专题38 电解原理 十年（2015-2024）高考化学真题分类汇编(解析版)

2013-2024年十年高考真题汇编PAGEPAGE1专题38电解原理考点十年考情(2015-2024)命题趋势考点1电解原理2023•广东卷、2022•北京卷、2022•广东选择性卷、2016·北京理综、2015·福建卷、2015·四川卷、2015·浙江卷高考电解池应用试题，是常见的高考类型之一，题目以科学研究中或者工业上的电解操作为背景，重点考查电解池的工作原理，如阴阳极的判断、电极反应式的书写及溶液pH的变化等。电解原理的复习应该针对以下几点：一是理解电解池基本原理；二是重点复习：阴、阳极的判断；电极反应类型；电极反应式的书写。考点2电解原理简单应用2024·山东卷、2023•浙江省1月选考、2023•浙江省6月选考、2023•湖北省选择性考试、2023•辽宁省选择性考试、2021•湖北选择性考试、2020•浙江1月卷、2017•海南卷考点1电解原理1．(2023•广东卷，13)利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后()A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2 B．a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性C．b处出现蓝色，说明还原性：Cl-I-D．断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转【答案】D【解析】闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl-—2e-=Cl2↑，右侧为阴极，阴极电极反应为2H++2e-=H2↑，总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。A项，根据分析，U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和H2，A错误；B项，左侧生成氯气，氯气遇到水生成HClO，具有漂白性，则a处布条褪色，说明HClO具有漂白性，B错误；C项，b处出现蓝色，发生Cl2+2KI=I2+2KCl，说明还原性：I-Cl-，C错误；D项，断开K1，立刻闭合K2，此时构成氢氯燃料电池，形成电流，电流表发生偏转，D正确；故选D。2．(2022•北京卷，13)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。装置示意图序号电解质溶液实验现象①0.1mol·L-1CuSO4+少量H2SO4阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2+②0.1mol·L-1CuSO4+过量氨水阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素下列说法不正确的是()A．①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍与铁接触B．①中检测到Fe2+，推测可能发生反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑、Fe+Cu2+=Fe2++CuC．随阴极析出，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋+4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移D．②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，缓慢析出，镀层更致密【答案】C【解析】由实验现象可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，一段时间后，铜离子在阴极失去电子发生还原反应生成铜；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层。A项，实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；B项，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为Fe+2H+=Fe2++H2↑、Fe+Cu2+=Fe2++Cu，故B正确；C项，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，Cu2＋+4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡向正反应方向移动，故C错误；D项，实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确；故选C。3．(2022•广东选择性卷，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M-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】根据电解原理可知，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，该题中以熔融盐为电解液，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，从而可使阳极区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项，阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A错误；B项，Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；C项，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；D项，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，根据电子转移数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；故选C。4．(2016·北京理综，12)用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；……下列对实验现象的解释或推测不合理的是()A．a、d处：2H2O+2e-=H2↑+2OH-B．b处：2Cl--2e-=Cl2↑C．c处发生了反应：Fe-2e-=Fe2+D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜【答案】B【解析】A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，故正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时放电，故错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，故正确；D项，实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极)，m为电解池的阴极，另一球朝m的一面为阳极(n的背面)，故相当于电镀，即m上有铜析出，正确。5．(2015·福建卷，11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)，下列说法正确的是()A．该装置将化学能转化为光能和电能B．该装置工作时H+从b极区向a极区迁移C．每生成1molO2，有44gCO2被还原D．a电极的反应为：3CO2+18H+-18e-=C3H8O+5H2O【答案】B【解析】该装置有外接电源，结合题中图示分析可知该装置应为电能和光能转化为化学能，A错误；根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H+从正电荷较多的阳极b极区向负电荷较多的阴极a极区迁移，B正确。该反应的总方程式是6CO2+8H2O=2C3H8O+9O2。根据反应方程式可知，每生成1molO2，有23molCO2被还原，其质量是883g，C错误。根据题中图示可知与电源负极连接的a电极为阴极，发生还原反应，电极的反应式为3CO2+18H++18e-=C3H8O+5H2O，6．(2015·四川卷，4)用下图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是()A．用石墨作阳极，铁作阴极B．阳极的电极反应式：Cl-+2OH--2e-=ClO-+H2OC．阴极的电极反应式：2H2O+2e-=H2↑+2OH-D．