2024高考化学二轮突破-专题11电解原理及应用

专题11电解原理及应用【核心考点梳理】考点一电解池的工作原理电解池的工作原理2．电极上离子放电顺序(1)阴极：与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：eq\o(→,\s\up11(Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋酸Fe2＋Zn2＋H＋水Al3＋Mg2＋Na＋Ca2＋K＋),\s\do4(得到电子由易到难))(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，放电顺序：eq\o(→,\s\up11(活泼电极>S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F－),\s\do4(失去电子由易到难))[微点拨]①放电指的是电极上的得、失电子。②活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属，惰性电极指的是Pt、Au、C电极，不参与电极反应。③阴极材料若为金属电极，一般是增强导电性但不参与反应。3．惰性电极电解电解质溶液的四种类型考点二电解原理的应用电解饱和食盐水（氯碱工业）阳极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反应)阴极反应式：2H＋＋2e－=H2↑(还原反应)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2.电解精炼铜(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。(3)电极反应：阳极：Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋、Ni－2e－=Ni2＋、Cu－2e－=Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－=Cu。(4)阳极泥的形成：在电解过程中，活动性位于铜之后的银、金等杂质，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。3.电镀图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。(3)电极反应：阳极：Ag－e－=Ag＋；阴极：Ag＋＋e－=Ag。(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。考点三金属的腐蚀与防护1.化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例进行分析）类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe－2e－=Fe2＋正极2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－总反应式Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍3.金属的防护(1)电化学防护。①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理a．负极：比被保护金属活泼的金属；b．正极：被保护的金属设备。②外加电流的阴极保护法—电解原理a．阴极：被保护的金属设备；b．阳极：惰性金属或石墨。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。考点四离子交换膜在电化学装置中的应用1.常见的离子交换膜种类允许通过的离子及移动方向说明阳离子交换膜阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极阴离子和气体不能通过阴离子交换膜阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极阳离子和气体不能通过质子交换膜质子→移向电解池的阴极或原电池的正极只允许H＋通过2.离子交换膜的功能(1)选择性透过离子，平衡电荷，形成闭合回路(2)隔离某些分子和离子，防止副反应——氯碱工业(3)应用于制备物质、分离物质等【解题模型】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SOeq\o\al(2－,4)可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。①弄清是原电池还是电解池，电极有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极②根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类Na＋→通过ab→阴极⇒ab是阳离子交换膜SOeq\o\al(2－,4)→通过cd→阳极⇒cd是阴离子交换膜③根据放电顺序写出电极反应式阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋>Na＋，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－>SOeq\o\al(2－,4)，阳极的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。