2025高考化学高三化学大二轮专项专题小题各个击破题型18电解原理含答案及解析 - 副本

1．(2024·辽宁卷)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：下列说法错误的是()A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍B．阴极反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C．电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动D．阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－=2HCOO－＋2H2O＋H2↑答案：A解析：据图示可知，b电极上HCHO转化为HCOO－，而HCHO转化为HCOO－为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知阳极反应：①HCHO＋OH－－e－→HCOOH＋eq\f(1,2)H2，②HCOOH＋OH－=HCOO－＋H2O，阴极反应为2H2O－2e－=H2↑＋2OH－。由以上分析可知，转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传统电解水：2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑，转移2mol电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误。2．(2024·甘肃卷)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是()A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积B．电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－=2O2－C．工作时O2－从多孔电极1迁移到多孔电极2D．理论上电源提供2mole－能分解1molH2O答案：B解析：多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应，多孔电极1为阴极，电极反应为2H2O＋4e－=2H2↑＋2O2－；多孔电极2上O2－发生失电子的氧化反应，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2－－4e－=O2↑，B错误。3．(2024·山东卷)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－＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))BrOeq\o\al(－,3)＋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BrOeq\o\al(－,3)，电极b为阳极，电极反应为Br－－6e－＋3H2O=BrOeq\o\al(－,3)＋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－＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))BrOeq\o\al(－,3)＋3H2↑；催化循环阶段BrOeq\o\al(－,3)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。根据分析电解过程中消耗H2O和Br－，而催化阶段BrOeq\o\al(－,3)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错误。4．(2024·湖南卷)在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是()A．电解时，OH－向Ni电极移动B．生成C6Neq\o\al(4－,16)的电极反应：2C3N8H4＋8OH－－4e－=C6Neq\o\al(4－,16)＋8H2OC．电解一段时间后，溶液pH升高D．每生成1molH2的同时，生成0.5molK4C6N16答案：B解析：由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，发生还原反应，作阴极，电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；Pt电极C3N8H4失去电子生成C6Neq\o\al(4－,16)，作阳极，电极反应为2C3N8H4＋8OH－－4e－=C6Neq\o\al(4－,16)＋8H2O，同时，Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O。由分析可知，Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即OH－向Pt电极移动，A错误；由分析可知，阳极主要反应为2C3N8H4－4e－＋8OH－=C6Neq\o\al(4－,16)＋8H2O，阴极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，总反应主要为2C3N8H4＋4OH－=C6Neq\o\al(4－,16)＋4H2O＋2H2↑，反应消耗OH－，生成H2O，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；根据电解总反应：2C3N8H4＋4OH－=C6Neq\o\al(4－,16)＋4H2O＋2H2↑可知，每生成1molH2，生成0.5molK4C6N16，但Pt电极还伴随少量O2生成，发生电极反应：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，则生成1molH2时生成的K4C6N16小于0.5mol，D错误。5．(2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是()A．阳极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高C．理论上每消耗1molFe2O3，阳极室溶液减少213gD．理论上每消耗1molFe2O3，阴极室物质最多增加138g答案：C解析：根据题意可知，此氯碱工艺的电解池可用于湿法冶铁，则右侧电极为阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑；左侧电极为阴极，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3＋6e－＋3H2O=2Fe＋6OH－；Na＋由阳极向阴极移动。由分析可知，理论上每消耗1molFe2O3，转移6mol电子，产生3molCl2，同时有6molNa＋由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71g＋6×23g＝351g，C错误。6．(2023·浙江6月选考)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B为阴极，氧气得电子，其电极反应式为2H2O＋4e－＋O2=4OH－，故B错误。7．(2023·辽宁卷)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：由题图可知，钛箔电极上有H2生成，H2O得电子发生还原反应，则b为电源负极，a为电源正极，a端电势高于b端电势，A错误；钛箔电极上每生成1molH2转移2mol电子，则生成4g(2mol)H2理论上转移电子4mol，B错误；阳极O2的产生被抑制，海水中Cl－发生反应：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋，阴极发生反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，结合两极反应可知电解后海水pH升高，C错误，D正确。8．(2022·广东高考)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：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，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，阴极上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，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。9．(2022·海南高考)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。