PAGEPAGE10訓練(三十一)電解原理及應用1．(2021·陜西洛南中學檢測)用石墨作電極，電解U形管中的飽和NaCl溶液(滴有酚酞溶液)，裝置如圖。下列敘述正確的是()A．通電后，NaCl發生電離B．通電一段時間后，陽極附近溶液先變紅C．當陽極生成0.1mol氣體時，整個電路中轉移0.1mol電子D．電解飽和食鹽水的總反應方程式為2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通電))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑D[NaCl溶于水時，在水分子作用下發生電離，不需要通電，A項錯誤；陽極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，產生黃綠色氣體，陽極附近溶液不變紅，B項錯誤；陽極上生成0.1molCl2時，電路中轉移0.2mol電子，C項錯誤；電解飽和食鹽水時，陽極上析出Cl2，陰極上析出H2，電解總反應方程式為2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通電))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，D項正確。]2．(2021·河北武邑中學檢測)下列關于如圖裝置說法中正確的是()A．保護鐵時，a極為鐵片，b極為鋅片B．電鍍銅時，a極為鍍件，b極為純銅C．精煉銅時，a極為粗銅，b極為純銅D．用石墨電解飽和食鹽水時，b極有黃綠色氣體產生C[電解池中活性電極作陽極被腐蝕，陰極受到保護，故保護鐵時，b極為鐵片，A錯誤；電鍍銅時，鍍層銅作陽極，鍍件作陰極，故a極為純銅，b極為鍍件，B錯誤；電解精煉銅時，粗銅作陽極，純銅作陰極，故a極為粗銅，b極為純銅，C正確；用石墨電解飽和食鹽水時，b極是陰極，電極反應式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，產生無色無味的氣體，D錯誤。]3．(2020·北京海淀區一模)利用太陽能電解水制H2是解決能源危機的重要方向。采用固體氧化還原調節劑作為離子交換體系，實現H2、O2分離。下列分析正確的是()A．左側電解池應選用酸性溶液，a極反應式為2H＋＋2e－=H2↑B．b極反應式：NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－C．c為陽極，發生氧化反應D．電解一段時間后，可將b、c對調，循環利用物質D[根據圖示，左側電解池應選用堿性溶液，連接電源負極的為陰極，則a為陰極，陰極發生還原反應，電極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，A項錯誤；連接電源負極的為陰極，則a為陰極，b為陽極，陽極失電子發生氧化反應，故電極反應方程式為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O，B項錯誤；連接電源正極的為陽極，則d為陽極，c為陰極，陰極發生還原反應，C項錯誤；b電極發生的反應Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O，c電極發生的反應為NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－，故電解一段時間后，可將b、c對調，循環利用，D項正確。]4．(2021·安徽“皖南八校”聯考)用石墨電極完成下列電解實驗。實驗裝置實驗現象a處試紙變藍；b處變紅，局部褪色；c處無明顯變化；d處試紙變藍下列對實驗現象的解釋或推測不合理的是()A．a為電解池的陰極B．b處有氯氣生成，且與水反應生成了鹽酸和次氯酸C．c處發生了反應：Fe－3e－=Fe3＋D．d處：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C[該裝置是兩個電解池的串聯裝置，a極與電池的負極相連，則a是電解池的陰極，A項正確；根據電池的連接方式可知，a、d是陰極，b、c極是陽極，b極的反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，b處變紅，局部褪色，說明Cl2與水反應生成了鹽酸和次氯酸，B項正確；c極是陽極，電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，C項錯誤；d處是陰極，電極反應式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，溶液呈堿性而使pH試紙變藍，D項正確。]5．(2021·江西贛州七校聯考)下列關于如圖裝置說法正確的是()A．