1、专项提能特训专项提能特训 11 电解原理在工农业生产中的应用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 4，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=2H 2OO2 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(NH4)3PO4 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 2，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， 阴
2、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 4与 OH 反应 生成 NH3 H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有 NH3 H2O，D 项错误。 2某混合物浆液中含有 Al(OH)3、MnO2和少量 Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使 Na2CrO4 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( ) Aa 极室的电极反应式为 2H2O2e =2OHH 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 Na2SO4
3、和 Na2CrO4的混合液 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 4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 2H2O2e =2OHH 2，A 说法正确；a 极上发生还原反应，故将 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：2H2O4e =O 2 4H ，b 极产生 H，发生反应 2CrO2 42H Cr2O2 7H2O，因此 b 极室还有 Cr2O 2 7存 在，C 说法错误；0.52 g 铬元素的物质的量为 0.01 mol，
4、说明有 0.01 mol CrO2 4透过阴离子交 换膜，则电路中通过 0.02 mol 电子，D 说法正确。 3Na2FeO4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。在工业上通常利 用如图装置生产 Na2FeO4，下列有关说法不正确的是( ) A右侧电极反应式： Fe8OH 6e=FeO2 44H2O 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 DNa2FeO4具有强氧化性且产物为 Fe3 ，因此可以利用 Na 2FeO4除去水中的细菌、固体颗 粒以及 C
5、a2 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 FeO2 4，结合原子守恒和电荷守恒可得电极反应式为 Fe6e 8OH=FeO2 4 4H2O，A 项正确；左侧为阴极室，Cu 电极上的电极反应式为 2H2O2e =H 22OH ， 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
6、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；Na2FeO4具有强氧化性，可利用 Na2FeO4除去水 中的细菌，Na2FeO4的还原产物为 Fe3 ，Fe3水解生成 Fe(OH) 3胶体，Fe(OH)3胶体可吸附固 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( ) Aa 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 H2O2e =H 2O 2 答案 C 解析
7、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 2，Cl2H2O HClHClO，故“酸性水”中含 HClO，具有强氧化 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
8、学能 B管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为 Fe2e =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
9、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 Ba 极为电源的正极 CTa2O5极发生的电极反应式为 Ta2O510e =2Ta5O2 D常温常压下，石墨电极上生成 22.4 L O2，则电路中转移的电子数为 4NA 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；Ta2O5极为阴极，发生 还原反应，电极反应式为 Ta2O510e =2Ta5O2，C 正确；常温常压下，22.4 L O 2的物 质的量小于 1 mol，阳极还有 CO 和
10、 CO2生成，转移电子数无法计算，D 错误。 7在固态金属氧化物电解池中，高温共电解 H2OCO2混合气体制备 H2和 CO 是一种新的 能源利用方式，基本原理如下图所示。下列说法不正确的是( ) AX 是电源的负极 B阴极的电极反应式是 H2O2e =H 2O 2，CO 22e =COO2 C总反应可表示为 H2OCO2= 电解 H2COO2 D阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是 11 答案 D 解析 根据图示可知，X 连接的多孔电极的产物为 H2和 CO，是 H2O 与 CO2的还原产物， 可判断在 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；
11、 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 H 2O 2e =H 2O 2，CO 22e =COO2，B 项正确；根据电极产物及电极反应可知，该反 应的总化学方程式为 H2OCO2= 电解 H2COO2，C 项正确；根据电解总反应的化学方程 式可知，阴、阳两极生成的气体的物质的量之比为 21，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 910，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 2H2O2e =H 22OH B阳极的电极反应式为 Cl 2OH2e=C
