专题4 电解原理及电镀、精炼、冶金和制备的应用-备战2021年高考电化学选择题专题突破（解析版）

专题 4 电解原理及电镀、精炼、冶金和制备的应用 1．(20 全国卷Ⅱ-12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意 图。当通电时，Ag+注入到无色 WO3 薄膜中，生成 AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错 误的是 A．Ag 为阳极 B．Ag+由银电极向变色层迁移 C．W 元素的化合价升高 D．总反应为： WO3+xAg=AgxWO3 【答案】C 【解析】 A．通电时，Ag 电极有 Ag+生成，故 Ag 电极为阳极，故 A 项正确； B．通电时电致变色层变蓝色，说明有 Ag+从 Ag 电极经固体电解质进入电致变色层，故 B 项正确； C．过程中，W 由 WO3 的+6 价降低到 AgxWO3 中的+(6-x)价，故 C 项错误； D．该电解池中阳极即 Ag 电极上发生的电极反应为：xAg-xe-= xAg+，而另一极阴极上发生的电极反应为： WO3+xAg++xe- = AgxWO3，故发生的总反应式为：xAg + WO3=AgxWO3，故 D 项正确； 答案选 C。 2．(18 全国Ⅰ卷-13)最近我国科学家设计了一种 CO2+H2S 协同转 化装置，实现对天然气中 CO2 和 H2S 的高效去除。示意图如图所 示，其中电极分别为 ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的 ZnO）和石墨 烯，石墨烯电极区发生反应为： ①EDTA－Fe2+－e－＝EDTA－Fe3+ ②2EDTA－Fe3+＋H2S＝2H+＋S＋2EDTA－Fe2+ 该装置工作时，下列叙述错误的是 A．阴极的电极反应：CO2＋2H+＋2e－＝CO＋H2O B．协同转化总反应：CO2＋H2S＝CO＋H2O＋S C．石墨烯上的电势比 ZnO@石墨烯上的低 D．若采用 Fe3＋／Fe2+取代 EDTA－Fe3+／EDTA－Fe2+，溶液需为酸性 【答案】C 【解析】 A．CO2 在 ZnO@石墨烯电极上转化为 CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为 CO2+H＋+2e －＝CO+H2O，A 正确； B．根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①+②即得到 H2S－2e－＝2H＋+S，因此总反应式为 CO2+H2S＝ CO+H2O+S，B 正确； C．石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比 ZnO@石墨烯电极上的高，C 错误； D．由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用 Fe3＋/Fe2＋取代 EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性， D 正确。答案选 C。 3．(17 全国Ⅱ卷-11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为 2 4 2 2 4H SO H C O 混合溶液。下列叙述错误的是 A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为： 3Al 3e Al   D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 【答案】C 【解析】 解：A、铝的阳极氧化法表面处理技术中，金属铝是阳极材料，故 A 正确； B、阴极不论用什么材料离子都会在此得电子，故可选用不锈钢网作为阴极，故 B 正确； C、阴极是阳离子氢离子发生得电子的还原反应，故电极反应方程式为 2H++2e-=H2↑，故 C 错误； D、在电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，故硫酸根离子在电解过程中向阳极移动，故 D 正确， 故选 C． 4．(16 北京卷-12)用石墨电极完成下列电解实验。 实验一 实验二 装置 现象 a、d 处试纸变蓝；b 处变红，局部褪色；c 处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n 处 有气泡产生；…… 下列对实验现象的解释或推测不合理．．．