跟蹤檢測（二十二）電能轉化為化學能——電解1．(2018·綿陽模擬)下列表述不正確的是()ABCD鹽橋中的Cl－移向ZnSO4溶液a極附近產生的氣體能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍粗銅的電極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu正極反應式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－解析：選C根據原電池的工作原理，鋅為負極，銅為正極，陰離子向負極移動，A正確；根據電解原理，a為陽極，其電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，b為陰極，Cu2＋＋2e－=Cu，因此a極產生的氣體能使淀粉碘化鉀試紙變藍，B正確；粗銅作陽極，Cu－2e－=Cu2＋，C錯誤；發生吸氧腐蝕，正極得電子，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D正確。2．用飽和氯化鈉溶液潤濕的濾紙分別做甲、乙兩個實驗，下列判斷錯誤的是()A．甲是原電池，乙是電解池B．甲中鐵棒比乙中鐵棒更易腐蝕C．d電極上的電極反應是Fe－2e－=Fe2＋D．b電極上的電極反應是O2＋2H2O＋4e－=4OH－解析：選C據原電池和電解池的構成條件可知，甲是原電池，乙是電解池，A正確；甲中鐵為原電池的負極，發生反應Fe－2e－=Fe2＋，乙中Fe為電解池陰極，發生反應2H＋＋2e－=H2↑，Fe被保護，B正確；乙中d為陰極，陰極上電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，C錯誤；甲中鐵發生吸氧腐蝕，b為正極，正極上電極反應式為2H2O＋O2＋4e－=4OH－，D正確。3．(2018·鄭州一中月考)用石墨作電極電解溶有物質的量之比為3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根據反應產物，電解可明顯分為三個階段，下列敘述不正確的是()A．電解的最后階段為電解水B．陽極先逸出氯氣后逸出氧氣C．陰極逸出氫氣D．電解過程中溶液的pH不斷增大，最后pH為7解析：選D根據離子放電順序可知，電解此混合溶液時，在陽極，離子放電的先后順序為Cl－、OH－、SOeq\o\al(2－,4)，在陰極，離子放電的先后順序為H＋、Na＋，所以整個電解過程分三個階段：電解HCl溶液、電解NaCl溶液、電解H2O，最后溶液呈堿性，D項錯誤。4.(2018·汕頭月考)在固態金屬氧化物電解池中，高溫電解H2O、CO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．陰極的反應式：H2O＋2e－=H2＋O2－、CO2＋2e－=CO＋O2－B．X是電源的負極C．總反應可表示為H2O＋CO2=H2＋CO＋O2D．陰、陽兩極生成的氣體的物質的量之比是1∶1解析：選D電解池陰極發生還原反應，電解H2O、CO2混合氣體制備H2和CO，陰極發生的反應有水蒸氣中的H得電子生成氫氣：H2O＋2e－=H2＋O2－，二氧化碳中的C得電子生成CO：CO2＋2e－=CO＋O2－，A項正確；根據圖示知，與X相連的電極發生還原反應產生CO和H2，故X為電源的負極，B項正確；根據圖示可知，陰極產生H2、CO，陽極產生O2，總反應可表示為H2O＋CO2=H2＋CO＋O2，C項正確；根據總反應可知，陰、陽兩極生成的氣體的物質的量之比是2∶1，D項錯誤。5．(2018·昆明質檢)某實驗小組設計如圖實驗裝置探究電化學原理，裝置Ⅰ中Zn電極產生ZnO，下列說法正確的是()A．Cu電極質量增加B．裝置Ⅱ將化學能轉變為電能C．裝置Ⅰ中OH－向多孔電極移動D．多孔電極的電極反應式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－解析：選D據實驗裝置可知Ⅰ裝置為原電池，Ⅱ裝置為電解池。A項，Cu電極為電解池的陽極：Cu－2e－=Cu2＋，即Cu電極質量減少；B項，裝置Ⅱ為電解池，將電能轉化為化學能；C項，原電池中，電解質溶液中的陰離子向負極移動，故裝置Ⅰ中OH－向Zn電極移動。6．(2018·青島模擬)假設圖中原電池產生的電壓、電流強度均能滿足電解、電鍍要求，即為理想化。①～⑧為各裝置中的電極編號。下列說法錯誤的是()A．當K閉合時，裝置A發生吸氧腐蝕，在電路中作電源B．當K斷開時，裝置B鋅片溶解，有氫氣產生C．當K閉合后，整個電路中電子的流動方向為①→⑧，⑦→⑥，⑤→④，③→②D．當K閉合后，裝置A、B中溶液的pH均變大解析：選A當K閉合時，裝置B能自發進行氧化還原反應，所以裝置B為原電池，則裝置A、C、D都是電解池，裝置B中Zn失去電子作負極、Cu作正極，所以裝置A中C(石墨)、裝置C中Cu、裝置D中粗Cu都作陽極。裝置A中Fe、裝置C中Ag、裝置D中純Cu都作陰極；當K斷開時，裝置B不能形成閉合回路，所以不能構成原電池，則鋅和稀硫酸發生化學腐蝕。