专题23电解池及其应用教师版备战2020高考化学一轮必刷题集

专题23电解池及其应用1．用“四室电渗析法”制备H3PO2的工作原理如图所示(已知：H3PO2是一种具有强还原性的一元弱酸；阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)，则下列说法不正确．．．的是()A．阳极电极反应式为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋B．工作过程中H+由阳极室向产品室移动C．撤去阳极室与产品室之间的阳膜a，导致H3PO2的产率下降D．通电一段时间后，阴极室中NaOH溶液的浓度一定不变【答案】D【解析】A项、阳极中阴离子为硫酸根离子和水电离出的氢氧根离子，阳极上氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，故A正确；B项、阳极上水电离出的氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气，溶液中氢离子浓度增大，H+通过阳膜向产品室移动，故B正确；C项、撤去阳极室与产品室之间的阳膜，阳极生成的氧气会把H3PO2氧化成H3PO4，导致H3PO2的产率下降，故C正确；D项、阴极上水电离出的氢离子得电子发生还原反应生成氢气，溶液中氢氧根浓度增大，原料室中钠离子通过阳膜向阴极室移动，通电一段时间后，阴极室中NaOH溶液的浓度增大，故D错误。2．如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是（）A．1min内甲池消耗1molO2转移的电子是乙池Ag电极转移电子数的4倍B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O===CO32-＋8H＋C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度D．甲池中消耗280mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45g固体【答案】D【解析】A项、1min内甲池消耗1molO2，反应转移的电子为4mol，甲池和乙池中，转移的电子数目相等，乙池Ag电极为阴极,转移的也为4mol，析出2molCu，故A错误；B项、甲池是燃料电池，CH3OH燃料通入的极是电池的负极，发生氧化反应，因电解质是氢氧化钾，所以电极反应不会生成氢离子，故B错误；C项、电解硫酸铜时，阳极放氧气，阴极析出金属铜，所以要让电解质在电解后复原，应加入氧化铜，故C错误；D项、丙池中电解氯化镁溶液，电解的离子方程式为Mg2++2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+Mg（OH）2↓，甲池中标准状况下消耗280mLO2的物质的量为0.0125mol，转移的电子为0.05mol，此时析出氢氧化镁的物质的量为58g/mol×0.025mol=1.45g，故D正确。3．电解法制取Na2FeO4的总反应为Fe＋2H2O＋2OH－FeO42-＋3H2↑，工作原理如图所示。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。下列叙述正确的是()A．铁电极上发生还原反应，生成FeO42-B．通电一段时间后，阳极区pH下降C．通电后Na＋向右移动，阴极区Na＋浓度增大D．当电路中通过1mol电子时，阴极区有11.2LH2生成【答案】B【解析】A．铁为阳极，发生氧化反应，生成FeO42-，故A错误；B．阳极的电极反应式为Fe－6e－＋8OH－=FeO42-＋4H2O，阴极反应式为6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－，电解过程中阳极消耗OH－，故阳极区pH下降，故B正确；C．为保障阳极区的强碱性条件，该电解池中离子交换膜只能是阴离子交换膜，因此通电后，阴极区的OH－向左移动，故C错误；D．阴极电极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，2mol电子转移生成1mol氢气，当电路中通过1mol电子的电量时，生成0.5mol氢气，温度压强不知，无法计算气体的体积，故D错误。4．