1、专项提能特训专项提能特训 13 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 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
2、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，此种腐蚀较慢，所以“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。 2 我国预计在 2020 年前后建成自己的载人空间站。 为循环利用人体呼出的 CO2并提供氧气， 我国科学家设计了一种装置(如图所示)，实现“太阳能电能化学能”转化，总反应为 2CO2=2COO2，下列有关说法不正确的是( ) A该装置属于电解池 BX 极发生氧化反应，Y 极发生还原反应 C人体呼出的水蒸气参与 Y 极反应： CO2H2O2e =C
3、O2OH DX 极每产生标准状况下 22.4 L 气体，有 2 mol 的 OH 从 Y 极移向 X 极 答案 D 解析 A 项，该装置实现“太阳能电能化学能”转化，将电能转化为化学能的装置为电 解池，正确；B 项，根据图中电子的流向“XY”可知，X 极为阳极，失电子发生氧化反应， Y 为阴极，得电子，发生还原反应，正确；C 项，Y 为阴极，根据总反应可知，阴极为 CO2 得电子，生成 CO，电极反应为 CO2H2O2e =CO2OH，正确；D 项，X 极为阳极， OH 放电生成氧气，电极反应为4OH4e=2H 2OO2，生成1 mol O2，阳极有4 mol OH 放电，根据溶液电中性原理，
4、X 电极区阴离子减少，则会有 4 mol OH 从 Y 极透过阴离子交 换膜移向 X 极，使得溶液保持电中性，错误。 3 (2019 山东青岛调研)再生铅行业是我国在重视环境保护和充分利用有色金属再生资源的情 况下逐步发展起来的新兴产业。从废旧铅蓄电池中回收铅的工艺为： 废铅 PbO HCl/NaCl Na2PbCl4 电解 Pb 电解原理如图所示。下列说法正确的是( ) A阴极区电极反应式为 2H 2e=H 2 B电解过程中阳极附近 pH 明显增大 CNa2PbCl4浓度下降后，在阴极区加入 PbO，可实现电解质溶液的再生使用 D电路中流经 4 mol 电子，阴极可得 207 g 铅 答案
5、C 解析 阳极反应为 2H2O4e =O 24H ，同时阳极区的 H移向阴极，阳极区硫酸浓度 增大，pH 降低，B 项错误；阴极发生的反应为 PbCl2 42e =Pb4Cl，同时 H通过质子 交换膜，阴极区形成 HCl/NaCl 溶液，电解后向阴极区加入 PbO，可以生成 PbCl2 4，A 项错 误、C 项正确；电路中通过 4 mol 电子时，阴极可得 414 g 铅，D 项错误。 4(2020 太原质检)采用电化学法还原 CO2是一种使 CO2资源化的方法。下图是利用此法制 备 ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是( ) AZn 与电源的负极相连 BZnC2O4在
6、交换膜右侧生成 C电解的总反应为 2CO2Zn= 电解 ZnC2O4 D通入 11.2 L CO2时，转移 0.5 mol 电子 答案 C 解析 电解过程中 Zn 被氧化，作阳极，所以 Zn 与电源的正极相连，A 错误；Zn2 透过阳离 子交换膜到达左侧与生成的 C2O2 4形成 ZnC2O4，B 错误；没有给出气体所处的温度和压强， D 错误。 5用惰性电极电解法制备硼酸H3BO3或 B(OH)3的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允 许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是( ) A阴极与阳极产生的气体体积比为 12 Bb 极的电极反应式为 2H2O2e =O 24H C产品室中发生的
7、反应是 B(OH)3OH =B(OH) 4 D每增加 1 mol H3BO3产品，NaOH 溶液增重 22 g 答案 D 解析 由图可知，b 电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成 O2和 H ，a 电极为阴极，电解 时阴极上水得电子生成 H2和 OH ， 原料室中的钠离子通过阳膜进入 a 极室， 溶液中 c(NaOH) 增大， 原料室中 B(OH) 4通过阴膜进入产品室， b 极室中氢离子通过阳膜进入产品室， B(OH) 4、 H 发生反应生成 H 3BO3；a、b 电极反应式分别为 2H2O2e =H 22OH 、2H 2O4e =O24H ，理论上每生成 1 mol 产品，b 极生成 1
8、mol H、a 极生成 0.5 mol H 2，质量减 少 1 g，此时 1 mol Na 进入 NaOH 溶液中即增重 23 g，故 NaOH 溶液增重 22 g。 6SO2和 NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收 SO2和 NO。下列有关说法错误 的是( ) Aa 极为直流电源的负极，与其相连的电极发生还原反应 B阴极得到 2 mol 电子时，通过阳离子交换膜的 H 为 2 mol C吸收池中发生反应的离子方程式为：2NO2S2O2 42H2O=N24HSO 3 D阳极发生的反应式为 SO22e 2H 2O=SO 2 44H 答案 D 解析 A 项，阴极发生还原反应，亚硫酸氢根离
9、子得电子生成硫代硫酸根离子，a 是直流电 源的负极，正确；B 项，阴极发生还原反应，电极反应式为：2HSO 32e 2H=S 2O 2 4 2H2O，阴极得到 2 mol 电子时，通过阳离子交换膜的 H 为 2 mol，正确；C 项，硫代硫酸根 离子与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气，离子反应方程式为：2NO2S2O2 4 2H2O=N24HSO 3，正确；D 项，阳极发生失去电子的氧化反应，错误。 7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
