鲁科版 2023高考化学 一轮复习 十六 电化学原理的应用 课时练习 （教师版）.doc

十六 电化学原理的应用题组一：电解法制备物质(建议用时：15分钟)1(2022·蚌埠模拟)邻二溴(氯)化物常用作火焰阻滞剂、杀虫剂等。科研团队从价格低廉且安全友好的双卤代物出发，发展了电化学辅助的“穿梭”反应(即某基团能在两种分子间进行可逆地“穿梭”)，实现了烯烃的双卤化反应。反应原理如下图所示(图中X代表卤素原子，本题中为Br)。下列说法错误的是()Aa电极为阴极B1，2二溴乙烷生成Br的同时，会释放乙烯气体，从而为“穿梭”反应提供驱动力，推动新的邻二卤代物生成Cb极反应为RCH=CH22Br2e=RCHBrCH2BrD该方法可用于修复被有机氯农药(六氯代环己烷)残留污染的土壤，同时还能生产有价值的化学药品解析:选C。a电极反应BrCH2CH2Br2e=CH2=CH22Br中，碳元素化合价降低，发生还原反应，a电极为阴极，A正确；释放的乙烯气体具有推动力，可以为该“穿梭”反应提供驱动力，B正确；b极为阳极，反应为RCH=CH22Br2e=RCHBrCH2Br，C错误；六氯代环己烷曾被广泛用作杀虫剂，但是它具有高毒性且不易降解，选取六氯代环己烷作为实验对象，在经过三次连续的转移1，2双氯化反应后，生成了苯和有价值的邻二氯代物，D正确。加固训练:一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H。下列叙述错误的是()APb电极b为阴极B阴极的反应式为N26H6e=2NH3CH由阳极向阴极迁移D陶瓷可以隔离N2和H2解析:选A。A此装置为电解池，总反应是N23H2=2NH3，Pb电极b上是氢气发生反应，即氢气失去电子化合价升高，Pb电极b为阳极，故A说法错误；B.根据A选项分析，Pb电极a为阴极，反应式为N26H6e=2NH3，故B说法正确；C.根据电解池的原理，阳离子在阴极上放电，即由阳极移向阴极，故C说法正确；D.根据装置图，陶瓷隔离N2和H2，故D说法正确。2(2022·南京模拟)甲烷是良好的制氢材料。我国科学家发明了一种500 时，在含氧离子(O2)的熔融碳酸盐中电解甲烷的方法，实现了无水、零排放的方式生产H2和C。反应原理如图所示。下列说法正确的是()AX为电源的负极BNi电极上发生的电极反应方程式为CO4e=C3O2C电解一段时间后熔融盐中O2的物质的量变多D该条件下，每产生22.4 L H2，电路中转移2 mol电子解析:选B。A电解池电极Ni中CO变成C，C元素的化合价降低，得电子，发生还原反应，作阴极，因此Y为电源负极，X为电源的正极，故A错误；B.阴极上发生还原反应，Ni电极上发生的电极反应方程式为CO4e=C3O2，故B正确；C.电解一段时间后熔融盐中O2的物质的量不会变多，生成的O2通过熔融盐转移到阳极参加反应，故C错误；D.总反应为CH4C2H2，反应条件为500 ，该条件下不是标准状况，故D错误。3(2022·攀枝花模拟)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()AFe电极是阳极，电极反应式Fe4H2O6e=FeO8HB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)解析:选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Fe6e8OH=FeO4H2O，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2H2O2e=2OHH2，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，转移电子数相等时，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。【方法规律】“四步法”书写电极反应式的步骤归纳如下：第一步：书写负极(阳极)，还原性微粒ne氧化性产物；正极(阴极)：氧化性微粒ne还原性产物。第二步：标变价算n值，n(高价低价)×变价原子个数。第三步：根据电池情境用H、OH、O2、CO等阴、阳离子配平电荷。第四步：用H2O等小分子配平原子。加固训练:工业上常采用吸收电解联合法除去天然气中的H2S气体，并转化为可回收利用的单质硫，其装置如图所示。通电前，先通入一段时间含H2S的甲烷气，使部分NaOH吸收H2S转化为Na2S，再接通电源，继续通入含杂质的甲烷气，并控制好通气速率即可保证装置中反应的连续性。下列说法正确的是()A与电源a端相连的碳棒为阳极，气体A为O2B与电源b端相连的碳棒上电极反应为2H2O2e=2OHH2C通电过程中，右池溶液中的OH通过阴离子交换膜进入左池D在通电前后，右池中的c(NaOH)与c(Na2S)之比基本不变解析:选D。根据图中信息可知，右侧通入含有H2S杂质的甲烷气，得到除杂后的甲烷气，结合题意，则右端碳棒为电解池的阳极，左端碳棒为阴极，阴极上水电离出的H得电子被还原为H2，电极反应式为2H2O2e=2OHH2，右池中相当于H2S发生氧化反应而被除去，电极反应式：H2S2e2OH=S2H2O，则溶液中c(NaOH)c(Na2S)基本保持不变，选项A、B错误，D正确；通电过程中，左池溶液中的OH通过阴离子交换膜进入右池，选项C错误。4(2022·洛阳模拟)H2O2和O3都是较强的氧化剂，可用于环境消杀。