12、lOH 2O C电解时使用锂钒氧化物二次电池(V2O5x LiLixV2O5)作电源，电池充电时 a 电极的 电极反应式为 LixV2O5xe =V 2O5xLi D除去 CN 的反应：2CN5ClO2H=N 22CO25Cl H 2O 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 2和 N2，该反应在 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 RR(烷烃)。下列说法不正确的是( ) A电解总反应方程式：2RCO
13、ONa2H2O= 电解 RR2CO2H22NaOH BRCOO 在阳极放电，发生氧化反应 C阴极的电极反应：2H2O2e =2OHH 2 D电解 CH3COONa、CH3CH2COONa 和 NaOH 混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷 答案 A 解析 由于电解液呈强碱性，电解反应不能释放出 CO2气体，A 错误；电解高浓度 RCOONa 的 NaOH 溶液，阳极上 RCOO 发生氧化反应，得到 RR(烷烃)，B 正确；阴极上 H 2O 得电 子放出 H2，电极反应式为 2H2O2e =2OHH 2，C 正确；根据题中电解原理，电解 RCOONa 和 NaOH 混合液可得到 RR(烷烃)，类比推理
14、，电解 CH3COONa、CH3CH2COONa 和 NaOH 混合溶液，可得到 CH3CH3(乙烷)、CH3CH2CH3(丙烷)和 CH3CH2CH2CH3(丁烷)，D 正确。 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(NH2)2。下列有关说法正确的 是( ) Aa 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(NH2)22Cl2H2O=N2CO24HCl 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 CO2和 N2，发生氧
15、化反应，则左室电极为阳极，a 为电源 的正极，阳极反应式为 6Cl 6e=3Cl 2，CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl，右 室电解产物为 H2，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 6H2O 6e =6OH3H 2。由上述分析可知，a 为电源的正极，A 项错误；根据上述反应式可 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(N2)n(CO2)0.61 5
16、 mol 0.12 mol，由反应 CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl 可知，所消耗的 CO(NH2)2的物 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 CO2转化为 CH3OH，其原理如图 1 所示： 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(S2O2 4)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 CO2可
17、实现 CO2资源化利用。电解 CO2制 HCOOH 的原理 示意图如图 3。 写出阴极 CO2还原为 HCOO 的电极反应式：_。 电解一段时间后，阳极区的 KHCO3溶液浓度降低，其原因是_。 (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 410 4 mol 电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHO)为_mg。 答案 (1)负 2H2O4e =4HO 2 (2)2SO2 34H 2e=S 2O 2 42H2O 阳 (3)CO2H 2e=HCOO(或 CO 2HCO 32e =HCOOCO2 3)
18、 阳极产生 O2，pH 减小，HCO 3浓度降低；K 部分迁移至阴极区 (4)HCHO4e H 2O=CO24H 3 解析 (2)阴极上亚硫酸根离子得电子生成 S2O2 4，电极反应式为 2SO 2 34H 2e=S 2O 2 4 2H2O，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， 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 CO2，电 极反应式为 HCHO4e H 2O=CO24H ；由反应式可知，当电路中转移 4104 mol 电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHO)为410 4mol
19、 4 30 g mol 13103g3 mg。 12 (1)酸性条件下， 六价铬主要以 Cr2O2 7形式存在， 工业上常用电解法处理含 Cr2O 2 7的废水； 该法用 Fe 作电极电解含 Cr2O2 7的酸性废水，随着电解不断进行，阴极附近溶液 pH 升高，产 生 Cr(OH)3沉淀。 电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？_(填“能”或“不能”)， 理由是_ _。 电解时阳极附近溶液中 Cr2O2 7转化为 Cr 3的离子方程式为_。 若初始溶液中含有 0.1 mol Cr2O2 7，则生成的阳离子全部转化成沉淀的质量是_g。 (2)电解 NO 制备 NH4NO3，其工作原理如图所示，为使
20、电解产物全部转化为 NH4NO3，需补 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 H2S 后所得的溶液加入如图所示的电解池 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，(n1)SS2=S2 n。 写出电解时阴极的电极反应式：_。 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)不能 阳极产生的 Cu2 不能将 Cr 2O 2 7还原到低价态 Cr2O 2 76Fe 214H =2Cr3 6Fe37H 2O 84.8 (2)NH3 根据总反应：8NO7H2O= 电解 3NH4NO3 2HNO3，电
21、解产生了 HNO3，应补充 NH3 (3)2H2O2e =H 22OH S2 n2H =(n1)SH 2S 解析 (2)根据电解 NO 制备 NH4NO3的工作原理示意图知：阴极反应式为 3NO15e 18H =3NH 43H2O，阳极反应式为 5NO15e 10H 2O=5NO 320H ，总反应式为 8NO 7H2O= 电解 3NH4NO32HNO3，为了使电解产生的 HNO3全部转化为 NH4NO3，应补充 NH3。 (3)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 2 n，S 2 n可 以理解为(n1)SS2 ，加入稀硫酸生成 S 单质和 H 2S 气体。