2021版高考化学一轮复习核心素养测评二十二电解池的有关计算含解析新人教版

2021版高考化学一轮复习核心素养测评二十二电解池的有关计算含解析新人教版

电解池的有关计算 一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)‎ ‎1.(双选)高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示。下列说法正确的是 (　　)‎ A.铁是阳极，电极反应式为Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2‎ B.电解一段时间后，镍电极附近溶液的pH增大 C.若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中含有Fe D.每制得1 mol Na2FeO4，理论上可以产生67.2 L气体 ‎【解析】选B、C。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)，铁失电子生成高铁酸钠，则铁作阳极，镍作阴极，电极反应式为Fe+8OH--6e- Fe+4H2O，A错误；镍电极上发生2H2O+2e-H2↑+2OH-，溶液的pH增大，B正确；若离子交换膜为阴离子交换膜，则电解结束后由于浓度差左侧溶液中会含有Fe，C正确；温度和压强未知，所以无法计算生成气体的体积，D错误。‎ ‎2.(2020·泉州模拟)如图所示，下列叙述正确的是 (　　)‎ A.Y为阴极，发生还原反应 B.X为正极，发生氧化反应 C.Y与滤纸接触处有氧气生成 D.X与滤纸接触处变红 - 10 -‎ ‎【解析】选A。从题图中可以看出，左边的装置为原电池而右边的装置为电解池。根据原电池原理，较活泼的一极作原电池的负极，所以Zn为负极，Cu为正极。再根据电解原理，Y与Zn片相连为阴极，X与Cu片相连为阳极，Y极的电极反应式为2H++2e-H2↑(还原反应)；X极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑(氧化反应)。Y极上H+放电，同时产生了OH-，呈碱性，使酚酞溶液呈红色。‎ ‎3.微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。下图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。下列说法正确的是 (　　)‎ A.好氧微生物反应器中反应为N+2O2N+2H++H2O B.B极电势比A极电势低 C.A极的电极反应式为CH3COO-+8e-+2H2O2CO2+7H+‎ D.当电路中通过1 mol电子时，理论上总共生成2.24 L N2‎ ‎【解析】选A。A项，N在好氧微生物反应器中转化为N，结合电子守恒、电荷守恒可知，离子反应方程式为N+2O2N+2H++H2O，故正确；B项，微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为正极，所以B极电势比A极电势高，故错误；C项，CH3COO-在原电池负极失电子，发生氧化反应生成CO2气体，则A极的电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O2CO2↑+7H+，故错误；D项，N在正极得到电子生成氮气，电极反应式为2N+12H++10e-N2↑+6H2O，电路中通过1 mol电子时，标准状况下，理论上总共生成0.1 mol即2.24 L N2，但未说明气体的存在条件，所以无法确定N2体积，故错误。‎ ‎4.环保、安全的铝-空气电池的工作原理如图所示，下列有关叙述错误的是 ‎ (　　)‎ - 10 -‎ A.NaCl的作用是增强溶液的导电性 B.正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-‎ C.电池工作过程中，电解质溶液的pH不断增大 D.用该电池作电源电解KI溶液制取1 mol KIO3，消耗铝电极的质量为54 g ‎【解析】选C。由图示可知Al电极为负极，电极反应式为Al-3e-+3OH-Al(OH)3，O2在正极反应：O2+4e-+2H2O4OH-，总反应方程式为4Al+3O2+6H2O ‎4Al(OH)3↓，pH基本不变，A、B正确，C错误；1 mol KI制得1 mol KIO3转移6 mol电子，消耗2 mol Al，即54 g铝，D正确。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共26分)‎ ‎5.(12分)(2020·延安模拟)如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)B极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明________，在电场作用下向Y极移动。  ‎ ‎(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为______________。 ‎ - 10 -‎ ‎(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应是________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为___________， 甲中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。  ‎ ‎(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为____________________。  ‎ ‎【解析】(1)由装置图知，直流电源与各电解池串联；由“F极附近呈红色”知，F极为阴极，则E极为阳极、D极为阴极、C极为阳极、G极为阳极、H极为阴极、X极为阳极、Y极为阴极、A极为正极、B极为负极。甲装置是用惰性电极电解CuSO4溶液，由于Cu2+放电，导致c(Cu2+)降低，溶液颜色逐渐变浅；丁装置是胶体的电泳实验，由于X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷。