2021届一轮复习鲁科版电能转化为化学能——电解作业

2021届一轮复习鲁科版电能转化为化学能——电解作业

电能转化为化学能——电解 基础巩固 ‎1.下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是(　　)‎ A.电解饱和食盐水时,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑‎ B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e-4OH-‎ C.精炼粗铜时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应式为Cu-2e-Cu2+‎ D.钢铁发生电化学腐蚀的负极反应为Fe-3e-Fe3+‎ 答案A 解析电解饱和食盐水时,阳极上氯离子放电生成氯气,所以阳极电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,A项正确;氢氧燃料电池的正极上,氧气得电子发生还原反应,电池反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,故B项错误;精炼粗铜时,粗铜连接电源正极,纯铜连接电源负极,阳极上的电极反应除Cu-2e-Cu2+外,还有比铜活泼的某些杂质失电子的反应,C项错误;钢铁发生电化学腐蚀的负极反应为Fe-2e-Fe2+,D项错误。‎ ‎2.关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是(　　)‎ A.Fe电极作阳极,发生氧化反应 B.Cl-向石墨电极作定向运动 C.石墨电极反应:Fe3++3e-Fe D.电解总反应:2Cl-+2Fe3+Cl2↑+2Fe2+‎ 答案A 解析由电子转移方向可知石墨为阴极,铁为阳极,电子流出的一极是电源的负极,故Fe连接电源的正极,为阳极,发生氧化反应,A项正确;电解质溶液中,阴离子向阳极移动,Fe连接电源的正极,为阳极,故Cl-向Fe电极移动,B项错误;石墨是电解池的阴极,发生还原反应,电极反应为Fe3++e-Fe2+,C项错误;Fe连接电源的正极,为阳极,是活性电极,Fe发生氧化反应生成Fe2+,石墨是电解池的阴极,发生还原反应,Fe3+放电生成Fe2+,故电解总反应为Fe+2Fe3+3Fe2+,D项错误。‎ ‎3.(2019江西师大附中高三期末)下列有关电化学装置的叙述正确的是(　　)‎ A.图1中,Zn—MnO2干电池放电时,MnO2被氧化 B.图2中,电解精炼铜时,阳极减少的质量与阴极增加的质量一定相等 C.图4中,在钢材上电镀铝,熔融盐中Al和Cl两种元素只以AlCl‎4‎‎-‎、Al2Cl‎7‎‎-‎的形式存在,则阳极反应式为Al-3e-+7AlCl‎4‎‎-‎4Al2Cl‎7‎‎-‎ D.图3中,K分别与M、N连接,均可保护Fe电极,连接M时称为“牺牲阳极的阴极保护法”‎ 答案C 解析图1是锌锰电池,锌作负极失去电子,化合价升高,被氧化,故A项错误;精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,粗铜中含有杂质如锌和铁,它们先失去电子,即Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+,纯铜电极反应式为Cu2++2e-Cu,减少的质量和增加的质量不同,故B项错误;根据装置图,阳极反应式为Al+7AlCl‎4‎‎-‎-3e-4Al2Cl‎7‎‎-‎,故C项正确;图3中K连接M时装置为电解池,不是牺牲阳极的阴极保护法,牺牲阳极的阴极保护法是指原电池装置,故D项错误。‎ ‎4.‎ 右图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是(　　)‎ A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的 B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体 C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色 D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色 答案D 解析电解Na2SO4溶液时,a为阴极,电极反应式为4H++4e-2H2↑,b为阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O;a极周围由于H+放电溶液呈碱性,遇石蕊显蓝色,b极周围由于OH-放电溶液呈酸性,遇石蕊显红色。‎ ‎5.‎ ‎(2019江西师大附中高三期末)利用如图装置可完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述正确的是(　　)‎ A.