2018届高考化学大一轮复习检测第十一单元电解原理及其应用(带答案)

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2018届高考化学大一轮复习检测第十一单元电解原理及其应用(带答案)

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文 章来
源莲山 课
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k J.Com 第十一单元 电解原理及其应用
   测试时间:90分钟    满分:100分
第Ⅰ卷(选择题,共50分)
一、选择题(本大题共20小题,每小题2.5分,共50分。每小题只有一个选项符合要求)
1.[2016•南昌调研]如图所示甲、乙两个装置,所盛溶液体积和浓度均相同且足量,当两装置电路中通过的电子都是1 mol时,下列说法不正确的是(  )
 
A.溶液的质量变化:甲减小乙增大
B.溶液pH变化:甲减小乙增大
C.相同条件下产生气体的体积:V甲=V乙
D.电极反应式:甲中阴极为Cu2++2e-===Cu,乙中负极为Mg-2e-===Mg2+
答案 C
解析 A项,甲中总反应为2CuSO4+2H2O=====电解2Cu+2H2SO4+O2↑,乙中总反应为Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,故甲溶液质量减小,乙溶液质量增大,故A正确;B项,甲中生成H2SO4,pH减小,乙中消耗HCl,pH增大,故B正确;C项,当两装置电路中通过的电子都是1 mol时,甲中产生0.25 mol O2,乙中产生0.5 mol H2,故相同条件下,甲乙中产生气体的体积比为1∶2,故C错误;D项,甲中阴极为Cu2+放电,电极反应为Cu2++2e-===Cu,乙中负极为Mg放电,电极反应为Mg-2e-===Mg2-,故D正确。
2.[2016•河北联考]为了探究M的性质,设计如图装置。断开K,其他条件相同,观察M表面产生气泡的速率比铁的快。下列说法正确的是(  )
 
A.M可能是铜、镁、铝、银等
B.可用K3[Fe(CN)6]溶液验证铁是否被腐蚀
C.接通K,开始发生吸氧腐蚀,最后发生析氢腐蚀
D.接通K,保护铁的方法叫外加电流的阴极保护法
答案 B
解析 依题意,M比铁活泼,M可能是镁、铝、锌等,不可能是铜、银,A项错误;K3[Fe(CN)6]溶液可用来检验亚铁离子,确定铁是否被腐蚀,B项正确;开始电解质溶液呈酸性,应发生析氢腐蚀,随着酸性减弱,可能发生吸氧腐蚀,C项错误;利用原电池原理保护金属的方法叫牺牲阳极的阴极保护法,D项错误。
3.[2016•武汉调研]如下图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是(  )
 
A.反应一段时间后,乙装置中生成的氢氧化钠在铁极区
B.乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
C.通入氧气的一极为正极,发生的电极反应为O2-4e-+2H2O===4OH-
D.反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变
答案 A
解析 甲池左侧Pt极为正极,右侧Pt极为负极,所以乙池Fe是阴极,所以水电离的H+得电子生成H2,破坏了水的电离平衡,所以在铁极区生成NaOH,故A正确,B错误;通O2的一极为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,所以C错误;丙装置粗铜作阳极,有Zn、Fe、Ni等杂质比Cu活泼优先失电子,而阴极精铜始终是Cu2+得电子生成Cu,所以CuSO4浓度减小,所以D错误。
4.[2016•贵阳监测]高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型高效的水处理剂。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液可制备高铁酸钠,电解装置如图所示。下列说法正确的是(  )
 
A.Ni作阳极,Fe作阴极
B.电解过程中电子的流向:电源负极→Ni→NaOH溶液→Fe→电源正极
C.阳极反应式为:Fe-6e-+4H2O===FeO2-4+8H+
D.当电路中有0.6 mol电子通过时,阴极区会有6.72 L气体(标准状况)生成
答案 D
解析 A项,由题意可知,电解过程中,Fe→Na2FeO4,Fe被氧化,故Fe作阳极,Ni作阴极,A项错误;B项,在NaOH溶液中没有电子通过,B项错误;C项,由于电解质溶液为NaOH溶液,反应过程中不会有H+生成,阳极反应式为Fe-6e-+8OH-===FeO2-4+4H2O,C项错误;D项,阴极电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,当电路中有0.6 mol电子通过时,生成0.3 mol H2,其在标准状况下的体积=0.3 mol×22.4 L•mol-1=6.72 L,D项正确。
5.[2016•咸阳一模]装置(Ⅰ)为铁镍(Fe-Ni)可充电的碱性电池:Fe+NiO2+2H2O放电充电Fe(OH)2+Ni(OH)2;装置(Ⅱ)为电解示意图。当闭合开关K时,电极Y附近溶液先变红。X、Y电极为惰性电极。下列说法正确的是(  )
 