裝置中電子移動的途徑是：負極→Fe→M溶液→石墨→正極B．若M為NaCl溶液，通電一段時間后，溶液中可能有NaClOC．若M為FeCl2溶液，可以實現石墨上鍍鐵D．若M是海水，該裝置是通過“犧牲陽極法”使鐵不被腐蝕B[裝置中電子移動的途徑：負極→Fe電極，然后是溶液中的陰離子在陽極(石墨)放電→電源的正極，A項錯誤；若M為NaCl溶液，通電一段時間后，陽極產生Cl2，溶液中的NaOH與陽極產生的Cl2發生反應生成NaCl和NaClO，所以溶液中可能有NaClO，B項正確；若M為FeCl2溶液，在陽極，溶液中的Fe2＋失去電子變為Fe3＋，所以不可能實現石墨上鍍鐵，C項錯誤；若M是海水，該裝置是電解池，是通過外加電流法使鐵不被腐蝕，不是通過“犧牲陽極法”，D項錯誤。]6．(2021·山東日照實驗中學檢測)鋁陽極氧化處理后形成的氧化膜比鋁的天然氧化膜耐磨性、耐腐蝕性及裝飾性有明顯的提高，工業中以鋁為陽極，置于硫酸溶液中電解，裝置如圖所示，下列說法正確的是()A．陽極電極反應式為2Al－6e－＋6OH－=Al2O3＋3H2OB．隨著電解的進行，溶液的pH逐漸增大C．當陰極生成氣體3.36L(標準狀況)時，陽極增重2.4gD．電解過程中H＋移向鋁電極C[A項，硫酸溶液顯酸性，陽極反應式為2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋；B項，陰極反應式為6H＋＋6e－=3H2↑，電解過程中H2O減少，pH減小；D項，電解過程中H＋移向陰極(石墨極)。]7．(2021·天津靜海區四校聯考)如圖所示，在一定電壓下用惰性電極電解由等物質的量濃度的FeCl2、HCl組成的混合溶液。已知在此電壓下，陰、陽離子根據放電能力順序，都可能在陽極放電。下列分析正確的是()A．C1電極上的電極反應式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑B．C1電極處溶液首先變黃色C．C2電極上可依次發生的電極反應為Fe2＋－e－=Fe3＋，2Cl－－2e－=Cl2↑D．每當C1電極上有2g物質生成時，就會有2NA個電子通過溶液C[C1電極與電源的負極相連，作陰極，溶液中的氫離子放電，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，A項錯誤；C1電極處氫離子放電，溶液堿性增強，溶液不會變成黃色，B項錯誤；C2電極與電源的正極相連，作陽極，亞鐵離子的還原性強于氯離子，則依次發生的電極反應為Fe2＋－e－=Fe3＋、2Cl－－2e－=Cl2↑，C項正確；電子只能通過導線傳遞，不能通過溶液，D項錯誤。]8．(2021·山東泰安一中檢測)現用Pt電極電解1L濃度均為0.1mol/L的HCl、CuSO4的混合溶液，裝置如圖所示，下列說法正確的是()A．電解開始時陰極有H2放出B．電解開始時陽極上發生：Cu2＋＋2e－=CuC．整個電解過程中，SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))不參與電極反應D．當電路中通過電子的量超過0.1mol時，此時陰極放電的離子發生了變化C[由于陽離子的氧化性：Cu2＋>H＋，電解開始時，Cu2＋先在陰極放電，故陰極上有Cu析出，A項錯誤；由于陰離子的還原性：Cl－>OH－>SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，則電解開始階段陽極上Cl－放電，電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，B項錯誤；由于還原性：Cl－>OH－>SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，整個電解過程中，陽極上Cl－、OH－先后放電，SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))不能放電，故SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))不參與電極反應，C項正確；混合液中含有0.1molHCl和0.1molCuSO4，陰極上先發生反應：Cu2＋＋2e－=Cu，當電路中通過0.1mol電子時，消耗0.05molCu2＋，混合液中還剩余0.05molCu2＋，故通過電子的量超過0.1mol時，陰極放電的離子未發生變化，D項錯誤。]9．(2021·四川攀枝花檢測)高鐵酸鹽在環保能源領域有廣泛的用途。用鎳(Ni)、鐵作電極電解濃NaOH溶液制備高鐵酸鹽Na2FeO4的裝置如圖所示。下列推斷合理的是()A．Fe電極是陽極，電極反應式Fe＋4H2O－6e－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋8H＋B．