若X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为牺牲阴极保护法 B.若X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,可加快铁的腐蚀 C.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于M处,铜棒质量将增加,此时外电路中的电子向铜电极移动 D.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,可用于铁表面镀铜,溶液中铜离子浓度将减小 答案C 解析开关K置于M处则为原电池,由于活动性Zn>Fe,所以Zn为负极,Fe为正极。可减缓铁的腐蚀,这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法,A项错误;开关K置于N处为电解池。若阳极X为碳棒,Y为NaCl溶液,Fe为阴极被保护,不会引起Fe的腐蚀,B项错误;开关K置于M处该装置是原电池,若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液。由于活动性Fe>Cu,Fe作负极,发生反应Fe-2e-Fe2+,Cu为正极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,此时铜棒质量将增加,在外电路中的电子由铁经导线向铜电极移动,C项正确;开关K置于N处为电解池。Y溶液为硫酸铜溶液,若阳极X为铜棒,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,Fe为阴极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,可用于铁表面镀铜,由于两电极溶解的Cu的质量和析出的Cu的质量相等,所以溶液中铜离子浓度将不变,D项错误。‎ ‎6.(2019山西五地高三期末)以纯碱溶液为原料,通过电解的方法可制备小苏打,原理装置图如下:‎ 上述装置工作时,下列有关说法正确的是(　　)‎ A.Na+由乙池穿过交换膜进入甲池 B.甲池电极反应式为4CO‎3‎‎2-‎+2H2O-4e-4HCO‎3‎‎-‎+O2↑‎ C.乙池电极接电池正极,气体X为H2‎ D.NaOH溶液Y比NaOH溶液Z浓度小 答案B 解析Na+向阴极移动,由甲池穿过交换膜进入乙池,故A项错误;甲池电极上水放电生成氧气和氢离子,氢离子与碳酸根反应生成碳酸氢根,电极反应式为4CO‎3‎‎2-‎+2H2O-4e-4HCO‎3‎‎-‎+O2↑,故B项正确;乙池电极为阴极,乙池电极接原电池负极,阴极上水放电生成氢气和氢氧根,故C项错误;电解时,甲池得到碳酸氢钠,乙池得到氢氧化钠,则NaOH溶液Y比NaOH溶液Z浓度大,故D项错误。‎ ‎7.(2019江西师大附中高三期末)氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业。下图是某氯碱工业生产原理示意图:‎ ‎(1)A装置所用食盐水由粗盐水精制而成。精制时,为除去食盐水中的Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为　　　　　　　、　　　　　　。 ‎ ‎(2)写出装置A在通电条件下反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)氯碱工业是高耗能产业,按上图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上,且相关物料的传输与转化关系如图所示,其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过。‎ ‎①图中Y是　　　　　(填化学式);X与稀NaOH溶液反应的离子方程式为　　　　　　　　　。 ‎ ‎②分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小:　　　　　　。 ‎ ‎③若用B装置作为A装置的辅助电源,每当消耗标准状况下氧气的体积为11.2 L时,则B装置可向A装置提供的电量约为　　　　　　　　　(一个e-的电量为1.60×10-19C;计算结果精确到0.01)。 ‎ 答案(1)NaOH溶液　Na2CO3溶液　(2)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑　(3)①H2　2OH-+Cl2ClO-+Cl-+H2O　②b%>a%　③1.93×105C 解析(1)除去杂质不能引入新的杂质,即除去Mg2+用NaOH溶液,除去Ca2+用Na2CO3溶液。‎ ‎(2)根据生产流程示意图,装置A是电解池装置,反应过程为电解饱和食盐水,因此化学反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。