2025年高考二轮复习化学选择题热点练10电解原理及创新应用

10.电解原理及创新应用(分值:52分)学生用书P269(选择题每小题4分)1.(2024·吉林白山二模)大连理工大学提出了一种低能耗、无阳极氯腐蚀的电解混合海水制氢新技术,如图所示。下列叙述错误的是()A.在该条件下,N2H4的放电能力强于ClB.a极与电源负极连接,发生氧化反应产生O2C.b极反应式为N2H4+4OH4eN2↑+4H2OD.逸出2.24L气体1(标准状况)时外电路转移电子数为0.2NA答案:B解析:由题干信息可知,无阳极氯腐蚀,故在该条件下,N2H4的放电能力强于Cl,不是氯离子失电子得氯气,而是N2H4失电子生成N2,A正确;该电解池采用电解制氢新技术,结合A选项中分析,b极失电子为阳极,则a极为阴极,与电源负极连接,气体1为H2,发生还原反应:2H2O+2e2OH+H2↑,B错误;b极为阳极,发生氧化反应,N2H4失电子生成N2,电极反应式正确,C正确;a极反应式为2H2O+2e2OH+H2↑,根据电极反应式知,标准状况下,产生0.1molH2时外电路转移电子数为0.2NA,D正确。2.(2024·安徽安庆二模)电催化氮还原反应法(NRR)是以水和氮气为原料,在常温常压下通过电化学方法催化合成氨气,其工作电极材料是由六亚甲基四胺(HMTA)与三氯化钒合成的二维钒基复合纳米材料(简称VHMTA),其工作原理如图所示。下列说法错误的是()A.石墨电极与外接电源正极相连B.工作电极VHMTA具有较高的表面积,能提高单位时间内氨气的产率C.电路中通过0.06mol电子时,两极共有0.035mol气体逸出D.隔膜为质子交换膜答案:D解析:由题意可知该原理是用电解法将氮气合成氨气,故左侧工作电极为阴极,电极反应式为N2+6e+6H2O2NH3+6OH,右侧石墨电极为阳极,电极反应式为4OH4eO2↑+2H2O。由分析可知工作电极为阴极,石墨电极为阳极,则石墨电极与外接电源正极相连,A正确;工作电极VHMTA具有较高的表面积,能吸附氮气,加快反应速率,从而提高单位时间内氨气的产率,B正确;阴极电极反应式为N2+6e+6H2O2NH3+6OH,阳极电极反应式为4OH4eO2↑+2H2O,电路中通过0.06mol电子时,阴极产生0.02mol气体,阳极产生0.015mol气体,两极共产生0.035mol气体,C正确;结合电极反应式可知隔膜为允许氢氧根离子通过的阴离子交换膜,D错误。3.(2024·贵州六校联盟联考三)实验室模拟工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸(HOOC—CHO),原理如图所示,该装置中M、N均为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸。下列说法正确的是()A.以铅酸蓄电池作为直流电源进行电解,M极接Pb电极B.阴极区溶液pH下降C.N电极上的电极反应式:HOOC—COOH+2e+2H+HOOC—CHO+H2OD.若有2molH+通过质子交换膜并完全参与反应,则电解生成的乙醛酸为1mol答案:C解析:M、N均为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸,乙二醛发生氧化反应生成乙醛酸,所以M是阳极;乙二酸发生还原反应生成乙醛酸,N为阴极。铅酸蓄电池中Pb电极为负极,以铅酸蓄电池作为直流电源进行电解,N极接Pb电极,A错误;N为阴极,阴极发生反应HOOC—COOH+2e+2H+HOOC—CHO+H2O,消耗氢离子,阴极区溶液pH升高,B错误;N为阴极,乙二酸发生还原反应生成乙醛酸,N电极上的电极反应式:HOOC—COOH+2e+2H+HOOC—CHO+H2O,C正确;M为阳极,阳极反应式为OHC—CHO2e+H2OHOOC—CHO+2H+,N为阴极,电极反应式:HOOC—COOH+2e+2H+HOOC—CHO+H2O,若有2molH+通过质子交换膜并完全参与反应,阴极、阳极各生成1mol乙醛酸,则电解生成的乙醛酸为2mol,D错误。4.(2024·浙江温州一模)利用电化学富集海水中锂的电化学系统如图所示。该电化学系统的工作步骤如下:①启动电源1,MnO2所在腔室的海水中的Li+进入MnO2结构而形成LixMn2O4;②关闭电源1和海水通道,启动电源2,使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2。下列说法不正确的是()A.启动电源1时,电极1为阳极,发生氧化反应B.启动电源2时MnO2电极反应式为xLi++2MnO2+xeLixMn2O4C.电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度D.启动至关闭电源1,转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2答案:B解析:由题意知,启动电源1,使海水中Li+进入MnO2结构形成LixMn2O4,可知二氧化锰中锰的化合价降低,为阴极,电极反应式为2MnO2+xLi++xeLixMn2O4,电极1为阳极,连接电源正极;关闭电源1和海水通道,启动电源2,向电极2上通入空气,使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2,可知电极2为阴极,电极反应式:2H2O+O2+4e4OH,阳极的电极反应式:LixMn2O4xe2MnO2+xLi+。