2022年高考化学一轮复习第6章第32讲专项提能特训11　电解原理在工农业生产中的应用_05高考化学_新高考复习资料_2022年新高考资料_2022年一轮复习各版本

专项提能特训 11 电解原理在工农业生产中的应用 1．(2020·哈尔滨模拟)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 NH，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－===2HO＋O↑ 2 2 C．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高 D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH )PO 4 3 4 答案 C 解析 阳极上Fe发生氧化反应，溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H＋发生还原反 应：2H＋＋2e－===H↑，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗 H＋，电解一段时间后， 2 阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NH与OH－反应生 成NH ·H O，因此阴极室溶液中溶质除(NH )PO 外，还可能有NH ·H O，D项错误。 3 2 4 3 4 3 2 2．某混合物浆液中含有Al(OH) 、MnO 和少量NaCrO。考虑到胶体的吸附作用使NaCrO 3 2 2 4 2 4 不易完全被水浸出，某研究小组设计了利用石墨电极电解的分离装置(如图所示)，使浆液分 离成固体混合物和含铬元素的溶液，并回收利用。下列说法错误的是( ) A．a极室的电极反应式为2HO＋2e－===2OH－＋H↑ 2 2 B．上述装置中a极室的电极可换成金属铁 C．电解后，b极室得到NaSO 和NaCrO 的混合液 2 4 2 4 D．若电解后b极室溶液含铬元素0.52 g，则电路中通过0.02 mol e－ 答案 C 解析 通过装置图可知CrO要透过阴离子交换膜向b极移动，可知a为阴极，b为阳极，则a极室的电极反应式为2HO＋2e－===2OH－＋H↑，A说法正确；a极上发生还原反应，故 2 2 将电极换成铁电极，Fe 不会被消耗，B 说法正确；电解时 b 极发生反应：2HO－4e－ 2 ===O↑＋4H＋，b极产生H＋，发生反应2CrO＋2H＋Cr O＋HO，因此b极室还有Cr O 2 2 2 2 存在，C说法错误；0.52 g铬元素的物质的量为0.01 mol，说明有0.01 mol CrO透过阴离子 交换膜，则电路中通过0.02 mol电子，D说法正确。 3．NaFeO 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 2 4 利用如图装置生产NaFeO，下列有关说法不正确的是( ) 2 4 A．右侧电极反应式： Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4HO 2 B．左侧为阳离子交换膜，当Cu电极生成1 mol气体时，有2 mol Na＋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．NaFeO 具有强氧化性且产物为Fe3＋，因此可以利用NaFeO 除去水中的细菌、固体颗 2 4 2 4 粒以及Ca2＋等 答案 D 解析 根据图示，Cu电极为阴极，Fe电极为阳极。右侧电极为Fe电极，Fe失去电子发生 氧化反应生成FeO，结合原子守恒和电荷守恒可得电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋ 4HO，A项正确；左侧为阴极室，Cu电极上的电极反应式为2HO＋2e－===H↑＋2OH－， 2 2 2 当Cu电极上生成1 mol气体时，同时产生2 mol OH－，此时中部有2 mol Na＋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溶液的浓度大于加入的NaOH溶液的浓度，即b%＞a%，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；NaFeO 具有强氧化性，可利用NaFeO 2 4 2 4 除去水中的细菌，NaFeO 的还原产物为Fe3＋，Fe3＋水解生成Fe(OH) 胶体，Fe(OH) 胶体可 2 4 3 3 吸附固体颗粒，但二者均不能除去水中的Ca2＋，D项错误。 4．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果品的安全生产，解决了农药残留 所造成的生态及健康危害问题。下列说法正确的是( )A．a为直流电源的负极，与之相连的电极为阴极 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．“酸性水”具有强氧化性，能够杀菌 D．阴极反应式为HO＋2e－===H↑＋O2－ 2 2 答案 C 解析 由“碱性水”可推知b为直流电源的负极，a为直流电源的正极，A项错误；右侧生 成OH－，K＋穿过离子交换膜移到右侧，即该离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；阳极 反应为2Cl－－2e－===Cl↑，Cl ＋HOHCl＋HClO，故“酸性水”中含HClO，具有强氧 2 2 2 化性，能杀菌，C项正确；水溶液中不可能存在O2－，D项错误。 5．城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道 形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示，但若电压等条件适宜，钢铁管道也 可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是( ) A．该装置能够将电能转化为化学能 B．管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ C．如果没有外加电源，潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀 D．钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜 答案 B 解析 该装置相当于电解池，能将电能转化为化学能，A正确；左端是阳极，腐蚀得更快， B错误；如果没有外加电源，潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应，所以发 生的是吸氧腐蚀，C正确；根据题意可知“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密 的保护膜，D正确。 6．(2020·广西南宁三中月考)FFC电解法可由金属氧化物直接电解制备金属单质，西北稀有 金属材料研究院利用此法成功电解制备钽粉(Ta)，其原理如图所示。下列说法正确的是( )A．该装置将化学能转化为电能 B．a极为电源的正极 C．TaO 极发生的电极反应式为TaO＋10e－===2Ta＋5O2— 2 5 2 5 D．常温常压下，石墨电极上生成22.4 L O ，则电路中转移的电子数为4N 2 A 答案 C 解析 该装置是电解池，将电能转化为化学能，A错误；电解池工作时，O2－向阳极移动， 则石墨电极为阳极，b极为电源的正极，a极为电源的负极，B错误；TaO 极为阴极，发生 2 5 还原反应，电极反应式为TaO ＋10e－===2Ta＋5O2－，C正确；常温常压下，22.4 L O 的物 2 5 2 质的量小于1 mol，阳极还有CO和CO 生成，转移电子数无法计算，D错误。 2 7．在固态金属氧化物电解池中，高温共电解HO—CO 混合气体制备H 和CO是一种新的 2 2 2 能源利用方式，基本原理如下图所示。下列说法不正确的是( ) A．X是电源的负极 B．阴极的电极反应式是HO＋2e－===H＋O2－，CO＋2e－===CO＋O2－ 2 2 2 C．总反应可表示为HO＋CO=====H＋CO＋O 2 2 2 2 D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1 答案 D 解析 根据图示可知，X连接的多孔电极的产物为H 和CO，是HO与CO 的还原产物，可 2 2 2 判断在X连接的多孔电极上发生还原反应，此电极为阴极，由此判断 X为电源的负极，A 项正确；根据题意，电解质为固体金属氧化物时可以传导 O2－，故在阴极上发生的反应为 HO＋2e－===H ＋O2－，CO ＋2e－===CO＋O2－，B项正确；根据电极产物及电极反应可知， 2 2 2 该反应的总化学方程式为HO＋CO=====H ＋CO＋O ，C项正确；根据电解总反应的化学 2 2 2 2 方程式可知，阴、阳两极生成的气体的物质的量之比为2∶1，D项错误。 8．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的 ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是( )A．阴极的电极反应式为2HO＋2e－===H↑＋2OH－ 2 2 B．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋HO 2 C．电解时使用锂钒氧化物二次电池(V O ＋x Li LiVO)作电源，电池充电时a电极的 2 5 x 2 5 电极反应式为LiVO－xe－===VO＋xLi＋ x 2 5 2 5 D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N↑＋2CO↑＋5Cl－＋HO 2 2 2 答案 D 解析 阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，两种气体为CO 和N ，该反应在 2 2 碱性环境中发生，反应的离子方程式不应出现H＋，D项错误。 9．(2020·浙江7月选考，21)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放 电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是( ) A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2HO=====R—R＋2CO↑＋H↑＋2NaOH 2 2 2 B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应 C．阴极的电极反应：2HO＋2e－===2OH－＋H↑ 2 2 D．电解CHCOONa、CHCHCOONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷 3 3 2 答案 A 解析 由于电解液呈强碱性，电解反应不能释放出 CO 气体，A 错误；电解高浓度 2 RCOONa的NaOH溶液，阳极上RCOO－发生氧化反应，得到R—R(烷烃)，B正确；阴极上 HO得电子放出H ，电极反应式为2HO＋2e－===2OH－＋H↑，C正确；根据题中电解原 2 2 2 2 理，电解 RCOONa 和NaOH 混合液可得到 R—R(烷烃)，类比推理，电解 CHCOONa、 3 CHCHCOONa 和 NaOH 混合溶液，可得到 CHCH(乙烷)、CHCHCH(丙烷)和 3 2 3 3 3 2 3 CHCHCHCH(丁烷)，D正确。 3 2 2 3 10．人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO(NH)]。下列有关说法正确的 2 2 是( ) A．a为电源的负极 B．电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将升高C．除去尿素的反应为CO(NH)＋2Cl＋HO===N＋CO＋4HCl 2 2 2 2 2 2 D．若两极共收集到气体0.6 mol，则除去的尿素为0.12 mol(忽略气体溶解，假设氯气全部 参与反应) 答案 D 解析 由图可知，左室电极产物为CO 和N，发生氧化反应，则左室电极为阳极，a为电源 2 2 的正极，阳极反应式为6Cl－－6e－===3Cl↑，CO(NH) ＋3Cl ＋HO===N ＋CO ＋6HCl， 2 2 2 2 2 2 2 右室电解产物为 H ，发生还原反应，则右室电极为阴极，b为电源负极，阴极反应式为 2 6HO＋6e－===6OH－＋3H↑。