‎ ‎(2)当甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，C、D、E、F电极的产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，根据各电极转移电子数相同，则对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。‎ ‎(3)给铜件镀银，根据电镀原理，镀件即铜件作阴极，银作阳极，电镀液是可溶性银盐。当乙中溶液的pH是13时，则乙中n(OH-)=0.1 mol·L-1×0.5 L=0.05 mol，即各电极转移电子0.05 mol，所以丙中析出银0.05 mol为5.4 g；甲装置中由于电解产生H+，导致溶液的酸性增强，pH变小。‎ ‎(4)若将C电极换为铁，则铁作阳极发生反应：Fe-2e-Fe2+，D极发生：Cu2++2e-Cu，则总反应的离子方程式为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。‎ 答案：(1)负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶粒带正电荷　(2)1∶2∶2∶2‎ ‎(3)镀件　AgNO3(合理即可)　5.4 g　变小 ‎(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+‎ ‎6.(14分)下图是一个化学过程的示意图。‎ ‎(1)图中甲池是________装置(填“电解池”或“原电池”)，其中OH-移向________极(填“CH3OH”或“O2”)。 ‎ - 10 -‎ ‎(2)写出通入CH3OH的电极的电极反应式：  ______________。 ‎ ‎(3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液，附近变红的电极为________极(填“A”或“B”)，并写出此电极的反应式：__ ______________。 ‎ ‎(4)乙池中总反应的离子方程式：____________________。 ‎ ‎(5)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，乙池的pH是________(若此时乙池中溶液的体积为500 mL)；此时丙池某电极析出1.60 g某金属，则丙中的某盐溶液可能是________(填序号)。 ‎ A.MgSO4 B.CuSO4 C.NaCl D.AgNO3‎ ‎【解析】碳电极(A极)与原电池装置中通入O2的电极相连，则作阳极，电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O；银电极(B极)与原电池装置中通入甲醇的电极相连，则作阴极，电极反应式为Ag++e-Ag，电解过程的总反应式为4Ag++2H2O4Ag+‎ O2↑+4H+，因此当向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液，附近变红的电极为A电极。‎ 当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40 g时，即析出Ag的物质的量为0.05 mol，则生成H+的物质的量为0.05 mol，由此可得溶液的pH=1。根据放电规律，本题首先排除选项A和选项C。当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40 g时，此时转移的电子数为0.05 mol，当丙池中电极上析出1.60 g金属铜时，正好转移 ‎0.05 mol电子，因此选项B正确。当丙装置中为AgNO3溶液，且AgNO3溶液足量时，可知析出金属的质量也应为5.40 g，若AgNO3溶液不足时，析出金属的质量必小于5.40 g，故选项D也有可能。‎ 答案：(1)原电池　CH3OH ‎(2)CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O ‎(3)A　4OH--4e-O2↑+2H2O ‎(4)4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+‎ ‎(5)1　BD 一、选择题(本题包括3小题，每题6分，共18分)‎ ‎1.(双选)如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是 (　　)‎ - 10 -‎ A.乙装置中溶液颜色会变浅 B.铁电极应与X相连接 C.M电极反应式：H2NCONH2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+‎ D.当N电极消耗0.25 mol 气体时，铜电极质量减少16 g ‎【解析】选B、C。乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A项错误；电镀时，待镀金属作阴极，与电源负极相连，而N电极上O2转化为H2O发生还原反应，N电极为正极，B项正确；M电极为负极，发生氧化反应：H2NCONH2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+，C项正确；根据N电极反应式：O2+4H++4e-2H2O，铜电极反应式：Cu-2e-Cu2+，由各电极上转移电子数相等，可得关系式：O2～2Cu，则N电极消耗0.25 mol O2时，铜电极质量减少0.25 mol ×2×64 g·mol-1=32 g，D项错误。‎ ‎2.C2H4及C2H2等均可用适当的羧酸盐采用Kolbe电解法得到。如图为制取C2H2的电解装置，该装置工作时，下列说法中错误的是 (　　)‎ A.电能转变为化学能 B.阴极周围溶液的pH不断升高 C.电极a上发生：-2e-CH≡CH↑+2CO2↑‎ D.制取乙烯可用CH3COOK溶液作阳极电解液 ‎【解析】选D。该装置为电解池，A正确；阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-，周围溶液的pH不断升高，B正确；电极a是阳极，失去电子，发生氧化反应，C正确；由Kolbe电解法原理可知，用CH3COOK溶液作阳极电解液得到的是乙烷，D错误。‎ - 10 -‎ ‎3.工业上用电解法可用于治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，下列说法不正确的是 (　　)‎ A.A、B分别为直流电源的正极和负极 B.当电解过程转移0.6 mol电子时，左侧区域质量减少1.4 g C.