第20讲　电解池及其应用-2025年高考化学全国一轮

第20讲电解池及其应用备考导航复习目标1．了解电解池的工作原理，能写出电解池的电极反应和电池总反应式。2．了解电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用。认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。3．了解利用电解原理防止金属腐蚀的措施复习策略从近几年高考来看，电化学知识属于高考必考内容。1．由于能源问题是社会热点，要关注新型电池。2．着重原电池电极的判断及电极反应式的书写(要注意溶液的酸、碱性关系)；掌握电子、电流的和离子流动方向，以及电极反应对电解质溶液浓度的影响。3．要关注各种新型燃料电池的电极反应。4．注意离子交换膜的作用及应用，尤其要注意浓差电池的原理熟记网络课前思考问题1原电池与电解池的比较。填写下表：电池名称原电池电解池能量转化反应特征电极名称装置特征联系【答案】电池名称原电池电解池能量转化化学能→电能电能→化学能反应特征自发反应非自发反应电极名称由电极材料本身决定负极：活泼金属正极：不活泼金属(或非金属导体)由连接电源的正、负极决定阴极：与负极相连阳极：与正极相连装置特征无外接电源、两极材料一般不同有直流电源、两极材料可相同也可不同联系两者都是在两电极上发生氧化还原反应问题2以石墨为电极，分析写出电解CuSO4溶液的电极反应式及总反应。【答案】①溶液中存在阳离子：Cu2＋、H＋(H2O)；存在阴离子：OH－(H2O)、SOeq\o\al(2－,4)；②判断阴、阳两极离子放电顺序；阳极：H2O(OH－)>SOeq\o\al(2－,4)；阴极：Cu2＋>H2O(H＋)；③阳极电极反应式：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋；阴极电极反应式：Cu2＋＋2e－=Cu；总反应：2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4。1.下列说法正确的是(D)图1图2A.(2020·山东卷)用图1装置可以实现在铁件上镀铜B.(2019·北京卷)用图2装置电解CuCl2溶液的总反应：CuCl2=Cu2＋＋2Cl－C.(2018·江苏卷)电解饱和食盐水的总反应式：2Cl－＋2H＋eq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑D．(2021·广州二模)外加电流法保护金属可用石墨作辅助阳极【解析】在铁件上镀铜时，铜电极应与外电源正极相连，A错误；电解CuCl2溶液的总反应为CuCl2eq\o(=,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑，B错误；电解饱和食盐水的总反应为2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－，C错误；石墨能导电，作阳极时，石墨不参与反应，所以外加电流法保护金属可用石墨作辅助阳极，D正确。2.(2023·茂名一模)一款低成本高能效的新型无隔膜铈－铅单液流电池装置如图所示，该电池用石墨毡作电极，可溶性铈盐和铅盐的混合酸性溶液作电解液。已知电池反应为Pb＋2Ce4＋eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Pb2＋＋2Ce3＋。下列相关说法正确的是(D)A.放电时，Pb2＋在b电极发生还原反应B.该电池可用稀硫酸酸化电解质溶液C.充电过程中，a电极发生的反应为Ce3＋－e－=Ce4＋D.放电过程中，电解质溶液中的CH3SOeq\o\al(－,3)向a电极移动【解析】由题中总反应可知放电过程负极反应为Pb－2e－=Pb2＋，a电极发生氧化反应，Ce4＋在b电极发生还原反应，A错误；硫酸根离子会与铅离子反应生成硫酸铅沉淀，故不能用稀硫酸酸化电解质溶液，B错误；充电过程中，a电极发生的反应为Pb2＋＋2e－=Pb，C错误。3.新型Li－Mg双离子可充电电池是一种高效、低成本的储能电池，其工作原理如图所示。放电时电极a的反应为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4。下列说法错误的是(C)A.充电时，Mg极为阴极B.放电时，Li＋从Ⅰ室向Ⅱ室迁移C.放电时，Ⅱ室Li2SO4溶液的浓度增大D.每消耗1molMg，电极a质量理论上增加14g【解析】放电时电极a的反应为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4，电极a为正极，Mg为负极，故充电时Mg为阴极，A正确；放电时Ⅰ室为负极区，Ⅱ室为正极区，阳离子向正极移动，故向Ⅱ室迁移，B正确；放电时电极a消耗Li＋数目等于Ⅰ室迁移过来的Li＋数目，故Li2SO4溶液的浓度不变，C错误；放电时Mg发生反应：Mg－2e－=Mg2＋，当有1molMg发生反应时，转移2mole－，电极a质量理论上增加2molLi＋，质量为14g，D正确。