下列有关说法正确的是()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－不断减少答案：A解析：由装置图可知，N2在b电极转化为NH3，N元素的化合价降低，得电子发生还原反应，因此b电极为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－=2NH3＋3O2－，a电极为阳极，电极反应式为2O2－－4e－=O2；由分析可知A正确；a电极为阳极，若金属Ag作a电极的材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，反应速率会发生改变，C错误；电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不会改变，D错误。10．(2023·湖北卷)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xmol·h－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2xmol·h－1答案：D解析：由题图可知，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2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑。由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为xmol·h－1，则补水的速率也应是xmol·h－1，D错误。11．(2023·广东卷)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：由信息可知，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－＋8H＋=NH3·H2O＋H2O＋OH－，电极b为阳极，电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。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，B错误。12．(2022·湖北高考)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是()A．生成1molLi[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2mol电子B．阴极上的电极反应为：P4＋8CN－－4e－=4[P(CN)2]－C．在电解过程中CN－向铂电极移动D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH答案：D解析：石墨电极：P4→Li[P(CN)2]，磷元素化合价升高，发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，电极反应式为P4＋8CN－－4e－=4[P(CN)2]－，则生成1molLi[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1mol电子，A、B错误；CN－向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；由题给图示可知HCN在阴极放电，产生CN－和H2，而HCN中的H来自LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D正确。13．(2022·浙江6月选考)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是()A．电极A为阴极，发生还原反应B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－=MnO2＋4H＋C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3答案：C解析：由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为了MnO2，锰元素化合价升高，失电子，电极B为阳极，则电极A为阴极，发生还原反应，A正确；由电解示意图可知，电极B上Mn2＋失电子转化为了MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－=MnO2＋4H＋，B正确；电极A为阴极，LiMn2O4得电子，电极反应式为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋=2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋=2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C错误；由分析可知，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确。1．(2024·广东省南粤名校高三联考)利用光能分解水的装置如图所示，在直流电场作用下，双极膜将水解离为H＋和OH－，并实现其定向通过。下列说法正确的是()A．光电池装置是将化学能转化为光能B．当电路中通过2mol电子时，双极膜中水的质量减少18gC．阳极区发生的电极反应为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑D．再生池中发生的反应为2V3＋＋H2=2V2＋＋2H＋答案：C解析：由题图可知，光电池左侧为电子的流出极，故电解池左侧为阴极，电极反应式为V3＋＋e－=V2＋，右侧为阳极，电极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑；由题图可知，光电池装置将光能转化为电能，再利用电解池将电能转化为化学能，最终达到分解水的目的，A错误；由上述分析可知，当电路中通过1mol电子时，双极膜中水也会消耗1mol，B错误；由装置图可知，再生池中发生的反应方程式为2V2＋＋2H＋=2V3＋＋H2↑，D错误。2．(2024·济南市高三年级摸底考试)在直流电源作用下，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。某技术人员利用双极膜(膜c、膜d)和离子交换膜高效制备H2SO4和NaOH，工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．电势：N电极<M电极B．双极膜膜c输出H＋，膜a、膜e为阴离子交换膜C．N极电极反应式为2H2O＋2e－=H2＋2OH－D．当电路中通过1mole－时，整套装置将制得1molH2SO4答案：D解析：装置中电极反应和离子迁移情况如图所示：根据上述分析知，M极为阴极，N极为阳极，则电势：N电极>M电极，A、B、C错误；根据上述分析知，当电路中通过1mole－时，N极生成0.5molH2SO4，同时在膜b和膜c之间的区域生成0.5molH2SO4，故整套装置将制得1molH2SO4，D正确。3．(2024·吉林省白山市高三一模)SOEC装置是一种高温固体氧化物电解池，可以从大气中回收CO2，其工作温度为600～1000℃，利用固态CeO2中的O2－定向移动形成离子电流。SOEC由多个层状工作单元叠加而成，拆解后装置如图所示(CO2在电极b上反应，外接电源与部分气体管路、流向未显示)。下列说法正确的是()A．电极b为阳极，电极反应为CO2＋2e－=CO＋O2－B．在气孔Z附近检测到少量Ce3＋，说明发生了电极反应：CeO2＋e－=Ce3＋＋2O2－C．装置工作过程中，CeO2(s)电解质中的O2－由电极a移向电极bD．由于产生有毒气体CO，故必须将各层密封，防止气体泄漏答案：D解析：由题干图示信息可知，CO2经导管X进入电极b中，发生反应CO2＋2e－=CO＋O2－，故电极b为阴极，未反应的CO2和生成的CO经气孔Z流出，O2－经固态CeO2定向移动到a电极，在a电极上放电，发生反应：2O2－－4e－=O2↑，产生的O2经导管Y流出，A、C错误；在气孔Z附近检测到少量Ce3＋，不能说明发生了电极反应：CeO2＋e－=Ce3＋＋2O2－，可能是高温下CO将CeO2还原为Ce3＋，B错误。4．(2024·浙江省乐清市知临中学高三仿真模拟)利用电化学原理治理硝酸盐污水中的NOeq\o\al(－,3)(如图所示)。下列说法不正确的是()A．直流电源电极：A为正极，B为负极B．电解过程，溶液中质子从Pt电极向Ag­Pt电极移动C．在阳极发生的电极反应：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．当转移2mol电子时，阴极室质量减少5.6g答案：D解析：根据题图知，硝酸根离子得电子发生还原反应生成N2，则Ag­Pt电极为阴极，Pt电极为阳极，则A为电源正极，B为电源负极，A正确；电解质溶液中质子向阴极移动，所以电解过程中质子从Pt电极向Ag­Pt电极移动，B正确；阳极上失电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，当转移2mol电子时，阳极产生2molH＋进入阴极室，阴极上电极反应式为2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，当转移2mol电子时，产生0.2molN2，质量为5.6g，同时有2molH＋(质量为2g)进入，因此，阴极室质量减少3.6g，C正确，D错误。5．(2024·安徽省巢湖市第一中学高三月考)近日，哈尔滨工业大学的研