第19講電解池及其應(yīng)用練習(xí)1電解池原理1.(2024·南京二模)一種電解乙?；拎簭U水中的(NH4)2SO4制備(NH4)2S2O8的電化學(xué)裝置如圖所示。下列說法正確的是(B)A.石墨電極與直流電源正極相連B.電解時，鉑網(wǎng)電極附近pH增大C.離子交換膜應(yīng)選擇性透過陰離子D.陰極上的電極反應(yīng)為2SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=S2Oeq\o\al(2－,8)【解析】由圖可知，鉑網(wǎng)電極上(NH4)2SO4失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成(NH4)2S2O8，鉑網(wǎng)為陽極，則石墨為陰極，與直流電源負極相連，A錯誤；陽極反應(yīng)式為2SOeq\o\al(2－,4)－2e－=S2Oeq\o\al(2－,8)，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，則右側(cè)氫離子通過離子交換膜進入左側(cè)，使得鉑網(wǎng)電極附近pH增大，B正確；C、D錯誤。2.(2021·江蘇卷)通過下列方法可分別獲得H2和O2：①通過電解獲得NiOOH和H2(如圖所示)；②在90℃將NiOOH與H2O反應(yīng)生成Ni(OH)2并獲得O2。下列說法正確的是(BA.電解后KOH溶液的物質(zhì)的量濃度減小B.電解時，陽極電極反應(yīng)式：Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2OC.電解的總反應(yīng)：2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑D.電解過程中轉(zhuǎn)移4mol電子，理論上可獲得22.4LO2【解析】陰極上，H2O得電子被還原為H2，陽極上，Ni(OH)2失電子被氧化為NiOOH，電解過程總反應(yīng)為2Ni(OH)2eq\o(=,\s\up7(電解))2NiOOH＋H2↑，電解后KOH溶液的物質(zhì)的量濃度不變，A、C錯誤；未指明是否為標準狀況下，故無法計算生成O2的體積，D錯誤。3.(2023·浙江卷)在熔融鹽體系中，通過電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi)，電解裝置如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是(C)A.石墨電極為陰極，發(fā)生氧化反應(yīng)B.A電極的電極反應(yīng)式：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－=TiSi＋4H2OC.該體系中，石墨優(yōu)先于Cl－參與反應(yīng)D.電解時，陽離子向石墨電極移動【解析】由圖可知，在外加電源作用下，石墨電極上的C轉(zhuǎn)化為CO，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，故石墨電極為陽極，A錯誤；A電極作陰極，TiO2和SiO2得到電子生成TiSi，電極反應(yīng)式：TiO2＋SiO2＋8e－=TiSi＋4O2－，B錯誤；石墨電極上有CO生成，無Cl2生成，故該體系中，石墨優(yōu)先于Cl－參與反應(yīng)，C正確；電解時，陽離子向陰極(A電極)移動，D錯誤。4.(2023·連云港期中)利用惰性電極電解Na2SO3和NaHSO3混合溶液分離得到二者的濃溶液，其電解裝置如圖所示，Ⅰ室中加入的是稀硫酸，Ⅱ室和Ⅲ室中加入的是Na2SO3和NaHSO3的混合溶液。下列說法正確的是(C)A.陽極上發(fā)生的電極反應(yīng)：2H＋＋2e－=H2↑B.交換膜a是陰離子交換膜C.電解一段時間后，Ⅱ室得到NaHSO3溶液D.電解過程中每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上陰極區(qū)可獲得11.2L氣體【解析】陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，A錯誤；Ⅰ室中的部分H＋透過陽離子交換膜進入Ⅱ室，Ⅱ室中的部分Na＋透過交換膜a進入Ⅲ室，故交換膜a是陽離子交換膜，B錯誤；電解一段時間后，Ⅱ室得到NaHSO3溶液，Ⅲ室得到Na2SO3溶液，C正確；氣體所處的狀況未知，無法計算體積，D錯誤。5.(2023·蘇州中學(xué)、淮陰中學(xué)、姜堰中學(xué)、海門中學(xué)四校聯(lián)考)現(xiàn)有一種安全、高效的雙極制氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠從陽極低電壓醛氧化和陰極析氫反應(yīng)中得到氫氣，Cu為陽極催化劑，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是(C)A.電壓越高，陽極制氫速率越快B.電解過程中，陰極室的pH不變C.