電解原理的應(yīng)用- 高考化學(xué)

電解原理的應(yīng)用【重難知識點整合】1．圖解電解池工作原理(陽極為惰性電極)2．正確判斷電極產(chǎn)物(1)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽極，則電極材料失電子，電極溶解(注意：鐵作陽極溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性電極，則需看溶液中陰離子的失電子能力，陰離子放電順序為S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)＞含氧酸根離子。(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進(jìn)行判斷：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)。3．對比掌握電解規(guī)律(陽極為惰性電極)電解類型電解質(zhì)實例溶液復(fù)原物質(zhì)電解水NaOH、H2SO4或Na2SO4水電解電解質(zhì)HCl或CuCl2原電解質(zhì)放氫生堿型NaClHCl氣體放氧生酸型CuSO4或AgNO3CuO或Ag2O注意電解后有關(guān)電解質(zhì)溶液恢復(fù)原態(tài)的問題應(yīng)該用質(zhì)量守恒法分析。一般是加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物，但也有特殊情況，如用惰性電極電解CuSO4溶液，Cu2＋完全放電之前，可加入CuO或CuCO3復(fù)原，而Cu2＋完全放電之后，溶液中H＋繼續(xù)放電，應(yīng)加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復(fù)原。4．金屬的腐蝕與電化學(xué)防護(hù)5．陌生電解池裝置圖的知識遷移(1)電解池(2)金屬腐蝕

【拔高練習(xí)】1.高錳酸鉀是臨床醫(yī)學(xué)上常用的消毒劑。如圖是電化學(xué)法制備高錳酸鉀的裝置圖，X、Y均為惰性電極。下列說法正確的是()A.a為電源負(fù)極B.每轉(zhuǎn)移電子，Y極放出1.12L氣體C.電解過程中X極附近增大D.當(dāng)外電路中有電子轉(zhuǎn)移時，X、Y電極氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)量的量比為2.據(jù)文獻(xiàn)報道。利用陰極膜過濾反應(yīng)器能除去廢水中的磷元素（假設(shè)磷元素的存在形態(tài)只有），其裝置如圖所示[圖中的組成為]。下列敘述不正確的是()A.三電極流出（入）的電子數(shù)均相等B.陰陽極上產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為C.電極周圍分子被氧化，其氧化產(chǎn)物為D.陰極區(qū)的總反應(yīng)式：3.為盡快實現(xiàn)碳中和，科研小組設(shè)計了電化學(xué)方法吸收轉(zhuǎn)化空氣中的，將其轉(zhuǎn)化為可利用的有機(jī)物質(zhì)。下列有關(guān)說法正確的是()A.該裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.a極為陰極，雙極膜中的陽離子向a極移動C.陰極的電極反應(yīng)式：D.理論上消耗，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的X4.為解決傳統(tǒng)電解水制氫陽極電勢高、反應(yīng)速率緩慢的問題，科技工作者設(shè)計耦合HCHO高效制H2的方法裝置如圖。部分反應(yīng)機(jī)理為：。下列說法正確的是()A.電解時由a極向b極方向遷移B.陰極反應(yīng)為C.陽極反應(yīng)D.相同電量下理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的2倍5.單液流電池屬于沉積型電池，它不帶要隔膜或離子交換膜，從而大幅降低了電池成本和電池設(shè)計的復(fù)雜性，一種單液流電池工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是()A.放電時，儲液罐中溶液的不斷增大B.充電時，電極與電源的正極相連C.放電時，正極反應(yīng)式為D.