易錯專題14 電解池的工作原理及應用（原卷版）-2024-2025學年高二化學易錯題典例精講與習題精練（人教版2019選擇性必修1）

易錯專題14電解池的工作原理及應用聚焦易錯點：?易錯點一電解池的工作原理?易錯點二電解池的應用典例精講易錯點一電解池的工作原理【易錯典例】例1（2024·福建·廈門英才學校高二期中）某小組為研究電化學原理，設計如圖裝置。下列敘述正確的是A．a和b不連接時，鐵片上會有金屬銅析出B．a和b用導線連接時，鐵片上發(fā)生的反應為：Cu2++2e-=CuC．無論a和b是否連接，鐵片均會溶解，溶液均從藍色直接變成黃色D．a連接直流電流正極，b連接直流電流負極，電壓足夠大時，Cu2+向銅電極移動【解題必備】1.電解原理：(1)電解：電解是使電流通過電解質溶液或熔融電解質而在兩個電極上引起氧化還原反應的過程。①電解時所用的電流必須是直流電，而不是交流電。②熔融態(tài)電解質可被電解，電解質溶液也可被電解。③電解的過程實質是一個氧化還原反應發(fā)生的過程，這一過程在通常情況下是不能進行的。(2)電解池：電解池是將電能轉化為化學能的裝置。(3)電解池的電極名稱：陰極——與電源負極相連的電極，發(fā)生還原反應；陽極——與電源正極相連的電極，發(fā)生氧化反應。(4)電解池的構成條件：具有與直流電源相連接的兩個電極(陰極、陽極)，插入電解質溶液或熔融電解質中，形成閉合回路。2.電解規(guī)律(1)陰極：與電極材料無關，無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應，發(fā)生反應的是溶液中的陽離子。陽離子放電順序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……(2)陽極：活性金屬電極，金屬電極失電子被溶解，生成對應金屬陽離子。惰性電極(Pt、Au、C)溶液中還原性強的陰離子失去電子被氧化，其放電順序：金屬陽極>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。（3）電極反應式的書寫步驟：①看電極：主要看陽極是何類型的電極，若為活性電極，電極本身被氧化；若為惰性電極，溶液或融化狀態(tài)的電解質中的陰離子被氧化。陰極一般不參與反應。②看離子：搞清溶液或融化狀態(tài)的電解質中有哪些陽離子、陰離子，首先排出放電順序，然后書寫電極反應式。③書寫時一定不要忘了水的電離，水溶液中始終有H＋和OH－，放電順序中H＋和OH－之后的離子一般不參與電極反應。④兩個電極反應式所帶的電荷必相等。⑤書寫時可依據總的反應式和某一電極反應式來寫另一電極反應式。用總的反應式減去某一電極反應式就等于另一電極反應式。（4）電解的幾種類型：電解含氧酸、強堿溶液及活潑金屬的含氧酸鹽，實質上是電解水，電解水型；電解不活潑金屬無氧酸鹽，實際上是電解電解質本身，分解電解質型；電解不活潑金屬的含氧酸鹽，放氧生酸型；電解活潑金屬（K/Ca/Na）的無氧酸鹽，放氫生堿型?！咀兪酵黄啤?．（2023·貴州·清華中學高二階段練習）用下圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，陽極產生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體，下列說法不正確的是()A.用石墨作陽極，鐵作陰極B.陽極的電極反應式為Cl－＋2OH－－2e－=ClO－＋H2OC.陰極的電極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D.除去CN－的反應：2CN－＋5ClO－＋2H＋=N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O易錯點二電解池的應用【易錯典例】例2（2023·福建·上杭縣才溪中學高二階段練習）雙隔膜電解池的結構示意圖如圖所示,利用該裝置可以電解硫酸鈉溶液以制取硫酸和氫氧化鈉,并得到氫氣和氧氣。