以下电化学装置可协同产生H2O2和O3，产生H2O2和O3的物质的量之比为51，下列说法错误的是()AY电极电势低于X电极B膜为质子交换膜C生成双氧水的电极反应式为O22e2H=H2O2DX极处可能还存在其他副反应解析:选A。Y极氧元素从2价升至0价，是阳极，电极反应式：2H2O4e=O24H，3H2O6e=O36H，X极是阴极，电极反应式为O22e2H=H2O2；Y极是阳极，X极是阴极，Y电极电势比X电极高，A错误；H由Y极向X极移动，则膜为质子交换膜，B正确；X极是阴极，生成双氧水的电极反应式为O22e2H=H2O2，C正确；Y极可能发生的电极反应式为3H2O6e=O36H，则H2O2和O3的物质的量之比为31，故应有其他副反应生成H2O2，才会有51，D正确。5(1)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)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1 mol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Fe2e=Fe2，阴极的电极反应为22e=2H2，由此可得总反应方程式为Fe2=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Fe3e=Fe2，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl2e=Cl22H，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4Fe2O24H=4Fe32H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L·mol15.6 L。答案：(1)Fe电极Fe2=H2或Fe2C5H6=Fe(C5H5)2H2水会与Na反应，阻碍中间物的生成；水会电解生成OH，进一步与Fe2反应生成Fe(OH)2(2)Fe3e=Fe2，4Fe2O24H=4Fe32H2O5.6加固训练:研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K、H通过的半透膜隔开。(1)电池负极电极反应式为_；放电过程中需补充的物质A为_(填化学式)。(2)如图所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_。解析:(1)负极发生氧化反应，碱性条件下，HCOO(其中的碳元素为2价)被氧化生成HCO(其中的碳元素为4价)，则负极的电极反应式为HCOO2OH2e=HCOH2O。正极反应中，Fe3被还原为Fe2，Fe2再被O2在酸性条件下氧化为Fe3，Fe3相当于催化剂，因为最终有K2SO4生成，O2氧化Fe2的过程中要消耗H，故需要补充的物质A为H2SO4。(2)结合上述分析可知，HCOOH与O2反应的离子方程式为2HCOOH2OHO2=2HCO2H2O。答案：(1)HCOO2OH2e=HCOH2OH2SO4(2)2HCOOH2OHO2=2HCO2H2O题组二：电镀电冶金(建议用时：15分钟)1(2022·福建三明质检)下列有关铝土矿中提炼铝的说法不正确的是()A铝土矿中的铝元素是以化合态存在的，需用化学方法把铝元素变成游离态B提炼过程中，先将铝土矿净化提取氧化铝，再进行冶炼C可用常见的还原剂把氧化铝中的铝还原出来D冶炼铝的方法同工业冶炼钠、镁相似，可用电解法解析:选C。铝是活泼金属，常见的还原剂不能还原Al2O3，只能用电解熔融氧化铝实现。加固训练:关于金属冶炼的叙述正确的是()A工业上可利用铝热反应大量冶炼金属铁B金属钠、铝和铜都可用还原法制备C电解饱和氯化镁溶液可得金属镁D用足量CO还原磁铁矿得到9 mol铁时转移24 mol电子解析:选D。铝热反应可以用来冶炼高熔点金属，如金属铁，但是大量金属铁的冶炼是采用高温还原法，A错误；金属钠、铝等活泼金属的冶炼采用电解法，B错误；电解熔融氯化镁可以获得金属镁，电解饱和氯化镁溶液可得氢氧化镁、氢气和氯气，C错误；Fe3O4中Fe元素化合价有2价、3价，1 mol Fe3O4被CO全部还原成Fe时，转移8 mol电子，得到9 mol铁时转移24 mol电子，D正确。2.(2022·昆明模拟)如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是()A电极A是粗铜，电极B是纯铜B电路中通过1 mol电子，生成32 g铜C溶液中SO向电极A迁移D膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区解析:选D。精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，根据电解原理，电极A为粗铜，电极B为纯铜，A项正确；阴极反应式为Cu22e=Cu，当电路中通过1 mol电子时，生成0.5 mol Cu，即生成32 g Cu，B项正确；根据电解原理，SO向阳极移动，C项正确；膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D项错误。3化学家戴维电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH(熔融) O24Na2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：3Fe4NaOH=Fe3O42H24Na。