充電時，若電極增重，電解質(zhì)溶液增加離子數(shù)為6.某電化學(xué)鋰富集裝置如圖，工作步驟如下：Ⅰ.向所在腔室通入海水，啟動電源乙，使海水中進(jìn)入結(jié)構(gòu)形成；Ⅱ.關(guān)閉電源乙和海水通道，啟動電源甲，同時向電極a上通入。下列說法錯誤的是()A.電極b與電源乙的正極相連B.步驟Ⅰ時，腔室2中的進(jìn)入所在腔室C.步驟Ⅱ時，陽極的電極反應(yīng)式為D.在電極a上每消耗5.6L（換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），腔室1質(zhì)量增加7g7.閱讀下列材料，完成下列小題。隨著鋰離子電池在眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其廢舊電池的回收工作愈發(fā)顯得意義重大?，F(xiàn)行的回收工藝通常采用酸浸堿浸的方法，從鋰離子電池正極材料（含少量金屬）中提取和，得到的和在空氣中煅燒，可實現(xiàn)的再生。與此同時，為達(dá)成綠色回收和的目標(biāo)，科研人員正在研究一種新型電解回收工藝。已知：。（1）一種現(xiàn)行回收工藝的流程如下圖所示。下列說法正確的是()A.“浸取”反應(yīng)中，正極材料成分為還原劑B.“浸取”時轉(zhuǎn)化為和C.濾液2中D.再生：（2）電解回收工藝的原理如下圖所示。下列說法錯誤的是()A.太陽能電池板經(jīng)光照產(chǎn)生的電子流向a極B.浸出：C.b電極反應(yīng)：D.電解前除去中的雜質(zhì)，可提高純度8.車載雙電極鎳氫電池為近年新研發(fā)成果。放電時工作原理如圖所示，a、c電極為吸附了氫氣的稀土合金，可表示為MH；b、d電極上吸附了NiO（OH）。下列敘述正確的是()A.放電時，電子流動路徑為a→外電路→d→c→銅箔→bB.充電時，外電路每通過1mol電子，該電池正極共減輕2gC.放電時，c極上的反應(yīng)可表示為D.充電時，a、b接電源的負(fù)極，c、d接電源的正極9.碳酸二甲酯[]是一種具有發(fā)展前景的“綠色”化工產(chǎn)品，電化學(xué)合成碳酸二甲酯的工作原理如圖所示（加入兩極的物質(zhì)均是常溫常壓下的物質(zhì)）。下列說法正確的是()A.B為直流電源正極B.由石墨2極通過質(zhì)子交換膜向石墨1極移動C.石墨1極發(fā)生的電極反應(yīng)為D.當(dāng)石墨2極消耗22.4L時，質(zhì)子交換膜有4mol通過10.我國科研人員設(shè)計了一條從乳酸增值至丙氨酸的電化學(xué)轉(zhuǎn)化路徑，同時可以實現(xiàn)廢水的再利用，原理如圖所示。已知：在外電場作用下，水分子會在雙極膜的界面層解離為和。下列說法錯誤的是()A.理論上將廢水中還原到羥胺需轉(zhuǎn)移電子B.陽極發(fā)生的反應(yīng)為C.陰極發(fā)生的反應(yīng)為D.雙極膜在陽極區(qū)產(chǎn)生，陰極區(qū)產(chǎn)生11.科學(xué)家基于水/有機(jī)雙相電解質(zhì)開發(fā)了一種新型的銅鋅二次電池，雙相電解質(zhì)建立了離子選擇性界面，僅允許氯離子遷移，其放電時的工作原理如圖所示。下列說法不正確的是()A.充電時，石墨電極與電源正極相連B.充電時，石墨電極上可發(fā)生電極反應(yīng)C.放電時，氯離子向鋅電極遷移D.放電時，理論上電路中每轉(zhuǎn)移電子，鋅電極質(zhì)量增加12.“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統(tǒng)電解水制“綠氫”陽極電勢高，反應(yīng)速率緩慢的問題，科技工作者設(shè)計耦合HCHO高效制的方法，裝置如圖所示。部分反應(yīng)機(jī)理為：。下列說法錯誤的是()A.相同電量下理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的1.5倍B.陰極反應(yīng)：C.電解時通過陰離子交換膜向b極方向移動D.陽極反應(yīng)：13.回收利用工業(yè)廢氣中的和，實驗原理示意圖如下(雙極膜可將膜內(nèi)的水分離成和)。下列說法錯誤的是()A.該裝置中雙極膜左側(cè)為陰離子交換膜B.m極為電源的負(fù)極C.裝置a中反應(yīng)的離子方程式為D.裝置b中的總反應(yīng)為14.用惰性電極電解一定量的硫酸銅溶液，實驗裝置如圖①。