A.闭合K时,电极X上有无色无味的气体产生
B.闭合K时,电极X的反应式为2Cl--2e-===Cl2↑
C.闭合K时,电子从电极A流向电极X
D.闭合K时,A电极反应式为NiO2+2e-+2H+===Ni(OH)2
答案 B
解析 据题意:Y是阴极,所以B是负极,A是正极,闭合K时,X上生成Cl2有颜色,所以A错误;闭合K时,电子从X流向A,所以C错误;A电极NiO2+2e-+2H2O===Ni(OH)2+2OH-,所以D错误。
6.[2016•太原高三调研]一定条件下,利用如图所示装置可实现有机物苯(C6H6)到环己烷(C6H12)的转化。下列叙述错误的是(  )
 
A.导线中电子移动方向为D→A
B.生成目标产物的电极反应式为C6H6+6H++6e-===C6H12
C.装置图右侧导出的气体是氧气
D.上述过程中电能转化为化学能
答案 A
解析 根据题图可知,左侧发生苯转化为环己烷的反应,电极反应式为C6H6+6H++6e-===C6H12,B项正确;左侧电极D上发生还原反应,电极D为阴极,则A为电源负极,导线中电子移动方向为电源负极A→电解池阴极D,A项错误;右侧电极E上发生氧化反应:2H2O-4e-===O2↑+4H+,导出的气体为氧气,C项正确;题中装置为电解池,电能转化为化学能,D项正确。
7.[2016•大连期末]如图实验装置中,实验时,先断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生;一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流表指针偏转,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为2H++2Cl-=====通电 Cl2↑+H2↑
B.断开K2,闭合K1时,电子沿“b→Cu→电解质溶液→石墨→a”的路径流动
C.断开K2,闭合K1时,铜电极附近溶液变红
D.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应为Cl2+2e-===2Cl-
答案 C
解析 断开K2,闭合K1时,是电解池装置,两极均有气泡产生,石墨做阳极,溶液中氯离子失电子发生氧化反应,铜做阴极,氢离子得到电子发生还原反应,反应的离子方程式为2H2O+2Cl-=====通电Cl2↑+H2↑+2OH-,依据水的电离平衡,铜电极附近氢氧根离子浓度增大酚酞变红,电子沿“石墨→a→内电路→b→Cu”的路径流动,故A、B错误,C正确;D项,断开K1,闭合K2时,发现电流表指针偏转,证明是原电池反应,形成氢氯燃料电池,电解过程在铜电极产生氢气,石墨电极产生氯气,因此铜电极上氢气失电子,碱性条件下生成水,故D错误。
8.[2016•资阳一诊]K2S2O8(过硫酸钾)是强氧化剂,在水溶液中能将Mn2+、Cr3+氧化成MnO-4、Cr2O2-7。某学习小组拟设计如图装置制备K2S2O8。下列说法正确的是(  )
 
A.铜极发生氧化反应
B.阳极反应式为2SO2-4-2e-===S2O2-8
C.电解时,H+从交换膜左侧向右侧迁移
D.若产生22.4 L 氢气,则转移电子为2 mol
答案 B
解析 由题图知,与电源负极相连的为阴极,铜极为阴极,发生还原反应,A项错误;石墨极为阳极,发生氧化反应,B项正确;氢离子由质子交换膜右侧(阳极)向左侧(阴极)迁移,C项错误;没有指明标准状况,不能根据产生的氢气体积计算转移电子的物质的量,D项错误。
9.[2016•南昌调研]某科研小组模拟“人工树叶”设计的电化学装置如图所示,该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2(X、Y是特殊催化剂型电极)。已知装置的电流效率等于生成产品所需的电子数与电路中通过的总电子数之比。
 