對該裝置及其原理判斷正確的是()A.a氣體為氫氣,b氣體為氧氣B.A溶液為氫氧化鈉,B溶液為硫酸C.c隔膜為陽離子交換膜,d隔膜為陰離子交換膜【解題必備】電解池的應用1.氯堿工業(yè)的電解原理（電解食鹽水）：(1)通電前，氯化鈉溶液中含有的離子：Na＋、Cl－、H＋、OH－。通電時，Na＋、H＋移向陰極，H＋放電，Cl－、OH－移向陽極，Cl－放電。電極反應式為：陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反應)陰極：2H＋＋2e－=H2↑(還原反應)，因H＋放電，導致水的電離平衡H2OH＋＋OH－向右移動，致使生成NaOH。(2)電解的總反應式：化學方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH離子方程式：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－2．電鍍：(1)電鍍：應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。電鍍的特點是陽極本身參與電極反應，電鍍過程中相關離子的濃度、溶液pH等保持不變。(2電鍍池的構成：一般都是用含有鍍層金屬離子的電解質溶液作電鍍液；把鍍層金屬浸入電鍍液中與直流電源的正極相連，作為陽極；待鍍金屬制品與直流電源的負極相連，作陰極。（3）電極反應式：待鍍鐵件表面鍍上一層紅色的銅，銅片不斷溶解。硫酸銅溶液濃度的變化是不變。陽極：Cu－2e－=Cu2＋陰極：Cu2＋＋2e－=Cu3．電解精煉銅：(1)粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質，常用電解的方法進行精煉。其電解池的構成是用粗銅作陽極，用純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解質溶液。(2)電極反應式：陽極為Cu－2e－=Cu2＋、Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋陰極為Cu2＋＋2e－=Cu。(3)電解精煉銅的原理是粗銅中比銅活潑的金屬Zn、Fe等失去電子，產生的陽離子殘留在溶液中，不比銅活潑的金屬Ag、Au等以金屬單質的形式沉積在電解池的底部，形成陽極泥，粗銅中的銅在純銅上析出。4．電冶金：(1)金屬冶煉的本質：使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來。如Mn＋＋ne－=M。(2)電解法用于冶煉較活潑的金屬如：K、Na、Mg、Al等，但不能電解其鹽溶液，應電解其熔融態(tài)。如：電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉：陽極反應式：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極反應式：2Na＋＋2e－=2Na總反應：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑5.電解的有關計算：有關電解的計算通常是求電解后某產物的質量、氣體的體積、某元素的化合價、元素的相對原子質量、溶液的pH及物質的量濃度等。不論哪種計算，均可概括為下列三種方法：(1)得失電子守恒法計算：用于串聯電路、通過陰陽兩極的電量相同等類型的計算，其依據是電路上轉移的電子數相等。(2)總反應式計算：先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列比例式計算。(3)關系式計算：借得失電子守恒關系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關系式?！咀兪酵黄啤?．（2023·山東棗莊·高二期中）電解的應用比較廣泛，回答下列問題：(1)由下列物質冶煉相應金屬時采用電解法的是________(填字母，下同)。