陽極發(fā)生的主要電極反應(yīng)為2R—CHO－2e－＋4OH－=2R—COO－＋H2↑＋2H2OD.制得1mol氫氣，理論上有2molOH－透過交換膜【解析】陽極上OH－也可能放電，故電壓越高，陽極制氫速率不一定越快，A錯誤；陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，產(chǎn)生的OH－移向陽極，但溶劑水減少，KOH的濃度增大，故電解一段時間后，陰極室的pH增大，B錯誤；銅電極為陽極，主要電極反應(yīng)為2R—CHO＋4OH－－2e－=2R—COO－＋H2↑＋2H2O，C正確；陰、陽極上均產(chǎn)生H2，制得1molH2，轉(zhuǎn)移1mol電子，故理論上有1molOH－透過交換膜，D錯誤。6.(2023·徐州模擬)利用電化學(xué)原理控制反應(yīng)條件能將CO2電催化還原為HCOOH，電解過程中還伴隨著析氫反應(yīng)，反應(yīng)過程原理如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是(C)A.玻碳電極發(fā)生還原反應(yīng)B.鉑電極發(fā)生的電極反應(yīng)為4H＋＋CO2＋4e－=HCOOH＋H2C.電池工作時，電流由玻碳電極經(jīng)電解質(zhì)溶液到鉑電極D.當電路中轉(zhuǎn)移1mole－時，陽極室溶液的質(zhì)量減少8g【解析】玻碳電極上，H2O失去電子生成O2，發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯誤；鉑電極上，電極反應(yīng)式為CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH，同時伴隨著析氫反應(yīng)：2H＋＋2e－=H2↑，B錯誤；根據(jù)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化可知，玻碳電極為陽極，鉑電極為陰極，故電池工作時，電流由玻碳電極經(jīng)電解質(zhì)溶液到鉑電極，C正確；由2H2O－4e－=4H＋＋O2↑知，轉(zhuǎn)移1mol電子時，消耗0.5molH2O，逸出0.25molO2，同時有1molH＋經(jīng)質(zhì)子交換膜遷移到鉑電極區(qū)，故陽極質(zhì)量減少0.5mol×18g/mol＋0.25mol×32g/mol＋1g＝18g，D錯誤。7.(2023·江蘇七市一模)一種將CO2催化轉(zhuǎn)化為C2H4的電化學(xué)裝置如圖所示。下列說法正確的是(D)A.該裝置工作過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.鉑電極發(fā)生的反應(yīng)為2CO2＋12H＋－12e－=C2H4＋4H2OC.工作過程中玻碳電極區(qū)溶液的pH增大D.每產(chǎn)生標準狀況下11.2LO2時，理論上有2molH＋通過質(zhì)子交換膜【解析】由圖可知，CO2催化轉(zhuǎn)化為C2H4的同時，水發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2，則反應(yīng)中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A錯誤；鉑電極上，CO2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯，發(fā)生的反應(yīng)為2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O，B錯誤；工作過程中，玻碳電極反應(yīng)為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，反應(yīng)生成H＋，玻碳電極區(qū)溶液的pH減小，C錯誤；每產(chǎn)生標準狀況下11.2L(即0.5mol)O2時，玻碳電極區(qū)生成2molH＋，失去2mole－，故理論上有2molH＋通過質(zhì)子交換膜，D正確。8.(2023·揚州中學(xué))我國科研團隊在CO2電化學(xué)還原反應(yīng)機理的研究上取得新突破，明確了CO2電化學(xué)還原反應(yīng)的控速步驟為CO2吸附過程。CO2電化學(xué)還原法中采用TiO2納米管作電解池工作電極，惰性電極作輔助電極，以一定流速通入CO2，測得CO2生成CO的產(chǎn)率接近80%。下列說法不正確的是(C)A.輔助電極與電源正極相連B.工作電極上主要發(fā)生的電極反應(yīng)為CO2＋2HCOeq\o\al(－,3)＋2e－=CO＋2COeq\o\al(2－,3)＋H2OC.