④根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SOeq\o\al(2－,4)生成H2SO4。【真题回顾练】1．（2021·广东真题）钴()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室溶液的均增大B．生成，Ⅰ室溶液质量理论上减少C．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：【答案】D【解析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2++2e-=Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+。A．由分析可知，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；B．由分析可知，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；C．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；D．由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+，故D正确；故选D。2．（2021·海南真题）液氨中存在平衡：。如图所示为电解池装置，以的液氨溶液为电解液，电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是A．b电极连接的是电源的负极 B．a电极的反应为C．电解过程中，阴极附近K+浓度减小 D．理论上两极产生的气体物质的量之比为1:1【答案】B【解析】A．根据图示可知：在b电极上产生N2，N元素化合价升高，失去电子，发生氧化反应，所以b电极为阳极，连接电源的正极，A错误；B．电极a上产生H2，H元素化合价降低得到电子，发生还原反应，所以a电极为阴极，电极反应式为：，B正确；C．电解过程中，阴极附近产生，使附近溶液中阴离子浓度增大，为维持溶液电中性，阳离子K+会向阴极区定向移动，最终导致阴极附近K+浓度增大，C错误；D．每反应产生1molH2，转移2mol电子，每反应产生1molN2，转移6mol电子，故阴极产生H2与阳极产生的N2的物质的量的比是3:1，D错误；选B。3．（2021·辽宁真题）利用(Q)与电解转化法从烟气中分离的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是A．a为电源负极 B．溶液中Q的物质的量保持不变C．在M极被还原 D．分离出的从出口2排出【答案】C【解析】由题干信息可知，M极发生的是由Q转化为的过程，该过程是一个还原反应，故M极为阴极，电极反应为：+2H2O+2e-=+2OH-，故与M极相连的a电极为负极，N极为阳极，电极反应为：-2e-=+2H+，b极为电源正极，据此分析解题。A．由分析可知，a为电源负极，A正确；B．由分析可知，根据电子守恒可知，溶液中Q的物质的量保持不变，B正确；C．由分析可知，整个过程CO2未被还原，在M极发生反应为CO2+OH-=，C错误；D．由题干信息可知，M极上CO2发生反应为：CO2+OH-=被吸收，向阳极移动，N极上发生的反应为：+H+=H2O+CO2↑，故分离出的从出口2排出，D正确；故答案为：C。4．（2021·天津真题）如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是A．a是电源的负极B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大D．当完全溶解时，至少产生气体336mL(折合成标准状况下)【答案】C【解析】通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极，据此解答。A．由分析可知，a是电源的负极，故A正确；B．石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B正确；C．随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误；D．当完全溶解时，消耗氢离子为0.06mol，根据阳极电极反应式，产生氧气为0.015mol，体积为336mL(折合成标准状况下)，故D正确；故选C。5．（2021·湖北真题）Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是A．电解时只允许H+通过离子交换膜B．生成O2和H2的质量比为8∶1C．电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大D．CrO3的生成反应为：Cr2O+2H+=2CrO3+H2O【答案】A【解析】根据左侧电极上生成，右侧电极上生成，知左侧电极为阳极，发生反应：，右侧电极为阴极，发生反应：；由题意知，左室中随着浓度增大转化为，因此阳极生成的不能通过离子交换膜。