由分析知,腔室1中电极1连接电源1的正极,作阳极,发生氧化反应,A正确;启动电源2时MnO2作阳极,电极反应式:LixMn2O4xe2MnO2+xLi+,B错误;电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度,C正确;启动至关闭电源1,转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2,D正确。5.(2024·辽宁沈阳一模)环氧乙烷(,简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下,下列说法中错误的是()A.电极1连接外接电源的正极B.电极2的电极反应式为2H++2eH2↑C.溶液a可能含有两种溶质,溶液b可循环使用D.离子膜可选择性地透过H+和K+答案:B解析:从图中可知,电极1上Cl失电子生成Cl2,电极1为阳极,生成的氯气与水反应生成HClO,HClO与CH2CH2反应生成HOCH2CH2Cl,电极2为阴极,阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子,钾离子可通过离子膜向下层移动,溶液a为KOH和KCl的混合溶液,KOH与HOCH2CH2Cl反应生成环氧乙烷和KCl溶液,溶液b为KCl溶液。电极1为阳极,连接电源的正极,A正确;电极2上水得电子生成氢气和氢氧根离子,电极反应为2H2O+2eH2↑+2OH,B错误;溶液a可能含有KCl和KOH两种溶质,溶液b为KCl溶液,可循环使用,C正确;电解质溶液中,阳离子向阴极移动,则钾离子和氢离子可通过离子膜向下层移动,D正确。6.(2024·黑龙江齐齐哈尔一模)一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图如下,下列说法正确的是()A.第三步中a为直流电源的正极B.第一步生产NaOH的总反应为4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44xMnO2+4xNaOHC.第二步为原电池,正极质量增加,负极质量减少D.第三步外电路上每转移4mol电子,电解池中就有4molHCl被电解答案:B解析:由图可知,第三步中Ag电极的变化是AgCl得到电子转化为Ag,发生还原反应,是阴极,则a为直流电源的负极,A错误;第一步为电解池,阳极反应为Na2.44MnO2xeNa2.44xMnO2+xNa+,阴极反应为O2+4e+2H2O4OH,根据得失电子守恒,可得第一步电解池的总反应为4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44xMnO2+4xNaOH,B正确;第二步为原电池,正极反应为Na2.44xMnO2+xNa++xeNa2.44MnO2,负极反应为Age+ClAgCl,生成的AgCl附着在负极表面,故正、负极质量均增加,C错误;第三步的总反应为2AgCl2Ag+Cl2↑,溶液中HCl的物质的量保持不变,D错误。7.(2024·辽宁锦州质检)电芬顿工艺被认为是一种很有应用前景的高级氧化技术,通过电解过程中产生的羟基自由基(·OH)处理酸性废水中有机污染物[如(苯酚)],其工作原理如图a所示,一段时间内,Fe2+或H2O2电极产生量与电流强度关系如图b所示。下列说法错误的是()图a图bA.Pt电极应与直流电源的正极相连B.HMC3电极反应有:O2+2e+2H+H2O2,Fe3++eFe2+C.根据图b可判断合适的电流强度约为60mAD.若处理0.1mol,理论上HMC3电极消耗2.8molO2答案:C解析:由图可知,HMC3电极上铁元素、氧元素价态降低得电子,故HMC3电极为阴极,电极反应式分别为O2+2e+2H+H2O2、Fe3++eFe2+,后发生反应Fe2++H2O2+H+Fe3++·OH+H2O,·OH氧化苯酚,反应为C6H5OH+28·OH6CO2↑+17H2O,Pt电极为阳极,电极反应式为2H2O4e4H++O2↑。由分析可知,Pt与电源正极相连,作阳极,A正确;HMC3电极反应有:O2+2e+2H+H2O2,Fe3++eFe2+,B正确;过量的过氧化氢会氧化亚铁离子,导致生成的羟基自由基减少,使得降解去除废水中的持久性有机污染物的效率下降,故据图b可判断合适的电流强度范围为40mA左右,C错误;苯酚转化为二氧化碳和水,C6H5OH+28·OH6CO2↑+17H2O,由图可知,反应中氧气转化为H2O2,H2O2转化为·OH,转化关系为O2~H2O2~·OH,故而C6H5OH~28O2,若处理0.1mol,则阴极消耗氧气的物质的量为2.8mol,D正确。8.(2024·陕西渭南质检Ⅰ)浓差电池是一种利用电解质溶液浓度差产生电势差而形成的电池,理论上当电解质溶液的浓度相等时停止放电。图1为浓差电池,图2为电渗析法制备磷酸二氢钠,用浓差电池为电源完成电渗析法制备磷酸二氢钠。下列说法错误的是()图1图2A.电极a应与Ag(Ⅰ)相连B.电渗析装置中膜a为阳离子交换膜C.电渗析过程中左、右室中NaOH和H2SO4的浓度均增大D.电池从开始到停止放电,理论上可制备1.2gNaH2PO4答案:D解析:浓差电池是一种利用电解质溶液浓度差产生电势差而形成的电池,由于右侧AgNO3浓度大,则Ag(Ⅰ)为负极,Ag(Ⅱ)正极;电渗析法制备磷酸二氢钠,右室中的氢离子通过膜b进入中间室,中间室中的钠离子通过膜a进入左室,则电极a为阴极,电极b为阳极。