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第18讲电解池及其应用一、单项选择题1.(2018·河南信阳期末)某兴趣小组设计如下图微型实验装置。实验时,断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生;一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流计指针偏转。下列有关描述正确的是()A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式:2H++2Cl-Cl2↑+H2↑B.断开K2,闭合K1时,石墨电极附近溶液变红C.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应式:Cl2+2e-2Cl-D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极2.(2018·山东聊城二模)NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂,工业上可采用电解法制备,工作原理如下图所示。下列叙述正确的是()A.若直流电源为铅蓄电池,则b极为PbB.阳极反应式为ClO2+e-Cl-C.交换膜左侧NaOH的物质的量不变,气体X为Cl2D.制备18.1gNaClO2,理论上有0.2molNa+由交换膜左侧向右侧迁移3.(2018·河南洛阳三模)目前正在研发的两种由电化学制取氨的装置如图1和图2所示。图1图2下列说法正确的是()A.工作时,O2-向X极移动,H+向Z极移动B.两个电解池的电解总反应式完全相同C.两个电解池生成相同量NH3时,电路中流过电子的物质的量相同D.随着反应的进行,两种电解池中电解质不断减少,需及时补充电解质4.(2018·河南名校)Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料,同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用下图装置生产Na2FeO4,下列有关说法不正确的是()A.右侧电极反应式:Fe+8OH--6e-Fe-+4H2OB.左侧为阳离子交换膜,当Cu电极生成1mol气体时,有2molNa+通过阳离子交换膜C.可以将左侧流出的氢氧化钠补充到该装置中部,以保证装置连续工作D.Na2FeO4具有强氧化性且产物为Fe3+,因此可以利用Na2FeO4除去水中的细菌、固体颗粒以及Ca2+等5.(2018·山东临沂期末)四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂,以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料,采用电渗析法合成(CH3)4NOH,其工作原理如右图所示(a、b为石墨电极,c、d、e为离子交换膜)。下列说法正确的是()A.M为正极B.c、e均为阳离子交换膜C.b极的电极反应式:2H2O-4e-O2↑+4H+D.制备1mol(CH3)4NOH,a、b两极共产生0.5mol气体6.(2018·河南4月适应性考试)工业上电解NO制备NH4NO3,其工作原理如下图所示(图中电极均为石墨电极)。下列说法错误的是()A.a极连接电源的负极B.阳极反应为NO+5e-+6H+N+H2OC.总反应式为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3D.为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是NH37.(2018·武汉4月调研)某镍冶炼车间排放的漂洗废水中含有一定浓度的Ni2+和Cl-,图甲是双膜三室电沉积法回收废水中Ni2+的示意图,图乙描述的是实验中阴极液pH与镍回收率之间的关系。下列说法不正确的是()甲乙A.交换膜b为阴离子交换膜B.阳极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+C.阴极液pH=1时,镍的回收率低主要是有较多H2生成D.浓缩室得到1L0.5mol·L-1盐酸时,阴极回收得到11.8g镍8.(2018·济南二模)为实现节能减排,氯碱工业中相关物料的传输与转化关系如下图所示(电极均为惰性电极,图中未标出)。下列说法正确的是()A.A1区域为阴极区,电解过程中,溶液pH增大B.B2区域中发生的电极反应为O2+4e-+4H+2H2OC.若两池中所用离子膜类型相同,则abD.利用整套装置最终获得的产品是氢气、氯气和烧碱9.(2018·石家庄模拟)NaBH4燃料电池具有理论电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如下图所示。下列说法不正确的是()A.离子交换膜应为阳离子交换膜,Na+由左极室向右极室迁移B.该燃料电池的负极反应式为B-+8OH--8e-B-+6H2OC.电解池中的电解质溶液可以选择CuSO4溶液D.每消耗2.24LO2(标准状况)时,A电极的质量减轻12.8g10.(2018·河南洛阳期末)下图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前,被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3,放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是()A.放电时,负极反应为3NaBr-2e-NaBr3+2Na+B.充电时,阳极反应为2Na2S2-2e-Na2S4+2Na+C.放电时,Na+经过离子交换膜,由b池移向a池D.用该电池电解饱和食盐水,产生2.24LH2时,b池生成17.40gNa2S411.(2018·广东佛山质检)锂空气充电电池有望成为电动汽车的实用储能设备。工作原理示意图如下图,下列叙述正确的是()A.该电池工作时Li+向负极移动B.Li2SO4溶液可作该电池电解质溶液C.电池充电时间越长,电池中Li2O含量越多D.电池工作时,正极可发生:2Li++O2+2e-Li2O212.(2018·广东茂名五校联盟3月)摩拜单车利用车篮处的太阳能电池板向智能锁中的锂离子电池充电,电池反应原理为LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC6,结构如下图所示。下列说法正确的是()A.放电时,正极质量增加B.充电时,锂离子由右向左移动C.该锂离子电池工作时,涉及的能量形式有3种D.充电时,阳极的电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO213.(2018·广东韶关二模)某手机电池采用了石墨烯电池,可充电5min,通话2h。一种石墨烯锂硫电池(2Li+S8Li2S8)工作原理示意图如下图。下列有关该电池的说法不正确的是()A.金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料B.