训练(三十一) 电解原理及应用1．(2021·陕西洛南中学检测)用石墨作电极，电解U形管中的饱和NaCl溶液(滴有酚酞溶液)，装置如图。下列叙述正确的是( )A．通电后，NaCl发生电离B．通电一段时间后，阳极附近溶液先变红C．当阳极生成0.1mol气体时，整个电路中转移0.1mol电子D．电解饱和食盐水的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑D [NaCl溶于水时，在水分子作用下发生电离，不需要通电，A项错误；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，产生黄绿色气体，阳极附近溶液不变红，B项错误；阳极上生成0.1molCl2时，电路中转移0.2mol电子，C项错误；电解饱和食盐水时，阳极上析出Cl2，阴极上析出H2，电解总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，D项正确。]2．(2021·河北武邑中学检测)下列关于如图装置说法中正确的是( )A．保护铁时，a极为铁片，b极为锌片B．电镀铜时，a极为镀件，b极为纯铜C．精炼铜时，a极为粗铜，b极为纯铜D．用石墨电解饱和食盐水时，b极有黄绿色气体产生C [电解池中活性电极作阳极被腐蚀，阴极受到保护，故保护铁时，b极为铁片，A错误；电镀铜时，镀层铜作阳极，镀件作阴极，故a极为纯铜，b极为镀件，B错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，故a极为粗铜，b极为纯铜，C正确；用石墨电解饱和食盐水时，b极是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，产生无色无味的气体，D错误。]3．(2020·北京海淀区一模)利用太阳能电解水制H210
是解决能源危机的重要方向。采用固体氧化还原调节剂作为离子交换体系，实现H2、O2分离。下列分析正确的是( )A．左侧电解池应选用酸性溶液，a极反应式为2H＋＋2e－===H2↑B．b极反应式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－C．c为阳极，发生氧化反应D．电解一段时间后，可将b、c对调，循环利用物质D [根据图示，左侧电解池应选用碱性溶液，连接电源负极的为阴极，则a为阴极，阴极发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项错误；连接电源负极的为阴极，则a为阴极，b为阳极，阳极失电子发生氧化反应，故电极反应方程式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，B项错误；连接电源正极的为阳极，则d为阳极，c为阴极，阴极发生还原反应，C项错误；b电极发生的反应Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，c电极发生的反应为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，故电解一段时间后，可将b、c对调，循环利用，D项正确。]4．(2021·安徽“皖南八校”联考)用石墨电极完成下列电解实验。实验装置实验现象a处试纸变蓝； b处变红，局部褪色；c处无明显变化； d处试纸变蓝下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )A．a为电解池的阴极B．b处有氯气生成，且与水反应生成了盐酸和次氯酸C．c处发生了反应：Fe－3e－===Fe3＋D．d处：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C [该装置是两个电解池的串联装置，a极与电池的负极相连，则a是电解池的阴极，A项正确；根据电池的连接方式可知，a、d是阴极，b、c极是阳极，b极的反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，b处变红，局部褪色，说明Cl2与水反应生成了盐酸和次氯酸，B项正确；c极是阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，C项错误；d处是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，溶液呈碱性而使pH试纸变蓝，D项正确。]10
5．(2021·江西赣州七校联考)下列关于如图装置说法正确的是( )A．装置中电子移动的途径是：负极→Fe→M溶液→石墨→正极B．若M为NaCl溶液，通电一段时间后，溶液中可能有NaClOC．若M为FeCl2溶液，可以实现石墨上镀铁D．若M是海水，该装置是通过“牺牲阳极法”使铁不被腐蚀B [装置中电子移动的途径：负极→Fe电极，然后是溶液中的阴离子在阳极(石墨)放电→电源的正极，A项错误；若M为NaCl溶液，通电一段时间后，阳极产生Cl2，溶液中的NaOH与阳极产生的Cl2发生反应生成NaCl和NaClO，所以溶液中可能有NaClO，B项正确；若M为FeCl2溶液，在阳极，溶液中的Fe2＋失去电子变为Fe3＋，所以不可能实现石墨上镀铁，C项错误；若M是海水，该装置是电解池，是通过外加电流法使铁不被腐蚀，不是通过“牺牲阳极法”，D项错误。]6．(2021·山东日照实验中学检测)铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的天然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高，工业中以铝为阳极，置于硫酸溶液中电解，装置如图所示，下列说法正确的是( )A．阳极电极反应式为2Al－6e－＋6OH－===Al2O3＋3H2OB．随着电解的进行，溶液的pH逐渐增大C．当阴极生成气体3.36L(标准状况)时，阳极增重2.4gD．电解过程中H＋移向铝电极C [A项，硫酸溶液显酸性，阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋；B项，阴极反应式为6H＋＋6e－===3H2↑，电解过程中H2O减少，pH减小；D项，电解过程中H＋移向阴极(石墨极)。]7．(2021·天津静海区四校联考)如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电能力顺序，都可能在阳极放电。下列分析正确的是( )10