下列说法不正确的是(  )
A.该装置中Y电极发生氧化反应
B.X电极上发生的反应为6CO2+24e-+24H+===C6H12O6+6H2O
C.理论上,每生成22.4 L O2必有4 mol H+由Y极区向X极区迁移
D.若电路中通过3 mol电子时生成18 g C6H12O6,则该装置的电流效率为80%
答案 C
解析 根据装置图知,Y电极与电源正极相连,Y电极为阳极,在该装置工作时发生氧化反应,A项不符合题意;X电极为阴极,发生还原反应,由电荷守恒可直接写出阴极的电极反应式6CO2+24e-+24H+===C6H12O6+6H2O,B项不符合题意;没有指明温度、压强,不能根据生成O2的体积计算迁移的H+的物质的量,C项符合题意;n(C6H12O6)=0.1 mol,生成0.1 mol葡萄糖转移2.4 mol电子,故该装置的电流效率为2.4 mol3.0 mol×100%=80%,D项不符合题意。
10.[2016•河南八校联考]利用电解原理净化含有机物的废水,其原理是:在电解条件下将较低价态的金属离子(Co2+)氧化成较高价态的金属离子(Co3+),利用较高价态的金属离子将废水中的有机物氧化成CO2。装置如图所示。
 
下列说法正确的是(  )
A.锌极为负极,发生氧化反应
B.石墨极上发生的电极反应式为Co2+-e-===Co3+
C.电解过程中,阴极附近溶液pH减小
D.氧化1 mol HCHO时电路中至少转移3 mol电子
答案 B
解析 根据图示知,锌为阴极、石墨为阳极,阴极发生还原反应,A项错误;石墨极发生氧化反应,电极反应式为Co2+-e-===Co3+,B项正确;锌极的电极反应式为2H++2e-===H2↑,阴极附近的电解质溶液pH增大,C项错误;4Co3++HCHO+H2O===CO2↑+4H++4Co2+,氧化1 mol HCHO时至少要转移4 mol电子,D项错误。
11.[2016•浙江五校联考]电镀废水中常含有剧毒的Cr2O2-7。该废水处理的一种方法是利用还原剂把Cr2O2-7还原成毒性较低的Cr3+,再加碱生成沉淀;另一种方法是向废水中加入适量的NaCl,用Fe作电极进行电解。下列说法错误的是(  )
A.电解时,阳极反应式为Fe-2e-===Fe2+
B.电解过程中阴极能产生氢气
C.电解过程中,Cr2O2-7被还原的离子方程式为Cr2O2-7+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
D.电解过程中,阳极附近生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀
答案 D
解析 电解法处理含铬废水的原理:用Fe作电极进行电解,Fe被氧化生成Fe2+,Fe2+作还原剂把Cr2O2-7还原成毒性较低的Cr3+。电解过程中,H+在阴极放电生成H2,使阴极附近溶液中的c(H+)<c(OH-),溶液显碱性,反应生成的阳离子Fe3+、Cr3+迁移到阴极附近后与OH-结合转化成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀而除去。
12.[2016•杭州第一次质检]如图所示,装置Ⅰ为新型电池,放电时电极B的电极反应式为NaBr3+2Na++2e-===3NaBr,装置Ⅱ为铅蓄电池。首先闭合K1和K2,当铅蓄电池充电结束后,断开K1,闭合K2。下列说法正确的是(  )
 
A.装置Ⅰ放电时的电池反应式为2Na2S2+NaBr3===Na2S4+3NaBr
B.闭合K1、K2时,每有0.1 mol Na+通过离子交换膜,b电极上产生10.35 g Pb
C.断开K1、闭合K2时,b电极的电极方程式为PbO2+2e-+SO2-4+4H+===PbSO4+2H2O
D.断开K1、闭合K2时,装置Ⅱ中硫酸根向a电极迁移
答案 A
解析 闭合K1、K2时,装置Ⅱ和M是并联,当0.1 mol Na+通过交换膜时,实际在b电极的电子比0.1 mol要少,所以产生Pb小于10.35 g,所以B错误;断开K1,闭合K2时,Ⅱ是原电池,b电极为Pb-2e-+SO2-4===PbSO4,所以C错误;断开K1,闭合K2时,装置Ⅱ中SO2-4向b极迁移,所以D错误。
13.[2016•长春质检]用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH+4,模拟装置如图所示。下列说法正确的是(  )
 