電解時電子流向：負極→Ni電極→電解液→Fe電極→正極C．若隔膜為陰離子交換膜，則電解結束后左側溶液中含有FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))D．電解時陽極區pH減小、陰極區pH增大，撤去隔膜，溶液混合后，與原溶液相比，pH減小(忽略體積變化)D[利用該電解裝置制備Na2FeO4，Fe電極與直流電源的正極相連，則Fe電極是陽極，由于電解質溶液是NaOH溶液，故陽極反應式為Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2O，A項錯誤；電子只在電極和導線上流動，不能進入電解質溶液，B項錯誤；陰極反應式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，若隔膜為陰離子交換膜，為維持電解質溶液呈電中性，陰極產生的OH－通過隔膜向右側移動，故電解結束后右側溶液中含有FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，C項錯誤；電解時陽極消耗OH－，陰極生成OH－，則陽極區pH減小、陰極區pH增大；據得失電子守恒可知，轉移電子相等時，陽極消耗OH－比陰極生成OH－要多，撤去隔膜，溶液混合后，溶液的堿性減弱，則與原溶液相比，pH減小，D項正確。]10．(2021·遼寧沈陽六校聯考)海水提取金屬鋰的裝置如圖所示，工作時，在電極c依次檢測到兩種氣體。下列說法正確的是()A．電子的流向：電極d→電極b→電極a→電極cB．離子交換膜為質子交換膜C．丁基鋰可用LiNO3水溶液代替D．若導線中轉移1mol電子，則電極c產生氣體的質量在8g和35.5g之間D[海水中含有Cl－、OH－、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))等陰離子，工作時，在電極c依次檢測到兩種氣體，這兩種氣體應為Cl2和O2，則電極c是陽極，電極a是正極，故電子的流向：電極b→電極d，電極c→電極a，A項錯誤；海水中的Li＋通過離子交換膜進入丁基鋰，并在電極d發生還原反應生成鋰，則離子交換膜是陽離子交換膜，B項錯誤；電極d發生的反應是Li＋＋e－=Li，Li與水反應生成LiOH和H2，故丁基鋰不能用LiNO3水溶液代替，C項錯誤；電極c上發生的反應為2Cl－－2e－=Cl2↑、2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，轉移1mol電子時，若只析出Cl2，可得到0.5molCl2，質量為35.5g；若只析出O2，可得到0.25molO2，質量為8g，由于c極得到Cl2和O2混合氣體，故氣體的質量介于8g和35.5g之間，D項正確。]11．(2021·福建三明質檢)鋰釩氧化物二次電池成本較低，且對環境無污染，其充放電的反應方程式為V2O5＋xLiLixV2O5。下圖為用該電池電解含鎳酸性廢水制取單質鎳的裝置。下列說法正確的是()A．該電池充電時，負極的電極反應式為LixV2O5－xe－=V2O5＋xLi＋B．該電池可以用LiCl水溶液作電解質溶液C．當電池中有7gLi參與放電時，能得到59gNiD．電解過程中，NaCl溶液的濃度會不斷增大D[鋰釩氧化物電池充電時，負極連接外加電源的負極作電解池的陰極，發生的電極反應式為Li＋＋e－=＋Li，A項錯誤；Li是活潑金屬，能與水反應，故該鋰釩氧化物電池不能用LiCl水溶液作電解質溶液，B項錯誤；該電池放電時，負極反應式為Li－e－=Li＋，有7gLi(即1mol)參與放電時，電路中轉移1mol電子；鍍鎳鐵棒發生的反應為Ni2＋＋2e—=Ni，通過1mol電子時析出0.5molNi，其質量為0.5mol×59g/mol＝29.5g，C項錯誤；電解過程中，陰極區Cl－透過陰離子膜向NaCl溶液中遷移，陽極區Na＋透過陽離子膜向NaCl溶液中遷移，故NaCl溶液的濃度不斷增大，D項正確。]12．(2021·山東菏澤期初調研)連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)俗稱保險粉，是一種強還原劑。工業常用惰性電極電解亞硫酸氫鈉的方法制備連二亞硫酸鈉，原理裝置如圖所示，下列說法正確的是()A．b電極應該接電源的負極B．裝置中所用離子交換膜為陰離子交換膜C．電路中每轉移1mole－消耗SO2的體積為11.2LD．