A．C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B．C1电极处溶液首先变黄色C．C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，2Cl－－2e－===Cl2↑D．每当C1电极上有2g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液C [C1电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A项错误；C1电极处氢离子放电，溶液碱性增强，溶液不会变成黄色，B项错误；C2电极与电源的正极相连，作阳极，亚铁离子的还原性强于氯离子，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，C项正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液，D项错误。]8．(2021·山东检测)现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol/L的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图所示，下列说法正确的是( )A．电解开始时阴极有H2放出 B．电解开始时阳极上发生：Cu2＋＋2e－===CuC．整个电解过程中，SO不参与电极反应D．当电路中通过电子的量超过0.1mol时，此时阴极放电的离子发生了变化C [由于阳离子的氧化性：Cu2＋>H＋，电解开始时，Cu2＋先在阴极放电，故阴极上有Cu析出，A项错误；由于阴离子的还原性：Cl－>OH－>SO，则电解开始阶段阳极上Cl－放电，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，B项错误；由于还原性：Cl－>OH－>SO，整个电解过程中，阳极上Cl－、OH－先后放电，SO不能放电，故SO不参与电极反应，C项正确；混合液中含有0.1molHCl和0.1molCuSO4，阴极上先发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过0.1mol电子时，消耗0.05molCu2＋，混合液中还剩余0.05molCu2＋，故通过电子的量超过0.1mol时，阴极放电的离子未发生变化，D项错误。]9．(2021·四川攀枝花检测)高铁酸盐在环保能源领域有广泛的用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示。下列推断合理的是( )10
A．Fe电极是阳极，电极反应式Fe＋4H2O－6e－===FeO＋8H＋B．电解时电子流向：负极→Ni电极→电解液→Fe电极→正极C．若隔膜为阴离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中含有FeOD．电解时阳极区pH减小、阴极区pH增大，撤去隔膜，溶液混合后，与原溶液相比，pH减小(忽略体积变化)D [利用该电解装置制备Na2FeO4，Fe电极与直流电源的正极相连，则Fe电极是阳极，由于电解质溶液是NaOH溶液，故阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，A项错误；电子只在电极和导线上流动，不能进入电解质溶液，B项错误；阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，若隔膜为阴离子交换膜，为维持电解质溶液呈电中性，阴极产生的OH－通过隔膜向右侧移动，故电解结束后右侧溶液中含有FeO，C项错误；电解时阳极消耗OH－，阴极生成OH－，则阳极区pH减小、阴极区pH增大；据得失电子守恒可知，转移电子相等时，阳极消耗OH－比阴极生成OH－要多，撤去隔膜，溶液混合后，溶液的碱性减弱，则与原溶液相比，pH减小，D项正确。]10．(2021·辽宁沈阳六校联考)海水提取金属锂的装置如图所示，工作时，在电极c依次检测到两种气体。下列说法正确的是( )A．电子的流向：电极d→电极b→电极a→电极cB．离子交换膜为质子交换膜C．丁基锂可用LiNO3水溶液代替D．若导线中转移1mol电子，则电极c产生气体的质量在8g和35.5g之间D [海水中含有Cl－、OH－、SO等阴离子，工作时，在电极c依次检测到两种气体，这两种气体应为Cl2和O2，则电极c是阳极，电极a是正极，故电子的流向：电极b→电极d，电极c→电极a，A项错误；海水中的Li＋通过离子交换膜进入丁基锂，10
并在电极d发生还原反应生成锂，则离子交换膜是阳离子交换膜，B项错误；电极d发生的反应是Li＋＋e－===Li，Li与水反应生成LiOH和H2，故丁基锂不能用LiNO3水溶液代替，C项错误；电极c上发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，转移1mol电子时，若只析出Cl2，可得到0.5molCl2，质量为35.5g；若只析出O2，可得到0.25molO2，质量为8g，由于c极得到Cl2和O2混合气体，故气体的质量介于8g和35.5g之间，D项正确。]11．(2021·福建三明质检)锂钒氧化物二次电池成本较低，且对环境无污染，其充放电的反应方程式为V2O5＋xLiLixV2O5。下图为用该电池电解含镍酸性废水制取单质镍的装置。下列说法正确的是( )A．该电池充电时，负极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋B．该电池可以用LiCl水溶液作电解质溶液C．当电池中有7gLi参与放电时，能得到59gNiD．电解过程中，NaCl溶液的浓度会不断增大D [锂钒氧化物电池充电时，负极连接外加电源的负极作电解池的阴极，发生的电极反应式为Li＋＋e－===＋Li，A项错误；Li是活泼金属，能与水反应，故该锂钒氧化物电池不能用LiCl水溶液作电解质溶液，B项错误；该电池放电时，负极反应式为Li－e－===Li＋，有7gLi(即1mol)参与放电时，电路中转移1mol电子；镀镍铁棒发生的反应为Ni2＋＋2e—===Ni，通过1mol电子时析出0.5molNi，其质量为0.5mol×59g/mol＝29.5g，C项错误；电解过程中，阴极区Cl－透过阴离子膜向NaCl溶液中迁移，阳极区Na＋透过阳离子膜向NaCl溶液中迁移，故NaCl溶液的浓度不断增大，D项正确。]12．(2021·山东菏泽期初调研)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，是一种强还原剂。工业常用惰性电极电解亚硫酸氢钠的方法制备连二亚硫酸钠，原理装置如图所示，下列说法正确的是( )10