‎ ‎(3)①装置A右端产生NaOH溶液,说明右端电极是阴极,发生反应2H2O+2e-H2↑+2OH-,因此Y是氢气,装置A的左端是阳极,发生反应2Cl--2e-Cl2↑,X为Cl2,Cl2和NaOH溶液的反应的离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。②装置B中通氧气的一极为正极,电解质溶液是NaOH溶液,因此正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,产生NaOH,因此b%>a%。③两个装置通过的电量相等,即转移的电量是11.2×4×6.02×1023×1.6×10-19/22.4 C=1.93×105C。‎ 能力提升 ‎8.(2019山东济南外国语学校高三模拟)已知高能锂离子电池的总反应式为2Li+FeSFe+Li2S,LiPF6·SO(CH3)2为电解质,用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A.电极Y应为Li B.电解过程中,b中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C.X电极反应式为FeS+2Li++2e-Fe+Li2S D.若将图中阳离子膜去掉,将a、b两室合并,则电解反应总方程式发生改变 答案B 解析由上述分析可知,Y为原电池负极,故Y为Li,A项正确;电解过程中,a为阳极区,发生氧化反应4OH--4e-2H2O+O2↑,a中Na+通过阳离子交换膜进入b;c中发生还原反应Ni2++2e-Ni,溶液中Cl-通过阴离子交换膜进入b中,故电解过程中,b中NaCl的物质的量浓度将不断增大,B项错误;X极为正极,FeS发生还原反应,故电极反应式为FeS+2Li++2e-Fe+Li2S,C项正确;若将阳离子交换膜去掉,因b中含有Cl-,故阳极电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,故电解反应总方程式发生改变,D项正确。‎ ‎9.‎ ‎(2019山东临沂高三期末)一种将CO2和H2O转换为燃料H2、CO及CH4的装置如图所示(电解质溶液为稀硫酸)。下列关于该装置的叙述错误的是(　　)‎ A.该装置可将电能转化为化学能 B.工作时,电极a周围溶液的pH增大 C.电极b上生成CH4的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O D.若电极b上还原产物只产生1 mol CO,则通过质子膜的H+数为2NA 答案B 解析题给装置含有外加电源,属于电解池,电解质溶液为稀硫酸,根据电解原理,电极a为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,电极b为阴极,如转化成CH4,阴极反应式为CO2+8e-+8H+CH4+2H2O。该装置为电解池,电能转化为化学能,故A项正确;工作时,电极a的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,c(H+)增大,pH降低,故B项错误;根据上述分析,电极b上生成甲烷的电极反应式为CO2+8e-+8H+CH4+2H2O,故C项正确;若还原产物只产生1 mol CO,电极b电极反应式为CO2+2e-+2H+CO+H2O,则消耗2 mol H+,即通过质子膜的H+的物质的量为2 mol,故D项正确。‎ ‎10.(2019山西晋中高三适应性考试)双极膜电渗析一步法由盐制酸碱的技术进入到了工业化阶段。某科研小组研究采用BMED膜堆(如图所示)模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知在直流电源的作用下,双极膜内中间界面层发生水的解离,生成H+和OH-。下列说法不正确的是(　　)‎ A.电极b连接电源的负极 B.Ⅱ口排出的是淡水 C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D.C为阴离子交换膜 答案D 解析根据H+的移动方向可知,电极b是阴极,连接电源的负极,故A项正确;浓海水中的钠离子移向Ⅲ室,氯离子移向Ⅰ室,Ⅱ口排出的是淡水,故B项正确;加入Na2SO4的目的是增大溶液的导电性,‎ 氯离子移向Ⅰ室,氢离子通过A移向Ⅰ室,在Ⅰ室得到HCl,可避免有害气体的产生,故C项正确;钠离子移向Ⅲ室,C为阳离子交换膜,故D项错误。‎ ‎11.(2019湖北黄冈中学高三适应性考试)传统接触法制取硫酸能耗大、污染严重。将燃料电池引入硫酸生产工艺可有效解决能耗和环境污染问题,同时提供电能。以燃料电池为电源电解硫酸铜溶液的工作原理示意图如下所示。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A.b极为正极,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O B.H+由a极通过质子交换膜向b极移动 C.该燃料电池的总反应式为2SO2+O2+2H2O2H2SO4‎ D.