A．由以上分析知，电解时通过离子交换膜的是，A项错误；B．根据各电极上转移电子数相同，由阳极反应和阴极反应，知生成和的物质的量之比为1∶2，其质量比为8∶1，B项正确；C．根据阴极反应知，电解一段时间后阴极区溶液的浓度增大，C项正确：D．电解过程中阳极区的浓度增大，转化为，D项正确。故选A。6．（2020.1·浙江真题）在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是（）离子交换膜A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气B．离子交换膜为阳离子交换膜C．饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出D．OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量【答案】D【解析】氯碱工业中的总反应为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；电解池中阳极失电子发生氧化反应，氯碱工业中Cl2为氧化产物，所以电极A为阳极，电极B为阴极，据此作答。A．根据分析可知电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气，故A正确；B．阳极发生的方程式为：2Cl--2e-═Cl2↑，阴极：2H2O+2e-═H2↑+2OH-；为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生反应，氢氧化钠要从d口流出，所以要防止OH-流向阳极即电极A，该离子交换膜为阳离子交换膜，故B正确；C．根据B选项的分析可知饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出，故C正确；D．因为有离子交换膜的存在，OH-不发生迁移，故D错误；故答案为D。7．（2020·山东真题）采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是A．阳极反应为B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H+由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量【答案】D【解析】a极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b极通入氧气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。A．依据分析a极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是2H2O-4e-=4H++O2↑，故A正确，但不符合题意；B．电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH值不变，故B正确，但不符合题意；C．有B的分析可知，C正确，但不符合题意；D．电解时，阳极的反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，阴极的反应为：O2+2e-+2H+=H2O2，总反应为：O2+2H2O=2H2O2，要消耗氧气，即是a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，故D错误，符合题意；故选：D。【模拟仿真练】1．（2022·陕西宝鸡·一模）光电池在光照条件下可产生电压，如图所示装置可实现光能的充分利用。双极膜复合层间的H2O能解离为H+和OH－，且双极膜能实现H+和OH－的定向通过。下列说法的不合理的是A．该装置工作时涉及光能、化学能及电能的转化B．光照过程中阳极区溶液中的n(OH－)基本不变C．再生池中的反应为2V2++2H+2V3++H2↑D．阳极生成1molO2时，理论上双极膜共解离出离子数4NA个【答案】D【解析】A．在光照条件下光电池将光能转化为电能，电解池中电能又转化为化学能，因此该装置工作时涉及光能、化学能及电能的转化，故A正确；B．光照过程中，阳极反应消耗氢氧根，双极性膜可将水解离为氢离子和氢氧根，氢氧根移向阳极发生放电，则阳极区溶液中的n(OH－)基本不变，故B正确；C．根据图中信息得到再生池中的反应为2V2++2H+2V3++H2↑，故C正确；D．阳极生成1molO2时，则转移4mol电子和消耗4molOH－，由于阳极区溶液中的n(OH－)基本不变，理论上双极膜共解离出4molOH－和4molH+即离子数8NA个，故D错误。综上所述，答案为D。2．（2022·山东济南·一模）采用电渗析法可以从含NH4H2PO4和(NH4)2HPO4的废水中回收NH3·H2O和H3PO4，电解装置如图所示。下列说法正确的是A．X电极应连电源的正极B．M口处回收产生的浓氨水C．隔膜ab为阳离子交换膜，隔膜cd为阴离子交换膜D．