A. 由TiO2制得1 mol金属Ti，理论上外电路转移4 mol电子 B. 阳极的电极反应式为2O2－－4e－====O2↑ C. 在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不会减少 D. 装置中石墨电极材料需要定期更换 【解析】 钙还原二氧化钛反应的化学方程式为2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，由TiO2制得1 mol金属Ti，消耗2 mol Ca，电解池中阴极反应式为Ca2＋＋2e－====Ca，则生成2 mol Ca时外电路中转移4 mol电子，A正确；阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－====CO2↑，B错误；电解池总反应为2CaO＋C2Ca＋CO2↑，制备金属钛的反应为2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，所以在制备金属Ti前后，CaO的总量不会减少，C正确；阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－====CO2↑，C不断被消耗，装置中石墨电极材料需要定期更换，D正确。 8. 某粗铜产品中含有Zn、Ag、Au等杂质，如图所示，用CH3OH碱性燃料电池电解硫酸铜溶液。闭合开关K进行电解。下列说法中，错误的是(　C　) A. 左池正极反应式为O2＋2H2O＋4e－====4OH－ B. 通电一段时间后，Ag、Au杂质金属沉积在电解槽底部 C. 若粗铜电极质量减少6.4 g，则纯铜电极增重大于6.4 g D. 电解过程中右池纯铜和粗铜分别为阴极和阳极 【解析】 在燃料电池中，正极是氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－====4OH－，A正确；通电一段时间后，比Cu不活泼的Ag、Au杂质金属不被氧化，沉积在电解槽底部，B正确；比Cu活泼的金属杂质Zn在Cu之前被氧化，Zn－2e－====Zn2＋，若粗铜电极质量减少6.4 g，则纯铜电极增重小于6.4 g，C错误；电解过程中右池纯铜和粗铜分别为阴极和阳极，D正确。 9. (2025秋·北京校级期末)下图是氯碱工业的装置示意图，下列说法不正确的是(　 D ) A. 电极a是阳极，电极反应为2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑ B. 装置中离子交换膜是阳离子交换膜 C. 出口d为NaOH溶液 D. 每转移2mol电子，可以生成0.5mol Cl₂和0.5mol H₂ 【解析】 A. 电极a是阳极，氯离子在阳极上失去电子被氧化生成氯气，电极反应为2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑，故A正确；B. 阳极区要排出淡盐水，Na⁺通过交换膜进入阴极，在阴极区生成NaOH，因此，离子交换膜只能是阳离子交换膜，故B正确； C. 电极b是阴极，电极反应为2H₂O + 2e⁻ = 2OH⁻ + H₂↑，则出口d为NaOH溶液，故C正确；D. 根据，每转移电子，可以生成和，故D错误。 10. (2025·秋安徽期中)下列说法正确的是(　D ) A. 粗铜（含碳杂质）浸泡在稀盐酸中会发生析氢腐蚀 B. 在铜中掺杂铅，会加快金属铜的腐蚀 C. 电解精炼铜时，当电路中转移2mol电子时，阳极溶解的铜一定是64g D. 在铁上镀锌时，铁作阴极 【解析】 A. 析氢腐蚀需要金属的活泼性强于氢（能与酸反应置换出H₂）；铜的活泼性弱于氢，所以粗铜（含碳杂质）浸泡在稀盐酸中不会发生析氢腐蚀，而是难以发生腐蚀，故A错误；B. 铅的活泼性比铜强，在铜中掺杂铅时，铅会作为负极被腐蚀，铜作为正极被保护，不会加快铜的腐蚀，故B错误；C. 电解精炼铜时，阳极是粗铜（含Zn、Fe等杂质），这些杂质会先于铜放电，当电路中转移2mol电子时，阳极溶解的铜质量小于64g（因为部分电子由杂质提供），故C错误；D. 电镀时，待镀金属（铁）作阴极，镀层金属（锌）作阳极，故D正确。 11. 下图中，甲、乙是两个完全相同的光伏并网发电模拟装置，利用它们对煤浆进行脱硫处理。下列说法中，错误的是(　B　) A. 光伏并网发电装置中，a为负极 B. 石墨1上消耗1 mol Mn2＋，甲、乙中各转移0.5 mol电子 C. 脱硫反应原理为15Mn3＋＋FeS2＋8H2O====15Mn2＋＋Fe3＋＋2S＋16H＋ D. 处理60 g FeS2，石墨2上消耗7.5 mol H＋ 【解析】 甲、乙两个串联的光伏发电装置可直接等价于直流电源，由装置图可知，石墨1上发生氧化反应，即阳极反应：Mn2＋－e－====Mn3＋，其对应外接电源的正极，石墨2上发生还原反应，即阴极反应：2H＋＋2e－====H2↑，其对应外接电源的负极，A正确；结合脱硫装置图可知，脱硫反应原理为15Mn3＋＋FeS2＋8H2O====15Mn2＋＋Fe3＋＋2S＋16H＋，C正确；石墨1上消耗1 mol Mn2＋，电极反应：Mn2＋－e－====Mn3＋，甲、乙两个发电装置是串联模式，故甲中转移的电子数应等于乙中转移的电子数，即甲、乙各转移1 mol 电子，B错误；由条件易得n(FeS2)＝＝0.5 mol，再根据脱硫反应的离子方程式可得，装置中转移电子的物质的量为0.5 mol×(1＋7×2)＝7.5 mol，所以石墨2上发生还原反应：2H＋＋2e－====H2↑，需消耗7.5 mol H＋，D正确。 