考点1电解池的工作原理知识梳理电解池1.定义电解池是将电能转化为化学能的装置。其中与电源正极相连的电极称为阳极，与电源负极相连的电极称为阴极。2.阳极材料(1)惰性电极：由石墨、Pt等导体构成，只起导电作用。(2)活泼电极：与外电源的正极相连的活泼金属电极(如铁或铜)，本身参与反应。3.电极反应(1)阳极(与外电源的正极相连)反应：发生失电子的氧化反应；阴极(与外电源的负极相连)反应：发生得电子的还原反应。(2)电子和离子的流向①电子从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。②阳离子向电解池的阴极迁移；阴离子向电解池的阳极迁移(注意：电子只在导线中移动，不会进入电解质溶液中，电解质溶液中起导电作用的是离子)。以电解氯化铜溶液为例(以石墨作电极)。电极反应阳极：2Cl－－2e－=Cl2阴极：Cu2＋＋2e－=Cu总反应：CuCl2eq\o(=,\s\up7(电解))Cu＋Cl24.电极放电顺序(1)阳极放电顺序①如果电极是活泼金属电极，则阳极材料直接失电子，电极发生消耗，被溶解(溶液中的阴离子不能失电子)。②如果电极是惰性电极(如石墨、Pt等电极)，一般是电解液(或熔融电解质)中的阴离子在阳极上失电子。阴离子失电子顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－。含氧酸根离子如NOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,4)等不参与放电，由溶液中的H2O去放电。(2)阴极放电顺序①阴极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阳离子在阴极上得电子。②水溶液中阳离子得电子顺序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H2O。溶液中活泼金属的阳离子不参与放电(如K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)。③熔融电解质中阳离子得电子顺序：Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。用惰性电极电解不同溶液(无离子交换膜)类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解液复原电解水型阴极：溶液中的H＋(或由水电离出的H＋)放电阳极：溶液中的OH－(或由水电离出的OH－)放电NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小不变氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小CuO或CuCO3[及时训练]书写下列有关电极反应式及总反应。(1)用惰性电极电解AgNO3溶液阳极：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋阴极：Ag＋＋e－=Ag总反应：4Ag＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4H＋(2)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H2O＋2e－＋Mg2＋=Mg(OH)2↓＋H2↑总反应：Mg2＋＋2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(3)用铁作电极电解NaCl溶液阳极：Fe－2e－=Fe2＋阴极：Fe2＋＋2H2O＋2e－=Fe(OH)2↓＋H2↑总反应：Fe＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Fe(OH)2↓＋H2↑(4)用铜作电极电解盐酸溶液阳极：Cu－2e－=Cu2＋阴极：2H＋＋2e－=H2↑总反应：Cu＋2H＋eq\o(=,\s\up7(电解))Cu2＋＋H2↑解疑释惑35电解池中离子交换膜的作用三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理[分析][结论]离子交换膜的作用：不让生成的H＋与OH－相遇。如果没有离子交换膜，只是电解水，得不到硫酸和氢氧化钠。[及时巩固]判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)电解水实验常加入稀氢氧化钠或稀硫酸或硫酸钠溶液的目的是增加导电性，电池的总反应不变(√)(2)电解池与外电源正极相连的电极是阳极，阳极发生氧化反应(√)(3)如图电解总反应为2Cu＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Cu2O＋H2↑。