2021届高考化学统考版二轮备考小题提升精练11电解池解析

主要考查电解池的工作原理、电解产物的判断及相关电极反应的书写、电解的规律及有关计算、电解原理的应用。1.【2020年全国卷2】电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是（）A．Ag为阳极B．Ag+由银电极向变色层迁移C．W元素的化合价升高D．总反应为：WO3+xAg=AgxWO3【答案】C【解析】从题干可知，当通电时，Ag+注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3器件呈现蓝色，说明通电时，Ag电极有Ag+生成然后经固体电解质进入电致变色层，说明Ag电极为阳极，透明导电层时阴极，故Ag电极上发生氧化反应，电致变色层发生还原反应。A．通电时，Ag电极有Ag+生成，故Ag电极为阳极，故A项正确；B．通电时电致变色层变蓝色，说明有Ag+从Ag电极经固体电解质进入电致变色层，故B项正确；C．过程中，W由WO3的+6价降低到AgxWO3中的+(6-x)价，故C项错误；D．该电解池中阳极即Ag电极上发生的电极反应为：xAg-xe−=xAg+，而另一极阴极上发生的电极反应为：WO3+xAg++xe−=AgxWO3，故发生的总反应式为：xAg+WO3=AgxWO3，故D项正确；答案选C。【点睛】电解池的试题，重点要弄清楚电解的原理，阴、阳极的判断和阴、阳极上电极反应式的书写，阳极反应式+阴极反应式=总反应式，加的过程中需使得失电子数相等。2．【2020年武汉市质量检测】新冠疫情期间某同学尝试在家自制含氯消毒剂。用两根铅笔芯（C1和C2）、电源适配器和水瓶组装如图所示的装置。接通电源观察到：C1周围产生细小小题必练11：电解池气泡，C2周围无明显现象；持续通电一段时间后，C2周围产生细小气泡。此时停止通电，拔出电极，旋紧瓶塞，振荡摇匀，制备成功。关于该实验的说法不正确的是（）A．C1电极产生气泡原因：-22-2HO+2e=H+2OHB．可以用两根铁钉代替铅笔芯完成实验C．自制消毒剂的总反应为：NaCl+H2O=====电解NaClO+H2↑D．实验过程中要注意控制电压、开窗通风、导出氢气，确保安全【答案】B【解析】电解饱和食盐水，阳极会产生氯气，阴极会产生氢气，由于H2不溶于水且不与溶液中的其他物质反应，所以会直接溢出，而氯气会与电解过程中溶液中生成的NaOH反应转变为NaClO和NaCl，所以在制备过程中几乎不会溢出，则C1极为阴极，C2极为阳极。A．由分析可知，C1极为阴极，阴极处产生了氢气，所以相关的电极反应式为：2H2O+2e−=2OH−+H2↑，故A正确；B．若用两个铁钉代替两个石墨电极，那么电解过程中阳极发生Fe的氧化，无法再产生氯气，也就无法获得含氯消毒剂，故B错误；C．由分析可知，电解过程中生成的氯气又会再与溶液中生成的NaOH反应转变为NaClO和NaCl，涉及的反应共有两步，分别为：2NaCl+2H2O=====电解2NaOH+H2↑+Cl2↑和2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O，因此自制消毒剂的总反应为：NaCl+H2O=NaClO+H2↑，故C正确；D．电压控制不得当，可能会导致副反应发生，或者反应速率很慢；由于电解过程中产生了氯气和氢气，所以要注意开窗通风，防止中毒和发生爆炸，故D正确；故选C。【点睛】以电解饱和食盐水为原理，设计的简易装置，不能忽略的一个问题是没有隔膜，所以生成的阳极产生的氯气易与阴极产生的氢氧化钠溶液发生反应。3．【2019年江苏卷】CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。（1）电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。①写出阴极CO2还原为HCOO−的电极反应式：________。②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是________。【答案】（1）CO2+H++2e−=HCOO−或CO2+HCO−3+2e−HCOO−+CO2−3阳极产生O2，pH减小，HCO−3浓度降低；K+部分迁移至阴极区【解析】（1）①根据电解原理，阴极上得到电子，化合价降低，CO2+HCO−3+2e−=HCOO−+CO2−3，或CO2+H++2e−=HCOO−；②阳极反应式为2H2O-4e−=O2↑+4H+，阳极附近pH减小，H+与HCO−3反应，同时部分K+迁移至阴极区，所以电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低。【点睛】本题的难点：电极反应式的书写，阴极反应是将CO2还原成HCOO−，先写出CO2+2e−→HCOO−，然后根据原子守恒和电荷守恒，得出CO2+H++2e−=HCOO−，或者为CO2+HCO−3+2e−=HCOO－+CO2−3。4．【2019年北京卷】氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。（1）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。①制H2时，连接_______________。产生H2的电极反应式是_______________。②改变开关连接方式，可得O2。③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：________________________。【答案】（1）K12H2O+2e−=H2↑+2OH−连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移【解析】（1）①电极生成H2时，根据电极放电规律可知H+得到电子变为氢气，因而电极须连接负极，因而制H2时，连接K1，该电池在碱性溶液中，由H2O提供H+，电极反应式为2H2O+2e−=H2↑+2OH−；③电极3上NiOOH和Ni(OH)2相互转化，其反应式为NiOOH+e−+H2ONi(OH)2+OH−，当连接K1时，Ni(OH)2失去电子变为NiOOH，当连接K2时，NiOOH得到电子变为Ni(OH)2，因而作用是连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移。