2024年大二轮化学（新高考）教案：专题四选择题专攻4电解原理的多方面应用

4.电解原理的多方面应用1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)2．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)电解类型电解质实例溶液复原物质电解水型NaOH、H2SO4或Na2SO4水电解电解质型HCl或CuCl2原电解质放氢生碱型NaClHCl气体放氧生酸型CuSO4或AgNO3CuO或Ag2O注意电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，溶液中H＋继续放电，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。3．金属的电化学腐蚀与防护4．陌生电解池装置图的知识迁移(1)电解池(2)金属腐蚀1．(2023·广东，16)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是()A．电解总反应：KNO3＋3H2O=NH3·H2O＋2O2↑＋KOHB．每生成1molNH3·H2O，双极膜处有9mol的H2O解离C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率答案B解析由大电流催化电解KNO3溶液制氨可知，在电极a处KNO3放电生成NH3，发生还原反应，故电极a为阴极，电极反应式为NOeq\o\al(－,3)＋8e－＋9H＋=NH3·H2O＋2H2O，电极b为阳极，电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，电解总反应为KNO3＋3H2O=NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，故A正确；每生成1molNH3·H2O，阴极得8mole－，同时双极膜处有8molH＋进入阴极室，即有8mol的H2O解离，故B错误；电解过程中，阳极室每消耗4molOH－，同时有4molOH－通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H＋和OH－，可提高氨生成速率，故D正确。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答案C解析该题中以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，A、B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。3．(2021·广东，16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是()A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变D．电解总反应：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Co＋O2↑＋4H＋答案D解析由题图分析可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；电解的总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Co＋O2↑＋4H＋，故D正确。4．(2023·浙江6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是()A．电极A接电源正极，发生氧化反应B．电极B的电极反应式为：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗答案B解析电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；电极B为阴极，通入的氧气得到电子，其电极反应式为2H2O＋4e－＋O2=4OH－，故B错误；右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，从而降低电解电压，减少能耗，故D正确。5．(2023·北京，5)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。下列说法不正确的是()A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨B．装置a中溶液显碱性的原因是HCOeq\o\al(－,3)的水解程度大于HCOeq\o\al(－,3)的电离程度C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2D．装置b中的总反应为SOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))HCOOH＋SOeq\o\al(2－,4)答案C解析SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到大气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCOeq\o\al(－,3)的水解程度大于其电离程度，故B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，NaHCO3溶液不能吸收CO2，故C错误。6．(2023·辽宁，7)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是()A．b端电势高于a端电势B．理论上转移2mole－生成4gH2C．电解后海水pH下降D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋答案D解析由题图分析可知，a为正极，b为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产生氢气的电极方程式为2H＋＋2e－=H2↑，则理论上转移2mole－生成2gH2，B错误；电解总反应为Cl－＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))ClO－＋H2↑，ClO－水解使溶液呈碱性，海水pH上升，C错误。1．(2023·广州市高三模拟)双极膜是一种离子交换复合膜，在直流电场作用下能将中间层的水分子解离成H＋和OH－，并分别向两极迁移。用双极膜电解制备金属钴，工作原理如图所示。下列说法错误的是()A．电极a接电源的正极B．电解过程中溶液中的SOeq\o\al(2－,4)透过阴离子交换膜向左移动C．当电路中转移2mol电子时，阳极产生22.4LH2(标准状况)D．电解池工作时，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小答案C解析电解池中阳离子向阴极移动，则电极b是阴极，电极a是阳极，电极a接电源的正极，故A正确；电解池中阴离子向阳极移动，电解过程中溶液中的SOeq\o\al(2－,4)透过阴离子交换膜向左移动，故B正确；当电路中转移2mol电子时，阳极氢氧根离子失电子生成0.5molO2，故C错误；电解池工作时，SOeq\o\al(2－,4)通过阴离子交换膜向左移动与氢离子结合生成硫酸，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小，故D正确。