电子的流向：电源负极→石墨电极→Cu→电源正极(×)(4)电解池中，质子交换膜只允许氢离子通过(√)(5)电解池电解液中的阳离子向阳极移动(×)(6)(2018·江苏卷)电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H＋eq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑(×)(7)(2018·江苏卷)电解HNO3和HNO2混合溶液，阳极电极反应：HNO2－2e－＋H2O=3H＋＋NOeq\o\al(－,3)(√)(8)(2019·江苏卷)电解CO2制HCOOH的原理如图1，阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：CO2＋H＋＋2e－=HCOO－(√)图1图2(9)(2020·天津卷)图2中的电池总反应为2Na＋xSeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Na2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)，放电时Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极(×)【解析】(3)“石墨电极→Cu”是通过溶液中的离子导电。(9)放电时，Na为电池的负极，正极为硫单质。用石墨电极电解CuCl2溶液(如图)。下列分析正确的是(A)A.a端是直流电源的负极B.通电使CuCl2发生电离C.阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－=CuD.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体【解析】用石墨作电极电解CuCl2溶液时，Cu2＋移向电解池的阴极，故a端是直流电源的负极，A正确；CuCl2晶体溶于水时发生电离，与是否通电无关，B错误；电解池阳极上发生氧化反应，其电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，故通电一段时间后在阳极附近观察到黄绿色气体，C、D错误。深度指津电解后原电解质溶液浓度的恢复需加适量的某物质，该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如惰性电极电解CuSO4溶液，要恢复原溶液的浓度，可向电解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水量增加。使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl气体(不能加盐酸)；②AgNO3溶液：加Ag2O固体(不能加AgOH)；③CuCl2溶液：加CuCl2固体；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等]。考点2电解的应用知识梳理电冶金1.电解熔融的氯化钠阳极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极反应式：Na＋＋e－=Na总反应：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑2.电解熔融的氧化铝总反应：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑冰晶石(Na3AlF6)可使氧化铝易熔化。3.电解熔融氯化镁总反应：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑粗铜精炼阳极(粗铜)反应式：Cu－2e－=Cu2＋(主反应)阴极(精铜)反应式：Cu2＋＋2e－=Cu1.在电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，电解液用可溶性铜盐。由于粗铜中含有锌、铁等杂质，整个电解过程中铜盐的浓度减小。2.粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性顺序位于铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等会先失去电子，而金属活动性顺序位于铜之后的银、金等杂质，因为给出电子的能力比铜弱，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。电镀1.电镀是一种应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀银原理示意图2.特征：阳极本身溶解；电解液的总量、浓度、pH均不变。3.形成条件(1)电解时，镀层金属作阳极。(2)镀件作阴极。(3)含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。(4)外加直流电源。金属防腐(外加电流法)如水库的钢闸门(或地下的钢管)与外接直流电源的负极相连作阴极，用惰性电极作辅助阳极，通电后，调节电压使钢铁表面腐蚀电流降低至零或接近零，从而起到保护作用。