第4课时 电化学原理的综合应用
题组一 物质的制备
1．如图为通过EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是( )
A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
2．(2022·广东，10)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
3.我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制H2(装置如图)。总反应为CO(NH2)2＋H2O===3H2↑＋N2↑＋CO2↑。下列说法错误的是( )
A．a为阳极，CO(NH2)2发生氧化反应
B．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．每转移6 mol电子，a电极产生1 mol N2
D．电解一段时间，a极区溶液pH升高
4．以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置如图：
上述装置工作时，下列有关说法正确的是( )
A．乙池电极接电池正极，气体X为H2
B．Na＋由乙池穿过交换膜进入甲池
C．NaOH溶液Z比NaOH溶液Y浓度小
D．甲池电极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
题组二 水体污染的治理
5．电浮选凝聚法处理酸性污水的工作原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A．铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．通入甲烷的石墨的电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O
C．为了增强污水的导电能力，可向污水中加入适量食盐
D．若左池石墨电极产生44.8 L气体，则消耗0.5 mol甲烷
6．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，工作原理如图所示。经过一段时间后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀随废水排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。下列说法不正确的是( )
A．阴极区发生的电极反应包括：2H＋＋2e－===H2↑
B．还原Cr2O的主要方式是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
C．废水的pH过高或过低均会降低铬的去除率
D．电解槽工作时，Cr2O通过阴离子交换膜从阳极室进入阴极室
7．某污水处理厂利用电解法处理含酚废水并制氢，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．X为电源的正极，a极发生还原反应
B．a极电极反应式为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋
C．产生标准状况下4.48 L CO2，则有1.4 mol H＋通过质子交换膜
D．电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，溶液的pH保持不变
题组三 环境保护问题
8.(2023·郑州高二检测)为实现碳回收，我国科学家设计的用电化学法还原CO2制备草酸的装置如图所示。下列有关该装置的说法中错误的是( )
A．a、b分别为电源的负极、正极
B．电解装置左池发生的电极反应为2CO2＋2e－===C2O
C．为增强溶液导电性，左池中可加入少量Na2C2O4溶液
D．右池电解质溶液为稀硫酸，发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
9.H2S有剧毒，石油化工中常用以下方法处理石油炼制过程中产生的H2S废气。先将含H2S的废气(其他成分不参与反应)通入FeCl3溶液中，过滤后将溶液加入到以铁和石墨棒为电极的电解槽中电解(如图所示)，电解后的溶液可以循环利用。下列有关说法不正确的是( )
A．过滤所得沉淀的成分为S和FeS
B．与外接电源a极相连的电极的电极反应式：Fe2＋－e－===Fe3＋
C．与外接电源b极相连的是铁电极
D．外电路中有0.20 mol的电子发生转移时，反应得到氢气2.24 L(标准状况)
10．利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是( )
A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电极A的反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋
D．当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.8 mol
11．(2021·全国乙卷，12)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题， 通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。
下列叙述错误的是( )
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释，安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
12．双极膜电渗析一步法盐制酸碱的技术进入到了工业化阶段，某科研小组研究采用BMED膜(如图所示)模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(a、d)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法正确的是( )
A．电极Y连接电源的正极，发生还原反应
B．Ⅰ口排出的是混合碱，Ⅱ口排出的是淡水
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D．a左侧膜为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜
13．(1)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为______________________________。电解后，________________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水可得到Na2S2O5。