A.阳极室溶液由无色变成棕黄色
B.阴极的电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.电解一段时间后,阴极室溶液的pH升高
D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
答案 C
解析 阳极Fe-2e-===Fe2+,所以由无色变为浅绿色,A错误;阴极2H++2e-===H2↑,所以B错误;电解一段时间后阴极室溶液中的溶质是(NH4)3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4,所以D错误。
14.[2016•衡阳八中月考]某兴趣小组做了“以铜为电极电解饱和食盐水”实验探究电解原理,装置如图所示。
 
实验现象:接通电源30 s内,阳极附近出现白色浑浊,之后变成橙黄色浑浊,此时测定溶液的pH约为10。一段时间后,试管底部聚集大量红色沉淀,溶液仍为无色。
查阅资料(已知:相同温度下CuCl的溶解度大于CuOH):
 
下列说法错误的是(  )
A.电解过程中氯离子向阳极移动
B.电解开始时阳极Cu放电生成Cu2+
C.阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.随溶液pH升高CuCl逐渐转化为CuOH
答案 B
解析 据题意,阳极附近出现白色浑浊是CuCl,所以阳极Cu放电生成Cu+,B错误。
15.[2016•广州测试]电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(  )
A.电解时以硫酸铜溶液做电解液,精铜做阳极
B.粗铜与电源负极相连,发生氧化反应
C.阴极上发生的反应是Cu2++2e-===Cu
D.电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
答案 C
解析 在铜的电解精炼过程中,粗铜做阳极,精铜做阴极,以硫酸铜溶液做电解质溶液,A错、B错;在电解过程中,阴极上只有Cu2+放电析出Cu,C对;在电解过程中,比铜活泼的Fe、Zn会溶解,进入电解质溶液,没有铜活泼的Ag形成阳极泥。
16.[2016•杭州质检]以石墨电极电解200 mL CuSO4溶液,电解过程中转移电子的物质的量n(e-)与产生气体总体积V(g)(标准状况)的关系如图所示。下列说法中正确的是(  )
 
A.电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2 mol•L-1
B.忽略溶液体积变化,电解后所得溶液中c(H+)=2 mol•L-1
C.当n(e-)=0.6 mol时,V(H2)∶V(O2)=3∶2
D.向电解后的溶液中加入16 g CuO,则溶液可恢复到电解前的浓度
答案 B
解析 电解CuSO4溶液时,阳极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,阴极反应式为Cu2++2e-===Cu,若阴极上没有氢离子放电,则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线,而题图中是折线,说明阴极上还发生反应:2H++2e-===H2↑。当转移0.4 mol电子时,Cu2+恰好完全析出,n(Cu2+)=0.4 mol2=0.2 mol,根据Cu原子守恒得,c(CuSO4)=c(Cu2+)=0.2 mol0.2 L=1 mol•L-1,A项错误;当转移0.4 mol电子时,生成n(H2SO4)=0.2 mol,随后相当于电解水,因为忽略溶液体积变化,所以电解后所得溶液中c(H+)=0.2 mol×20.2 L=2 mol•L-1,B项正确;当n(e-)=0.6 mol时,发生反应:2CuSO4+2H2O=====通电2Cu+O2↑+2H2SO4、2H2O=====通电2H2↑+O2↑,n(H2)=0.1 mol,n(O2)=0.1 mol+0.05 mol=0.15 mol,所以V(H2)∶V(O2)=0.1 mol∶0.15 mol=2∶3,C项错误;因电解后从溶液中析出Cu、O2、H2O,所以只加入CuO不能使溶液恢复到电解前的浓度,D项错误。
17.[2016•济南调研]某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,它们的物质的量之比为3∶1。滴入几滴石蕊溶液后,用石墨做电极电解该混合溶液,根据电极产物,电解过程可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是 (  )
A.阴极自始至终只产生H2
B.电解过程中,溶液颜色呈现红色→紫色→蓝色的变化
C.电解过程中,Na+和SO2-4的物质的量浓度保持不变
D.第一阶段中阴、阳两极产生的气体混合引燃后,恰好完全反应得到HCl
答案 C
解析 阴极一直是氢离子放电生成氢气;电解过程中溶液中的氢离子逐渐减少,溶液由酸性变为中性,最终变为碱性;电解的最后阶段实质是电解水,因此钠离子、硫酸根离子的浓度均变大;第一个阶段氯化钠电离出的氯离子在阳极被氧化为氯气,硫酸电离出的氢离子在阴极被还原为氢气,根据电子守恒可知,生成的氢气和氯气物质的量相等,故氯气和氢气引燃恰好完全反应生成氯化氢。
18.[2016•全国卷Ⅰ]三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO2-4可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
 