2．(2023·汕头市高三一模)八钼酸铵eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(NH44Mo8O26))可用于染料、催化剂、防火剂等。该化合物可通过电渗析法获得，工作原理如图。下列说法错误的是()A．a连接电源正极B．生成Mo8Oeq\o\al(4－,26)的反应为8MoOeq\o\al(2－,4)＋12H＋=Mo8Oeq\o\al(4－,26)＋6H2OC．电解一段时间后，b极附近氨水的浓度减小D．双极膜附近的OH－移向左侧答案C解析由图可知，b为阴极，水放电生成氢气和氢氧根离子，a为阳极，连接电源正极，水放电生成氧气和氢离子，A正确；双极膜解离出的氢离子向阴极移动和MoOeq\o\al(2－,4)反应生成Mo8Oeq\o\al(4－,26)：8MoOeq\o\al(2－,4)＋12H＋=Mo8Oeq\o\al(4－,26)＋6H2O，B正确；电解一段时间后，b极附近生成的氢氧根离子和左侧迁移过来的铵根离子结合生成一水合氨，氨水的浓度增大，C错误；阴离子向阳极迁移，双极膜附近的OH－移向左侧，D正确。3．(2021·江苏，12)通过下列方法可分别获得H2和O2：①通过电解获得NiOOH和H2(如图)；②在90℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是()A．电解后KOH溶液的物质的量浓度减小B．电解时阳极电极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2OC．电解的总反应方程式：2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑D．电解过程中转移4mol电子，理论上可获得22.4LO2答案B解析阴极水电离的氢离子得电子生成氢气，阳极Ni(OH)2失电子生成NiOOH，电解过程总反应为2Ni(OH)2eq\o(=,\s\up7(电解))2NiOOH＋H2↑，电解后KOH溶液的物质的量浓度不变，故A、C错误；电解时阳极Ni(OH)2失电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O，故B正确；电解过程中转移4mol电子，生成1mol氧气，非标准状况下的体积不一定是22.4L，故D错误。4．电解苯酚的乙腈(CH3CN)水溶液可在电极上直接合成扑热息痛()，装置如图，其中电极材料均为石墨。下列说法错误的是()A．电极a为负极B．装置工作时，乙室溶液pH减小C．电极c的电极反应式为＋CH3CN＋H2O－2e－→＋2H＋D．合成1mol扑热息痛，理论上甲室质量增重64g答案B解析根据题给信息可确定左侧装置为原电池，右侧装置为电解池。原电池中，阴离子向负极移动，故电极a是负极，电极b是正极，则电极c是阳极，电极d是阴极，A正确；工作时，H2O2在正极b上得到电子发生还原反应，电极反应式为H2O2＋2e－＋2H＋=2H2O，反应时c(H＋)减小，乙室溶液pH增大，B错误；电极c为阳极，CH3CN在电极c上失去电子发生氧化反应，并与苯酚反应生成扑热息痛，电极反应式为＋CH3CN＋H2O－2e－→＋2H＋，C正确；根据阳极c的电极反应式，合成1mol扑热息痛，转移2mol电子，负极a上生成1mol氧气，同时乙室转移1molSOeq\o\al(2－,4)到甲室，理论上甲室质量增重96g·mol－1×1mol－32g·mol－1×1mol＝64g，D正确。5．对氨基苯酚是一种重要的有机精细化工中间体，可用惰性电极电解硝基苯生产，装置如图所示。下列说法正确的是()A．a极区加入乙醇的目的是增强溶液的导电性B．a极的电极反应为＋4H＋＋4e－→＋H2OC．电解一段时间后，a极区需要补充稀硫酸D．生成1mol对氨基苯酚时，b极区理论上放出气体22.4L答案B解析图为电解池装置，硝基苯()发生还原反应生成对氨基苯酚()，则a为阴极，电极反应式为＋4H＋＋4e－→＋H2O；b为阳极，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，b电极区的氢离子经过质子交换膜进入a电极区。乙醇为有机溶剂，a极区加入乙醇的目的是增大硝基苯的溶解度，A错误；根据电极反应，a极区不需要补充硫酸，C错误；生成气体的温度、压强未知，无法计算气体的体积，D错误。6．(2023·佛山市高三下学期调研)电有机合成相对于传统有机合成具有显著优势，利用如图所示装置实现电催化合成2,5-呋喃二甲酸。下列说法错误的是()A．催化电极b连接电源的负极B．阴极区溶液中c(H2SO4)不变C．阳极区的总反应为D．每消耗1mol对硝基苯酚同时生成1mol2,5-呋喃二甲酸答案B解析由图可知，a极上发生氧化反应，为阳极，则b极为阴极，连接电源的负极，A正确；＋6H＋→＋2H2O，反应生成水，故溶液中c(H2SO4)减小，B错误，C正确；由两电极反应式可知，根据得失电子守恒，每消耗1mol对硝基苯酚同时生成1mol2,5-呋喃二甲酸，D正确。7．(2022·山东烟台市、德州市高三一模)电解法处理含有Cl－、NOeq\o\al(－,3)的酸性废水，其工作原理及电极b中铁的化合物的催化机理如图所示，H表示氢原子。下列说法错误的是()A．电极b接电源负极B．处理1molNOeq\o\al(－,3)，电路中转移5mole－C．HClO在阳极生成：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋D．H＋与NOeq\o\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq\o\al(－,3)＋8e－=NHeq\o\al(＋,4)＋3H2O答案B解析由图知，电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，被还原，则电极b为阴极，接电源负极，A正确；硝酸根离子转变为铵根离子，N元素化合价从＋5价降低到－3价，则处理1molNOeq\o\al(－,3)，电路中转移8mole－，B不正确；阳极氯离子失去电子被氧化，生成HClO：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋，C正确；电极b上硝酸根离子转变为铵根离子，H＋与NOeq\o\al(－,3)反应的电极反应式为10H＋＋NOeq\o\al(－,3)＋8e－=NHeq\o\al(＋,4)＋3H2O，D正确。8．(2023·辽宁鞍山市普通高中高三一模)处理高浓度的乙醛废水的新方法——隔膜电解法，总反应为2CH3CHO＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))CH3CH2OH＋CH3COOH(不考虑其他反应)。实验室中，以一定浓度的乙醛和H2SO4溶液为电解质溶液，模拟含乙醛的工业废水，用惰性电极进行电解，装置如图所示，下列说法错误的是()A．b电极反应式为CH3CHO－2e－＋H2O=CH3COOH＋2H＋B．电解一段时间后，电解池右侧pH增大C．若以CH4-空气燃料电池为直流电源，a极应该与燃料电池中通入CH4的一极相连D．理论上处理1mol乙醛，将有1molH＋通过质子交换膜答案B解析b电极为阳极，电极反应式为CH3CHO－2e－＋H2O=CH3COOH＋2H＋，故A正确；电解一段时间后，电解池右侧消耗水，生成CH3COOH和H＋，H＋通过质子交换膜移向左侧，但电解质n(H2SO4)不变，因此pH减小，故B错误