A．b电极应该接电源的负极B．装置中所用离子交换膜为阴离子交换膜C．电路中每转移1mole－消耗SO2的体积为11.2LD．a电极的电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2OD [由装置图中物质转化关系可知，左边由NaHSO3得到电子转化为Na2S2O4，右边由SO2失去电子转化为H2SO4，所以a电极接电源的负极，b电极接电源的正极，A项错误；a电极的反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，b电极的反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，所以装置中离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；由电极反应式可知，每转移1mole－消耗0.5molSO2，但没有给出气体的温度和压强，所以SO2气体的体积无法计算，C项错误；a电极的电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，D项正确。]13．(2021·黑龙江检测)氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀，可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去Cl－，装置如图，下列说法错误的是( )A．钢筋接电源的正极B．金属导电网上发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑C．混凝土中的钙离子向钢筋方向移动D．电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大A [由Cl－移动的方向可知钢筋接电源的负极，A项错误；金属导电网为阳极，发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B项正确；混凝土一端为阴极，钙离子为阳离子，所以向钢筋方向移动，C项正确；钢筋附近发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大，D项正确。]14．(2021·江西九江六校联考)10
最近某科研小组创建了一种通过连续电解将能量储存为化学能的装置。在氧化钇基质的阳极和二氧化钛涂覆的钛阴极之间是可通过H＋的固体聚合物电解质，其结构如图所示。下列说法正确的是( )A．电源的b极为负极B．在能量转化过程中，固体电解质中H＋由阴极向阳极移动C．阴极的电极反应式为：OX＋4H＋＋4e－===GC＋H2OD．为增强阳极电解液导电性，可在水中添加适量盐酸或NaClC [右侧电极发生氧化反应生成O2，该电极为阳极，则b极为电源的正极，A项错误；电解池中阳离子向阴极移动，则固体电解质中H＋由阳极向阴极移动，B项错误；阴极上OX发生还原反应生成GC，电极反应式为OX＋4H＋＋4e－===GC＋H2O，C项正确；阳极电解液中添加适量盐酸或NaCl，Cl－在阳极放电生成有毒气体Cl2，易污染环境，D项错误。]15．(1)(2020·全国卷Ⅱ，26(1))氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许______离子通过，氯气的逸出口是________(填标号)。(2)(2020·全国卷Ⅱ，28(3))CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：①阴极上的反应式为______________________。10
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。解析 (1)根据图示，电解食盐水制备氯气时，阳极产生氯气，从a口逸出，阴极产生OH－，为了防止阴极产生的OH－与阳极产生的Cl2反应，中间的离子交换膜只允许Na＋通过，即为阳离子交换膜；(2)①根据图示，阴极反应物为CO2，电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－；②阳极反应式为6CH4＋5O2－－10e－===CH3CH3＋2C2H4＋5H2O；根据电子守恒，6CH4～10e－～5CO2，消耗的CH4与CO2体积之比为6∶5。答案 (1)Na＋ a (2)①CO2＋2e－===CO＋O2－ ②6∶516．(1)(2019·全国卷Ⅱ，27(4))环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为________，总反应为________________________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为__________________________________________。(2)(2019·全国卷Ⅲ，28(4))在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：负极区发生的反应有___________________________(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。解析 (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总反应方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。(2)由题图知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1molO2，需转移4mol电子，则转移1mol电子时，应消耗molO2，标准状况下，molO2的体积为mol×22.4L/mol＝5.6L。10
答案 (1)Fe电极 Fe＋2===＋H2↑[或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2(2)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.610
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