解疑释惑36氯碱工业——离子交换膜法电解生产的主要过程：NaCl从阳极区加入，H2O从阴极区加入。阴极H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，OH－和Na＋形成NaOH溶液。阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子和水分子通过而阻止阴离子和气体通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合引发爆炸危险，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的纯度。[及时巩固]判断正误(正确的画“”，错误的画“×”)。(1)用图1装置在铁制品表面镀铜，能达到实验目的(√)图1(2)电解精炼粗铜时，若阳极质量减少64g，则阴极得到2mol电子(×)(3)电解精炼粗铜时，阴极减小的质量等于阳极增加的质量(×)(4)电解精炼粗铜后的电解液中存在：Cu2＋、Zn2＋、SOeq\o\al(2－,4)、Fe2＋、Ag＋(×)(5)(2020·新课标Ⅱ卷)图2是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，Ag为阳极(√)图2图3(6)电解饱和食盐水原理如图3所示，其中离子交换膜的作用：避免Cl2与H2反应；能得到纯度更高的氢氧化钠溶液(√)(2022·茂名一模)粗银中含有Cu、Pt等杂质，用电解法以硝酸银为电解质提纯银。下列说法正确的是(B)A.粗银与电源负极相连B.阴极反应式为Ag＋＋e－=AgC.Cu、Pt在阳极区中沉积D.电解液中c(Ag＋)先增大后减小【解析】银单质失电子生成银离子，发生氧化反应，故粗银应与电源正极相连，A错误；阴极上，Ag＋得电子生成Ag，B正确；粗银中Cu失去电子生成Cu2＋，Pt为惰性金属成为阳极泥，C错误；电解提纯银时，粗银中比银活泼的铜会失电子形成离子进入溶液，故电解液中c(Ag＋)不可能增大，D错误。(2020·北京卷)已知反应2H2O2=2H2O＋O2↑能自发进行，反向不能自发进行，通过电解可以实现由H2O和O2为原料制备H2O2，制备装置示意图如图所示。(1)a极的电极反应式：______________。(2)下列说法正确的是________(填字母)。A.该装置可以实现电能转化为化学能B.电极b连接电源负极C.该方法相较于早期制备方法具有原料廉价，对环境友好等优点【答案】(1)O2＋2H＋＋2e－=H2O2(2)AC【解析】(1)由示意图左侧中O2得电子变成H2O2，则a电极为阴极，b电极为阳极。阴极反应式：O2＋2H＋＋2e－=H2O2；阳极反应式：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑。(2)根据图示，该装置属于电解池，电解池是将电能转化为化学能的装置，A正确；电极b为阳极，电解池阳极与电源正极连接，B错误；该装置的总反应为2H2O＋O2eq\o(=,\s\up7(电解))2H2O2，制取双氧水的原料为氧气和水，具有来源广泛，原料廉价，对环境友好等优点，C正确。高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解NaOH浓溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(D)A.Fe为阳极，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2OB.放电过程中，甲溶液NaOH浓度增大C.离子交换膜a是阳离子换膜D.当电路中通过1mol电子的电量时，中间隔室中离子数目减少NA【解析】由题可知，铁元素化合价升高，发生氧化反应，Fe为阳极，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O，A正确；铜电极为阴极，水得电子生成氢气和OH－，导致阴极室溶液产生大量OH－，为了平衡电荷，中间隔室中的Na＋通过离子交换膜a移向阴极室，故离子交换膜a为阳离子交换膜，所得溶液甲为NaOH浓溶液，B、C正确；铜电极上电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，当电路中通过1mol电子的电量时，阴极室中生成1molOH－，中间室有1mol钠离子进入阴极室，同时中间室中有1molOH－进入阳极室，故中间隔室中离子数目减少2NA，D错误。(2023·汕头二模)间接电解法可对大气污染物NO进行无害化处理。其工作原理如图所示(质子膜只允许H＋通过)。下列有关说法错误的是(A)A.电极b接电源正极，电解过程中附近溶液的pH增大B.电极a的电极反应式为2HSOeq\o\al(－,3)＋2e－＋2H＋=S2Oeq\o\al(2－,4)＋2H2OC.电解过程中右侧Na2SO4的浓度增大D.