下列叙述正确的是(  )
A.通电后中间隔室的SO2-4离子向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O-4e-===O2+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成
答案 B
解析 该装置为电解池,H2O在正(阳)极区放电,生成O2和H+,中间隔室中的阴离子SO2-4通过cd膜移向正(阳)极,故正(阳)极区得到H2SO4,当电路中通过1 mol电子时生成0.25 mol O2,正(阳)极区溶液pH减小,H2O在负(阴)极区放电,生成OH-和H2,负(阴)极区溶液pH增大,A、C、D项错误;H2O在负(阴)极区放电生成H2和OH-,中间隔室中的阳离子Na+通过ab膜移向负(阴)极,故负(阴)极区可得到NaOH,而正(阳)极区可得到H2SO4,故B项正确。
19.[2016•湖北部分重点联考]用氟硼酸(HBF4,属于强酸)代替硫酸作铅蓄电池的电解质溶液,可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良,反应方程式为Pb+PbO2+4HBF4放电充电2Pb(BF4)2+2H2O;Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质,下列说法正确的是(  )
A.放电时的负极反应为PbO2+4H++2e-===Pb2++2H2O
B.充电时,当阳极质量增加23.9 g时,溶液中有0.2 mol电子通过
C.放电时,正极区pH增大
D.充电时,Pb电极与电源的正极相连
答案 C
解析 放电时,负极:Pb-2e-===Pb2+,正极:PbO2+2e-+4H+===Pb2++2H2O,所以A错误;充电时,负接负,正接正,所以D错误;阳极:Pb2++2H2O-2e-===4H++PbO2,电子不能在溶液中通过,所以B错误。
20.[2016•云南第一次检测][Fe(CN)6]3-可将气态废弃物中的硫化氢转化为可利用的硫,自身被还原为[Fe(CN)6]4-。工业上常采用如图所示的电解装置,通电电解,然后通入H2S加以处理。下列说法不正确的是(  )
 
A.电解时阳极反应式:[Fe(CN)6]4--e-===[Fe(CN)6]3-
B.电解时阴极反应式:2HCO-3+2e-===H2↑+2CO2-3
C.当电解过程中有22.4 L标准状况下的H2生成时,溶液中有32 g S析出(溶解忽略不计)
D.整个过程中需要不断补充K4[Fe(CN)6]与KHCO3
答案 D
解析 阳极发生失电子的氧化反应:[Fe(CN)6]4--e-===[Fe(CN)6]3-,A正确;阴极发生得电子的还原反应:2HCO-3+2e-===2CO2-3+H2↑,B正确;涉及硫化氢转化为硫的总反应:2[Fe(CN)6]3-+2CO2-3+H2S===2[Fe(CN)6]4-+2HCO-3+S↓,根据H2~S知生成22.4 L标准状况下的H2时,溶液中有32 g S析出,C正确;从方程式可知K4[Fe(CN)6]与KHCO3并没有损耗,理论上是不需要补充的,D错误。
第Ⅱ卷(非选择题,共50分)
二、非选择题(本大题共4小题,共50分)
21.[2016•河北调研](15分)氯碱工业是最基本的化学工业之一,离子膜电解法为目前普遍使用的生产方法,其生产流程如图1所示:
 
(1)该流程中可以循环的物质是_________________________ _______________________________________________。
(2)电解法制碱的主要原料是饱和食盐水,由于粗盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO2-4等无机杂质,所以在进入电解槽前需要进行两次精制,写出一次精制中发生的离子方程式______________________________、______________________________,若食盐水不经过二次精制,仍会有少量的Ca2+、Mg2+直接进入离子膜电解槽,这样产生的后果是________________________________________________________________________。
(3)图2是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图(阳极用金属钛网制成,阴极由碳钢网制成),则B处产生的气体是________,E电极的名称是________极,电解总反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
 