下列有关说法正确的是()A戴维法制钠，阳极的电极反应式为Nae=NaB盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的金属性比钠的强C若用戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，两方法转移电子总数相等D还可以用电解熔融氯化钠法制钠解析:选D。A项，阳极应发生氧化反应；B项，盖·吕萨克法制钠原理是根据钠的沸点较低、易从反应混合物中分离出来；C项，根据反应方程式可知，用戴维法制取金属钠，每产生4 mol钠转移电子的物质的量是4 mol，而用盖·吕萨克法制得4 mol钠转移电子的物质的量是8 mol，因此制取等量的金属钠，转移电子总数不相等；D项，由于NaCl是离子化合物，可用电解熔融氯化钠的方法制金属钠。4中学阶段介绍的电解原理的应用主要有三种：一是氯碱工业、二是电解精炼铜、三是电解冶金。下列关于这三个工业生产的描述中正确的是()A电解精炼铜时，负极反应式：Cu22e=CuB氯碱工业和电解精炼铜中，阳极都是氯离子放电放出氯气C在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生D电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐作电解质溶液解析:选D。电解精炼铜时，两极分别是阴、阳极，阴极电极反应为Cu22e=Cu，A项错误；在氯碱工业中，阳极是Cl放电生成氯气，电解精炼铜时，阳极是粗铜失电子，生成Cu2，B项错误；水中存在H2OHOH，在氯碱工业中，电解池的阴极氢离子放电生成氢气，水的电离平衡向右移动，Na与OH结合生成NaOH，C项错误；电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐作电解质溶液，D项正确。5(2022·临川模拟)某电化学装置如图所示，a、b分别接直流电源两极。下列说法正确的是()A溶液中电子从B极移向A极B若B为粗铜，A为精铜，则溶液中c(Cu2)保持不变C若A、B均为石墨电极，则通电一段时间后，溶液pH增大D若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等解析:选D。电解质溶液通过离子移动导电，电解质溶液中没有电子移动，故A错误；若B为粗铜，A为精铜，电解质溶液是硫酸铜，该装置为电解精炼铜，溶液中c(Cu2)略减小，故B错误；若A、B均为石墨电极，电解方程式是2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，则通电一段时间后，溶液pH减小，故C错误；根据电子守恒，阴极、阳极转移电子数一定相等，故D正确。加固训练: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解析:选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2H2O2e=2OHH2，产生无色无味的气体，D错误。6.粗银(含Al、Zn、Pt、Au等杂质)的精炼如图，其中b极有少量无色气体生成，该气体遇空气变红棕色，下列说法不正确的是()A在电解过程中，含有杂质的粗银应是电极aBb极生成气体的电极反应式为NO3e4H=NO2H2OC当纯银片增重2.16 g时，电路中通过0.02 mol电子D电解后Pt、Au以单质的形式沉积在a极下方解析:选C。电解时，粗银为阳极，接电源正极，A项正确；b电极生成NO，该气体是NO得电子发生还原反应产生的，B项正确；阳极上Ag发生氧化反应，Al、Zn也发生氧化反应，阴极上Ag发生还原反应，NO也发生还原反应，故纯银片增重2.16 g时，电路中通过的电子大于0.02 mol，C项错误；Pt、Au不能发生氧化反应，D项正确。7(改编题)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V2O5xLiLixV2O5。如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LixV2O5xe=V2O5xLiB该电池可以用LiCl水溶液作电解质溶液C当电池中有7 g Li参与放电时，能得到29.5 g NiD电解过程中，NaCl溶液的浓度会不断减小解析:选C。锂钒氧化物二次电池充电时，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Lie=Li，A项错误；Li是活泼金属，能与水反应，故该锂钒氧化物二次电池不能用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Lie=Li，有7 g Li(即1 mol)参与放电时，电路中转移1 mol电子；镀镍铁棒发生的反应为Ni22e=Ni，通过1 mol电子时析出0.5 mol Ni，其质量为0.5 mol×59 g·mol129.5 g，C项正确；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项错误。【互动探究】(1)该电池放电时正极的电极反应式是怎样的？提示：V2O5xLixe=LixV2O5。