a電極的電極反應式為2HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋2e－＋2H＋=S2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H2OD[由裝置圖中物質轉化關系可知，左邊由NaHSO3得到電子轉化為Na2S2O4，右邊由SO2失去電子轉化為H2SO4，所以a電極接電源的負極，b電極接電源的正極，A項錯誤；a電極的反應式為2HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋2e－＋2H＋=S2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H2O，b電極的反應式為SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H＋，所以裝置中離子交換膜為陽離子交換膜，B項錯誤；由電極反應式可知，每轉移1mole－消耗0.5molSO2，但沒有給出氣體的溫度和壓強，所以SO2氣體的體積無法計算，C項錯誤；a電極的電極反應式為2HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋2e－＋2H＋=S2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H2O，D項正確。]13．(2021·黑龍江哈爾濱六中檢測)氯鹽可導致混凝土中的鋼筋腐蝕。為防止混凝土中的鋼筋腐蝕，可在混凝土表面敷置一定電解質溶液并將惰性金屬導電網浸泡其中，惰性金屬導電網與鋼筋分別連接外部直流電源從而除去Cl－，裝置如圖，下列說法錯誤的是()A．鋼筋接電源的正極B．金屬導電網上發生的電極反應為2Cl－－2e－=Cl2↑C．混凝土中的鈣離子向鋼筋方向移動D．電解一段時間后鋼筋附近溶液的pH增大A[由Cl－移動的方向可知鋼筋接電源的負極，A項錯誤；金屬導電網為陽極，發生的電極反應為2Cl－－2e－=Cl2↑，B項正確；混凝土一端為陰極，鈣離子為陽離子，所以向鋼筋方向移動，C項正確；鋼筋附近發生的電極反應為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，所以電解一段時間后鋼筋附近溶液的pH增大，D項正確。]14．(2021·江西九江六校聯考)最近某科研小組創建了一種通過連續電解將能量儲存為化學能的裝置。在氧化釔基質的陽極和二氧化鈦涂覆的鈦陰極之間是可通過H＋的固體聚合物電解質，其結構如圖所示。下列說法正確的是()A．電源的b極為負極B．在能量轉化過程中，固體電解質中H＋由陰極向陽極移動C．陰極的電極反應式為：OX＋4H＋＋4e－=GC＋H2OD．為增強陽極電解液導電性，可在水中添加適量鹽酸或NaClC[右側電極發生氧化反應生成O2，該電極為陽極，則b極為電源的正極，A項錯誤；電解池中陽離子向陰極移動，則固體電解質中H＋由陽極向陰極移動，B項錯誤；陰極上OX發生還原反應生成GC，電極反應式為OX＋4H＋＋4e－=GC＋H2O，C項正確；陽極電解液中添加適量鹽酸或NaCl，Cl－在陽極放電生成有毒氣體Cl2，易污染環境，D項錯誤。]15．(1)(2020·全國卷Ⅱ，26(1))氯氣是制備系列含氯化合物的主要原料，可采用如圖所示的裝置來制取。裝置中的離子膜只允許______離子通過，氯氣的逸出口是________(填標號)。(2)(2020·全國卷Ⅱ，28(3))CH4和CO2都是比較穩定的分子，科學家利用電化學裝置實現兩種分子的耦合轉化，其原理如下圖所示：①陰極上的反應式為______________________。②若生成的乙烯和乙烷的體積比為2∶1，則消耗的CH4和CO2體積比為________。解析(1)根據圖示，電解食鹽水制備氯氣時，陽極產生氯氣，從a口逸出，陰極產生OH－，為了防止陰極產生的OH－與陽極產生的Cl2反應，中間的離子交換膜只允許Na＋通過，即為陽離子交換膜；(2)①根據圖示，陰極反應物為CO2，電極反應式為CO2＋2e－=CO＋O2－；②陽極反應式為6CH4＋5O2－－10e－=CH3CH3＋2C2H4＋5H2O；根據電子守恒，6CH4～10e－～5CO2，消耗的CH4與CO2體積之比為6∶5。答案(1)Na＋a(2)①CO2＋2e－=CO＋O2－②6∶516．(1)(2019·全國卷Ⅱ，27(4))環戊二烯可用于制備二茂鐵[Fe(C5H5)2，結構簡式為eq\a\vs4\al()]，后者廣泛應用于航天、化工等領域中。二茂鐵的電化學制備原理如圖所示，其中電解液為溶解有溴化鈉(電解質)和環戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機溶劑)。該電解池的陽極為________，總反應為________________________________。電解制備需要在無水條件下進行，原因為__________________________________________。(2)(2019·全國卷Ⅲ，28(4))在傳統的電解氯化氫回收氯氣技術的基礎上