電解一段時間后，陽離子交換膜左側(cè)溶液的濃度不變D.TiO2納米管的使用是CO產(chǎn)率較高的關(guān)鍵【解析】由CO2→CO知，CO2得電子發(fā)生還原反應(yīng)，工作電極為陰極，與電源負極相連；輔助電極為陽極，與電源正極相連，A正確；工作電極為陰極，主要發(fā)生的電極反應(yīng)為CO2＋2HCOeq\o\al(－,3)＋2e－=CO＋2COeq\o\al(2－,3)＋H2O，B正確；陽極反應(yīng)式為4HCOeq\o\al(－,3)－4e－=4CO2↑＋O2↑＋2H2O，隔膜為陽離子交換膜，K＋通過陽離子交換膜移向右側(cè)，故左側(cè)KHCO3溶液濃度降低，C錯誤；CO2電化學(xué)還原反應(yīng)的控速步驟為CO2吸附過程，TiO2納米管的使用可以增大吸附的接觸面積，是CO產(chǎn)率較高的關(guān)鍵，D正確。9.(2024·如皋適應(yīng)性考試)以甲苯為原料通過間接氧化法可以制取苯甲醛、苯甲酸等物質(zhì)，反應(yīng)原理如圖所示。下列說法正確的是(C)A.電解時的陽極發(fā)生的電極反應(yīng)式為2Cr3＋＋6e－＋7H2O=Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋B.電解結(jié)束后，陰極區(qū)溶液pH升高C.1mol甲苯氧化為0.5mol苯甲醛和0.5mol苯甲酸時，共消耗eq\f(5,6)molCr2Oeq\o\al(2－,7)D.甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物可以通過分液的方法分離【解析】由圖可知，左側(cè)Cr3＋轉(zhuǎn)化為Cr2Oeq\o\al(2－,7)，Cr元素化合價升高，左側(cè)電極為陽極，電極反應(yīng)式為2Cr3＋－6e－＋7H2O=Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋，A錯誤；陽極區(qū)產(chǎn)生的氫離子透過質(zhì)子交換膜進入陰極區(qū)，陰極上氫離子放電，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，電極上每消耗2molH＋，就有2molH＋進入陰極區(qū)，故電極電解結(jié)束后，陰極區(qū)溶液pH不變，B錯誤；陽極的槽外，Cr2Oeq\o\al(2－,7)在酸性條件可將甲苯氧化成苯甲醛、苯甲酸等，反應(yīng)的離子方程式為3C6H5—CH3＋2Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋16H＋=3C6H5—CHO＋4Cr3＋＋11H2O，C6H5—CH3＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋8H＋=C6H5—COOH＋2Cr3＋＋5H2O,0.5mol甲苯氧化為0.5mol苯甲醛時消耗eq\f(1,3)molCr2Oeq\o\al(2－,7)，0.5mol甲苯氧化為0.5mol苯甲酸時消耗0.5molCr2Oeq\o\al(2－,7)，則1mol甲苯氧化為0.5mol苯甲醛和0.5mol苯甲酸時，共消耗eq\f(5,6)molCr2Oeq\o\al(2－,7)，C正確；甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物是互溶的液體，不可以通過分液的方法分離，D錯誤。10.(1)(2024·泰州一模)在質(zhì)子交換膜電解池中進行，利用高爐煉鐵尾氣中的CO2制取有機物HCOOH的電極反應(yīng)式為CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH。(2)(2024·蘇錫常鎮(zhèn)一模)以硫酸為電解質(zhì)，通過催化電解可將N2轉(zhuǎn)化為N2H4；寫出電解法制備N2H4的陰極反應(yīng)式：N2＋4H＋＋4e－=N2H4。(3)(2024·南通市聯(lián)考)用光電化學(xué)法將CO2還原為有機物實現(xiàn)碳資源的再生利用，其裝置如圖所示。寫出陰極生成HCHO的電極反應(yīng)式：CO2＋4e－＋4H＋=HCHO＋H2O。練習(xí)2可逆電池金屬的腐蝕與防護1.(2024·南京鹽城一模)一種以釩基氧化物(V6O13)為正極材料的水系鋅離子電池的工作原理如圖所示。通過使用孔徑大小合適且分布均勻的新型離子交換膜，可提高離子傳輸通量的均勻性，從而保持電池的穩(wěn)定性。下列說法正確的是(C)A.放電過程中，Zn2＋向Zn極一側(cè)移動B.放電過程中，電子由Zn極經(jīng)電解質(zhì)溶液向V6O13極移動C.充電時，V6O13極與外接直流電源正極相連D.充電時，陽極發(fā)生的電極反應(yīng)可能為V6O13＋xZn2＋＋2xe－=ZnxV6O13【解析】放電過程中，Zn極為負極，Zn失電子生成Zn2＋進入溶液，Zn2＋向正極(V6O13極)一側(cè)移動，A錯誤；放電過程中，電子由Zn極沿導(dǎo)線向V6O13極移動，電子不能經(jīng)過電解質(zhì)溶液，B錯誤；充電時，V6O13極作陽極，將ZnxV6O13轉(zhuǎn)化為V6O13，與外接直流電源正極相連，C正確；充電時，陽極ZnxV6O13失電子生成V6O13和Zn2＋，發(fā)生的電極反應(yīng)可能為ZnxV6O13－2xe－=V6O13＋Zn2＋，D錯誤。2.