a.Fe2O3b.NaClc.Cu2Sd.Al2O3(2)CuSO4溶液為電解質溶液進行粗銅(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質)的電解精煉，下列說法正確的是________。a.電能全部轉化為化學能b.粗銅接電源正極，發(fā)生氧化反應c.溶液中Cu2＋向陽極移動d.利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬e.若陽極質量減少64g，則轉移電子數為2NA個f.SOeq\o\al(2－,4)的物質的量濃度不變(不考慮溶液體積變化)(3)如圖為電解精煉銀的示意圖，________(填“a”或“b”)極為含有雜質的粗銀，若b極有少量紅棕色氣體生成，則生成該氣體的電極反應式為__________________________。(4)利用如圖裝置電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液。B極區(qū)電解液為__________(填化學式)溶液，陽極電極反應式為____________，電解過程中Li＋向_____(填“A”或“B”)電極遷移。(5)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系，由有機陽離子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應接電源的________極，已知電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陰極電極反應式為__________________。若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產物為________。習題精練1．（2023上·福建福州·高二福建省福州外國語學校校考期中）利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收，并用陰極排出的溶液吸收。下列說法正確的是A．b為直流電源的正極B．將裝置中的陽離子交換膜換成陰離子交換膜電極反應式不變C．電解時，由陰極室通過陽離子交換膜到陽極室D．陽極的電極反應式為2．（2023上·江蘇蘇州·高二階段練習）電催化氮氣制備銨鹽和硝酸鹽的原理如圖所示。下列說法正確的是A．b極與電源的負極相連，發(fā)生氧化反應B．電解一段時間，a、b兩電極區(qū)的pH均減小C．相同時間內，a、b兩極消耗N2的物質的量之比為5：3D．若此裝置中總共消耗2molN2，則轉移的電子的物質的量為7.5mol3．（2023上·遼寧大連·高二育明高中?？计谥校?020年，大連化學物理研究所503組在太陽能可規(guī)?；纸馑茪浞矫嫒〉眯逻M展——率先提出全新的基于粉末納米顆粒光催化劑太陽能分解水制氫的“氫農場”策略，其太陽能光催化全分解水制氫的效率創(chuàng)國際最高記錄(如圖所示，M1、M2為含鐵元素的離子，電解質為酸性環(huán)境)。下列說法正確的是A．制裝置中，太陽能轉化為電能B．制裝置中，陽極區(qū)氫離子濃度增大C．系統(tǒng)制得的同時可制得D．制時陽極可能發(fā)生反應：4．（2023上·江蘇南通·高二統(tǒng)考階段練習）磷酸鐵鋰充電電池放電時的反應為。的晶胞結構示意圖如下圖所示(“●”為，位置分別在頂角、棱中心和面心，正八面體和正四面體由O圍繞Fe和P形成，它們通過共頂點、共棱形成空間鏈結構)。下列說法正確的是A．1個晶胞中含16個B．電池放電時，電能轉化為化學能C．充電時Li電極應與外接直流電源正極相連D．充電時的陽極反應為：5．（2023上·山東青島·高二山東省青島第五十八中學?？计谥校┰谌廴邴}體系中，通過電解和獲得電池材料(TiSi)，電解裝置如圖，下列說法正確的是A．石墨電極為陰極B．A的電極反應：C．該體系中，石墨優(yōu)先于參與反應D．電解時，陽離子向石墨電極移動6．