电解过程中有4molH＋通过质子膜时，可处理60gNO【解析】由图示可知，在电极a上HSOeq\o\al(－,3)得电子生成S2Oeq\o\al(2－,4)，电极反应式为2HSOeq\o\al(－,3)＋2e－＋2H＋=S2Oeq\o\al(2－,4)＋2H2O，则a电极为阴极，B正确；b电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，故电解过程中电极b附近溶液pH减小，A错误；由于电解过程中电极b消耗H2O，故Na2SO4溶液浓度增大，C正确；电解过程中有4molH＋通过质子膜时，电极上转移4mol电子，则生成2molS2Oeq\o\al(2－,4)，S2Oeq\o\al(2－,4)与NO反应生成N2和HSOeq\o\al(－,3)，2S2Oeq\o\al(2－,4)＋2NO＋2H2O=4HSOeq\o\al(－,3)＋N2，即2molS2Oeq\o\al(2－,4)可处理2molNO，根据关系式2NO～N2～4e－可知，能处理2mol即60gNO，D正确。(2023·惠州二调)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置如图所示。下列有关说法正确的是(A)A.在b电极上，N2被还原B.金属Ag可作为a电极的材料C.改变工作电源电压，反应速率不变D.电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少【解析】b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A正确；a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，电流强度发生改变，反应速率也会改变，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为N2＋3H2O＋6e－=2NH3＋3O2－，阳极电极反应式为2O2－－4e－=O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会改变，D错误。(2022·合肥三模)由我国科学家设计的Mg－Li双盐具有较高的电池效率，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(C)A.放电时，正极电极反应式为FeS＋2e－＋2Li＋=Fe＋Li2SB.充电时，Mg电极发生了还原反应C.充电时，每生成1molMg，电解质溶液质量减少24gD.电解液含离子迁移速率更快的Li＋提高了电流效率【解析】放电时Mg转化为Mg2＋，所以右侧电极为负极，左侧电极为正极，FeS得电子生成Fe和Li2S，电极反应为FeS＋2e－＋2Li＋=Fe＋Li2S，A正确；充电时Mg2＋转化Mg，被还原，Mg电极发生了还原反应，B正确；充电时阳极反应为Fe＋Li2S－2e－=FeS＋2Li＋，每生成1molMg，消耗1molMg2＋，转移2mol电子，同时生成2molLi＋，所以电解质质量减少24g－2×7g＝10g，C错误；电解液中含离子迁移速率更快的Li＋，增强了导电性，提高了电流效率，D正确。(2017·新课标Ⅰ卷)支撑海港码头基础的钢管桩常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(C)A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整【解析】牺牲阳极法，保护了钢管桩，故表面腐蚀电流接近于零，A正确；高硅铸铁为阳极，则与外加电源的正极相连，钢管桩为阴极，与外加电源的负极相连，B正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，材料不损耗，C错误；金属的腐蚀受环境的影响，故通入的电流要根据环境条件的变化及时进行调整，D正确。1.(2023·各地试题重组)下列说法正确的是________(填字母)。A.电解MgCl2饱和溶液，可制得金属镁B.电解法精炼铜时，以粗铜作阳极，纯铜作阴极C.冶炼金属铝是电解熔融氯化铝D.电解熔融氯化钠可得到钠E.电镀时，镀层金属跟直流电源的正极相连F.氯碱工业中，烧碱在阳极区生成G.马口铁(镀锡铁皮)镀层破损后铁更易腐蚀H.可充电电池在充电时是电解池I.电解制铝时，Al2O3的熔点很高，可加入冰晶石降低其熔融温度J.用图1装置电解精炼铝K.用图2所示方法可保护钢闸门不被腐蚀图1图2【答案】BDEGHI【解析】电解MgCl2溶液得不到金属镁，A错误；精炼铜时，以粗铜作阳极，纯铜作阴极，B正确；铝的冶炼应电解熔融氧化铝，氯化铝是共价化合物，熔融状态不导电，C错误；电镀时，镀层金属作阳极，应跟直流电源的正极相连，E正确；氯碱工业中NaOH在阴极区产生，F错误；马口铁(镀锡铁皮)镀层破损后构成原电池，铁作负极，腐蚀加剧，G正确；图1装置，阴极电极反应式为2H2O＋2e=H2↑＋2OH－，得不到铝，J错误；图2所示的是外加电流法，钢闸门应连接电源负极，K错误。2.