(2)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式：__________________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为__________，其迁移方向是____________。
14．氮氧化物(NOx)造成酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等危害，不仅破坏自然生态环境，而且严重危害人类健康。采用合适的还原剂能够实现烟气的高效脱硝。
(1)用食盐水作电解液电解烟气脱氮的原理如图所示，NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO，尾气经氢氧化钠溶液吸收后排入空气。电流密度和溶液pH对烟气脱氮的影响如图所示。
①NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO，反应的离子方程式为______________________。
②溶液的pH对NO去除率影响的原因是____________________________________。
(2)采用电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。
①直流电源的负极为______(填“A”或“B”)；该电解装置应选择______(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
②若以处理NO2为模拟实验，阳极发生的电极反应为_________________________________。
(3)含铈溶液可以处理大气中的氮氧化物，并可通过电解法再生。铈元素(Ce)常见的化合价有＋3价、＋4价。NO可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO。可采用电解法将上述吸收液中的NO转化为无毒物质，同时再生Ce4＋，其原理如图所示。阴极的电极反应式为__________________________________________。
15．(1)汞曾被用于氯碱工业，示意图如图1。水银电解室中间为石墨电极，底部循环流动的水银为阴极，电解过程中形成钠汞齐(Na·nHg，即钠汞合金)。则气体b为__________(填化学式)，水银电解室中发生总反应的离子方程式为_______________________________。
(2)剑桥大学科研团队以CaCl2熔融盐在800～1 000 ℃下电解TiO2提取钛，模拟装置如图2，TiO2电极发生反应：___________________，阳极会产生CO2气体，原因是_______________(用必要的化学用语表述)。
第4课时 电化学原理的综合应用
1．B 2.C 3.D
4．C [分析装置图可知放出氧气的电极为阳极，电解质溶液中OH－放电生成O2，c(H＋)增大，CO结合H＋生成HCO，出口为碳酸氢钠，电极反应为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，D错误；气体X为阴极上溶液中H2O电离的H＋得到电子生成H2，电极连接电源负极，A错误；电解池中阳离子移向阴极，钠离子移向乙池，B错误；阴极附近氢氧根离子浓度增大，NaOH溶液Y比NaOH溶液Z浓度大，C正确。]
5．D 6.D
7．B [由图可知，X为电源的正极，b极连电源的负极作阴极，发生还原反应，A错误；a极发生氧化反应，电极反应式为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋，B正确；产生标准状况下4.48 L(即0.2 mol) CO2，根据a极反应可知约有0.93 mol H＋通过质子交换膜，C错误；电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，原废液为苯酚，苯酚浓度降低，生成CO2，溶液的pH发生改变，D错误。]
8．B [左池发生的反应为CO2得电子被还原为H2C2O4，M极作阴极，电解池阴极与电源负极相连，则a为电源的负极，b为电源的正极，A正确；左池发生的电极反应应为2CO2＋2e－＋2H＋===H2C2O4，B错误；为增强溶液导电性，同时为减少杂质，左池可加入少量Na2C2O4溶液，C正确；右池为电解池的阳极区，H2O失电子发生氧化反应生成O2和H＋，D正确。]
9．A
10．C [由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则电极A为负极，电极B为正极，电流由正极经导线流向负极，故A正确；原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮与OH－反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，故B正确；电解质溶液呈碱性，则负极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，故C错误；当有4.48 L即0.2 mol NO2(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.2 mol×(4－0)＝0.8 mol，故D正确。]
11．D 12.C
13．(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ a
(2)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ ②K＋ 由阳极区到阴极区
14．(1)①3Cl2＋8OH－＋2NO===2NO＋6Cl－＋4H2O ②次氯酸钠在酸性条件下氧化能力增强 (2)①A 阳 ②NO2－e－＋H2O===NO＋2H＋ (3)2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
15．(1)H2 2Na＋＋2Cl－＋2nHg2Na·nHg＋Cl2↑
(2)TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ 石墨电极为阳极，发生反应：2O2－－4e－===O2↑，高温下氧气与石墨反应产生二氧化碳：O2＋CCO2
解析 (1)水银电解室中间为石墨电极，底部循环流动的水银为阴极，从新鲜盐水进入生成淡盐水知该水银电解室消耗NaCl，失电子生成氯气，则解汞室上面进水被消耗，得电子生成气体b为H2；水银电解室中发生总反应的离子方程式为2Na＋＋2Cl－＋2nHg2Na·nHg＋Cl2↑。(2)根据题意，以CaCl2熔融盐在800～1 000 ℃下电解TiO2提取钛，所以TiO2电极为阴极，石墨电极为阳极，阴极反应：TiO2＋4e－===Ti＋2O2－。