（2023上·四川成都·高二成都七中?？计谥校┪覈罂萍纪黄疲Ｋ苯与娊庵艸2，其工作原理如圖(防水透氣膜只允許水分子通過)。下列說法不正確的是A．b為電解池的陰極B．a的電極反應式為4OH－－4e－=O2↑+2H2OC．去除透氣膜，a極發(fā)生的電極反應不變D．電解池工作時，海水側的離子濃度理論上逐漸增大7．（2023上·北京順義·高二校考期中）如圖是模擬鐵制品鍍銅工藝的裝置，下列說法正確的是A．a電極上發(fā)生還原反應B．b電極為銅C．電解質溶液可以是CusO4溶液D．電鍍過程中，溶液中Cu2+濃度不斷減小8．（2023上·福建漳州·高二校聯考期中）一種以和Zn為電極、水溶液為電解質的電池，如圖所示。放電時，可插入層間形成。下列說法錯誤的是A．充電總反應：B．充電陽極反應：C．放電時為正極D．放電時由負極向正極遷移9．（2023上·江蘇南通·高二統(tǒng)考階段練習）運用電化學原理分離純化乙二醛并回收硝酸的裝置示意圖(電極均為惰性電極)如下。下列說法正確的是A．X極與電源的正極相連 B．在Y極上得電子C．m為陽離子交換膜，n為陰離子交換膜 D．分離純化結束后，A室溶液呈堿性10．（2023上·遼寧鞍山·高二鞍山一中?？计谥校┖Ｋ杏胸S富的鋰資源，我國科學家研發(fā)出利用太陽能從海水中提取金屬鋰的技術。提取原理如下圖所示，下列說法錯誤的是A．該裝置將光能間接轉變?yōu)榛瘜W能B．b極發(fā)生的電極反應為C．電解過程中可監(jiān)測到b極附近溶液減小D．固體陶瓷膜允許等較小徽粒通過11．（2023上·江蘇無錫·高二校聯考期中）用一種新型H2O2液態(tài)燃料電池(乙池)電解催化氮氣制備銨鹽和硝酸鹽(甲池)的工作原理示意圖如下(c、d均為石墨電極)。下列說法正確的是A．乙池中若生成15molm氣體，則甲池a、b兩極共消耗8molN2B．甲池中H+從b極區(qū)通過質子交換膜轉移至a極區(qū)C．一段時間后，乙池中c電極區(qū)的pH增大D．甲池a極反應式為：N2＋12OH--10e-=2＋6H2O12．（2023上·江蘇揚州·高二統(tǒng)考階段練習）工業(yè)中常采用歧化法制備：；利用電解法也可以實現由向的轉化，其裝置如圖。下列說法不正確的是A．與歧化法相比電解法明顯優(yōu)點是Mn元素的利用率高B．電源m為正極，n為負極C．陰極每產生標況下4.48L，則有0.2mol的遷移至陰極D．總反應：13．（2023上·山東青島·高二?？计谥校┫铝醒b置由甲、乙兩部分組成(如圖所示)，甲是將廢水中乙二胺［］氧化為環(huán)境友好物質形成的化學電源。當電池工作時，下列說法正確的是A．電子的流動方向B．M是負極，銅是陽極C．一段時間后，乙中溶液濃度基本保持不變D．M極電極反應式：14．（2023上·北京順義·高二?？计谥校╇娀瘜W在工業(yè)生產中有廣泛的應用價值，下面為兩種常見的電化學裝置示意圖。(1)圖1為氫氧燃料電池工作原理示意圖。①寫出電池的正極反應式：。②若將換成，則該電極反應式為。(2)圖2為氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水原理示意圖。①電極是(填“陰極”或“陽極”)。②寫出電極B上的電極反應式：；出口C處溶液所含溶質為。③寫出電解飽和食鹽水的總反應方程式：。15．（2023上·北京順義·高二校考期中）某課外小組分別用如圖所示的裝置對原電池和電解原理進行實驗探究。I．用如圖1所示的裝置進行第一組實驗。(1)在保證電極反應不變的情況下，不能替代Cu作電極的是_____(填字母)A．鋁 B．石墨 C．銀 D．鉑(2)極上的電極反應式為。(3)實驗過程中，(填“從左向右”“從右向左”或“不”)移動。II．用如圖2所示的裝置進行第二組實驗。實驗過程中，兩極均有氣體產生，Y極區(qū)溶液逐漸變成紫紅色；停止實驗，鐵電極明顯變細，電解液仍然澄清，查閱資料知：高鐵酸根在溶液中呈紫紅色。(4)電解過程中，極附近溶液的(填“增大”“減小”或“不變”)。(5)電解過程中，極的電極反應式為和。(6)在堿性鋅電池中，用高鐵酸鉀作為正極材料，電池反應為，該電池的正極反應式為。16．（2023上·北京豐臺·高二統(tǒng)考期中）電化學原理在污染治理方面有著重要的作用。Ⅰ.煤在直接燃燒前要進行脫硫處理。采用電解法脫硫的基本原理如圖所示，利用電極反應將Mn2+轉化為Mn3+，Mn3+再將煤中的含硫物質(主要成分是FeS2)氧化為Fe3+和SO：