由上述分析可知，a为电源的正极，A项错误；根据上述反应 2 2 式可以看出在阴、阳极上产生的OH－、H＋的数目相等，阳极室中反应产生的H＋通过质子 交换膜进入阴极室与OH－恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变，B项错 误；由上述分析可知，C项错误；若两极共收集到气体0.6 mol，则n(N )＝n(CO)＝0.6× 2 2 mol＝ 0.12 mol，由反应CO(NH) ＋3Cl ＋HO===N ＋CO ＋6HCl可知，所消耗的CO(NH) 的物 2 2 2 2 2 2 2 2 质的量也为0.12 mol，D项正确。 11．按要求回答下列问题 (1)有人研究了用电化学方法把CO 转化为CHOH，其原理如图1所示： 2 3 则图中A电极接电源________极。已知B电极为惰性电极，则在水溶液中，该极的电极反 应 式 为 ___________________________________________________________________________。 (2)以连二亚硫酸盐(S O)为还原剂脱除烟气中的NO，并通过电解再生，装置如图2所示。阴 2 极的电极反应式为_____________________________，电解槽中的隔膜为____________(填 “阳”或“阴”)离子交换膜。 (3)[2019·江苏，20(2)]电解法转化CO 可实现CO 资源化利用。电解CO 制HCOOH的原理 2 2 2 示意图如图3。①写出阴极CO 还原为HCOO－的电极反应式：___________________________________。 2 ②电解一段时间后，阳极区的KHCO 溶液浓度降低，其原因是____________________。 3 (4)甲醛超标会危害人体健康，需对甲醛进行含量检测及污染处理。某甲醛气体传感器的工 作原理如图4所示，b极的电极反应式为_____________________，当电路中转移4×10－4 mol电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHO)为________mg。 答案 (1)负 2HO－4e－===4H＋＋O↑ 2 2 (2)2SO＋4H＋＋2e－===SO＋2HO 阳 2 2 (3)①CO＋H＋＋2e－===HCOO－(或CO＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO) 2 2 ②阳极产生O，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区 2 (4)HCHO－4e－＋HO===CO＋4H＋ 3 2 2 解析 (2)阴极上亚硫酸根离子得电子生成SO，电极反应式为2SO＋4H＋＋2e－===SO＋ 2 2 2HO，阳极上水失电子生成氧气和氢离子，右侧多余的氢离子通过离子交换膜进入左侧， 2 所以电解池中的隔膜为阳离子交换膜。 (4)由图可知，甲醛气体传感器为原电池原理，b极为负极，甲醛发生氧化反应生成CO ，电 2 极反应式为HCHO－4e－＋ HO===CO ＋4H＋；由反应式可知，当电路中转移4×10－4 mol 2 2 电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHO)为×30 g·mol－1＝3×10－3g＝3 mg。 12．(1)酸性条件下，六价铬主要以Cr O形式存在，工业上常用电解法处理含Cr O的废水； 2 2 该法用Fe作电极电解含Cr O的酸性废水，随着电解不断进行，阴极附近溶液pH升高，产 2 生Cr(OH) 沉淀。 3 ①电解时能否用 Cu 电极来代替 Fe 电极？________(填“能”或“不能”)，理由是 __________ ________________________________________________________________________。 ②电解时阳极附近溶液中Cr O转化为Cr3＋的离子方程式为__________________________。 2 ③若初始溶液中含有0.1 mol Cr O，则生成的阳离子全部转化成沉淀的质量是________g。 2 (2)电解NO制备NH NO ，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH NO ，需补 4 3 4 3 充物质A，A是____________，说明理由：______________________________。(3)由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱吸收HS后所得的溶液加入如图所示的电解 2 池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S，(n－1)S＋S2－ ===S。 ①写出电解时阴极的电极反应式：_____________________________。 ②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成__________________。 答案 (1)①不能 阳极产生的 Cu2＋不能将Cr O还原到低价态 ②Cr O＋6Fe2＋＋14H＋ 2 2 ===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7HO ③84.8 (2)NH 根据总反应：8NO＋7HO=====3NH NO ＋ 2 3 2 4 3 2HNO，电解产生了HNO，应补充NH (3)①2HO＋2e－===H↑＋2OH－ 3 3 3 2 2 ②S＋2H＋===(n－1)S↓＋HS↑ 2 解析 (2)根据电解NO制备NH NO 的工作原理示意图知：阴极反应式为3NO＋15e－＋18H＋ 4 3 ===3NH＋3HO，阳极反应式为5NO－15e－＋10HO===5NO＋20H＋，总反应式为8NO＋ 2 2 7HO=====3NH NO ＋2HNO ，为了使电解产生的 HNO 全部转化为 NH NO ，应补充 2 4 3 3 3 4 3 NH 。(3)①电解时阴极水溶液中的H＋放电生成H 。②由题给反应可知，阳极区生成了S， 3 2 S可以理解为(n－1)S＋S2－，加入稀硫酸生成S单质和HS气体。 2