的是 A、a、d 处： - - 2 22H O+2e =H -+2OH B、b 处： - - 22Cl -2e =Cl C、c 处发生了反应： - 2+Fe-2e =Fe D、根据实验一的原理，实验二中 m 处能析出铜 【答案】B 【解析】 A、a、d 处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，破坏了水的电离平衡，氢氧 根离子浓度增大造成的，A 正确；B、b 处变红，局部褪色，说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时放电，分 别产生氧气和氯气，氢离子浓度增大，酸性增强，氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性，B 错误；C、c 处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，C 正确；D、实验一中 ac 形成电解池，db 形成电解池，所以实验二 中也相当于形成三个电解池（一个球两面为不同的两极），m 为电解池的阴极，另一球朝 m 的一面为阳极（n 的背面），故相当于电镀，即 m 上有铜析出，D 正确。答案选 B。 5．(15 浙江卷-11)在固态金属氧化物电解池中，高温共电解 H2O-CO2 混合 气体制备 H2 和 CO 是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说 法不正确．．．的是 A．X 是电源的负极 B．阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ C．总反应可表示为：H2O＋CO2＝H2＋CO＋O2 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】 A．从图示可看出，与 X 相连的电极发生 H2O→H2、CO2→CO 的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则 X 为电源的负极，A 正确； B．阴极 H2O→H2、CO2→CO 均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、CO2＋2eˉ ＝CO＋O2ˉ，B 正确； C．从图示可知，阳极生成 H2 和 CO 的同时，阴极有 O2 生成，所以总反应可表示为：H2O＋CO2 H2 ＋ CO＋O2，C 正确； D．从总反应方程式可知，阴极生成 2mol 气体(H2、CO 各 1mol)、阳极生成 1mol 气体(氧气)，所以阴、阳 两极生成的气体物质的量之比 2∶1，D 不正确。答案选 D。 6．(21 届盘州高三一模)科学家以石墨烯为电极材料，设计出种处理工业尾气中 NH3 的新方案，其原理如图 所示，下列说法不正确的是( ) A．上述装置工作时 H+向阴极迁移，阳极上发生氧化反应 B．电路中每转移 0.3mole-，理论上可处理 2.24L 氨气 C．电解总反应方程式为 4NH3+3O2=2N2+6H2O D．阴极区反应包括 Fe3++e-→Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 【答案】B 【解析】 如图所示，电解装置左侧电极为电解池的阴极，三价铁离子得到电子还原为亚铁离子，氧气又把亚铁离子 氧化与氢离子结合生成水，右侧为阳极，氨气失去电子转化为氮气，氢离子由阳极向阴极移动。 A．上述装置左侧为阴极，右侧为阳极，工作时 H+向阴极迁移，阳极上氨气失去电子，发生氧化反应，A 正确； B．没有指明气体条件是否是标准状况，B 错误； C．电解总反应方程式为 4NH3+3O2=2N2+6H2O，C 正确； D．根据左侧阴极发生还原反应，阴极区反应包括 Fe3++e-→Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，D 正确； 故选 B。 7．(21 届东高三三摸)下列实验装置能达到相应实验目的的是 A．装置①用于验证反应是否有 CO2 生成 B．装置②用于焙烧胆矾晶体 C．装置③用于制备少量含 NaClO 的消毒液 D．装置④用于测定中和反应的反应热 【答案】D 【解析】 A．木炭与浓硫酸加热反应可生成二氧化硫，二氧化碳和二氧化硫均可与澄清石灰水反应、使澄清石灰水变 浑浊，故 A 不能达到实验目的； B．焙烧胆矾晶体应在坩埚中进行，故 B 不能达到实验目的； C．