电解一段时间后，产生的NH3·H2O和H3PO4物质的量相等【答案】C【解析】【分析】由题干图示可知，左侧电极室通入的稀氨水，说明左侧电极室的产品为NH3·H2O，说明废水中的通过离子交换膜ab进入左侧电极室，故ab为阳离子交换膜，然后+OH-=NH3·H2O，说明X电极的电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，则X电极为阴极，与电源的负极相连，右侧电极室的产品为H3PO4，即废水中的、经过离子交换膜cd进入右侧电极室，与H+结合成H3PO4，即cd为阴离子交换膜，Y电极为阳极，电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，据此分析解题。【详解】A．由分析可知，X电极应连电源的负极做阴极，A错误；B．由分析可知，M口处回收产生的浓H3PO4，B错误；C．由分析可知，隔膜ab为阳离子交换膜，隔膜cd为阴离子交换膜，C正确；D．根据电子守恒可知，阴极产生的OH-和阳极产生的H+的数目相等，但由于+OH-=NH3·H2O、+H+=H3PO4、+2H+=H3PO4，故电解一段时间后，产生的NH3·H2O和H3PO4物质的量不相等，D错误；故答案为：C。3．（2022·福建宁德·一模）我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂可提高电催化制甲酸盐的产率，同时释放电能，实验原理如图所示。下列说法不正确的是A．充电时，电极周围升高B．放电时，每生成，转移个电子C．使用催化剂或者均能有效减少副产物的生成D．使用催化剂，中间产物更不稳定【答案】B【解析】A．根据装置图，充电时，外电路电子流向Zn电极，即Zn电极反应式为Zn(OH)+2e-=Zn+4OH-，c(OH-)增大，pH增大，故A说法正确；B．根据装置图可知，放电时，右侧电极反应式为CO2+2e-+H2O=HCOO-+OH-，生成1molHCOO-时，转移电子物质的量为2mol，故B说法错误；C．根据图像可知，在使用催化剂Sn和s-SnLi生成CO时活化能大，活化能大反应速率慢，且CO能量比HCOOH能量高，能量越低，物质越稳定，因此使用催化剂Sn和s-SnLi可以减少副产物CO的生成，故C说法正确；D．根据图像可知，使用催化剂s-SnLi，中间产物能量高，不稳定，故D说法正确；答案为B。4．（2022·安徽六安·模拟预测）羟基白由基(OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2、H2O的原电池-电解池组合装置(如图所示)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是A．b极为负极，d极为阳极B．b电极区每产生3molCO2，C电极区溶液质量减轻14gC．d电极的电极反应式：H2O-e-=OH-+H+D．左侧装置中M、N为离子交换膜，工作时如果NaCl溶液浓度降低，则M为阳离子交换膜【答案】B【解析】【分析】根据电池装置图可知，左侧为原电池装置，a电极上重铬酸根离子得到电子，化合价降低，生成氢氧化铬，a电极是正极。b电极上苯酚生成二氧化碳，碳元素的化合价升高，被氧化，b电极是负极。【详解】A．根据以上分析可知，c电极是阴极，d是阳极，A正确；B．b电极上电极反应式为为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，每产生3molCO2转移14mol电子，c电极区虽然产生14g氢气，但会有14molH+从d电极区扩散到c电极区，故质量不变，B错误；C．右侧装置为电解装置，d是阳极，结合图示，电极反应中产生羟基自由基(·OH)和H+，没有生成氧气，正确的电极反应式为H2O-e-=·OH+H+，C正确。D．a为正极，原电池中阳离子向正极移动，故M为阳离子交换膜，D正确。故选B。5．（2022·广东茂名·模拟预测）已知在水溶液中发生如下变化：。一种电解法制备硼酸的装置如图所示。假设电解过程中，溶液不溢出电解池。下列有关说法正确的是A．m电极接电源负极B．制得1mol时，n电极产生11.2L气体(标准状况)C．b＜aD．外电路转移1mol电子时，理论上右室溶液质量增加22g【答案】D【解析】【分析】由题干电解池装置中Na+的移动方向可知，m为阳极，电极反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，n为阴极，电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，据此分析解题。【详解】A．由分析可知，m电极为阳极，故应该接电源正极，A错误；B．由题干信息可知，m为阳极，电极反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，然后H++=H3BO3，故制得1mol时，同时释放出0.5molNa+，根据电荷守恒可知，电路上转移0.5mol电子，根据电子守恒可知，n电极产生0.25molH2，其在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L/mol=5.6L，B错误；C．由分析可知，Na+流入阴极室，阴极室电解水流向OH-，即阴极室中NaOH的浓度将增大，故b＞a，C错误；D．根据电子守恒可知，外电路转移1mol电子时，有1molNa+流入右室，同时释放出0.5molH2，故理论上右室溶液质量增加1mol×23g/mol-0.5mol×2g/mol=22g，D正确；故答案为：D。