(2023·深圳一调)法国科学家莫瓦桑在无水HF中电解KHF2制得单质氟(2KHF2eq\o(=,\s\up7(电解))2KF＋H2↑＋F2↑)，获得1906年诺贝尔化学奖。下列关于该过程的描述不正确的是(D)A.阳极上发生氧化反应B.阴极反应为2HFeq\o\al(－,2)＋2e－=H2↑＋4F－C.需将电解产生的两种气体严格分开D.理论上，每转移1mole－，可得到22.4LF2(标准状况下)【解析】该电解池中阴极反应式2HFeq\o\al(－,2)＋2e－=H2↑＋4F－，F－向阳极移动，失电子生成F2，发生氧化反应，A正确；HFeq\o\al(－,2)在阴极得电子生成氢气，B正确；F2与氢气混合在暗处即可发生爆炸，需将电解产生的两种气体严格分开，C正确；理论上，每转移1mole－，可得到11.2LF2(标准状况下)，D错误。3．(2023·福建七市联考)应用电化学方法，对水体消毒并去除余氯，装置如图所示。下列说法正确的是(A)A.闭合K1后，可对池中的水杀菌消毒B.断开K1，闭合K2时，e－由M极流出C.断开K1，闭合K2后，N极金属Na不断累积D.钠离子交换膜可用质子交换膜代替【解析】断开K2、闭合K1后，构成电解池装置，M极为阳极，电极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑，氯气进入水池消毒，A正确；断开K1、闭合K2时，构成原电池装置，M极为正极，N极为负极，e－由N极流出，电极反应式：Na－e－=Na＋，N极金属Na不断减少，B、C错误；将钠离子交换膜换成质子交换膜后，H＋会穿过膜与N极的Na反应，故不可换为质子交换膜，D错误。4.(2021·华南师大附中)下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是(C)A.纯银器表面在空气中因电化学腐蚀渐渐变暗B.当镀铜铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极法D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀【解析】纯银器表面渐渐变暗的原因是因为其与空气中的氧气和水反应，属于化学腐蚀，A错误；镀铜的铁制品，表面的镀层被破坏后，铜、铁与表面附着的电解质溶液形成原电池，会加快铁的腐蚀，B错误；在海轮外壳连接锌块，保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极法，C正确；想要保护地下输油钢管不被腐蚀，需要将其与电源负极连接，D错误。第20讲电解池及其应用1.(2021·广东卷)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。水溶液中电解制备金属钴的装置如图所示。下列说法正确的是(D)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＋【解析】工作时，Ⅰ室电极反应式：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，pH减小；Ⅲ室电极反应式：Co2＋＋2e－=Co，Ⅲ室中的Cl－向Ⅱ室移动，Ⅰ室中的H＋向Ⅱ室移动，Ⅱ室pH减小；A错误；生成1molCo，转移2mol电子，Ⅰ室理论上生成0.5molO2，同时有2molH＋进入Ⅱ室，则Ⅰ室溶液质量共减小18g，B错误；移除两交换膜后，石墨电极上发生的电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑，C错误。2.(2022·广东卷)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(C)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【解析】电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，熔融盐为电解液进行电解，阳极是含Cu、Mg和Si等的铝合金废料，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。Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，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极反应，镁也参与了电极反应，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质量守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。3.利用电解原理制备Ca(H2PO4)2的装置如图所示(M、N均为惰性电极)。下列说法正确的是(D)A.M极与电源负极相连B.常温下，电解后N极附近溶液pH减小C.膜a、膜c均为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜D.