當K閉合時，裝置B能自發進行氧化還原反應，為原電池，在電路中作電源，裝置A為電解池，A項符合題意；當K斷開時，裝置B不能構成原電池，鋅片和稀硫酸發生化學腐蝕而溶解，有氫氣產生，B項不符合題意；當K閉合后，裝置B為原電池，裝置A、C、D為電解池，電子從負極流向陰極，再從陽極流向陰極，所以整個電路中電子的流動方向為①→⑧，⑦→⑥，⑤→④，③→②，電子不進入電解質溶液，C項不符合題意；當K閉合后，裝置A中陰極上H＋放電，陽極上Cl－放電，導致溶液中OH－濃度增大，溶液的pH增大；裝置B中正極上H＋放電導致溶液中H＋濃度減小，溶液的pH增大，D項不符合題意。7．(2018·武漢調研)廚房垃圾發酵液通過電滲析法處理，同時得到乳酸的原理如圖所示(圖中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根離子)。下列說法正確的是()A．通電后，陽極附近pH增大B．電子從負極經電解質溶液回到正極C．通電后，A－通過陰離子交換膜從陰極區進入濃縮室D．當電路中通過2mol電子的電量時，會有1molO2生成解析：選C由題圖可知，陽極上電解水產生H＋和O2，所以通電后，陽極附近pH減小，A項錯誤；電子不進入電解質溶液，電解質溶液導電是通過帶電離子的定向移動，B項錯誤；電解池中，陰離子向陽極方向移動，故通電后，A－通過陰離子交換膜從陰極區進入濃縮室，C項正確；根據陽極的電極反應式2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，當電路中通過2mol電子的電量時，會有0.5molO2生成，D項錯誤。8.在城市中，地下常埋有縱橫交錯的管道和輸電線路，有些地面上還鋪有地鐵或城鐵的鐵軌，當有電流泄漏入潮濕的土壤中，并與金屬管道或鐵軌形成回路時，就會引起金屬管道、鐵軌的腐蝕，原理簡化如圖所示，則下列有關說法不正確的是()A．原理圖可理解為兩個串聯的電解裝置B．溶液中鐵絲被腐蝕時，左側有無色氣體產生，附近產生少量白色沉淀，隨后變為灰綠色C．地下管道被腐蝕，不易發現，也不便維修，故應將埋在地下的金屬管道表面涂絕緣膜(或油漆等)D．溶液中鐵絲左側的電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋解析：選D由圖可知，左側Fe電極與電源的正極相連為陽極，鐵絲左側為陰極，形成電解池；鐵絲右側為陽極，右側Fe電極與電源負極相連為陰極，形成電解池，故該裝置可看作兩個串聯的電解裝置，A正確。鐵絲左側為陰極，發生還原反應：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，左側Fe電極生成的Fe2＋與OH－結合生成Fe(OH)2白色沉淀，隨后被氧化變成灰綠色，B正確，D錯誤。埋在地下的金屬管道表面涂絕緣膜(或油漆等)，可減緩金屬管道的腐蝕，C正確。9.按如圖所示裝置進行下列不同的操作，其中不正確的是()A．鐵腐蝕的速率由快到慢的順序：只閉合K3>只閉合K1>都斷開>只閉合K2B．只閉合K3，正極的電極反應式：2H2O＋O2＋4e－=4OH－C．先只閉合K1，一段時間后，漏斗內液面上升，然后只閉合K2，漏斗內液面上升D．只閉合K2，U形管左、右兩端液面均下降解析：選A金屬腐蝕速率：電解池的陽極>原電池的負極>化學腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極，閉合K3，是原電池，鐵作負極；閉合K2，是電解池，鐵作陰極；閉合K1，鐵作陽極，因此腐蝕速率由快到慢的順序：只閉合K1>只閉合K3>都斷開>只閉合K2，故A說法錯誤。只閉合K3，構成原電池，鐵棒發生吸氧腐蝕，正極反應式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故B說法正確。先只閉合K1，鐵作陽極，陽極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，陰極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，U形管中氣體壓強增大，因此漏斗中液面上升；然后只閉合K2，鐵作陰極，陰極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，陽極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，U形管中氣體壓強增大，漏斗中液面上升，故C說法正確。根據選項C的分析，只閉合K2，兩極均有氣體放出，氣體壓強增大，左、右兩端液面均下降，故D說法正確。10．(1)研究人員最近發現了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量的差別進行發電，在海水中電池總反應可表示為5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl，“水”電池在放電時：①該電池負極的電極反應為____________________________________________。②Na＋不斷向“水”電池的________極移動。③每有1mol電子轉移，生成________molNa2Mn5O10。(2)如圖所示，將該“水”電池與某裝置相連。①若X、Y為石墨，a為2L一定物質的量濃度的KCl溶液，電解一段時間發現Y極附近產生了黃綠色氣體，寫出電解總反應的化學方程式：____________________________________________________________________________________________________________________。