电解池工作原理及应用知识点

电解池工作原理：利用直流电源在两极发生氧化还原反应，将电能转化为化学能的过程，接在电源正极的一极称为阳极，阳极的电极或者阳极处的阴离子失去电子发生氧化反应，接在电源负极的一极是阴极，阴极处的阳离子得到电子发生还原反应。实质发生了氧化还原反应。
电解池应用：提纯金属，比如电解精炼铜，保护金属，将某种不易被氧化金属镀到活泼的金属上，保护金属，称为电镀。

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如图是一个化学过程的示意图，回答下列问题：

（1）甲池是装置，电极A的名称是．
（2）甲装置中通入CH₄的电极反应式为，乙装置中B（Ag）的电极反应式为，丙装置中D极的产物是（写化学式），
（3）一段时间，当丙池中产生112mL（标准状况下）气体时，均匀搅拌丙池，所得溶液在25℃时的pH=．（已知：NaCl溶液足量，电解后溶液体积为500mL）．若要使丙池恢复电解前的状态，应向丙池中通入（写化学式）．

如图所示3套实验装置，分别回答下列问题．

（1）装置1为铁的吸氧腐蚀实验．向插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，可观察到碳棒附近的溶液变红，该电极反应为．
（2）装置2中的石墨是极（填“正”或“负”）
（3）装置3中甲烧杯盛放100mL 0.2mol/L的NaCl溶液，乙烧杯盛放100mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液．反应一段时间后，停止通电．向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红．
①电源的M端为极；铁电极的电极反应
②停止电解，取出Cu电极，洗涤、干燥、称量、电极增重0.64g，甲烧杯中产生的气体标准状况下体积为 mL．

按如图装置进行实验，并回答下列问题：

（1）判断装置的名称：A池为．
（2）锌电极反应式为，石墨棒C₁为极，电极反应式为，石墨棒C₂附近发生的实验现象为．
（3）当C₂极析出2.24L气体（标准状态）时，锌的质量减少了g．CuSO₄溶液的质量增加了g．

如图所示甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当电路中通过的电子都是0.1mol时，下列说法正确的是（　　）

A . 溶液的质量变化：甲减小乙增大 B . 溶液pH值变化：甲减小乙增大 C . 相同条件下产生气体的体积：V_甲=V_乙 D . 电极反应式：甲中阴极：Cu²⁺+2e^﹣=Cu，乙中负极：Mg﹣2e^﹣=Mg²⁺

已知：①甲为 CH₄ 和 O₂ 形成的燃料电池，电解质为固体电解质，能传导 O^2-。

②乙中为 100 mL NaCl 溶液(足量)，滴有酚酞，丙为 CuSO₄溶液。

③若 c、d 为惰性电极，通电时 c 电极附近首先出现红色。请回答下列问题：

（1） b 处通入(填“CH₄”或“O₂”)，电极反应式为：。
（2）当乙中 pH＝13 时，a 处通入标准状况下mL 的气体(填“O₂”或 “CH₄”)，c 电极的电极反应式为：。
（3）若用丙装置在 Fe 上镀 Cu，则 e 为(填“Fe”或“Cu”)，若 e，f 为惰性电极，写出电解反应的离子方程式：。若 e，f 为惰性电极，丙中溶液为不饱和 Na₂CO₃ 溶液，则电解过程中pH(填“变大”、“不变”或“变小”)，原因是。

电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。

已知:3I₂+6OH^-=IO₃^-+5I^-+3H₂O

下列说法错误的是（）

A . 右侧发生的电极方程式：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^- B . 电解结束时，右侧溶液中含有IO₃^- C . 电解槽内发生反应的总化学方程式KI+3H₂O=KIO₃+3H₂↑ D . 如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变

研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂—CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中不正确的是（）

A . 由TiO₂制得1mol金属Ti，理论上外电路转移4mol电子 B . 阳极的电极反应式为2O²^－－4e^－＝O₂↑ C . 在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量会不断减少 D . 装置中石墨电极材料需要定期更换

铜是人类最早发现和使用的金属之一，铜及其合金的用途广泛。粗铜中含有少量铁、锌、镍、银、金等杂质，工业上可用电解法精炼粗铜制得纯铜，下列叙述正确的是(已知氧化性：Fe²^＋＜Ni²^＋＜Cu²^＋)（）