电极a应与Ag(Ⅰ)相连,A正确。中间室中的钠离子通过膜a进入左室,膜a为阳离子交换膜,B正确。阳极中的水失电子电解生成氧气和氢离子,氢离子通过膜b进入中间室,消耗水,硫酸的浓度增大;阴极水得电子电解生成氢气,中间室中的钠离子通过膜a进入左室,左室NaOH的浓度增大,C正确。电池从开始到停止放电时,浓差电池两边AgNO3浓度相等,所以正极析出0.025mol银,电路中转移0.025mol电子,电渗析装置生成0.0125molNaH2PO4,质量为1.5g,D错误。9.(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示,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+H2O2eHClO+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。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;右侧电极上产生氢气的电极反应式为2H++2eH2↑,则理论上转移2mole生成2gH2,B错误;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;由图可知,阳极上的电极反应为Cl+H2O2eHClO+H+,D正确。10.(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+3H2OBrO3-+3H2D.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Br6e+3H2OBrO3-+6H+;电极a为阴极,电极a的电极反应为6H++6e3H2↑;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。根据分析,电极a为阴极,连接电源负极,A项正确;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;根据分析电解总反应式为Br+3H2OBrO3-+3H2↑,C项正确;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)∶11.(2024·山东菏泽一模)以浓差电池(电解质溶液浓度不同造成电势差)为电源,用石墨作电极将NH3转化为高纯H2的装置如图。下列说法错误的是()A.Cu(1)的电极反应式为Cu2eCu2+B.离子交换膜Ⅱ可以为阴离子交换膜C.工作时,M电极附近溶液的pH降低D.电解停止时,理论上Cu(1)和Cu(2)电极的质量差为256g答案:A解析:以浓差电池为电源,以石墨为电极将NH3转化为高纯H2,M电极上,NH3转化为N2,N元素化合价升高,发生氧化反应,M电极为阳极,则N电极为阴极,Cu(1)为正极,Cu(2)为负极。Cu(1)为正极,正极发生反应:Cu2++2eCu,故A错误;M电极为阳极,发生电极反应:2NH36e+6OHN2+6H2O,消耗了OH,则丙室内阴离子浓度降低,N电极为阴极,发生电极反应:2H2O+2eH2↑+2OH,丁室内阴离子浓度增大,为保持两侧电荷守恒,可以是丙室中钾离子进入丁室,则离子交换膜为阳离子交换膜,也可以是丁中氢氧根离子进入丙室,则离子交换膜可以为阴离子交换膜,故B正确;电极M为阳极,发生电极反应:2NH36e+6OHN2+6H2O,消耗了OH,碱性减弱,pH减小,故C正确;电池从开始工作到停止放电,正极区硫酸铜溶液的浓度由2.5mol·L1降低到1.5mol·L1,负极区硫酸铜溶液的浓度由0.5mol·L1升到1.5mol·L1,正极反应可还原Cu2+的物质的量为2L×(2.51.5)mol·L1=2mol,正极质量增加128g,电路中转移4mol电子,负极反应:Cu2eCu2+,转移4mol电子时,负极消耗2molCu单质,质量减少128g,理论上Cu(1)和Cu(2)电极的质量差为256g,故D正确。12.羟基自由基(·OH)有极强的氧化性,其氧化性仅次于氟单质。我国科学家设计的一种能将苯酚(C6H6O)氧化为CO2和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。下列说法正确的是()A.该装置工作时,电流方向为电极b→Ⅲ室→Ⅱ室→Ⅰ室→电极aB.装置工作时,c极区溶液碱性明显增强C.电极d的电极反应式为H2O+eH++·OHD.当电极b上有0.6molCO2生成时,电极c、d两极共产生气体22.4L(标准状况)答案:A解析:根据装置图可知左边是原电池装置,右边是电解池装置,a电极上Cr元素从+6价变成+3价,化合价降低,得到电子,发生还原反应,则a为正极,b为负极;苯酚废水在d处被氧化,d处水分子失去电子形成羟基自由基,发生氧化反应,则d为电解池阳极,c为电解池阴极。根据分析可知,a为正极,b为负极,该装置工作时,内电路电流由b极经Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ室流向a极,A正确;电极c上的电极反应式为2H2O+2eH2↑+2OH,与此同时,有H+从阳极室透过质子交换膜进入阴极室,因此c极