②若X、Y分別為鐵、銅，a為CuCl2和Na2SO4的混合溶液，電池與X、Y的連接方式與①相同，Y極的電極反應為________________________________________________________________________。解析：(1)①根據電池總反應可判斷出Ag為該電池的負極，電極反應為Ag＋Cl－－e－=AgCl。②在原電池中，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，故Na＋移向正極。③根據電池總反應和得失電子守恒知，生成1molNa2Mn5O10的同時生成2molAgCl，轉移2mol電子，故每有1mol電子轉移，生成0.5molNa2Mn5O10。(2)①用石墨作電極電解KCl溶液，陰極發生還原反應生成H2，陽極發生氧化反應生成Cl2，由于Y極附近出現黃綠色氣體，故Y為陽極，電解總反應為2KCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑＋2KOH。②根據①可知此時鐵作陰極，銅作陽極，故陽極金屬銅放電，陽極反應為Cu－2e－=Cu2＋。答案：(1)①Ag＋Cl－－e－=AgCl②正③0.5(2)①2KCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))H2↑＋Cl2↑＋2KOH②Cu－2e－=Cu2＋11.金屬鋁在現代生產和日常生活中應用廣泛。(1)工業上用電解熔融氧化鋁的方法來制取金屬鋁。純凈氧化鋁的熔點很高(約2045℃)，在實際生產中，通過加入助熔劑冰晶石(Na3AlF6)得到熔融體，反應方程式為2Al2O3eq\o(=,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑。①在電解過程中陰極反應式為____________________________________________；陽極反應式為________________________________________________________。②由于電解產生的氧氣全部與石墨電極反應生成CO和CO2氣體，因此在電解過程中石墨電極需要不斷補充。若生產中每生成agAl，損失石墨bg，則理論上產生CO和CO2的物質的量分別是____________________。(2)對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。如圖所示，以鋁片為陽極，在H2SO4溶液中電解，可使鋁片表面形成氧化膜，則陽極電極反應式為_________________________________________________。在電解過程中，陰極附近溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。(3)“863”計劃和中科院“百人計劃”支持的環境友好型鋁－碘電池已研制成功，電解質為AlI3溶液，已知電池總反應式為2Al＋3I2=2AlI3。該電池負極的電極反應式為________________________________________________________________________，當負極質量減少27g時，在導線中有________個電子通過。解析：(1)①分析電解熔融Al2O3的反應方程式可知，Al3＋在陰極發生還原反應生成Al，電極反應式為Al3＋＋3e－=Al；O2－在陽極發生氧化反應生成O2，電極反應式為2O2－－4e－=O2↑。②根據電解總反應式可知，生成agAleq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(即\f(a,27)mol))時，生成O2的物質的量為eq\f(a,36)mol；據O原子守恒可得：n(CO)＋2n(CO2)＝2×eq\f(a,36)mol；據C原子守恒可得：[n(CO)＋n(CO2)]×12g·mol－1＝bg；聯立兩式可得n(CO)＝eq\f(3b－a,18)mol，n(CO2)＝eq\f(2a－3b,36)mol。(2)用鋁片為陽極，電解H2SO4溶液使鋁片表面形成氧化膜，即生成Al2O3，則陽極反應式為2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋。電解過程中，陰極上H＋放電生成H2，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，反應中消耗H＋，溶液中c(H＋)減小，溶液的pH增大。(3)分析鋁－碘電池總反應可知，Al失去電子被氧化成Al3＋，則Al作負極，電極反應式為Al－3e－=Al3＋。負極質量減少27g時，負極上消耗1molAl，結合負極反應式可知導線中轉移電子的物質的量為3mol，即1.806×1024(或3NA)個電子。答案：(1)①Al3＋＋3e－=Al2O2－－4e－=O2↑②eq\f(3b－a,18)mol、eq\f(2a－3b,36)mol(2)2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋增大(3)Al－3e－=Al3＋1.806×1024(或3NA)12．能源是國民經濟發展的重要基礎，我國目前使用的能源主要是化石燃料。