【点睛】在电解池中，电极放电规律及阴极发生还原反应、阳极发生氧化反应是解题关键，氢离子放电变成氢气发生还原反应，电极连接的电源的负极。1．下列示意图与化学用语表述内容不相符的是（水合离子用相应离子符号表示）【答案】B【解析】A．NaCl为强电解质，NaCl溶于水，NaCl在水分子作用下，自发解离为Na+和Cl−，故电离方程式为NaCl=Na++Cl−，故A不符合题意；B．电解氯化铜溶液，铜离子向阴极移动，得电子，发生电极反应为：Cu2++2e−=Cu，氯离子向阳极移动，失电子，发生电极反应为：2Cl−+2e−=Cl2，所以电解总反应为：Cu2++2Cl−=====通电Cu+Cl2↑，故B符合题意；C．CH3COOH为弱电解质，溶于水部分电离，因此电离方程式为CH3COOHCH3COO−+H+，故C不符合题意；D．由图可知，反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的反应热等于断裂反应物分子中的化学键吸收的总能量（436kJ/mol+243kJ/mol=679kJ/mol），与形成生成物分子中化学键放出的总能量（431kJ/mol×2=862kJ/mol）之差，即放热183kJ/mol，放热∆H为负值，所以H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)∆H=-183kJ/mol，故D不符合题意。【点睛】本题所选四个实验（或原理）均取材于课本，可见高考题越来越回归于课本。本题综合考查化学用语，涉及强、弱电解质的电离、电解方程式的书写，化学反应热的计算，题目把化学用语与化学反应原理巧妙地结合。2．将如图所示实验装置的K闭合(已知：盐桥中装有琼脂凝胶，内含KCl)，下列判断正确的是（）A．Cu电极上发生还原反应B．电子沿Zn→a→b→Cu路径移动C．片刻后甲池中c(SO2−4)增大D．片刻后可观察到滤纸b处变红色【答案】A【解析】由图可知，该装置为原电池，活泼金属锌是原电池的负极，不活泼金属铜是正极，铜离子在正极上得到电子发生还原反应，故A正确；电子流向是从负极流到正极，但a→b这一环节是在溶液中导电，是离子导电，电子不能通过溶液，故B错误；甲池中，锌失去电子生成锌离子，溶液中锌离子浓度增大，盐桥中的氯离子移向甲池，溶液中氯离子浓度增大，但溶液中硫酸根离子浓度基本保持不变，故C错误；滤纸a处与原电池的负极相连，为电解池的阴极，溶液中水电离出的氢离子放电，破坏水的电离平衡，在a处云集大量氢氧根离子，使酚酞试液变红，b处为电解池的阳极，水电离出的氢氧根离子放电，破坏水的电离平衡，在b处云集大量氢离子，不会使酚酞试液变红，故D错误；故选A。【点睛】电解硫酸钠溶液实质是电解水，所以产生氢氧根较多的一极是a极。3．电解Na2CO3溶液可制取NaHCO3溶液和NaOH溶液，原理如下图所示。下列说法不正确．．．的是（）A．b极为阴极，产生的气体A为H2B．溶液中的Na+通过交换膜由b极室到a极室C．B可以使用稀NaOH溶液，其效果优于纯水D．a极电极反应为4CO2−3+2H2O-4e−=4HCO−3+O2↑【答案】B【解析】遇到本题考查电解池有关的性质，首先从a极产物为O2，判断a极为阳极，b极为阴极，电解池中阳离子从阴极移向阳极、阳离子从阳极移向阴极，但是本题是阳离子交换膜，仅允许阳离子通过。A．a极产生O2，a极发生氧化反应，a极为阳极，则b极为阴极，发生还原反应，反应式为2H2O+2e−=H2+2OH−，A正确；B．电解池中阳离子移向阴极，溶液中的Na+通过交换膜由a极室到b极室，B错误；C．水是弱电解质，导电性比较弱，B可以使用稀NaOH溶液，增强溶液的导电性，C正确；D．a极电极反应为2H2O-4e−=4H++O2↑、H++CO2−3=HCO−3，总的离子方程式为：4CO2−3+2H2O-4e−=4HCO−3+O2↑，D正确；答案选B。4．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na－CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是（）A．放电时，ClO−4向负极移动B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2C．放电时，正极反应为：3CO2+4e－=2CO2−3+CD．充电时，正极反应为：Na++e－=Na【答案】D【解析】原电池中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，充电可以看作是放电的逆反应，据此解答。A．放电时是原电池，阴离子ClO−4向负极移动，A正确；B．电池的总反应为3CO2+4Na2Na2CO3+C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确；C．放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2+4e−＝2CO2−3+C，C正确；D．充电时是电解，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO2−3+C-4e−＝3CO2，D错误。答案选D。【点睛】本题以我国科学家发表在化学顶级刊物上的“一种室温下可呼吸的钠、二氧化碳二次电池”为载体考查了原电池和电解池的工作原理，掌握原电池和电解池的工作原理是解答的关键，注意充电与发电关系的理解。6．下列表述不正确的是（）ABCD盐桥中的Cl−移向AgNO3溶液a极附近产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝纯铜的电极反应式为：Cu2++2e−=Cu正极反应式为：O2+2H2O+4e−=4OH−【答案】A【解析】A．该原电池锌、硫酸锌溶液为负极，原电池中阴离子移向负极，阳离子移向正极，则Cl−移向ZnSO4溶液，故A错误；B．该电解池中，a与电源正极相连是阳极，溶液中氯离子失电子生成氯气，2Cl−-2e−=Cl2↑，氯气和碘化钾反应生成碘单质，使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，故B正确；C．该电解池中，粗铜与电源正极相连是阳极，电极反应式为Cu-2e−=Cu2+、Fe-2e−=Fe2+等，纯铜作阴极，发生还原反应，电极反应式