充电时A电极为阴极,发生还原反应C.充电时B电极的反应:Li2S8-2e-2Li++S8D.使用手机时电子从A电极经过电路板流向B电极,再经过电解质流回A电极14.(2018·广东清远期末)已知LiAl/FeS电池是一种新型的车载可充电电池,该电池采用Li+交换膜。对该电池充电时,阳极的电极反应式为Li2S+Fe-2e-2Li++FeS。下列有关该电池的说法正确的是()A.化合物LiAl具有强还原性,作负极材料B.放电时,电子从LiAl极经过Li+交换膜流向FeS极C.放电时发生的总反应式为2Li+FeSLi2S+FeD.为了延长电池的使用寿命,可以隔一段时间添加含电解质的水溶液15.(2018·山东烟台期末)次磷酸(H3PO2)为一元中强酸,具有较强的还原性,可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列叙述不正确的是()A.阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+B.产品室中发生反应H++H2P-H3PO2,该法还可得副产品NaOHC.原料室中H2P-向左移动,Na+向右移动,该室pH升高D.阳膜1的主要作用是防止H2P-进入阳极室被氧化并允许H+通过二、非选择题16.(1)(2018·广东肇庆二模)利用下图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2。阳极的电极反应式为。在碱性条件下,用阴极排出的溶液吸收NO2,使其转化为无害气体N2,同时有S-生成,该反应的离子方程式为。(2)(2017·唐山二模)用电解法处理Na2S溶液是处理硫化氢废气的一个重要环节。实验装置如下图。已知阳极反应为xS2--2(x-1)e--,则阴极的电极反应式是,当反应转移nmole-时,产生标准状况下的气体体积为。17.(2018·山东烟台期末)铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。(1)在上图装置中,观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体;而装置乙铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是。(2)工业上使用下图装置,采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液,使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为。(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)常见的处理方法是电解法和铁氧磁体法。①电解法:将含Cr2-的废水通入电解槽内,用铁作阳极,在酸性环境中,加入适量的NaCl进行电解,使阳极生成的Fe2+和Cr2-发生反应,其离子方程式为。阴极上Cr2-、H+、Fe3+都可能放电。若Cr2-放电,则阴极的电极反应式为;若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,已知常温下Cr3+Cr(OH)3Cr-,则阴极区溶液pH的范围为。②铁氧磁体法:在含Cr(Ⅵ)的废水中加入绿矾,在pH4时发生反应使Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ),调节溶液pH为68,使溶液中的Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)析出组成相当于Fe(Ⅱ)[Fe(Ⅲ)x·Cr(Ⅲ)2-x]O4(铁氧磁体)的沉淀,则铁氧磁体中x=;若废水中Cr(Ⅵ)以CrO3计,用该法除去废水中的Cr(Ⅵ),加入的FeSO4·7H2O与CrO3的质量比为。第18讲电解池及其应用1.D解析断开K2、闭合K1时,装置为电解池,两极均有气泡产生,则总反应为2Cl-+2H2OH2↑+2OH-+Cl2↑,石墨为阳极,铜为阴极,在铜电极处产生H2和OH-,溶液变红,A、B错误;断开K1、闭合K2时,装置为原电池,铜电极上的电极反应为H2-2e-+2OH-2H2O,其为负极,而石墨上的电极反应为Cl2+2e-2Cl-,其为正极,C错误,D正确。2.C解析如图所示,左侧通入ClO2生成NaClO2,电极反应式为ClO2+e-Cl-,左侧的Pt为阴极,则a为直流电源负极,铅蓄电池中Pb作负极,所以a极为Pb,A错误;右侧的Pt为阳极,阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,B错误;左侧电极反应式为ClO2+e-Cl-,NaOH的物质的量不变,由B可知气体X为Cl2,C正确;18.1gNaClO2的物质的量为0.2mol,由ClO2+e-Cl-可知,生成0.2molNaClO2转移0.2mol电子,为平衡电荷,溶液中理论上有0.2molNa+由交换膜右侧向左侧迁移,D错误。3.C解析图1在电极W上氮气被还原成氨气,电极W是阴极,所以O2-向X极移动,图2在电极Y上氮气被还原成氨气,电极Y是阴极,所以H+向Y极移动,故A错误;图1电解池的总反应式是2N2+6H2O4NH3+3O2,图2电解池的总反应式是N2+3H22NH3,故B错误;根据电解总反应式,两个电解池生成2molNH3时,电路中流过电子的物质的量都是6mol,故C正确;根据电解总反应式,随着反应的进行,两种电解池中电解质不变,不需补充电解质,故D错误。4.D解析根据图示,Cu电极为阴极,Fe电极为阳极。右侧电极上Fe失去电子发生氧化反应生成Fe-,电极反应式为Fe-6e-+8OH-Fe-+4H2O,A项正确;左侧为阴极室,H+在Cu电极上放电,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,当Cu电极上生成1mol气体时同时产生2molOH-,此时有2molNa+通过阳离子交换膜进入阴极室平衡电荷,B项正确;根据B项分析,阴极室生成NaOH,左侧流出的NaOH溶液的浓度大于左侧加入的NaOH溶液的浓度,即b%a%,则可将左侧流出的NaOH补充到该装置中部,以保证装置连续工作,C项正确;Na2FeO4具有强氧化性,可利用Na2FeO4除去水中的细菌,Na2FeO4的还原产物为Fe3+,Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体可吸附固体颗粒,但用Na2FeO4不能除去水中的Ca2+,D项错误。5.B解析根据氯离子的移动方向可知,a为阴极,b为阳极,所以M为负极,A错误;由图可知,(CH3)4N+通过c移向a极,生成(CH3)4NOH,Na+通过e,生成NaCl,故c、e均为阳离子交换膜,B正确;阳极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,C错误;a电极为氢离子放电生成氢气,b电极为氢氧根放电生成氧气,制备1mol(CH3)4NOH转移1mol电子,根