目前鋅鐵液流電池是電化學(xué)儲能的熱點技術(shù)之一。某酸堿混合鋅鐵液流電池的兩極電解質(zhì)分別呈酸性和堿性，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是(C)A.正極電解質(zhì)呈酸性B.放電時，鋅板上的電極反應(yīng)式為Zn＋4OH－－2e－=[Zn(OH)4]2－C.放電時，每轉(zhuǎn)移1mol電子，中間室內(nèi)的溶液中將減少1molNaClD.儲能時，應(yīng)將該電池的碳紙電極連接外接電源的正極【解析】碳紙為正極，由于Fe3＋、Fe2＋與OH－會反應(yīng)產(chǎn)生Fe(OH)3、Fe(OH)2沉淀，故正極電解質(zhì)應(yīng)呈酸性，A正確；放電時，鋅板為負極，電極反應(yīng)式為Zn＋4OH－－2e－=[Zn(OH)4]2－，B正確；當反應(yīng)轉(zhuǎn)移1mol電子時，為維持電荷守恒，左室有1molNa＋通過陽離子交換膜進入中間室，右室有1molCl－通過陰離子交換膜進入中間室內(nèi)，導(dǎo)致中間室內(nèi)的溶液中將增加1molNaCl，C錯誤；放電時，碳紙電極為正極，則在充電時，應(yīng)將該電池的碳紙電極連接外接電源的正極，作陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，D正確。3.最近我國科學(xué)家提出一種有機電極(PTQ/HQ)與無機電極(MnO2)組成的二次電池，其放電時的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(D)A.放電時，a極為電池的正極B.充電時，氫離子從左室遷移向右室C.放電時，b極反應(yīng)為Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋D.充電時，每生成1molHQ轉(zhuǎn)移4mol電子【解析】a極為有機電極，放電時，有機電極為負極：HQ－4e－=PTQ＋4H＋，A錯誤；充電時，左側(cè)為陰極室，右側(cè)為陽極室，故H＋從右側(cè)陽極室遷移向左側(cè)陰極室，B錯誤；放電時，b極反應(yīng)為MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2O，C錯誤；陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為PTQ＋4H＋＋4e－=HQ，充電時，每生成1molHQ轉(zhuǎn)移4mol電子，D正確。4.(2023·南京模擬)一種鈉離子電池的工作原理如圖所示，放電時電池反應(yīng)可表示為Na1－xFePO4＋NaxC=NaFePO4＋C。下列說法正確的是(C)A.放電時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B.放電時，Y極發(fā)生還原反應(yīng)C.充電時，X極電極反應(yīng)式為NaFePO4－xe－=Na1－xFePO4＋xNa＋D.充電時，每轉(zhuǎn)移1mole－，Y極質(zhì)量減少23g【解析】放電時，該裝置為原電池，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，A錯誤；放電時，Y極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯誤；充電時，X極與直流電源的正極相連，作陽極，電極反應(yīng)式為NaFePO4－xe－=Na1－xFePO4＋xNa＋，C正確；充電時，Y極作陰極，電極反應(yīng)式為xNa＋＋C＋xe－=NaxC，每轉(zhuǎn)移1mol電子，Y極質(zhì)量增加23g，D錯誤。5.(2023·南通通州期末)鈉離子電池是利用Na＋在電極之間“嵌脫”實現(xiàn)充放電(原理如圖所示)，工作時總反應(yīng)為NaxMO2＋nCeq\o(,\s\up7(充電),\s\do5(放電))Nax－yMO2＋NayCn(M為一種過渡元素)。下列說法不正確的是(B)A.放電時，Na＋由Y極通過交換膜移向X極B.放電時，正極反應(yīng)式為NaxMO2＋ye－=Nax－yMO2＋yNa＋C.充電時，過渡元素M發(fā)生氧化反應(yīng)D.用鉛酸蓄電池對該鈉離子電池充電，鉛酸蓄電池中每消耗20.7g鉛，鈉離子電池正極區(qū)域質(zhì)量減少4.6g(Pb—207)【解析】放電時，過渡元素M的化合價降低，故X極為正極，Y極為負極，陽離子向正極移動，故Na＋由Y極通過交換膜移向X極，A正確；放電時，正極反應(yīng)式為Nax－yMO2＋yNa＋＋ye－=NaxMO2，B錯誤；充電時，X極與電源正極相連，為陽極，過渡元素M的化合價升高，被氧化，C正確；鉛酸蓄電池放電時，負極反應(yīng)式為Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4，每消耗20.7gPb轉(zhuǎn)移0.2mol電子，正極區(qū)域發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，鈉離子電池陽極反應(yīng)式為NaxMO2－ye－=Nax－yMO2＋yNa＋，故鈉離子電池正極區(qū)域質(zhì)量減少4.6g，D正確。