A . 粗铜作阳极，其电极反应式：Cu²^＋＋2e^－=Cu B . 电解过程中，电解质溶液中c(Cu²^＋)不变 C . 电解后，阴极上还附有极少量的Fe和Ni D . 电解后，可用阳极泥来提炼金、银等贵金属

如图所示装置，两个相同的玻璃管中盛满NaCl稀溶液（滴有酚酞），a、b为多孔石墨电极。闭合S₁一段时间后，a附近溶液逐渐变红；断开S₁ ，闭合S₂ ，电流表指针发生偏转。

下列分析错误的是（）

A . 闭合S₁时，a附近的红色逐渐向下扩散 B . 闭合S₁时， a附近液面比b附近的低 C . 断开S₁、闭合S₂时，b附近黄绿色变浅 D . 断开S₁、闭合S₂时，a上发生反应：H₂˗ 2e^-= 2H⁺

下列有关铜片镀银的说法错误的是（）

A . 阳极反应式为Ag-e^-=Ag⁺ B . 铜片应与电源正极相连 C . 电解液为AgNO₃溶液 D . 镀银过程中电能转化为化学能

某学生欲实现Cu + H₂SO₄= CuSO₄+ H₂↑反应，设计了四个实验，如图所示，你认为可行的实验是（）

A .

B .

C .

D .

关于如图所示各装置的叙述中，正确的是（）

A . 装置①是原电池，铜电极上有铁析出 B . 装置②通电一段时间后石墨Ⅰ电极附近溶液红褐色加深 C . 若用装置③精炼铜，d电极为纯铜，电解质为 $\text{[math]}$ 溶液，电解过程其浓度不变 D . 装置④中钢闸门应与电源的负极相连被保护，该方法叫做外加电流的阴极保护法

利用NaCl溶液可以进行多种电化学实验或工业生产，请完成下列题目。

（1） I.某同学在实验室中组装下列实验装置并进行实验探究。

该同学观察到甲装置中的液面变化情况为，长期放置后铁钉a表面逐渐生成铁锈，铁锈主要成分的化学式为。
（2）反应过程中观察到乙装置中左边液面降低，右边液面升高，装置中发生原电池反应，正极的电极反应式为。若将乙装置中的铜丝换成铝丝，此时铁钉b被保护而不被腐蚀，此方法被称为。
（3） II.工业上使用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水生产氯气等重要化工产品。

电解槽左侧为(填“阳极室”或“阴极室”)。
（4） X和Y是气态物质，其中是H₂。
（5）由图可知，a和b的关系为ab(填“＞”“ ＜”或“＝”)。

水系可充电电池由于其成本低、高离子电导率、高安全性和环境友好性等优势备受关注。一种新型无隔膜 $\text{[math]}$ 液流电池的工作原理如图所示。电池以锌箔、石墨毡为集流体， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的混合液作电解质溶液，下列说法正确的是（）

A . 过程I为放电过程，过程II为充电过程 B . 为增强电池电流，可向电解液中加入硫酸增强电解质溶液的导电性 C . 充电时阳极的电极反应式为： $\text{[math]}$ D . 放电时，当外电路转移 $\text{[math]}$ 时，两电极质量变化的差值为98g

氯碱工业是高能耗产业，节能技术的研发是当前的重要课题。

（1）一种节能技术是将电解池与燃料电池相组合，相关物料传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子交换膜都只允许阳离子通过。
①当产生0.5molX时，A中通过离子交换膜的Na⁺有mol。
②写出燃料电池B中负极上的电极反应式。
③比较图中NaOH质量分数a%、b%、c%由大到小的顺序。
（2）降低氯碱工业能耗的另一种技术是“氧阴极技术”。通过向阴极区通入O₂ ，避免水电离的H⁺直接得电子生成H₂ ，降低了电解电压，电耗明显减少。“氧阴极技术”的阴极反应式为。

主席在第75届联合国大会提出，我国要在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标。因此二氧化碳的固定和转化成为科学家研究的重要课题。