已知：兩電極為完全相同的惰性電極。回答下列問題：(1)M為電源的(填“正極”或“負極”)。(2)電解池工作時，觀察到R電極上有無色氣體產生，寫出電極反應式。(3)電解池工作時，混合液中SO的物質的量(填“變大”、“變小”或“不變”)。(4)電解過程中，混合溶液中的pH將(填“變大”、“變小”或“不變”)，理由是。Ⅱ.電解還原法處理酸性含鉻廢水：以鐵板做陰、陽極，電解含鉻廢水，示意如圖。(5)電解開始時，A極上主要發(fā)生的電極反應式為。(6)產生的Fe2+將Cr2O還原為Cr3+的離子方程式為。(7)隨著電解的進行，陽極鐵板會發(fā)生鈍化，表面形成FeO?Fe2O3的鈍化膜，使電解池不能正常工作。將陰極鐵板與陽極鐵板交換使用，一段時間后，鈍化膜消失。結合有關反應，解釋鈍化膜消失的原因：。Ⅲ.微生物電池可用來處理廢水中的對氯苯酚，原理如圖所示。(8)該電池放電時，H+向(填“a”或“b”)極遷移。(9)a極上生成H2CO3的電極反應為。(10)已知b極的電極反應為，經處理后的水樣中要求對氯苯酚的含量小于mmol/L。若廢水中對氯苯酚的含量是nmol/L，則處理1m3廢水，至少添加CH3COO-的物質的量為mol(溶液體積變化忽略不計)。17．（2023上·山東·高二校聯考期中）高錳酸鉀是一種常用的消毒劑和氧化劑?；卮鹣铝袉栴}：實驗(一)：電解法制備。以石墨、銅為電極，電解溶液制備溶液，裝置如圖所示。(1)電解過程中，Cu極附近電解質溶液的pH(填“升高”“降低”或“不變”)。陽極的電極反應式為。(2)銅極、石墨極能否互換并簡述理由：。實驗(二)：探究和氧化性強弱。裝置如圖所示。關閉開關K，觀察到左燒杯中紫紅色溶液變?yōu)闇\黃色，右燒杯中無色溶液變?yōu)樽霞t色。(3)關閉K，鹽橋中向左燒杯遷移。鹽橋的主要作用是。(4)正極反應式為，實驗結論是氧化性：(填“>”“<”或“=”)。實驗(三)：探究影響草酸和酸性溶液反應的因素(，)。為了探究外界條件改變對反應速率的影響，設計如下實驗方案：實驗序號實驗溫度/℃溶液(含硫酸)溶液溶液顏色褪至無色時所需時間/s①2020.0250.15②2020.0240.1610③4020.0240.16(5)通過實驗①、②可探究的改變對反應速率的影響。(6)在一定溶液中加入適量硫酸，再加入一定量草酸溶液，產生體積(同溫同壓)與反應時間的關系如圖所示(水浴溫度保持35℃)。時間段反應速率突增，其原因可能是。18．（2023上·江蘇蘇州·高二階段練習）工業(yè)上以軟錳礦(主要成分MnO2)為原料，通過液相法生產KMnO4，即在堿性條件下用氧氣氧化MnO2得到K2MnO4，分離后得到的K2MnO4，再用惰性材料為電極電解K2MnO4溶液得到KMnO4，其生產工藝簡略如下：(1)反應器中反應的化學方程式為。(2)電解槽中總反應的化學方程式為。(3)在傳統(tǒng)工藝中得到K2MnO4后，向其溶液中通入適量CO2反應生成黑色固體、KMnO4等，反應的離子方程式為。與該傳統(tǒng)工藝相比，電解法的優(yōu)勢是。(4)用高錳酸鉀測定草酸結晶水合物H2C2O4·2H2O的純度：稱草酸晶體樣品0.500g溶于水配制成100mL溶液，取出20.00mL用0.0200mol/L的酸性KMnO4溶液滴定(雜質不反應)，恰好完全反應時消耗KMnO4溶液14.00mL，則該草酸晶體的純度為多少，給出計算過程。19．（2023上·福建福州·高二福建省福州高級中學?？计谥校┘状?)是一種重要的化工原料，廣泛應用于化工生產，也可以用作燃料。已知：(1)試寫出在氧氣中完全燃燒生成和的熱化學方程式：。(2)某