12. 电浮选凝聚法处理酸性污水的工作原理如图所示。下列说法中，错误的是(　B　) A. 铁电极的电极反应式为Fe－2e－====Fe2＋ B. 若左池石墨电极产生了44.8 L(标准状况)气体，则消耗1.0 mol甲烷 C. 通入甲烷的石墨电极的电极反应式为CH4＋4C－8e－====5CO2＋2H2O D. 为了增强污水的导电能力，可向污水中加入适量工业用盐 【解析】 通入氧气的电极上得电子发生还原反应，所以通入氧气的电极为正极，则铁作阳极，阳极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－====Fe2＋，A正确；石墨电极上析出的气体为氢气，生成44.8 L氢气转移电子的物质的量为44.8 L÷22.4 L·mol－1×2＝4 mol，消耗1 mol甲烷转移电子的物质的量为8 mol，根据得失电子守恒得，消耗甲烷的物质的量为0.5 mol，B错误；甲烷为负极反应物，在负极失去电子并与游离的C结合生成CO2和H2O，电极反应式为CH4＋4C－8e－====5CO2＋2H2O，C正确；水是弱电解质，其导电能力较弱，为了增强溶液的导电能力而加入强电解质，D正确。 13. 如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理，其中装置乙中的X为阳离子交换膜。请回答下列问题： (1)甲烷燃料电池的负极反应为　CH4－8e－＋10OH－====C＋7H2O　。  (2)石墨(C)极的电极反应为　2Cl－－2e－====Cl2↑　。  (3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则装置乙中铁电极上生成气体的体积为　4.48　L；装置丙中阴极析出铜的质量为　12.8　g。  (4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取Fe(OH)2的实验装置如图所示。若使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用　铁(或Fe)　作电极。  【解析】 (1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应，即甲烷在负极上被氧化。在KOH溶液中甲烷被氧化后生成碳酸钾，负极反应为CH4－8e－＋10OH－====C＋7H2O。　(2)原电池的负极与电解池的阴极相连，铁极为阴极，则C极为阳极，在C极上发生氧化反应，电极反应为2Cl－－2e－====Cl2↑。　(3)n(O2)＝＝0.1 mol，装置甲中正极反应为O2＋4e－＋2H2O====4OH－，由得失电子守恒知，经过甲、乙、丙装置的电子的物质的量为0.4 mol。装置乙中的铁电极的电极反应为2H2O＋2e－====2OH－＋H2↑，n(H2)＝＝0.2 mol，V(H2)＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。装置丙中精铜为阴极，发生还原反应，电极反应为Cu2＋＋2e－====Cu，n(Cu)＝＝0.2 mol，m(Cu)＝0.2 mol×64 g·mol－1＝12.8 g。 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.2 练习2　电解原理的应用 题组一 氯碱工业 1. (2025·湖州中学检测)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)。下列说法中，正确的是(　 ) A. 电解池的阴极反应式为2H2O＋2e－====H2↑＋2OH－ B. 通入空气的电极为负极 C. 电解池中产生2 mol Cl2时，理论上燃料电池中消耗0.5 mol O2 D. a、b、c的大小关系为a＞b＝c 2.  (2025高二上·常德期末)浓差电池的原理是利用两极电解质溶液中浓度不同引起的电势差放电。实验室利用浓差电池探究电解饱和食盐水的装置如图(1)和图(2)所示。下列说法错误的是 （ ） A. 图(1)中隔膜为阴离子交换膜 B. 实验时应将线头a与d、b与c相连 C. 图(1)装置工作时，最多向外电路提供0.4mol电子 D. 工作一段时间后，向图(2)中铁棒电极附近的电解液中滴加酚酞试液，溶液变红色 题组二　电镀和电解精炼 3. (2025·广东模拟)高纯镓是制备第三代半导体的重要原料，其化学性质与铝相似。下图为工业精炼镓的装置示意图。下列说法不正确的是(　　) A. 阴极的电极反应为 B. 电解过程中，阳极室中的物质的量减小 C. 