6．（2022·陕西周至·一模）中科院研制出了双碳双离子电池，以石墨(Cn)和中间相炭微粒球(MCMB)为电极，电解质溶液为含有KPF6的有机溶液，其充电示意图如图所示。其反应机理为：充电时，电解液中的钾离子运动到中间相碳微粒球负极表面，并嵌入至石墨层中，同时六氟磷酸根阴离子插层到正极石墨中；放电时，钾离子从负极石墨层中脱出，同时正极石墨中的六氟磷酸根脱嵌回到电解液中。下列说法正确的是A．放电时石墨电极的电势比MCMB电极电势低B．当转移电子1mol时，参与反应的K+与PF的物质的量共1molC．放电时正极反应式是Cn(PF6)x+xe—-=Cn+xPFD．充电时MCMB电极发生氧化反应【答案】C【解析】【分析】由图可知，充电时，与直流电源正极相连的石墨电极是电解池的阳极，PF阴离子在Cn作用下失去电子发生氧化反应生成Cn(PF6)x，MCMB电极为阴极，钾离子在阴极得到电子发生还原反应生成钾；放电时石墨电极为原电池的正极，Cn(PF6)x在正极得到电子发生还原反应生成Cn、PF离子，MCMB电极为负极，钾在负极失去电子发生氧化反应生成钾离子，电池放电时的总反应为Cn(PF6)x+xK=Cn+xKPF6。【详解】A．正极电势比负极高，由分析可知，放电时石墨电极为原电池的正极，MCMB电极为负极，则放电时石墨电极电势比MCMB电极电势高，故A错误；B．由分析可知，当转移电子1mol时，参与反应的K+的物质的量和PF离子的物质的量共2mol，故B错误；C．由分析可知，放电时石墨电极为原电池的正极，Cn(PF6)x在正极得到电子发生还原反应生成Cn、PF离子，电极反应式为Cn(PF6)x+xe—-=Cn+xPF，故C正确；D．由分析可知，充电时MCMB电极为阴极，钾离子在阴极得到电子发生还原反应生成钾，故D错误；故选C。7．（2021·重庆巴蜀中学高三月考）下图为工业上电化学法对煤脱硫处理的模拟装置图。下列说法不正确的是A．石墨Ⅰ上发生氧化反应，电源a为正极B．电流由石墨Ⅰ经电解质混合溶液回到石墨2C．脱硫的总反应：D．若12g被处理时，溶液中变化的数目为【答案】D【解析】A．由图可知，石墨Ⅰ上Mn2+发生氧化反应生成Mn3+，此电极为阳极，因此电源a为正极，故A正确；B．装置内的电流由a流出，经石墨Ⅰ→电解质混合液→石墨II回到电源b极，故B正确；C．由图可知，脱硫过程中Mn3+被还原为Mn2+，FeS2被氧化为Fe3+、，每有1molMn3+参加反应，得到1mol电子，每有1molFeS2参加反应，失去15mol电子，根据氧化还原反应得失电子守恒、溶液呈酸性以及原子守恒可知反应的离子方程式为，故C正确；D．12g的物质的量为=0.1mol，由C项可知，反应生成1.6molH+，而阴极上会消耗H+生成H2，因此溶液中H+变化数目小于1.6NA，故D错误；综上所述，说法不正确的是D项，故答案为D。8．（2021·重庆·高三月考）下图为剑桥法用固体二氧化钛()生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，(阴极)中氧解离进入熔盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是A．阳极的电极反应式为B．阴极的电极反应式为C．通电后，、均向阴极移动D．石墨电极的质量不发生变化【答案】B【解析】由图可知，该装置为电解池，高纯二氧化钛为电解池的阴极，二氧化钛在较低的阴极电位下发生得到电子发生还原反应生成钛和氧离子，电极反应式为，石墨电极为阳极，氧离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为，放电生成的氧气与石墨电极共热反应生成一氧化碳、二氧化碳。A．由分析可知，石墨电极为电解池的阳极，氧离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为，故A错误；B．由分析可知，，高纯二氧化钛为电解池的阴极，二氧化钛在较低的阴极电位下发生得到电子发生还原反应生成钛和氧离子，电极反应式为，故B正确；C．通电后，阴离子、均移向阳极，故C错误；D．由分析可知，放电生成的氧气与石墨电极共热反应生成一氧化碳、二氧化碳，电极质量减轻，故D错误；故选。9．（2021·湖南·雅礼中学高三月考）羟基自由基()是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为、的原电池-电解池组合装置(如图)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法正确的是A．电池工作时，b电极附近pH增加B．a极每单个参与反应，通过质子交换膜的H+数理论上有6NA个C．d极区苯酚被氧化的化学方程式为D．右侧装置中，每转移0.7mol电子，c、d两极共产生气体11.2L【答案】C【解析】a电极上被还原为，所以a电极为原电池的正极，则d电极为电解池阳极，b为原电池的负极，c为电解池的阴极。A．电池工作时，b为负极，苯酚失电子被氧化为，电极反应式为，生成氢离子，所以pH减小，A错误；B．a电极上被还原为，所以有1个参与反应时转移6个电子，根据电荷守恒可知通过质子交换膜的数理论上有6个，B错误；C．羟基自由基对有机物有极强的氧化能力，苯酚被氧化为、，根据电子守恒和元素守恒可得化学方程式为，C正确；D．