二甲醚（CH3OCH3）直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，用二甲醚燃料电池电解甲基肼（CH3—NH—NH2）制氢的装置如图所示，其中X、Y、M、N均为惰性电极。下列说法正确的是A．M极的电极反应式为CH3—NH—NH2+12OH−−10e−CO32-+N2+9H2OB．若忽略水的消耗与生成，甲中电解质溶液的pH减小，乙中电解质溶液的pH增大C．乙中的交换膜是阴离子交换膜，OH−透过交换膜向N极移动D．理论上，当生成6.72LH2时，消耗CH3OCH3的质量为2.3g【答案】A【解析】A、乙装置为电解池，M为阳极，CH3—NH—NH2在阳极失去电子生成N2、H2O，生成的CO2与OH−反应生成，电极反应为：CH3—NH—NH2+12OH−−10e−=+N2+9H2O，A项正确；B、甲为二甲醚燃料电池，电池总反应为：CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O，电解质溶液的pH基本不变，乙中N电极反应为：10H2O+10e−=5H2↑+10OH−，M电极消耗的OH−大于N电极产生的OH−，溶液pH减小，B项错误；C、乙中的交换膜是交换OH−，为阴离子交换膜，OH−透过交换膜向M极移动，C项错误；D、生成6.72LH2不一定是标准状况，无法得出消耗CH3OCH3的质量，D项错误。5．空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池（RFC），RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，有关说法正确的是（）A．当有0.8mol电子转移时，b极产生4.48LO2B．为了增加导电性可以将左边容器中的水改为NaOH溶液C．d极上发生的电极反应是：2H++2e－=H2D．c极上进行氧化反应，A池中的H+可以通过隔膜进入B【答案】B【解析】A.没有指明气体所处的温度和压强，无法计算气体的体积，A项错误；B.电解NaOH溶液，实质是电解水，所以将左边的电解水装置中的水改为NaOH溶液，增大溶液中离子的浓度，增强导电性，B项正确；C.a电极为阴极，a电极上产生的是氢气，所以d电极发生的电极反应是：H2-2e-=2H+，C项错误；D.b电极为阳极，b极上产生的气体Y为氧气，c极上是氧气发生还原反应：O2+4e-+4H+=2H2O，c极为燃料电池的正极，d极为燃料电池的负极，B池中的H+通过隔膜进入A池，D项错误。6．以CH4、O2、熔融Na2CO3组成的燃料电池电解制备N2O5，装置如图所示。下列说法正确的是A．石墨1为电池负极，Pt2为电解池阳极B．石墨2上的电极反应为：-2-223O+2CO-4e=2COC．阳极的电极反应为：N2O4+H2O-2e-=N2O5+2H+D．每制得1molN2O5，理论上消耗标况下2．8L的CH4【答案】C【解析】A.根据上面分析可知石墨1为电池负极，Pt2为电解池阴极，故A错误；B.石墨2上的电极反应为：O2+4e-+2CO2=2CO32-，故B错误；C.阳极的电极反应为：N2O4+2HNO3-2e-═2N2O5+2H+，故C正确；D.电极反应式：CH4+4CO32--8e-=6CO2，N2O4+2HNO3-2e-═2N2O5+2H+，根据转移电子数相等，每制得1molN2O5，理论上消耗标况下CH4122.48=2.8L，故D错误。7．锌电池是一种极具前景的电化学储能装置。VS2/Zn扣式可充电电池组成示意图如下。Zn2+可以在VS2晶体中可逆地嵌入和脱除，总反应为VS2＋xZnZnxVS2。下列说法错误的是A．放电时不锈钢箔为正极，发生还原反应B．放电时负极的反应为Zn－2e－==Zn2+C．充电时锌片与电源的负极相连D．充电时电池正极上的反应为：ZnxVS2＋2xe－＋xZn2+==VS2＋2xZn【答案】D【解析】A.根据上述分析，放电时不锈钢箔为正极，发生还原反应，故A正确；B.放电时，锌为负极，发生氧化反应，负极的反应为Zn－2e－==Zn2+，故B正确；C.充电时，原电池的负极接电源的负极充当阴极，因此锌片与电源的负极相连，故C正确；D.充电时，原电池的正极接电源的正极充当阳极，失去电子，发生氧化反应，故D错误。8．电化学降解NO3-的原理如图所示。下列说法不正确的是A．铅蓄电池的负极反应为：Pb-2e－+SO42-=PbSO4B．电解一段时间后，若不考虑溶液体积变化，交换膜左侧溶液酸性增强，右侧溶液酸性减弱C．