10、离成固体混合物和含铬元素的溶液，并回收利用。下列说法中错误的是( ) Aa 极室的电极反应式为 2H2O2e =2OHH 2 B上述装置中 a 电极室的电极可换成金属铁 C电解后，b 极室得到 Na2SO4和 Na2CrO4的混合液 D若电解后 b 极室溶液含 Cr 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
11、：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，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。 8(2019 山东菏泽一模)用石墨烯锂硫电池电解制备 Fe(OH)2的装置如图所示。电池放电时的 反应为 16LixS8=8Li2Sx(2x8)，电解池两极材料分别为 Fe 和石墨，工作一段时间后， 右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。下列说法不正确的是( ) AX 是铁电极，发
12、生氧化反应 B电子流动的方向：BY，XA C正极可发生反应：2Li2S62Li 2e=3Li 2S4 D锂电极减重 0.14 g 时，电解池中溶液减重 0.18 g 答案 D 解析 电解法制备 Fe(OH)2，则铁作阳极，根据题给总反应可知，金属锂发生氧化反应，作 电池的负极，所以 Y 为阴极，故 X 是铁电极，故 A 项正确；电子从原电池的负极流至电解 池的阴极，然后从电解池的阳极流回到电池的正极，即电子从 B 电极流向 Y 电极，从 X 电 极流回 A 电极，故 B 项正确；由图示可知，电极 A 发生了还原反应，即正极可发生反应： 2Li2S62Li 2e=3Li 2S4， 故 C 项正确
13、； 锂电极减重 0.14 g， 则电路中转移 0.02 mol 电子， 电解池中发生的总反应为 Fe2H2O= 电解 Fe(OH)2H2，所以转移 0.02 mol 电子时，电解 池中溶液减少 0.02 mol H2O，即减轻 0.36 g，故 D 项错误。 9现代工业生产中常用电解氯化亚铁的方法制得氯化铁溶液以吸收有毒的 H2S 气体。工艺 原理如图所示。下列说法中不正确的是( ) AH 从电解池左槽迁移到右槽 B左槽中发生的反应为 2Cl 2e=Cl 2 C右槽的电极反应式为 2H 2e=H 2 DFeCl3溶液可以循环利用 答案 B 解析 由图可知，右槽产生 H2，则右侧惰性电极为阴极，
14、阳离子向阴极移动，则 H 从电解 池左槽迁移到右槽，A 正确；左槽惰性电极为阳极，由于还原性：Fe2 Cl，则电极反应式 为 2Fe2 2e=2Fe3，B 错误；右槽惰性电极为阴极，电极产物为 H 2，则电极反应式为 2H 2e=H 2或 2H2O2e =H 22OH ，C 正确；由图可知，左槽电解产生的 FeCl 3 参与反应吸收 H2S，同时被还原为 FeCl2，再通入左槽重新电解生成 FeCl3，故 FeCl3溶液可 以循环利用，D 正确。 10某工厂采用电解法处理含铬废水，利用耐酸电解槽阴阳极，槽中盛放含铬废水，原理示 意如图，下列说法不正确的是( ) Aa 为电源正极 B阳极区溶液中
15、发生的氧化还原反应为 Cr2O2 76Fe 214H=2Cr36Fe37H 2O C若不考虑气体的溶解，当收集到 H2 13.44 L(标准状况)时，有 0.2 mol Cr2O2 7被还原 D阴极区附近溶液 pH 增大 答案 C 解析 由图可知，右侧生成氢气，发生还原反应，右侧铁板为阴极，故左侧铁板为阳极，故 a 为电源正极， A 项正确； 左侧铁板为阳极， 铁放电生成亚铁离子， 亚铁离子被溶液中的 Cr2O2 7 氧化，反应生成 Cr3 、Fe3，反应的离子方程式为：Cr 2O 2 76Fe 214H=2Cr36Fe3 7H2O，B 项正确；13.44 L氢气的物质的量为 13.44 L
16、22.4 L mol 10.6 mol，根据电子转移守恒n(Fe2 ) 0.6 mol2 2 0.6 mol，根据 Cr2O2 76Fe 214H=2Cr36Fe37H 2O 可知，被还原的 Cr2O2 7的物质的量为 0.6 mol1 60.1 mol，C 项错误；阴极氢离子放电生成氢气，氢离子浓 度降低，溶液的 pH 增大，D 项正确。 11电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如图所示(图中“HA”表示乳酸分 子，A 表示乳酸根离子)。 (1)阳极的电极反应式为_。 (2)简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：_ _。 (3)电解过程中，采取一定的措施可控制阴极室的 pH 为 68，此时
17、进入浓缩室的 OH 可忽略 不计。 400 mL 10 g L 1 乳酸溶液通电一段时间后，浓度增至 145 g L 1(溶液体积变化忽略不计)，则 阴极上产生的 H2在标准状况下的体积约为_L(乳酸的摩尔质量为 90 g mol 1)。 答案 (1)4OH 4e=2H 2OO2 (2)阳极上 OH 放电，c(H)增大，H从阳极室通过阳离子交换膜进入浓缩室，同时 A通过阴 离子交换膜从阴极室进入浓缩室，发生反应 H A HA，乳酸浓度增大 (3)6.72 12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
18、B 电极为惰性电极，则在水溶液中，该极的电极反应 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。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)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 3 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)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， 所以交换膜为阳离子交换膜。 (3)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=CO2 4H ；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 4 30 g mol 13103g3 mg。
