2025年高考二轮复习化学选择题热点练9电解原理及创新应用

9.电解原理及创新应用(分值:24分)学生用书P267(选择题每小题3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·湖南岳阳二模)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。一定条件下,反应物按一定流速通过该装置。电解效率η和选择性S的定义分别为:η(B)=n(生成B所用的电子)n(通过电极的电子)×100%,S(B)=A.阳极室产生Cl2后发生的反应有Cl2+H2OHClO+HClB.a为KOH和KCl混合溶液C.当乙烯完全消耗时,测得η(EO)=60%,S(EO)=90%,假设没有生成EO的乙烯全部在阳极放电生成CO2,则η(CO2)=30%D.制备环氧乙烷总反应为CH2CH2+H2O+H2答案:C解析:由图可知,通乙烯的电极区氯离子放电生成氯气:2Cl2eCl2↑,所以通乙烯的电极为阳极,阴极区水得电子生成氢气,其电极反应式为2H2O+2eH2↑+2OH。根据以上分析可知,阳极室产生Cl2,图中显示Cl2转化为HClO,所以阳极室产生Cl2后发生的反应有Cl2+H2OHClO+HCl,故A正确;阴极区水得电子生成氢气,其电极反应式为2H2O+2eH2↑+2OH,阴极生成氢氧根离子,钾离子通过阳离子交换膜向阴极定向移动,所以a为KOH和KCl混合溶液,故B正确;设生成的EO物质的量为amol,则转化的乙烯的物质的量为a90%mol,C2H4中碳元素化合价为2价、EO中碳元素化合价为1价,生成EO转移电子的物质的量为2amol,此时转移电子的总物质的量为2a60%mol,转化为二氧化碳的乙烯的物质的量为a90%molamol=a9mol,由C2H4~2CO2可知,生成的二氧化碳的物质的量为2a9mol,C2H4中碳元素化合价为2价、CO2中碳元素化合价为+4价,假设没有生成EO的乙烯全部在阳极放电生成CO2,则η(CO2)=2a9×62a60%×100%=40%,故C错误;由以上分析可知,由乙烯电解制备EO时,乙烯转化成EO,水放电生成氢气,所以制备环氧乙烷总反应为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·湖南长沙一中三模)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sSnLi,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1所示,图2为使用不同催化剂时反应过程中的相对能量的变化。下列说法错误的是()图1图2A.放电时,催化电极附近溶液pH升高B.充电时,电解质溶液的pH增大C.使用催化剂Sn或sSnLi均能有效提高甲酸盐的选择性D.放电时,当Zn电极质量减少6.5g时,电解质溶液增重6.5g答案:D解析:放电时,Zn失电子生成[Zn(OH)4]2,电极反应式为Zn2e+4OH[Zn(OH)4]2,Zn是负极;正极二氧化碳得电子生成HCOO,电极反应式为CO2+2e+H2OHCOO+OH;放电时,催化电极上发生反应CO2+2e+H2OHCOO+OH,氢氧根浓度增大,附近溶液pH升高,A正确;充电时,阴极发生反应[Zn(OH)4]2+2eZn+4OH,阳极发生反应:4OH4eO2↑+2H2O,按阴阳极上得失电子数守恒,每转移2mol电子,阴极生成4mol氢