(4)从阳极槽出来的淡盐水中,往往含有少量的溶解氯,需要加入8%~9%的亚硫酸钠溶液将其彻底除去,该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(5)已知在电解槽中,每小时通过1安培的直流电理论上可以产生1.492 g的烧碱,某工厂用300个电解槽串联生产8小时,制得32%的烧碱溶液(密度为1.342吨/m3)113 m3,电解槽的电流强度为1.45×104 A,该电解槽的电解效率为________。
答案 (1)氯化钠(1分)、氢氧化钠(1分)
(2)Ca2++CO2-3===CaCO3↓(1分) Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓(1分) 少量Ca2+、Mg2+在碱性条件下会生成沉淀,损害离子交换膜(2分)
(3)H2(1分) 阳(1分) 2Cl-+2H2O=====通电Cl2↑+H2↑+2OH-(2分)
 (4)Na2SO3+Cl2+H2O===Na2SO4+2HCl(2分)
(5)93.46%(3分)
解析 (1)氯碱工业的电解原理是2Cl-+2H2O=====通电Cl2↑+H2↑+2OH-。从题中图1可以看出未被电解的NaCl和产物NaOH可以循环使用。
(2)粗盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO2-4等无机杂质,一次精制时加入纯碱和烧碱,其中CO2-3使Ca2+沉淀,OH-使Mg2+沉淀,发生反应的离子方程式为Ca2++CO2-3===CaCO3↓、Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓。用试剂处理后的食盐水中还含有少量Ca2+、Mg2+,若食盐水不经过二次精制就直接进入离子膜电解槽,则碱性条件下会生成沉淀,损害离子交换膜。
(3)由题中图2知,Na+由左侧通过离子交换膜进入右侧,说明F电极上H+放电,F极是阴极,B处产生的气体是H2;E电极是阳极。电解总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O=====通电Cl2↑+H2↑+2OH-。
(4)溶解的氯与亚硫酸钠溶液反应,Cl2转化为Cl-,亚硫酸钠转化为硫酸钠,注意水参与了反应,化学方程式为Na2SO3+Cl2+H2O===Na2SO4+2HCl。
(5)该电解槽的电解效率为113×1.342×106×32%1.492×1.45×104×300×8×100%=93.46%。
22.[2016•长沙一中月考](10分)铝­空气电池具有高效、廉价、续航能力强等特点,其原理如图所示。
 
(1)电池负极的电极反应式为 ___________________________ _______________________________________________________________。
(2)若电池工作过程中转移了1.5 mol电子,则理论上消耗的氧气在标准状况下的体积为________。
(3)以铝­空气电池为电源电解KI溶液制取KIO3(石墨为电极材料)时,电解过程中阳极的电极反应式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)某铝­空气电池的效率为60%,25 ℃时若用其作电源电解500 mL饱和NaCl溶液,电解结束后,所得溶液(假设溶液电解前后体积不变)的pH=13,则该过程中消耗铝的质量为________。
答案 (1)Al-3e-+4OH-===AlO-2+2H2O(2分)
(2)8.4 L(2分)
(3)I-+3H2O-6e-===IO-3+6H+(3分)
(4)0.75 g(3分)
解析 (1)根据题图,铝作负极,Al失去电子生成Al3+,Al3+再与OH-反应生成AlO-2和H2O,故负极的电极反应式为Al-3e-+4OH-===AlO-2+2H2O。
(2)O2在电池正极获得电子生成OH-,根据1 mol O2~4 mol e-,电池工作过程中转移1.5 mol电子,则消耗0.375 mol O2,在标准状况下的体积=0.375 mol×22.4 L•mol-1=8.4 L。
(3)电解KI溶液制取KIO3(石墨为电极材料)时,根据阳极发生氧化反应,知阳极的电极反应式为I-+3H2O-6e-===IO-3+6H+。
(4)电解饱和NaCl溶液:2NaCl+2H2O=====通电2NaOH+Cl2↑+H2↑,电解结束后溶液pH=13,则c(OH-)=0.1 mol•L-1,n(OH-)=0.5 L×0.1 mol•L-1=0.05 mol,转移电子的物质的量为0.05 mol,1 mol Al失去3 mol电子,所以理论上消耗Al的质量=0.05 mol3×27 g•mol-1=0.45 g,该电池的效率为60%,故实际消耗Al的质量=0.45 g60%=0.75 g。
23.[2016•武汉质检](13分)FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,所以工业上常选用电浮选凝聚法处理污水。其原理是保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3沉淀。某课外兴趣小组用电浮选凝聚法处理污水,设计如图所示装置示意图。
 