(1)熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重視。可用熔融的碳酸鹽作為電解質，向負極充入燃料氣CH4，用空氣與CO2的混合氣作為正極的助燃氣，以石墨為電極材料，制得燃料電池。工作過程中，COeq\o\al(2－,3)移向________極(填“正”或“負”)，已知CH4發生反應的電極反應式為CH4＋4COeq\o\al(2－,3)－8e－=5CO2＋2H2O，則另一極的電極反應式為________________________________________________________________________。(2)利用上述燃料電池，按圖1所示裝置進行電解，A、B、C、D均為鉑電極，回答下列問題。Ⅰ.甲槽電解的是200mL一定濃度的NaCl與CuSO4的混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如圖2所示(氣體體積已換算成標準狀況下的體積，電解前后溶液的體積變化忽略不計)。①原混合溶液中NaCl的物質的量濃度為______mol·L－1，CuSO4的物質的量濃度為________mol·L－1。②t2時所得溶液的pH＝________。Ⅱ.乙槽為200mLCuSO4溶液，乙槽內電解的總離子方程式：______________。①當C極析出0.64g物質時，乙槽溶液中生成的H2SO4為________mol。電解后，若使乙槽內的溶液完全復原，可向乙槽中加入________(填字母)。A．Cu(OH)2 B．CuOC．CuCO3 D．Cu2(OH)2CO3②若通電一段時間后，向所得的乙槽溶液中加入0.2mol的Cu(OH)2才能恰好恢復到電解前的濃度，則電解過程中轉移的電子數為________。解析：(1)燃料電池工作過程中，熔融鹽中的陰離子向負極移動，即COeq\o\al(2－,3)移向負極。CH4在負極發生氧化反應生成CO2和H2O，該燃料電池的總反應式為CH4＋2O2=CO2＋2H2O，結合得失電子守恒、負極反應式和電池總反應式推知，正極反應式為O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。(2)Ⅰ.①A、B、C、D均為惰性電極Pt，甲槽電解NaCl和CuSO4的混合液，陽極上離子放電順序為Cl－>OH－>SOeq\o\al(2－,4)，陰極上離子放電順序為Cu2＋>H＋>Na＋，開始階段陰極上析出Cu，陽極上產生Cl2，則圖中曲線a代表陰極產生氣體體積的變化，曲線b代表陽極產生氣體體積的變化。陽極上發生的反應依次為2Cl－－2e－=Cl2↑、4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，由曲線b可知，Cl－放電完全時生成224mLCl2，根據Cl原子守恒可知，溶液中c(NaCl)＝eq\f(0.01mol×2,0.2L)＝0.1mol·L－1；陰極上發生的反應依次為Cu2＋＋2e－=Cu、2H＋＋2e－=H2↑，由曲線b可知Cu2＋放電完全時，陽極上產生224mLCl2和112mLO2，則電路中轉移電子的物質的量為0.01mol×2＋0.005mol×4＝0.04mol，據得失電子守恒可知n(Cu2＋)＝0.04mol×eq\f(1,2)＝0.02mol，故混合液中c(CuSO4)＝eq\f(0.02mol,0.2L)＝0.1mol·L－1。②0～t1時間內相當于電解CuCl2，電解反應式為CuCl2eq\o(=,\s\up7(通電))Cu＋Cl2↑，t1～t2時間內相當于電解CuSO4，而電解CuSO4溶液的離子反應為2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Cu＋O2↑＋4H＋，則生成H＋的物質的量為0.005mol×4＝0.02mol，則有c(H＋)＝eq\f(0.02mol,0.2L)＝0.1mol·L－1，故溶液的pH＝1。Ⅱ.電解CuSO4溶液時，Cu2＋在陰極放電，水電離的OH－在陽極放電，電解的總離子方程式為2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Cu＋O2↑＋4H＋。①C極為陰極，電極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu，析出0.64gCu(即0.01mol)時，生成H2SO4的物質的量也為0.01mol。電解CuSO4溶液時，陰極析出Cu，陽極上產生O2，故可向電解質溶液中加入CuO、CuCO3等使電解質溶液完全復原。②加入0.2molCu(OH)2相當于加入0.2molCuO和0.2molH2O，則電解過程中轉移電子的物質的量為0.2mol×2＋0.2mol×2＝0.8mol，即0.8NA個電子。答案：(1)負O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)(2)Ⅰ.①0.10.1②1Ⅱ.2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Cu＋O2↑＋4H＋①0.01BC②0.8NA13．(2018·長春質檢)納米級Cu2O由于具有優良的催化性能而受到關注，下表為制取Cu2O的兩種方法：方法a用炭粉在高溫條件下還原CuO方法b電解法，反應為2Cu