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).docx
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1、 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
2、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=2NH3
3、CH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()A
4、X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
5、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,
6、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。
7、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
8、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
9、()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
10、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=F
11、e2,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 mol22.4 Lmol15.6 L。答案:(1)Fe电极Fe2=
12、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
13、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
14、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
15、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
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