電解過程中的實驗數(shù)據(jù)如圖②，橫坐標(biāo)表示電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，縱坐標(biāo)表示電解過程中產(chǎn)生氣體的總體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。則下列說法正確的是()A.電解過程中，b電極表面先有紅色物質(zhì)析出，后有氣泡產(chǎn)生B.a電極上發(fā)生的反應(yīng)方程式為：和C.曲線0~P段表示和混合氣體的體積變化，曲線P~Q段表示的體積變化D.從開始到Q點時收集到的混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為答案以及解析1.答案：D解析：A.電極X為陽極，a為電源的正極，A錯誤；B.未標(biāo)注溫度壓強(qiáng)，無法用22.4L/mol進(jìn)行計算，B錯誤；C.陽離子從陽極向陰極移動，向Y極移動，Y極附近增大，C錯誤；D.當(dāng)外電路中有電子轉(zhuǎn)移時，X電極氧化產(chǎn)物物質(zhì)量的量為2mol、Y電極還原產(chǎn)物的物質(zhì)量的量為1mol，X、Y電極氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)量的量比為，D正確；故選D。2.答案：A解析：A.中間的為陰極，兩側(cè)的為陽極，根據(jù)電子守恒分析，陽極失去的電子總數(shù)應(yīng)該等于陰極得到電子總數(shù)，故三電極流出或流入的電子數(shù)不相等，A錯誤；B.陰極產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生氧氣，產(chǎn)生氫氣所得電子等于產(chǎn)生氧氣失的電子，故兩極氣體物質(zhì)的量之比為2:1，B正確；C.電極為陽極，水被氧化，氧化產(chǎn)物為氧氣，C正確；D.陰極是中的氫得到電子生成氫氣，同時生成和，和鈣離子和水結(jié)合形成，選項所給陰極區(qū)總反應(yīng)離子方程式正確，D正確；故選A。3.答案：D解析：由陰極電極反應(yīng)式，消耗22g，即0.5mol參與反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子3mol，陽極生成，氧元素從-2價變?yōu)?價，生成1mol氧氣轉(zhuǎn)移電子4mol，故0.5mol參與反應(yīng)生成0.75mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為16.8L，D正確；本題選D。4.答案：D解析：A.由分析可知，b極為陽極，a極為陰極，故電解時由b極經(jīng)電源向a極方向遷移，A錯誤；B.由分析可知，陰極反應(yīng)為：，B錯誤；C.由分析可知，陽極反應(yīng)為：，C錯誤；D.由分析可知，陽極反應(yīng)式為：，陰極反應(yīng)式為：，則轉(zhuǎn)移2mol電子時，陽極生成1mol，陰極生成1mol，共生成2mol，而傳統(tǒng)電解水的反應(yīng)式：，轉(zhuǎn)移2mol電子生成1mol，所以相同電量下理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的2倍，D正確；故選D。5.答案：D解析：A.電池放電時發(fā)生的，總反應(yīng)為，放電過程中不斷消耗硫酸，不斷增大，故A正確；B.放電時，電極作正極，則充電時，電極與電源的正極相連，故B正確；C.放電時，電極作正極，則電極反應(yīng)式為，故C正確；D.充電時，總反應(yīng)為電極增重時，電解質(zhì)溶液增加離子數(shù)為4，故D錯誤；故選D。6.答案：D解析：A.由分析得，電極b作陽極，連接電源乙正極，故A正確；B.步驟Ⅰ時，中錳元素的化合價降低，作陰極，腔室2中的向陰極移動，進(jìn)入所在腔室，故B正確；C.由分析得，步驟Ⅱ時，陽極的失去電子，變?yōu)長i+和，電極反應(yīng)式為，故C正確；D.電極a為陰極，電極反應(yīng)式為：，每消耗5.6L（換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），即0.25mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為1mol，即有1mol進(jìn)入腔室1，腔室1增重：0.25mol×32g/mol+1mol×7g/mol=15g，故D錯誤；故選D。