电解时可获得副产物NaOH、H2、Cl2【解析】因为电解过程中生成Ca(H2PO4)2，故Ca2＋通过膜a而H2POeq\o\al(－,4)通过膜b进入盛有Ca(H2PO4)2稀溶液的槽内，Na＋通过膜c进入盛有NaOH稀溶液的槽内，故M极为阳极，N极为阴极，M极为阳极，与电源正极相连，A错误；N极电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，N极附近溶液pH增大，B错误；膜a、膜c为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，C错误；两极电极反应式分别为2Cl－－2e－=Cl2↑(阳极)、2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－(阴极)，D正确。4.利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是(A)A.电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移B.电极b上反应为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)－8e－=CH4＋COeq\o\al(2－,3)＋2H2OC.电解过程中化学能转化为电能D.电解时Na2SO4溶液浓度保持不变【解析】由a极生成O2可以判断出a极为阳极，b为阴极，阳离子向阴极流动，则H＋由a极区向b极区迁移正确，A正确；电极b上反应为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2O，B错误；电解过程中是电能转化为化学能，C错误；电极a上反应为2H2O＋4e－=O2↑＋4H＋，溶液中的水发生消耗，所以Na2SO4溶液的浓度增大，D错误。5.(2023·佛山二模)过硫酸铵[(NH4)2S2O8]可用作氧化剂、漂白剂。利用电解法在两极分别生产过硫酸铵和过氧化氢的装置如图所示。下列说法错误的是(C)A.a为外接电源的负极B.电解总反应：O2＋2H＋＋2SOeq\o\al(2－,4)eq\o(=,\s\up7(电解))H2O2＋S2Oeq\o\al(2－,8)C.阴离子交换膜可用阳离子交换膜替代D.电解池工作时，Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小【解析】在Ⅱ室中，S元素化合价由＋6升高为＋7，化合价升高被氧化，故右侧Pt电极为阳极，b为外接电源正极，a为外接电源负极，左侧Pt电极为阴极，A正确；根据阳极产物可知，反应需要消耗SOeq\o\al(2－,4)，Ⅰ室中SOeq\o\al(2－,4)通过阴离子交换膜进入Ⅱ室，阴离子交换膜不可用阳离子交换膜替代，C错误；电解池工作时，Ⅰ室溶液中氢离子移向阴极，SOeq\o\al(2－,4)移向阳极，消耗硫酸，Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小，D正确。6.(2023·马鞍山一模)微生物燃料电池(MFC)可以用于光电催化处理污染物(苯酚)的电源，工作原理如图所示。下列说法错误的是(D)A.电极a为阳极B.电极c上的反应式：CH3OH－6e－＋H2O=6H＋＋CO2↑C.右池中的H＋向d电极方向迁移D.处理污染物苯酚1mol，理论上外电路中迁移了20mol电子【解析】右池中为甲醇燃料电池，通入甲醇的一极为负极，即c为负极，d为正极；左池为电解池，与原电池正极相连的a为阳极，b为阴极，A正确；c极为负极，甲醇失电子，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O=6H＋＋CO2↑，B正确；右池为原电池，阳离子移向正极，H＋移向d极，C正确；a极电极反应式为C6H6O－28e－＋11H2O=6CO2↑＋28H＋，即处理1mol苯酚转移28mol电子，D错误。7.(2023·福州二模)我国科学家采用单原子Ni和纳米Cu作串联催化剂，通过电解法将CO2转化为乙烯，装置示意图如图。已知：电解效率n(B)＝eq\f(n生成B所用的电子,n通过电极的电子)×100%。下列说法正确的是(D)A.电极a连接电源的正极B.电极b上发生反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C.通电后右室溶液质量减少D.若电解效率为60%，电路中通过1mol电子时，标准状况下产生1.12L乙烯【解析】CO2在电极a发生还原反应生成乙烯，电极a是阴极，连接电源的负极，A错误；电极b是阳极，发生反应：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，B错误；若电路中转移4mol电子，阳极放出1mol氧气，即32g,4molOH－(即68g)通过阴离子交换膜由左室移入右室，右室质量增加(68－32)g＝36g，C错误；阴极反应式为2CO2＋8H2O＋12e－=C2H4＋12OH－，若电解效率为60%，电路中通过1mol电子时，生成乙烯所用的电子为0.6mol，即产生0.05mol乙烯，标准状况下产生乙烯的体积为1.12L，D正确。