该电解池的阴极反应式为2NO3-+12H＋+10e－=N2↑+6H2OD．若电解过程中转移2mole－，则质子交换膜左侧电解液的质量减少Δm(左)=18.0g【答案】B【解析】A.铅蓄电池的负极，铅失电子生产的铅离子与溶液中的硫酸根离子反应生成PbSO4，电极反应为：Pb-2e－+SO42-=PbSO4，A正确；B.交换膜左侧Pt电极上电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，产生的氢离子通过质子交换膜向右池移动，Ag—Pt电极上电极反应为2NO3-+12H＋+10e－=N2↑+6H2O，根据阴阳极上得失电子守恒，电解一段时间后，若不考虑溶液体积变化，交换膜左侧溶液酸性不变，右侧溶液酸性减弱，B错误；C.该电解池的阴极上硝酸根离子得电子被还原成氮气，电极反应式为2NO3-+12H＋+10e－=N2↑+6H2O，C正确；D.交换膜左侧Pt电极上电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，产生的氢离子通过质子交换膜向右池移动，若电解过程中转移2mole－，参与反应的水为1mol，电解液的质量减少Δm(左)1mol×18g/mol=18.0g，D正确。9．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。下列说法正确的是A．电极I为阴极，电极反应式为2H2O+2e一=2OH－+H2↑B．电解时H+由电极I向电极II迁移C．吸收塔中的反应为2NO+2S2O42－+2H2O=N2+4HSO3－D．每处理1molNO，可同时得到32gO2【答案】C【解析】从图示中，可知在吸收塔中NO变成了N2，N的化合价降低，S2O42－变成了HSO3－，S的化合价从＋3升高到了＋4，化合价升高。在电解池中，HSO3－变成了S2O42－，S的化合价从＋4降低到＋3，得到电子，电极Ⅰ为阴极，而在电极Ⅱ附近有氧气生成，为H2O失去电子生成O2，为阳极。A．在电解池中，HSO3－变成了S2O42－，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2HSO3－＋2e－＋2H＋=S2O42－＋2H2O，A项错误；B．电解时，阳离子向阴极移动，电极Ⅰ为阴极，H＋由电极Ⅱ向电极Ⅰ移动，B项错误；C．吸收塔中NO变N2，S2O42－变成HSO3－，C中的离子方程式满足电子守恒、电荷守恒、原子守恒，C项正确；D．整个装置中转移的电子数相同，处理1molNO，N的化合价从＋2降低到0，转移了2mol电子。阳极2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，生成32gO2即1molO2需要4mol电子，D项错误。10．铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池，电池结构如图所示，工作原理为Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+。下列说法正确的是（）A．电池放电时，a极的电极反应式为Fe3++3e−===FeB．电池放电时，电路中每通过0.1mol电子，Fe3+浓度降低0.1mol·L−1C．电池充电时，Cl−从a极穿过选择性透过膜移向b极D．电池充电时，b极的电极反应式为Cr3++e−===Cr2+【答案】D【解析】A.电池放电时，是原电池的工作原理，负极失电子发生氧化反应，电极反应式为Cr2+-e-=Cr3+，A错误；B.放电时，电路中每流过0.1mol电子，就会有0.1mol的铁离子得电子，减小浓度和体积有关，B错误；C.电池放电时，Cl-从正极室穿过选择性透过膜移向负极室，C错误；D.充电时是电解池工作原理，b电极连接电源的负极，作阴极，阴极发生得电子的还原反应，所以b电极反应式为Cr3++e-=Cr2+，D正确。11．一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是A．a为直流电源的正极B．若有1mol离子通过A膜，理论上阳极生成mol气体C．工作时，乙池中溶液的pH不变D．阴极反应式为【答案】B【解析】A.制备铬，则Cr3+被还原成Cr，Cr电极应该是阴极，即a为直流电源的负极，选项A错误；B.石墨为阳极，根据放电顺序，阳极的电极反应为4O