上端与电源正极相连为阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上生成氢气和 NaOH，上端生成的氯气 无法接触到 NaOH，无法制备消毒液，故 C 不能达到实验目的； D．测定中和反应的反应热，应在绝热装置中进行，碎泡沫塑料起保温作用，故图示装置是简易绝热装置， 环形玻璃搅拌棒用于使酸碱充分混合反应、温度计用于测量最高温度，故 D 能达到实验目的； 答案为 D。 8．(21 届长沙雅礼高三月考) AN 为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( ) A．0.1 mol 氨基( 2NH－ )含有的电子数为 0.9 AN B．用电解粗铜的方法精炼铜，当电路中通过的电子数为 2 AN 时，阳极应有 64gCu 转化为 2Cu  C．将 0.2 mol 2Cl 通入足量水中，转移的电子数为 0.2 AN D．将一定量的 2Cl 通入 2FeBr 溶液中，当有 2 mol Br 转化为 2Br 时，转移的电子数一定为 3 AN 【答案】A 【解析】 A．一个氨基中含有 9 个电子，则 0.1 mol 氨基( 2NH－ )含有的电子数为 0.1mol×9×NA=0.9 AN ，故 A 正确； B．电解精炼铜时，阳极上放电的不只是铜，比铜活泼的金属先放电，故当电路中通过的电子数为 2 AN 时， 阳极转化为 2Cu  的铜单质的质量小于 1mol，质量小于 64g，故 B 错误； C．将 0.2 mol 2Cl 通入足量水中，转移的电子数为 0.2 AN ，氯气与水的反应是可逆反应，0.2mol 氯气不能 完全转化，则转移的电子数小于 0.2NA，故 C 错误； D．由于还原性：Fe2+＞Br-，将一定量的 2Cl 通入 2FeBr 溶液中，氯气先氧化 Fe2+，Fe2+全部被转化为 Fe3+ 后，剩余的氯气再与 Br-反应，当有 2 mol Br 转化为 2Br 时，共转移 2mol 电子，此时至少有 1mol Fe2+被 转化为 Fe3+，共转移 1mol 电子，由于 2FeBr 的物质的量未知，一共消耗 Fe2+的总物质的量未知，则转移的 电子数至少为 3 AN ，故 D 错误； 9．(21 届荆州高三一检)利用下列装置进行实验，能达到实验目的的是( ) A．用图甲所示装置进行石油分馏 B．用图乙所示装置干燥 2SO 气体 C．用图丙所示装置验证元素的非金属性： Cl>C>Si D．用图丁所示装置在铁上镀铜 【答案】B 【解析】 A．用图甲所示装置进行石油分馏时，需要收集不同温度范围内的馏分，因此需要温度计测量蒸气的温度， 本装置缺少温度计，A 不符合； B．浓硫酸具有吸水性，与二氧化硫不反应，可用图乙所示装置干燥 2SO 气体，B 符合； C．盐酸不是氯元素的最高价含氧酸，且生成的二氧化碳中含有挥发出的氯化氢，碳酸和盐酸均能与硅酸钠 反应，不能验证碳酸的酸性大于硅酸，不能用图丙所示装置验证元素的非金属性： Cl>C>Si ，C 不符合； D．用图丁所示装置在铁上镀铜时，铁应该与电源的负极相连，作阴极，镀层金属铜应该与电源的正极相连， 作阳极，D 不符合； 答案选 B。 10．(21 届北京高三综合测试)工业上设计如下过程吸收 NO 和 SO2. 下列说法正确的是 A．装置Ⅰ的主要作用是吸收 NO B．装置Ⅱ中，加入 Ce4+的主要作用是将氮、硫的化合物分离 C．装置Ⅲ中， 2- 2 4S O 在电解槽的阴极区生成 D．装置Ⅳ中，O2 的主要作用是氧化 NH3 【答案】C 【解析】 A．NO 和 NaOH 溶液不反应，SO2 和 NaOH 溶液反应生成 - 3HSO ，所以装置Ⅰ的主要作用是吸收 SO2，故 A 错误； B．从图示可以看出 Ce4+的主要作用是将 NO 氧化为 - - 2 3NO 、NO 留在溶液中，故 B 错误； C．装置Ⅲ中, +4 +3 - 2- 23 4H S O → S O ，化合价降低，发生还原反应，在阴极区生成，故 C 正确； D．装置Ⅳ中，O2 的主要作用是氧化 - - 2 3NO 为NO ，而 NH3 转化为 + 4NH ,化合价没变，故 D 错误； 故答案为：C 11．(21 届徐州铜山区高三期末)已知 W、X、Y、Z、R 是短周期中原子序数依次增大的 5 种主族元素，其 中 W、Z 同族，且原子序数相差 8，元素 X 在同周期的主族元素中原子半径最大，Y 是地壳中含量最多的 金属元素。下列说法中正确的是 A．气态氢化物稳定性：R>Z>W B．原子半径：R＜W＜Y＜Z＜X C．X 分别与 W、R 形成的化合物的化学键类型不一定相同 D．