未注明温度和压强，无法确定气体体积，D错误。故选C。10．（2021·江苏常州·高三期中）我国学者以熔融的NaOH—KOH作电解质，在Fe2O3/AC催化条件下，以N2和H2O为原料气，在250℃、常压条件下成功实现电催化合成氨，其装置如下图所示。下列有关说法不正确的是A．电极a应连接电源负极B．电极b上的反应为N2+6H2O+6e-=2NH3+6OH-C．反应过程中，OH-由b极区向a极区迁移D．该电催化合成氨反应的化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2【答案】A【解析】该装置为电解池，介质为碱性，反应为N2和H2O合成氨，由N元素化合价从0降低至-3，则N2在阴极得电子，电极反应式为N2+6H2O+6e-=2NH3+6OH-，另一种元素是O元素化合价从-2升高为0价，电解反应式为4OH--4e-=2H2O+O2；A．由反应物是N2和H2O，则原料气进的是N2，根据分析，N2在阴极得电子，则b为电源负极，a为电源正极，A错误；B．电极b为N2在阴极得电子，电极反应式为N2+6H2O+6e-=2NH3+6OH-，B正确；C．电解池中阴离子移向阳极，a为阳极，则OH-由b极区向a极区迁移，C正确；D．由阴极反应：2N2+12H2O+12e-=4NH3+12OH-，阳极反应：12OH--12e-=6H2O+3O2，总反应为阳极加上阴极，即该电催化合成氨反应的化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2，D正确；故选：A。11．（2021·江苏镇江·高三期中）最近我国科学家以CO2与辛胺为原料实现了甲酸盐和辛腈的高选择性合成，该合成的原理如下图所示。下列说法正确的是A．Ni2P电极与电源负极相连B．In/In2O3-x电极上可能有副产物O2生成C．离子交换膜为阳离子选择性交换膜D．在Ni2P电极上发生的反应为：CH3(CH2)7NH2-4e-＋4OH-=CH3(CH2)6CN＋4H2O【答案】D【解析】A．Ni2P电极为阳极，与电源正极相连，即b为电源的正极，A错误；B．In/In2O3-x电极为阴极，阴极主反应为CO2+2e-+H2O=HCOO-+OH-同时H2O也可能发生得电子的反应生成H2，不可能生成O2，B错误；C．阴极主反应为CO2+2e-+H2O=HCOO-+OH-，阳极反应为：CH3(CH2)6CH2NH2+40H--4e-=CH3(CH2)6CN+4H2O，需要氢氧根离子移动，故应用阴离子交换膜，C错误；D．由图可知，Ni2P电极为阳极，CH3(CH2)7NH2→CH3(CH2)6CN，阳极反应为：CH3(CH2)6CH2NH2+40H--4e-=CH3(CH2)6CN+4H2O，D正确；故选D。12．（2021·山东省实验中学高三月考）某科研团队利用连续闭合的电化学—化学反应循环实现氮还原的原理示意图如图所示，其中Fe-TiO2作为氮还原的催化剂，则下列说法正确的是A．氢离子由A电极经过质子交换膜移向B电极B．电解液中POM2转化为POM1的过程为还原反应C．A电极的电势高于B电极D．该电池生成3mol氧气时可还原标准状况下的氮气44.8L【答案】D【解析】由图可知右边装置为电解池装置，B电极表面发生2H2O-4e-=O2↑+4H+，为阳极；A电极为阴极，发生还原反应。A．B为电解池阳极，A电极为电解池阴极，电解池中阳离子由阳极移向阴极，故氢离子由B电极经过质子交换膜移向A电极，A错误；B．A电极为阴极，发生还原反应转化为，故电解液中转化为的过程为氧化反应，B错误；C．A电极为阴极，与电源负极相连，B电极为阳极，与电源正极相连，故A电极电势低于B电极，C错误；D．根据得失电子守恒，有3O2~12e-~2N2阳极生成3mol转移12mol，可还原2mol，标准状况下体积为44.8L，D正确；故选D。13．（2021·江苏连云港·高三期中）钴(Co)合金广泛应用于机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴和回收盐酸的装置图。下列说法正确的是A．a为直流电源负极B．X膜为阳离子交换膜C．移除两交换膜后，两电极上发生的反应都不变D．每生成1molCo，I室溶液质量理论上减少16g【答案】B【解析】由图可知，与电源正极a相连的石墨电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，氢离子通过阳离子交换膜由I室进入Ⅱ室，与电源负极b相连的钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室进入Ⅱ室，在Ⅱ室可以得到盐酸。A．由分析可知，a为直流电源正极，故A错误；B．由分析可知，X膜为阳离子交换膜，故B正确；C．移除两交换膜后，放电能力强于水的氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应发生改变，故C错误；D．由分析可知，I室溶液减少的质量为氧气和氢离子质量之和，实际上是减少水的质量，则每生成1mol钴，I室溶液质量理论上减少18g，故D错误；故选B。14．（2021·湖南·雅礼中学高三月考）国际社会高度赞扬中国在应对新冠肺炎疫情时所采取的措施。