(1)氯化铁能用作水处理剂的原因是________________________________________________________(用离子方程式及必要的文字说明)。
(2)实验时若污水中离子浓度较小,导电能力较差,产生气泡速率缓慢,无法使悬浮物形成浮渣。此时,应向污水中加入适量的________。
A.BaSO4   B.CH3CH2OH
C.Na2SO4   D.NaOH
(3)电解池阳极发生了两个电极反应,其中一个反应生成一种无色气体,则阳极的电极反应式分别是:
Ⅰ.________________________________________________________________________,
Ⅱ.________________________________________________________________________。
(4)电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是______________________________________________________ ________________________________。
(5)该燃料电池以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料为电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参与循环(见图)。A物质的化学式是________。
答案 (除标明外,每空2分)
(1)Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+,Fe(OH)3胶体能吸附并沉降水中悬浮的物质(3分)
(2)C
(3)Fe-2e-===Fe2+ 4OH--4e-===2H2O+O2↑
(4)4Fe2++10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H+
(5)CO2
解析 (1)氯化铁中的Fe3+水解形成氢氧化铁胶体:Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+,氢氧化铁胶体具有吸附性,能使水中的悬浮物沉降下来。
(2)硫酸钡难溶于水;乙醇虽然溶于水,但乙醇为非电解质;硫酸钠为强电解质,导电能力强;NaOH能与Fe3+反应生成沉淀,故选C。
(3)铁作阳极,阳极发生氧化反应,其中一个反应为Fe-2e-===Fe2+,另一个反应生成一种无色气体,则为4OH--4e-===2H2O+O2↑。
(4)反应物为Fe2+、O2、H2O,生成物之一为Fe(OH)3,根据得失电子守恒、原子守恒可知发生的反应为4Fe2++10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H+。
(5)燃料电池的正极上氧气得电子,先发生反应O2+2H2O+4e-===4OH-,要使电池长时间运行,需使电池的电解质保持稳定,该燃料电池以熔融碳酸盐为电解质,欲使OH-转变为CO2-3,需通入CO2,所以物质A为CO2。
24.[2016•海淀统考](12分)电化学原理具有极为广泛的应用,请回答下列问题:
 
(1)电镀是防止金属腐蚀的重要方法,铁制品表面上镀铜的装置示意图如图所示:
①A电极对应的金属是________(写元素名称)。
②电镀前铁、铜两片金属质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,二者质量差为a g,则电镀时电路中通过的电子为________mol。
(2)工业上常用电解熔融氯化镁获得金属镁,若电解槽中有水分,则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应,使阴极表面产生MgO钝化膜,降低电解效率,写出生成MgO的化学方程式________________________________________________________________________。
(3)“镁­次氯酸盐”燃料电池的装置如图所示:
 
①该电池的正极反应式为________________________ ______________________________________________________________________。
②若用该电池为电源,用惰性电极电解CuSO4溶液,电解一段时间后,向电解液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3,恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH。电解过程产生的气体体积(在标准状况下)为________。
答案 (1)①铜(2分) ②a64(3分)
(2)2MgOHCl+Mg===2MgO+MgCl2+H2↑(2分)
(3)①ClO-+2e-+H2O===Cl-+2OH-(2分)
②5.6 L(3分)
解析 (1)①铁制品表面镀铜,则Fe作阴极,Cu作阳极,A电极与电源正极相连,为阳极,所以A电极为铜,B电极上Cu2+得电子生成Cu:Cu2++2e-===Cu。②二者质量差为a g,说明有a2 g Cu被氧化,转移电子的物质的量=a2 g64 g•mol-1×2=a64 mol。
(2)若电解时电解槽中有水分,则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应,生成MgO、MgCl2和H2,化学方程式为2MgOHCl+Mg===2MgO+MgCl2+H2↑。
(3)①从题图看出,“镁­次氯酸盐”燃料电池中,正极上ClO-得电子,与H2O结合生成Cl-和OH-,正极的电极反应式为ClO-+2e-+H2O===Cl-+2OH-。②电解过程中涉及的反应有:a.2CuSO4+2H2O=====通电2Cu+O2↑+2H2SO4,b.2H2O=====通电2H2↑+O2↑,反应a过程中损失了等物质的量的铜离子和氧原子,向电解液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3,可以看做加入了0.1 mol 2CuO•CO2•H2O,溶液恢复到电解前的浓度和pH,说明电解过程中反应a中消耗了0.2 mol CuSO4,反应b中消耗了0.1 mol H2O,故电解过程中共产生0.25 mol气体,在标准状况下的体积为22.4 L•mol-1×0.25 mol=5.6 L。 文 章来
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