电解 X 与 R 形成化合物的溶液可获得 X 的单质 【答案】C 【解析】 W、X、Y、Z、R 是短周期中原子序数依次增大的 5 种主族元素，Y 是地壳中含量最多的金属元素，则 Y 为 Al；W、Z 同族，且原子序数相差 8，元素 X 在同周期的主族元素中原子半径最大，则 X 为 Na；W 为 O， Z 为 S、R 为 Cl；综上所述，W、X、Y、Z、R 分别为 O、Na、Al、S、Cl，结合元素周期变、律相关知识 解答。 A．非金属性：O>Cl>S，因此稳定性：H2O>HCl>H2S，即气态氢化物稳定性：W>R>Z，A 错误； B．电子层数越多，原子半径越大，电子层数相同，核电荷数越小，原子半径越小，因此原子半径：O＜Cl ＜S＜Al＜Na，即 W＜R＜Z＜Y＜X，B 错误； C．X(Na)分别与 W(O)、R(Cl)形成的化合物的化学键类型不一定相同，如 Na2O 只含离子键，Na2O2 既含离 子键，又含非极性共价键，NaCl 只含离子键，C 正确； D．Na 太活泼，电解 X(Na)与 R(Cl)形成化合物的溶液即 NaCl 溶液得不到 X 的单质 Na，D 错误； 答案选 C。 12．(21 届福建三校联考)应对新冠肺炎疫情时所采取的措施是对环境进行彻底消毒，二氧化氯(ClO2，黄绿 色易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制 备 ClO2 的原理如图所示。下列说法正确的( ) A．a 与电源的负极连接，在 b 极区流出的 Y 溶液是浓盐酸 B．当有 0.3mol 阴离子通过离子交换膜时，二氧化氯发生器中产生 1.12LNH3 C．电解池 a 极上发生的电极反应为 NH + 4 -6e-+3Cl-=NCl3+4H+ D．二氧化氯发生器内，发生的氧化还原反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 6：1 【答案】C 【解析】 A．在 b 极区有 H+得到电子生成 H2，电极反应式为 2H++2e-= H2↑，在 b 极区流出的 Y 溶液是稀盐酸，则 b 极为电解池的阴极，b 极与电源的负极相连接，则 a 极与电源的正极相连接，故 A 错误； B．没有指明条件为标准状况，不能准确计算产生 NH3 体积，故 B 错误； C．a 为电解池的阳极，NH + 4 在阳极失去电子生成 NCl3，电极反应式为 NH + 4 -6e-+3Cl-=NCl3+4H+，故 C 正确； D．在二氧化氯发生器内，发生 3H2O+ NCl3+6NaClO2=6ClO2↑+ NH3↑+3NaCl+3NaOH，其中 NCl3 为氧化剂， NaClO2 为还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1:6，故 D 错误； 故选 C； 13．(21 年广东学业水平适应性测试)环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电 解 KCl 溶液，用 Cl-交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜， 两区混合反应： HOCH2CH2Cl +OH-=Cl- + H2O + C2H4O。下列说法错误的是 A．乙烯应通入阴极区 B．移出交换膜前存在反应 Cl2+ H2O ⇌ HCl + HClO C．使用 Cl- 交换膜阻止 OH- 通过，可使 Cl2 生成区的 pH 逐渐减小 D．制备过程的总反应为：H2C=CH2+ H2O= H2↑+ C2H4O 【答案】A 【解析】 环氧乙烷的制备原理：Cl-在阳极被氧化生成 Cl2，Cl2 与水发生反应 Cl2+ H2O ⇌ HCl + HClO，HClO 与乙烯发 生加成反应生成 HOCH2CH2Cl；阴极区水电离出的氢离子放电生成氢气，同时产生氢氧根，电解结束，移 出交换膜，两区混合反应： HOCH2CH2Cl +OH-=Cl- + H2O + C2H4O。 A．阳极区产生 HClO，所以乙烯通入阳极区，故 A 错误； B．根据分析可知阳极氧化生成的氯气会与水发生反应 Cl2+ H2O ⇌ HCl + HClO，故 B 正确； C．根据分析可知阳极区会产生 HCl，使用 Cl- 交换膜阻止 OH- 通过，HCl 的浓度不断增大，pH 逐渐减小， 故 C 正确； D．根据分析可知该反应过程中 KCl 并没有被消耗，实际上是水、乙烯反应，总反应为 H2C=CH2+ H2O= H2↑+ C2H4O，故 D 正确； 综上所述答案为 A。 14．(21 届开封高三一模)多伦多大学 EdwardSargent 教授团队研发了一种将乙烯高效转化为环氧乙烷的电化 学合成方法。