7.答案：（1）B（2）A解析：（1）A.“浸取”反應(yīng)中，正極材料成分中Co元素化合價由+3價降低為+2價，所以正極材料成分為氧化劑，故A錯誤；B.“浸取”時和稀硫酸及過氧化氫反應(yīng)，由流程圖可知，沉鈷時加NaOH溶液生成，則Co元素在“浸取”時轉(zhuǎn)化為，Li元素化合價不變，所以“浸取”時轉(zhuǎn)化為和，故B正確；C.濾液2中達(dá)到飽和，則濾液2中，故C錯誤；D.再生的過程中，在空氣中煅燒，氧氣為氧化劑，所以化學(xué)方程式為：，故D錯誤；答案選B。（2）A.根據(jù)分析可知，電極b為陰極，太陽能電池板經(jīng)光照產(chǎn)生的電子流向b極，故A錯誤；B.根據(jù)分析可知，浸出生成鈷離子，鈷元素化合價降低，氧元素化合價升高，所以離子方程式：，故B正確；C.根據(jù)分析可知，b電極為陰極，電極反應(yīng)式：，故C正確；D.根據(jù)分析可知，電解前除去中的雜質(zhì)，防止銅離子加NaOH溶液時生成，可提高純度，故D正確；答案選A。8.答案：B解析：A.放電時，電子不經(jīng)過電解液，故A錯誤；B.充電時，b、d為陽極，電極反應(yīng)式為，外電路每通過1mol電子，該電池的2個正極共減輕1mol×1g/mol×2=2g，故B正確；C.放電時，c為正極，電極反應(yīng)式為，故C錯誤；D.充電時，b、d極為陽極，連接電源的正極；a、c極為陰極，連接電源的負(fù)極，故D錯誤；故選B。9.答案：C解析：A.石墨2為陰極，陰極與電源的負(fù)極相連，則B為直流電源負(fù)極，A錯誤；B.陽離子移向陰極，則氫離子由石墨1極通過質(zhì)子交換膜向石墨2極移動，B錯誤；C.石墨1為陽極，陽極上是甲醇和一氧化碳反應(yīng)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為，C正確；D.沒有指明是標(biāo)準(zhǔn)狀況下，不能計算質(zhì)子交換膜通過的，D錯誤；故選C。10.答案：A解析：A.中N為+5價，中N為-1價，理論上將還原到羥胺需轉(zhuǎn)移6個電子，題干中未說明的物質(zhì)的量，無法計算電子的轉(zhuǎn)移數(shù)目，A錯誤；B.由分析可知，左側(cè)為陽極，發(fā)生的反應(yīng)為，B正確；C.由分析可知，左側(cè)為陰極，發(fā)生的反應(yīng)為，C正確；D.電解池中，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，故雙極膜在陽極區(qū)產(chǎn)生，陰極區(qū)產(chǎn)生，D正確；故選A。11.答案：D解析：放電時為原電池原理，鋅為負(fù)極，電極式為：，石墨為正極，電極式為：；充電時為電解池原理，鋅與電源負(fù)極相連為陰極，石墨與電源正極相連為陽極。A.根據(jù)分析，充電時，石墨電極與電源正極相連，A正確；B.充電時，石墨電極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)，B正確；C.放電時，氯離子向負(fù)極，即向鋅電極遷移，C正確；D.放電時，根據(jù)負(fù)極電極式，理論上電路中每轉(zhuǎn)移電子，鋅電極質(zhì)量增加2mol的質(zhì)量，應(yīng)為：，D錯誤；故選D。12.答案：A解析：傳統(tǒng)電解水過程中每轉(zhuǎn)移可制得，耦合HCHO高效制過程中每轉(zhuǎn)移，陰，陽極均可產(chǎn)生2mol氫氣，則相同電量下理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的2倍，A錯誤；由上述分析可知，陰極的電極反應(yīng)為，B正確；綜合圖像中的離子交換膜為陰離子交換膜及電解池中陰離子向陽極移動知，通過交換膜向b極區(qū)移動，C正確；由上述分析可知，D正確。13.答案：B解析：A.雙極膜可將膜內(nèi)的水分離成和，通過雙極膜左側(cè)向陽極移動，雙極膜左側(cè)為陰離子交換膜，A正確；B.裝置b中左側(cè)電極為陽極，連電源的正極，B錯誤；D.裝置a中，二氧化硫與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)生成亞硫酸鈉和二氧化碳：，C正確；D.由分析中電解池陰極和陽極反應(yīng)可知，裝置b中總反應(yīng)為，D正確；故選B。14.答案：D解析：A.根據(jù)分析可知，b電極為陽極，