疫情防控中要对环境进行彻底消毒，二氧化氯(ClO2黄绿色易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备ClO2的原理如图所示。下列说法不正确的是A．c为电源的正极，在b极区流出的Y溶液是浓盐酸B．电解池a极上发生的电极反应为C．二氧化氯发生器内，发生的氧化还原反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为6：1D．当有0.3mol阴离子通过离子交换膜时，二氧化氯发生器中产生标准状况下1.12L【答案】AC【解析】由图可知，右侧装置为电解池，a极为电解池的阳极，在阳极失去电子发生氧化反应生成，电极反应式为，b为电解池阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成，电极反应式为，则c为直流电源的正极，d为负极；a极生成的进入左侧的二氧化氯发生器中与发生如下氧化还原反应。A．由分析可知，c为直流电源的正极，b为电解池阴极，氢离子得到电子生成，电极反应式为，在b极区流出的Y溶液是稀盐酸，故A错误；B．由分析可知，a极为电解池的阳极，在阳极失去电子发生氧化反应生成，电极反应式为，故B正确；C．由分析可知，二氧化氯发生器中发生的反应为，其中作氧化剂，作还原剂，氧化剂与还原剂之比为1:6，故C错误；D．当有0.3mol阴离子通过离子交换膜时，说明b电极消耗0.3mol，由得失电子数目守恒可知，转移0.3mol电子时，二氧化氯发生器中生成0.05mol在标准状况下其体积为1.12L，故D正确；故选AC。15.（2021·辽宁省八省联考）在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌(该厌氧细菌最佳生存环境在pH为7~8之间)可促使与反应生成，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法正确的是()A.正极的电极反应式为B.的反应可表示为C.酸性条件下，厌氧菌失去活性，钢管不易被腐蚀D.管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀【答案】BD【解析】根据示意图分析，正极上水发生还原反应生成，电极反应式为，A项错误；在厌氧细菌的催化作用下反应生成和，离子反应式为，B项正确；根据题意，硫酸盐厌氧菌在弱碱性条件下活性高，电化学腐蚀速率快，酸性条件下，虽然厌氧菌会失去活性，但铁会发生析氢腐蚀，仍然会加速钢管的腐蚀，C项错误；管道上刷富锌油漆后，因为锌比铁活泼，所以腐蚀锌保护铁，可以延缓管道的腐蚀，D项正确。16．（2021·浙江台州·一模）如图为2021年新研发的车载双电极镍氢电池，放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，可表示为MH；充电时b、d电极的反应物为吸附的，下列叙述正确的是A．a、b为电池负极，c、d为电池正极B．图示显示的是电池充电的过程，c极上的反应可表示为C．隔膜中的电解液可为KOH溶液，放电时外电路每通过1mol电子，该电池正极共增重2gD．充电时电子的流动路径为外接电源负极→a、d→外接电源正极，而a→b、b→c、c→d的导电过程均借助离子迁移完成【答案】C【解析】A．由OH-离子的移动方向可知，a为负极，c为负极，d为正极，A错误；B．图中显示的是原电池放电的过程，放电时a，c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，即放电时，反应物为MH→生成物为M(s)和H2O，c极：MH+OH--e-=M+H2O，B错误；C．正极：NiO(OH)+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-，转移1mol电子，固体由NiO(OH)→Ni(OH)2质量变化为1g，转移1mol电子，b，d电极各增加1g，共增加2g，C正确；D．充电时为电解池：电子的流动方向：电源负极→a；d→电源正极；b→c的导电过程为铜箔中的电子移动完成，D错误；故选C。17．（2021·河南·高三期中）中国科学院福建物质结构研究所课题组基于二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计并实现了一种可逆的水系金属—二氧化碳二次电池，放电时工作原理如图所示。下列有关电池放电时的说法错误的是A．N极发生还原反应B．电子由N极流出经导线流入M极C．N极的电极反应式为D．若电路中流过个电子，则理论上M极有3.25g锌参加反应【答案】B【解析】由图可知，放电时，M极为二次电池的负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，双极膜中产生的氢氧根离子移向负极区，N极为正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，双极膜中产生的氢离子移向正极区。A．由分析可知，N极为二次电池的正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，故A正确；B．由分析可知，放电时，M极为二次电池的负极，N极为正极，电子由负极M极流出经导线流入正极N极，故B错误；C．由