反应在 KCl 电解液的流动池中进行，示意图如图。电解结束后，将阴阳极电解液输出混合， 便可生成环氧乙烷。下列说法正确的是( ) A．泡沫镍电极连接电源负极 B．铂箔电极附近溶液 pH 下降 C．该过程的总反应为 CH2=CH2+HOCl→ +HCl D．当电路中通过 1mol 电子时，铂箔电极上会产生 11.2L 气体(标准状况) 【答案】D 【解析】 据图可知泡沫镍电极上 Cl-失电子被氧化生成 Cl2，所以泡沫镍电极为阳极，则铂箔电极为阴极，电解质溶液 为 KCl 溶液，所以阴极上水电离出的氢离子放电生成氢气。 A．根据分析可知泡沫镍电极为阳极，应连接电源正极，故 A 错误； B．铂箔电极为阴极，水电离出的氢离子放电生成氢气，同时产生大量氢氧根，所以铂箔电极附近溶液 pH 升高，故 B 错误； C．铂箔电极的产物为 H2 和 KOH，所以阳极区生成的 HCl 又会反应生成 KCl，初始反应物没有 HOCl，该 物质是阳极产物氯气和水反应生成的，据图可知 HOCl 中氯元素最终又生成了氯离子，所以该反应的实际反 应物只有乙烯和水，最终的生成物为环氧乙烷和氢气，总反应为 ， 故 C 错误； D．铂箔电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，转移 1mol 电子生成 0.5mol 氢气，标况下体积为 11.2L，故 D 正确； 综上所述答案为 D。 15．(21 届南通高三一模)海洋是一个十分巨大的资源宝库，海水中含量最多的是 H、O 两种元素，还含有 Na、Cl、Mg、Br、Ca、S 等元素。海水资源的利用主要包括海水淡化、海水晒盐，从海水中制取镁、钾、 溴等化工产品。从海水中提取镁的步骤是将石灰乳加入海水沉淀池中，得到氢氧化镁沉淀，再将氢氧化镁 与盐酸反应，得到的溶液蒸发结晶，获得六水合氯化镁晶体(MgCl2•6H2O)进一步操作得到无水氯化镁，电 解熔融氯化镁可获得单质镁。海水淡化是解决淡水资源短缺的有效途径之一，其方法主要有蒸馏法、电渗 析法和离子交换法等。电渗析法淡化海水的原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．该装置将化学能转化成电能 B．阴极发生的电极反应为 2Cl--2e-=Cl2↑ C．Ⅱ室中流出淡水，Ⅰ、Ⅲ室流出液中 NaCl 浓度变大 D．若将 a、b 膜的位置互换，则不能获得淡水 【答案】C 【解析】 由图可知，该装置为电解池，阳极上氯离子失去电子发生氧化反应生成氯气，钠离子通过阳离子交换膜进 入Ⅰ室导致阳离子的物质的量大于阴离子，Ⅱ室中氯离子通过离子交换膜进入Ⅰ室，阴极上水得到电子发 生还原反应生成氢气和氢氧根离子，氯离子通过阴离子交换膜进入Ⅲ室导致阴离子的物质的量大于阳离子， Ⅱ室中钠离子通过离子交换膜进入Ⅲ室，最后Ⅱ室中流出淡水，Ⅰ、Ⅲ室流出液中 NaCl 浓度变大。 A．该装置为电解池，是将电能转化为化学能的装置，故 A 错误； B．由分析可知，阳极上氯离子失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为 2Cl--2e-=Cl2↑，故 B 错误； C．由分析可知，Ⅱ室中流出淡水，Ⅰ、Ⅲ室流出液中 NaCl 浓度变大，故 C 正确； D．若将 a、b 膜的位置互换，Ⅰ室中氯离子通过阴离子交换膜进入阳极室导致Ⅰ室中阴离子的物质的量小 于阳离子，Ⅱ室中钠离子通过离子交换膜进入Ⅰ室，Ⅲ室中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室导致Ⅲ室 中阳离子的物质的量小于阴离子，Ⅱ室中氯离子通过离子交换膜进入Ⅲ室，最后Ⅱ室中流出的还是淡水， 故 D 错误； 故选 C。 16．(21 届山东寿光高三月考)锰是重要的合金材料和催化剂，在工农业生产和科技领域有广泛的用途。利用 某工业废料[含 MnO2、MnOOH、Zn(OH)2 及少量 Fe]制备 Zn 和 MnO2 的一种工艺流程如图所示： 已知： 2 MnO 能溶于酸，且 Mn2+在酸性条件下比较稳定，pH 高于 5.5 时易被 O2 氧化。 ②室温下，Ksp[Mn(OH)2]=10-13，Ksp[Fe(OH)3]=10-38，Ksp[Zn(OH)2]=10-17(当离子浓度≤10-5mol·L-1 可认为沉淀 完全) 下列说法错误的是 A．加入过量炭黑主要作用是将 MnO2、MnOOH 转化为 MnO B．“酸浸”时，不可以用浓盐酸代替稀硫酸 C．“净化”时，溶液中 Mn2+、Zn2+的浓度约为 0.1mol·L-1，调节 pH 的合理范围是 3≤pH