若a极消耗2.24 L(标准状况)SO2,理论上c极有6.4 g 铜析出 答案D 解析根据题意分析可知,b为正极,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,A项正确;原电池内部阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,B项正确;题给燃料电池的总反应为2SO2+O2+2H2O2H2SO4,C项正确;d极与电源负极相连,则d极为阴极得电子,有铜析出,若a电极消耗标况下2.24 L SO2,理论上在d极上有6.4 g铜析出,D项错误。‎ 拓展深化 ‎12.(2019湖北鄂州、黄冈高三调研)化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。‎ Ⅰ.如下图所示,某同学设计了一种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。请按要求回答相关问题:‎ ‎(1)甲烷燃料电池负极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)C(石墨)电极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为　　　　　　L;丙装置中阴极析出铜的质量为　　　　　　g,一段时间后丙装置中烧杯中c(Cu2+)　　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 ‎ Ⅱ.“长征”火箭发射使用的燃料是液态偏二甲肼(C2H8N2),并使用四氧化二氮作为氧化剂,这种组合的两大优点是,既能在短时间内产生巨大能量将火箭送上太空,产物又不污染空气(产物都是空气成分)。某校外研究性学习小组拟将此原理设计为原电池,如图所示,结合学习过的电化学原理分析其设计方案,回答相关问题:‎ ‎(4)从a口加入　　　　　　(填名称)。H+移动方向是　　　　　　(填“A到B”或“B到A”)。 ‎ ‎(5)A极发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(6)若以该电池为电源用石墨做电极电解200 mL 0.5 mol·L-1的CuSO4溶液,电解一段时间后,两极收集到相同体积(相同条件)的气体,则整个电解过程转移的电子的数目是　　　　　　。 ‎ 答案(1)CH4-8e-+10OH-CO‎3‎‎2-‎+7H2O　(2)2Cl--2e-Cl2↑　(3)4.48　12.8　减小　(4)偏二甲肼　A到B ‎(5)C2H8N2-16e-+4H2O2CO2↑+N2↑+16H+‎ ‎(6)0.4NA(或2.408×1023)‎ 解析I.甲为燃料电池,通入甲烷一极为负极,通入氧气一极为正极;乙为电解池,Fe为阴极,C(石墨)为阳极,实质为电解饱和食盐水;丙为电解池,粗铜为阳极,精铜为阴极,实质为电解精炼铜。‎ ‎(1)甲烷燃料电池负极上CH4失去电子后结合OH-生成CO‎3‎‎2-‎和H2O,其电极反应式为CH4-8e-+10OH-CO‎3‎‎2-‎+7H2O。‎ ‎(2)乙为电解池,Fe为阴极,C(石墨)为阳极,实质为电解饱和食盐水,故C(石墨)极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑。‎ ‎(3)标准状况下,2.24 L氧气的物质的量为0.1 mol,参与反应转移电子为0.4 mol;铁电极为阴极,阳离子放电的电极反应式为2H++2e-H2↑,则放出氢气0.2 mol,标准状况下体积为4.48 L;丙装置中阴极电极反应式为Cu2++2e-Cu,则析出铜0.2 mol,其质量为12.8 g,一段时间后烧杯中c(Cu2+)会减少。‎ ‎(4)外电路中电子由A电极流向B电极,由电子转移方向可知A为负极,B为正极,根据原电池原理,还原剂在负极上失去电子发生氧化反应,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,则从a口通入偏二甲肼;内电路一般是阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以H+移动方向是A到B。‎ ‎(5)A为负极,还原剂在负极上失去电子发生氧化反应,又已知产物中气体均为空气组分,所以A极发生的电极反应式为C2H8N2-16e-+4H2O2CO2↑+N2↑+16H+。‎ ‎(6)两极收集到相同体积(相同条件)的气体,则阴极除了发生反应Cu2++2e-Cu,还发生反应2H++2e-H2↑,阳极的电极反应式4OH--4e-2H2O+O2↑,设生成n(O2)=n(H2)=x,因为n(Cu2+)=0.5 mol·L-1×0.2 L=0.1 mol,由得失电子守恒0.1×2 mol+2x=4x,x=0.1 mol,所以n(O2)=n(H2)=0.1 mol,则整个电解过程中转移电子的物质的量是0.1 mol×4=0.4 mol,即0.4NA。‎