(2)电解过程中，为什么阴极区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？提示：电解过程中，阴极区Ni22e=Ni，阳离子减少，Cl透过阴离子膜向NaCl溶液中迁移达到电荷平衡的目的；阳极区4OH4e=2H2OO2，阴离子减少，Na透过阳离子膜向NaCl溶液中迁移达到平衡电荷的目的。题组三：金属的腐蚀与防护(建议用时：15分钟)1(2022·德州模拟)如图是钢铁在海水中锈蚀过程的模型，若有0.2 mol电子发生转移，下列说法正确的是()A该金属腐蚀过程为析氢腐蚀B有2.8 g铁被腐蚀C钢铁表面出现气体D消耗气体体积约为1.12 L(标准状况)解析:选D。从题图中看出，空气中的氧气在正极放电，所以发生了吸氧腐蚀，A项错误；原电池中，铁失电子为负极，发生氧化反应，电极反应为Fe2e=Fe2，所以有0.2 mol电子发生转移时，有5.6 g铁被腐蚀，B项错误；铁失电子为负极，发生氧化反应生成Fe2，所以钢铁表面不会出现气体，C项错误；吸氧腐蚀时，氧气在正极发生得电子的还原反应，电极反应为O22H2O4e=4OH，所以有0.2 mol电子发生转移，消耗标准状况的气体体积约为mol×22.4 L·mol11.12 L，D项正确。加固训练:近年来，我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀。下列说法正确的是()A阴极的电极反应式为4OH4e=O22H2OB阳极的电极反应式为Zn2e=Zn2C通电时，该装置为牺牲阳极保护法D断电时，锌环失去保护作用解析:选B。电解池中阴极发生还原反应，得到电子；阳极发生氧化反应，失去电子，A不正确；锌为活性电极，锌失去电子，故B正确；通电时，该装置为外加电流阴极保护法，C不正确；断电时构成原电池，锌比铁活泼性强，锌作负极，铁帽作正极，锌也可以起到保护铁的作用，D不正确。2某小组同学用如图装置研究钢铁在海水中的腐蚀与防护。下列说法正确的是()A图1中铁片为负极，石墨为正极B图2中发生的是析氢腐蚀C图3为外加电流法D钢铁被腐蚀的速率：图3图2图1解析:选C。图1中铁片和石墨未用导线连接，不能形成原电池，A项错误；图2铁片和石墨用导线连接，插入海水中，海水呈弱碱性，铁片发生吸氧腐蚀，B项错误；图3中有外加直流电源，铁片与电源的负极相连，该保护方法是外加电流法，C项正确；图2中铁片作原电池的负极，腐蚀速率最快，图3中铁片作阴极，受保护，腐蚀最慢，故钢铁被腐蚀的速率：图2>图1>图3，D项错误。【方法规律】钢铁的防腐措施性能比较3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=Fe2C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解析:选B。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”实质上是在金属表面形成了一层致密的保护膜，D正确。4.(改编题)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FeM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”使铁不被腐蚀解析:选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。加固训练:用如图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是()选项连接电极材料分析abAK1K2石墨铁模拟铁的吸氧腐蚀BK1K2锌铁模拟钢铁防护中牺牲阳极法CK1K3石墨铁模拟电解饱和食盐水DK1K3铁石墨模拟钢铁防护中外加电流法解析:选D。在中性条件下，铁作负极失电子，石墨作正极，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，则Fe发生吸氧腐蚀，故A正确；Zn、Fe形成原电池，Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护，属于牺牲阳极法，故B正确；Fe作阴极，阴极上氢离子得电子，石墨作阳极，阳极上氯离子失电子，电解饱和氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠，故C正确；Fe与正极相连，Fe作阳极，Fe失电子，被腐蚀，Fe不能被保护，故D错误。5(2022·阜阳模拟)下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是()A图，放置于干燥空气中的铁钉不会生锈B图，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀C图，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀D图，若金属M比Fe活泼，可防止输水管腐蚀解析:选C。形成原电池需要电解质溶液，所以干燥空气中不易形成原电池，则铁钉不会生锈，A正确；中性、碱性和弱酸性条件下易发生吸氧腐蚀，所以若断开电源，钢闸门会发生吸氧腐蚀，B正确；与原电池的正极相连作阳极，活泼金属作阳极时，金属失电子易被腐蚀，所以若将钢闸门与电源的正极相连，会加速钢闸门的腐蚀，C错误；若M比Fe活泼，则M、Fe形成原电池时，Fe作正极，M作负极，Fe被保护，D正确。