（1）以CO₂和H₂为原料合成乙烯，其反应的过程分两步进行：
I．CO₂(g)+H₂(g)→CO(g)+H₂O(g) ΔH=+41.3kJ·mol^-1
II.2CO(g)+4H₂(g)→C₂H₄(g)+2H₂O(g) ΔH=+210.5kJ·mol^-1
CO₂加氢合成乙烯的热化学方程式为。
（2） 2021年9月24日，我国科学家在《Science》上发表论文《无细胞化学酶法从二氧化碳合成淀粉》，代表着人类人工合成淀粉领域的重大颠覆性和原创性突破。该实验方法首先将CO₂催化还原为CH₃OH。探究CH₃OH合成反应的化学平衡影响因素，有利于提高CH₃OH的产率。CO₂和H₂在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应：
I．CO₂(g)+3H₂(g)→CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH=-48.5kJ·mol^-1
II.2CO₂(g)+5H₂(g)→C₂H₂(g)+4H₂O(g) ΔH=+37.1kJ·mol^-1
在压强为P，CO₂、H₂的起始投料为1：3的条件下，发生反应I、II。实验测得CO₂的平衡转化率和平衡时CH₃OH的选择性随温度的变化如图所示。
已知：CH₃OH的选择性= $\text{[math]}$
①有利于提高CH₃OH的选择性的措施有(填序号)。
A．适当降温
B．适当升温
C．选择合适的催化剂
②温度高于350℃时，体系中发生的反应以 (填“I”或“II”)为主，并说明理由。
③其中表示平衡时CH₃OH的选择性的曲线是 (填“a”或“b”)。
④400℃时，在该压强及投料比的条件下，利用图示所给数据计算H₂的转化率为 (保留三位有效数字)。
（3）二氧化碳甲烷化技术是一种最有效的对二氧化碳循环再利用的技术。用如图装置电解二氧化碳制取甲烷，温度控制在10℃左右，持续通入二氧化碳，电解过程中KHCO₃物质的量基本不变。
①阴极反应为。
②阳极产生的气体是(写化学式)。

某种钾-氧气可充电电池(示意图如图)的放电总反应为K＋O₂=KO₂。“界面”可阻止电解液的持续降解，电解质是一种只允许K^＋传导的有机溶剂。下列说法正确的是（）

A . KO₂是负极产物 B . 放电时，外电路每转移1mole^- ，正极区域质量增加32g C . 充电时，碳电极上发生还原反应 D . 有效抑制氧气在电池中扩散，可极大延长钾-氧气电池的循环性能

中科大经过多次实验发现，采用如图所示装置，阳极(Ti基)上产生羟基·OH(·OH氧化性仅次于F)，阴极上产生H₂O₂ ，分别深度氧化苯酚( C₆H₅OH)为CO₂ ，实现了对苯酚酸性废水的高效处理。下列有关说法错误的是（）

A . 电流从a极→Ti基→废水→不锈钢→b极 B . 阴极电极反应为2H⁺+ O₂+ 2e^-= H₂O₂ C . 阳极处理苯酚的方程式为C₆H₅OH + 28·OH = 6CO₂ +17H₂O D . 当消耗14molO₂时，理论上共氧化处理94g苯酚

我国科学家发明了一种500℃时，在含氧离子( $\text{[math]}$ )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 $\text{[math]}$ 和C，反应原理如图所示。下列说法错误的是（）

A . X为电源的正极 B . $\text{[math]}$ 电极上发生的电极反应方程式为 $\text{[math]}$ C . 该条件下，每产生22.4L $\text{[math]}$ ，电路中转移 $\text{[math]}$ 电子 D . 电解一段时间后熔融盐中 $\text{[math]}$ 的物质的量不变

通过电解废旧锂电池中的 $\text{[math]}$ 可获得难溶性的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，电解示意图如下（其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计）。下列说法不正确的是（）

A . 电极A为阴极，发生还原反应 B . 电极B的电极发应： $\text{[math]}$ C . 电解一段时间后溶液中 $\text{[math]}$ 浓度保持不变 D . 电解结束，可通过调节 $\text{[math]}$ 除去 $\text{[math]}$ ，再加入 $\text{[math]}$ 溶液以获得 $\text{[math]}$

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