8.(2023·广州二模)科学家研发了一种以Al和Pd@石墨烯为电极的Al－N2电池，电池以AlCleq\o\al(－,4)－Al2Cleq\o\al(－,7)离子液体作电解质，放电时在提供能量的同时实现了人工固氮，如图所示。下列说法错误的是(B)A.充电时Al电极是阴极B.放电时AlCleq\o\al(－,4)浓度增大，Al2Cleq\o\al(－,7)浓度减少C.放电时正极反应式为N2＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2AlN＋14AlCleq\o\al(－,4)D.放电时电路中每通过6mole－，电池总质量理论上增加28g【解析】充电时，Al电极发生还原反应：8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2Al＋14AlCleq\o\al(－,4)，作阴极，A正确；放电时，Al作为负极，发生氧化反应：2Al＋14AlCleq\o\al(－,4)－6e－=8Al2Cleq\o\al(－,7)，正极发生反应是N2＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=2AlN＋14AlCleq\o\al(－,4)，总反应是2Al＋N2=2AlN，AlCleq\o\al(－,4)、Al2Cleq\o\al(－,7)浓度均不变，B错误，C正确；放电时电池增加的质量相当于N2的质量，每通过6mol电子，参加反应的N2是1mol，增加质量是28g/mol×1mol＝28g，D正确。9.(2023·湛江二模)一种FeCl3/FeCl2－Cl2双膜二次电池放电时的工作原理如图所示。下列说法错误的是(B)A.充电时，M极的电极反应式为Fe3＋＋e－=Fe2＋B.X为阳离子交换膜，Y为阴离子交换膜C.充电时的总反应：2FeCl3eq\o(=,\s\up7(电解))2FeCl2＋Cl2↑D.放电时，每消耗2.24L(标准状况)Cl2，理论上有0.2mol电子通过用电器【解析】放电时Fe2＋在M极失去电子生成Fe3＋，M是负极，则充电时，Fe3＋在M极得到电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe3＋＋e－=Fe2＋，A正确；放电时Fe2＋在M极失去电子生成Fe3＋，即FeCl2转化为FeCl3，NaCl溶液中的Cl－要通过X进入M极区，X为阴离子交换膜，Cl2在N极得到电子生成Cl－，由电荷守恒可知，NaCl溶液中的Na＋要通过Y进入N极区，Y为阳离子交换膜，B错误；放电时总反应：2FeCl3eq\o(=,\s\up7(电解))2FeCl2＋Cl2↑，C正确；Cl2在N极放电时，N极电极反应式为Cl2＋2e－=2Cl－，标准状况下2.24LCl2的物质的量为0.1mol，转移0.2mole－，理论上有0.2mol电子通过用电器，D正确。10.(2023·茂名二模)一款可充放电固态卤离子穿梭电池工作时原理如图所示，Ⅰ室、Ⅱ室、Ⅲ室均为HGPE凝胶聚合物电解质，下列说法正确的是(B)A.放电时，b为正极，发生还原反应B.放电时，a电极反应为FeOCl＋e－=FeO＋Cl－C.交换膜1、2分别为氯离子交换膜和阳离子交换膜D.充电时，每转移1mol电子，b电极增重35.5g【解析】Ⅲ室中b极为锂电极，为放电时的负极，发生反应：Li－e－＋Cl－=LiCl，Cl－通过交换膜2移向Ⅲ室，交换膜2为阴离子交换膜，a极为放电时的正极，发生反应：FeOCl＋e－=FeO＋Cl－，Cl－通过交换膜1移向Ⅱ室。放电时b极为负极，发生氧化反应，A错误；放电时a极为正极，发生反应：FeOCl＋e－=FeO＋Cl－，B正确；交换膜1和交换膜2均为氯离子交换膜，C错误；充电时，b极发生反应：LiCl＋e－=Li＋Cl－，LiCl→Li，质量减少，每转移1mol电子，b电极减少35.5g，D错误。11.(2023·淮南一模)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得MnO2，电解示意图如图，下列说法正确的是(D)A.电池工作时电子从b电极流出，经过电解质溶液到达a电极表面B.接通电源后a极产生的Li＋和Mn2＋，定向移动到b极区C.电解一段时间后b极区pH增大D.电极a的电极反应：2LiMn2O4＋6e－＋16H＋=2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O【解析】由图可知，b极Mn元素化合价升高失电子，故b极为阳极，电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋，a极为阴极，电极反应式为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋=2L