除去CN-的反应：2CN-+5ClO-+2H+=N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O【答案】D【解析】A选项石墨作阳极，为惰性电极，由溶液中的Cl-放电，电极反应式：Cl-+2OH--2e-=ClO-+H2O，铁作阴极，在碱性环境下发生2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A、B、C正确；D选项pH为9~10的碱性溶液不可能是H+参加反应，离子反应应为2CN-+5ClO-+H2O=N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。7．(2015·浙江卷，11)在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是()A．X是电源的负极B．阴极的电极反应式是H2O+2e-=H2+O2-CO2+2e-=CO+O2-C．总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1【答案】D【解析】从图示可看出，与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则X为电源的负极，A正确；阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应，电极反应式分别为H2O+2e-=H2+O2-、CO2+2e-=CO+O2-，B正确；从图示可知，H2O→H2、CO2→CO转化的同时有氧气生成，所以总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2，C正确；从总反应可知，阴、阳两极生成的气体的物质的量之比为2∶1，D不正确。考点2电解原理简单应用1．(2024·山东卷，13，4分)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是()A．电极a连接电源负极B．加入Y的目的是补充NaBrC．电解总反应式为Br-+3H2OBrO3-+3H2↑D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br-)=3∶2【答案】B【解析】电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成BrO3-，电极b为阳极，电极反应为Br--6e-+3H2O=BrO3-+6H+；则电极a为阴极，电极a的电极反应为6H++6e-=3H2↑；电解总反应式为Br-+3H2OBrO3-+3H2↑；催化循环阶段BrO3-被还原成Br-循环使用、同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。A项，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；B项，根据分析电解过程中消耗H2O和Br-，而催化阶段BrO3-被还原成Br-循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误；C项，根据分析电解总反应式为Br-+3H2OBrO3-+3H2↑，C项正确；D项，催化阶段，Br元素的化合价由+5价降至-1价，生成1molBr-得到6mol电子，O元素的化合价由-2价升至0价，生成1molO2失去4mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2)∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D项正确；故选B。2．(2023•浙江省1月选考，11)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是()A．石墨电极为阴极，发生氧化反应B．电极A的电极反应：8H++TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4H2OC．该体系中，石墨优先于Cl-参与反应D．电解时，阳离子向石墨电极移动【答案】C【解析】由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4O2-。A项，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A错误；B项，电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4O2-，B错误；C项，根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl-参与反应，C正确；D项，电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D错误；故选C。3．(2023•浙江省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】A项，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；B项，电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故B错误；C项，右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；D项，改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。故选B。4．(2023•湖北省选择性考试，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为mol·-1。下列说法错误的是()A．b电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-B．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D．海水为电解池补水的速率为2mol·-1【答案】D【解析】由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，电池总反应为2H2O2H2↑+O2↑。A项，b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正确；B项，该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，为保持OH-离子浓度不变，则阴极产生的OH-离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，故B正确；C项，电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；D项，由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为mol·-1，则补水的速率也应是mol·-1，故D错误；故选D。5．(2023•辽宁省选择性考试，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2mol生成4C．电解后海水pH下降 D．阳极发生：H【答案】D【解析】由图可知，左侧电极产生氧气，则左侧电极为阳极，电极a为正极，右侧电极为阴极，b电极为负极，该装置的总反应产生氧气和氢气，相当于电解水。A项，由分析可知，a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；B项，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2mol生成2，B错误；C项，由图可知，该装置的总反应为电解海水的装置，随着电解的进行，海水的浓度增大，但是其pH基本不变，C错误；D项，由图可知，阳极上的电极反应为：H，D正确；故选D。6．(2021•湖北选择性考试，15)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：Cr2O2＋2H＝2CrO3＋H2O【答案】A【解析】左侧电极上产生O2，右侧电极上产生H2，说明左极为阳极，电极反应式为2H2O－4e＝4H＋O2↑，左侧制备三氧化铬：Cr2O2＋2H＝2CrO3＋H2O；右极为阴极，电极反应式为4H2O＋4e＝4OH＋2H2↑。在阳极区参与反应制备三氧化铬，故不通过离子交换膜，通过交换膜向阴极区迁移，A项错误；根据电子守恒，产生O2、H2的质量之比为32：4＝8：1，B项正确；由阴极反应式知，阴极产生OH；如果阴极通过交换膜向左侧迁移，OH必然会中和H，与题意相矛盾，所以，钠离子由左侧向右侧迁移，阴极区氢氧化钠溶液浓度增大，C项正确；根据原料和产物组成知，Cr2O2＋2H＝2CrO3＋H2O；D项正确。7．(2020