电解过程中，左侧区域将依次发生的反应为Fe-2e-Fe2+ 、2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O D.研究表明，当右侧区域pH较小时，会有气体逸出，该现象说明H+的氧化性强弱与c(H+)有关 ‎【解析】选B。由电解池中阳离子的移动方向可知，电解池中Fe作阳极，即A为电源正极，B为电源负极，A正确；阳极电极反应为Fe-2e-Fe2+，2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O，总反应为6Fe+2N+8H+-12e-N2↑+6Fe3++4H2O，当电解过程转移0.6 mol电子时，放出的氮气为0.05 mol，放出的氮气质量为0.05 mol ×28 g·mol-1=1.4 g，左侧生成的部分铁离子向右侧移动，因此左侧区域质量减少大于1.4 g，B错误，C正确；阳离子在阴极放电，当右侧区域pH较小时，氢离子浓度增大，氢离子放电生成氢气，该现象表明c(H+)越大，H+氧化性越强，D正确。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共32分)‎ ‎4.(16分)(1)如图装置，A、B中的电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条的铂夹；电源有a、b两极。若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，闭合K2、K3，通直流电，则：‎ ‎①写出电源的正、负极，a为________极，b为________ 极。‎ ‎②在湿的Na2SO4溶液滤纸条中心的KMnO4液滴，有什么现象______________。 ‎ - 10 -‎ ‎③写出电极反应式：‎ A中_______________________； ‎ B中_______________________。 ‎ ‎④若通电一段时间后，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则检流计的指针是否偏转(填“是”或“否”)__________。若检流计指针不偏转说明理由，若指针偏转也说明理由______________。 ‎ ‎(2)用间接电化学法可对大气污染物NO进行无害化处理，其工作原理如图所示。‎ ‎①电极Ⅰ为________极，电极反应式为______________。 ‎ ‎②吸收塔中的反应为______________。 ‎ ‎③每处理1 mol NO，可同时得到______g O2。 ‎ ‎【解析】(1)①根据A、B中充满KOH溶液后，电解一段时间后，A、B中两管的气体体积判断，A中收集的是O2为阳极，B中收集的是H2为阴极，则a为负极，b为正极。‎ ‎②在湿的Na2SO4溶液滤纸条中心的KMnO4液滴，紫色向阳极D方向移动，两极有气体产生。‎ ‎③电极反应式：A中4OH--4e-2H2O+O2↑；B中4H2O+4e-2H2↑+4OH-。‎ ‎④若通电一段时间后，A、B中有O2、H2包围电极，可以形成燃料电池。‎ ‎(2)①吸收塔中NO变成了N2，N的化合价降低，S2变成了HS，S的化合价从+3升高到了+4，化合价升高。在电解池中，HS变成了S2，S的化合价从+4降低到+3，得到电子，电极Ⅰ为阴极，电极方程式为2HS+2e-+2H+ S2+2H2O，而在电极Ⅱ附近有氧气生成，为H2O失去电子生成O2，为阳极。‎ - 10 -‎ ‎②吸收塔中NO变成N2，S2变成HS。‎ ‎③整个装置中转移的电子数相同，处理1 mol NO，N的化合价从+2降低到0，转移了2 mol电子。根据阳极2H2O-4e-4H++O2↑，生成16 g O2。‎ 答案：(1)①负　正 ‎②紫色向D方向移动，两极有气体产生 ‎③4OH--4e-2H2O+O2↑‎ ‎4H2O+4e-2H2↑+4OH-‎ ‎④是　组成氢氧燃料电池　(2)①阴 ‎2HS+2e-+2H+S2+2H2O ‎②2NO+2S2+2H2ON2+4HS ‎③16‎ ‎5.(16分)(2019·保定模拟)利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2废水，如下图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O ‎(1)甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨Ⅱ是电池的________极；石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为______________。  ‎ ‎(2)工作时，甲池内的N向________(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)极移动；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为________。  ‎ ‎(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为__________________。  ‎ ‎(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2，则电路中至少转移了________mol 电子。  ‎ ‎【解析】(1)石墨Ⅱ电极通入氧气，氧气发生还原反应，所以石墨Ⅱ是电池的正极；石墨Ⅰ电极NO2被氧化为N2O5，电极反应式为NO2+N-e-N2O5；‎ - 10 -‎ ‎(2)电池工作时，阴离子移向负极，所以甲池内的N向石墨Ⅰ极移动；电池总反应为4NO2+O22N2O5，所以消耗的O2和NO2的体积比为1∶4；‎ ‎(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒与电池正极相连，Fe(Ⅰ)棒是电解池阳极，所以Fe(Ⅰ)棒失电子发生氧化反应：Fe-2e-Fe2+；‎ ‎(4)根据Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O，铬元素化合价由+6降低为+3；溶液中减少了0.01 mol Cr2，Fe(Ⅰ)棒需要生成0.06 mol Fe2+，所以电路中至少转移了0.12 mol 电子。‎ 答案：(1)正　NO2+N-e-N2O5‎ ‎(2)石墨Ⅰ　1∶4‎ ‎(3)Fe-2e-Fe2+　(4)0.12‎ - 10 -‎