电路中每转移3mol电子，理论上粗镓熔融液减少70g D. 电解后粗镓中的Zn、Fe以离子形式进入NaOH溶液中 4. 某同学用铜片在铁片上镀铜的实验装置如图所示。下列说法中，正确的是(　 ) A. Cu2＋在A极被还原 B. 溶液蓝色逐渐变浅 C. 铜片为A极，铁片为B极 D. 若A极和B极直接相连，则金属铜被氧化 5.  利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是(　 ) A. 通电后，向阳极移动 B. 银片与电源负极相连 C. 该电解池的阴极反应可表示为 D. 当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 题组三　电冶金 6. 1807年，化学家戴维通过电解熔融氢氧化钠制取金属钠：4NaOH(熔融)4Na＋O2↑＋2H2O；后来盖·吕萨克通过铁与熔融氢氧化钠作用也制得金属钠：3Fe＋4NaOHFe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列说法中，正确的是(　 ) A. 电解熔融氢氧化钠制取金属钠，阳极发生的电极反应为2OH－－2e－====H2↑＋O2↑ B. 盖·吕萨克制钠的原理是利用铁的还原性比钠强 C. 若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则两反应中转移的电子总数不同 D. 目前工业上常用电解熔融氯化钠法制取金属钠，电解槽中石墨为阴极，铁为阳极 7. 研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2－CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中，错误的是(　 ) A. 由TiO2制得1 mol金属Ti，理论上外电路转移4 mol电子 B. 阳极的电极反应式为2O2－－4e－====O2↑ C. 在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不会减少 D. 装置中石墨电极材料需要定期更换 8. 某粗铜产品中含有Zn、Ag、Au等杂质，如图所示，用CH3OH碱性燃料电池电解硫酸铜溶液。闭合开关K进行电解。下列说法中，错误的是(　 ) A. 左池正极反应式为O2＋2H2O＋4e－====4OH－ B. 通电一段时间后，Ag、Au杂质金属沉积在电解槽底部 C. 若粗铜电极质量减少6.4 g，则纯铜电极增重大于6.4 g D. 电解过程中右池纯铜和粗铜分别为阴极和阳极 9. (2025秋·北京校级期末)下图是氯碱工业的装置示意图，下列说法不正确的是(　 ) A. 电极a是阳极，电极反应为2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑ B. 装置中离子交换膜是阳离子交换膜 C. 出口d为NaOH溶液 D. 每转移2mol电子，可以生成0.5mol Cl₂和0.5mol H₂ 10. (2025·秋安徽期中)下列说法正确的是(　 ) A. 粗铜（含碳杂质）浸泡在稀盐酸中会发生析氢腐蚀 B. 在铜中掺杂铅，会加快金属铜的腐蚀 C. 电解精炼铜时，当电路中转移2mol电子时，阳极溶解的铜一定是64g D. 在铁上镀锌时，铁作阴极 11. 下图中，甲、乙是两个完全相同的光伏并网发电模拟装置，利用它们对煤浆进行脱硫处理。下列说法中，错误的是(　 ) A. 光伏并网发电装置中，a为负极 B. 石墨1上消耗1 mol Mn2＋，甲、乙中各转移0.5 mol电子 C. 脱硫反应原理为15Mn3＋＋FeS2＋8H2O====15Mn2＋＋Fe3＋＋2S＋16H＋ D. 处理60 g FeS2，石墨2上消耗7.5 mol H＋ 12. 电浮选凝聚法处理酸性污水的工作原理如图所示。下列说法中，错误的是(　 ) A. 铁电极的电极反应式为Fe－2e－====Fe2＋ B. 若左池石墨电极产生了44.8 L(标准状况)气体，则消耗1.0 mol甲烷 C. 通入甲烷的石墨电极的电极反应式为CH4＋4C－8e－====5CO2＋2H2O D. 为了增强污水的导电能力，可向污水中加入适量工业用盐 13. 如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理，其中装置乙中的X为阳离子交换膜。请回答下列问题： (1)甲烷燃料电池的负极反应为 。  (2)石墨(C)极的电极反应为 。  (3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则装置乙中铁电极上生成气体的体积为 L；装置丙中阴极析出铜的质量为 g。  (4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取Fe(OH)2的实验装置如图所示。若使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用 作电极。  学科网（北京）股份有限公司 $