6.(2023·姜堰中學(xué)、如東中學(xué)、沭陽中學(xué)聯(lián)考)一種無需離子交換膜的新型氯流電池可用作儲能設(shè)備(如圖所示)，充電時電極a的反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3。下列說法不正確的是(A)A.充電時，電極b是陰極B.充電時，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加46gC.放電時，NaCl溶液的濃度增大D.放電時，電極b的電極反應(yīng)式為Cl2＋2e－=2Cl－【解析】充電時，電極a的反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－=Na3Ti2(PO4)3，則電極a是陰極，電極b是陽極，A錯誤；由得失電子守恒知，充電時，電極b生成1molCl2，轉(zhuǎn)移2mol電子，電極a上增加的質(zhì)量為反應(yīng)的Na＋的質(zhì)量，理論上增加46g，B正確；放電時，電極a為原電池的負極：Na3Ti2(PO4)3－2e－=NaTi2(PO4)3＋2Na＋，電極b為正極：Cl2＋2e－=2Cl－，NaCl溶液的濃度增大，C、D正確。7.FeCl3溶液吸收H2S氣體后的再生過程可降解酸性污水中的硝酸鹽，工作原理如圖所示。下列說法正確的是(B)A.a為電解池的陰極B.溶液M中含有大量的Fe2＋、Cl－、H＋C.電極b上的反應(yīng)為2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋6H2O=N2↑＋12OH－D.隨著電解進行，H＋移向陰極區(qū)，故陰極區(qū)pH減小【解析】a極反應(yīng)式為Fe2＋－e－=Fe3＋，a為電解池的陽極，A錯誤；FeCl3和H2S反應(yīng)生成FeCl2、S、HCl，溶液M中含有大量的Fe2＋、Cl－、H＋，B正確；電極b上NOeq\o\al(－,3)得電子生成N2，電極反應(yīng)式為2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋12H＋=N2↑＋6H2O，C錯誤；隨著電解進行，陰極不斷消耗H＋，陰極區(qū)pH增大，D錯誤。8.(2023·泰州中學(xué))Al-Te電池是一種二次電池，電解質(zhì)為AlCl3與有機離子液體(EMI＋)，該電池放電時在正極生成AlTeCl，放電過程工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(D)A.充電時，b電極應(yīng)與外接電源正極相連B.放電時，圖中X表示Cl－C.充電時，a電極的質(zhì)量將增加D.放電時，a、b兩電極消耗單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為3∶2【解析】放電時，a電極反應(yīng)式為Al＋7AlCleq\o\al(－,4)－3e－=4Al2Cleq\o\al(－,7)，a電極為負極，b電極反應(yīng)式為AlCleq\o\al(－,4)＋Te＋2e－=AlTeCl＋3Cl－，b電極為正極，充電時，b電極應(yīng)與外接電源正極相連，A正確；放電時，正極反應(yīng)式為AlCleq\o\al(－,4)＋Te＋2e－=AlTeCl＋3Cl－，圖中X表示Cl－，B正確；充電時，a電極為陰極，反應(yīng)為4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)，a電極質(zhì)量將增加，C正確；放電時，a電極消耗Al，b電極消耗Te，由得失電子守恒知，a、b兩電極消耗單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2∶3，D錯誤。9.全世界每年鋼鐵因銹蝕造成大量的損失。某城市擬用如圖所示方法保護埋在弱堿性土壤中的鋼質(zhì)管道，使其免受腐蝕。下列關(guān)于該方法的說法不正確的是(D)A.鋼質(zhì)管道易被腐蝕是因為在潮濕的土壤中形成了原電池B.這種方法稱為犧牲陽極法C.鋼管上的電極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－D.也可用外接直流電源保護鋼管，直流電源負極連接金屬棒X【解析】鋼鐵在潮濕的空氣中能形成原電池，因而易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，金屬鐵作負極，易被腐蝕，A正確；原電池的負極被腐蝕、正極被保護的方法稱為犧牲陽極法，B正確；由于發(fā)生吸氧腐蝕，故正極上氧氣放電，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，C正確；用外加電流法保護時，被保護的金屬作陰極，故鋼管應(yīng)接直流電源的負