2025化学步步高二轮专题复习专题四　选择题专攻2　电解原理的多方面应用

电解原理的多方面应用1.电解池模型2.对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)电解类型电解质实例溶液复原物质电解水NaOH、H2SO4或Na2SO4水电解电解质HCl或CuCl2原电解质放氢生碱NaClHCl气体放氧生酸CuSO4或AgNO3CuO或Ag2O注意电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2+完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2+完全放电之后，溶液中H+继续放电，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。3.电解原理的基本应用(1)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：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。总反应方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。(2)电解精炼铜电极材料：阳极为粗铜，阴极为纯铜。电解质溶液：含Cu2+的盐溶液。阳极反应：Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+、Cu-2e-=Cu2+。阴极反应：Cu2++2e-=Cu。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。镀件作阴极，镀层金属银作阳极。电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。电极反应：阳极Ag-e-=Ag+；阴极：Ag++e-=Ag。特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。4.金属的电化学腐蚀与防护(1)牺牲阳极法被保护的金属作原电池的正极(阴极)，活泼金属作原电池的负极(阳极)，阳极要定期予以更换。(2)外加电流法将被保护的金属与电源负极相连，作电解池的阴极，另一附加电极与电源正极相连，作电解池的阳极。考向一金属的腐蚀与防护1.(2024·广东，5)我国自主设计建造的浮式生产储油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是()A.钢铁外壳为负极B.镶嵌的锌块可永久使用C.该法为外加电流法D.锌发生反应：Zn-2e-=Zn2+答案D解析由于金属活动性Zn>Fe，钢铁外壳为正极，锌块为负极，故A错误；Zn失去电子，发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+，镶嵌的锌块会被逐渐消耗，需根据腐蚀情况进行维护和更换，不能永久使用，故B错误、D正确；该方法为牺牲阳极法，故C错误。2.(2024·浙江6月选考，13)金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：下列说法正确的是()A.图1、图2中，阳极材料本身均失去电子B.图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2+4e-+2H2O=4OH-C.图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果D.图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应答案B解析图1为牺牲阳极法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，失去电子被氧化；图2为外加电流法，辅助阳极通常是惰性电极，本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，A不正确；图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的H+放电外，海水中溶解的O2也会竞争放电，故可发生反应：O2+4e-+2H2O=4OH-，B正确；图2为外加电流法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确；图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe-2e-=Fe2+的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲或辅助阳极均发生了氧化反应，D不正确。考向二电解制备物质3.(2024·湖南，10)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C6N164−的电极反应：2C3N8H4+8OH--4e-=C6N16C.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解析由图可知，Ni电极产生氢气，发生还原反应，作阴极，Pt电极作阳极。电解过程中，阴离子向阳极移动，即OH-向Pt电极移动，A错误；Pt电极C3N8H4失去电子生成C6N164−，电极反应为2C3N8H4+8OH--4e-=C6N164−+8H2O，同时Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，B正确；阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，结合B项分析，则电解过程中发生的总反应为2C3N8H4+4OH-=C6N164−+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2C3N8H4+4OH-=C6N164−+4H2O+2H2↑可知，每生成1molH2，应生成0.5molK4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成，根据阴、阳两极得失电子数相等知，生成1molH2时，生成的K4C6N4.(2024·山东，13)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Br--6e-+3H2O=BrO3−+6H+，则电极a为阴极，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，电解总反应式为Br-+3H2OBrO3−+3H2↑，A、C项正确；催化循环阶段发生反应：2BrO3−2Br-+3O2↑，即Z为O2，电解过程中消耗H2O和Br-，故加入Y的目的是补充H5.(2024·广东，16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，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解析左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，右侧电极为阳极，溶液为饱和食盐水，Cl-放电产生氯气，电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，中间为阳离子交换膜，Na+由阳极向阴极移动，A、B正确；理论上每消耗1molFe2O3，转移6mol电子，产生3molCl2，同时有6molNa+由阳极室转移至阴极室，则阳极室溶液减少3×71g+6×23g=351g，阴极室物质最多增加6×23g=138g，C错误、D正确。6.(2023·辽宁，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解析由题图分析可知，a为正极，b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2H2O+2e-=H2↑+2OH-，则理论上转移2mole-生成2gH2，B错误；由PRT可抑制O2产生，可知阳极电极反应式为Cl-+H2O-2e-=HClO+H+，结合阴、阳极电极反应式可知溶液呈碱性，海水pH上升，C错误。7.(2023·广东，16)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解析由大电流催化电解KNO3溶液制氨可知，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NO3−+8e-+7H2O=NH3·H2O+9OH-，电极b为阳极，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，电解总反应为KNO3+3H2O=NH3·H2O+2O2↑+KOH，故A正确；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，故B错误；电解过程中，阳极室每消耗4molOH-，同时有4molOH-通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H+和OH-考向三电解处理污染8.(2024·贵州，11)一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应：HCO3−+H2O=HCO4−+2H++2e-，HCO4−+H2O=HCO3−+H2O2。体系中H下列说法错误的是()A.该芬顿系统能量转化形式为太阳能→电能→化学能B.阴极反应式为O2+2H++2e-=H2O2C.光阳极每消耗1molH2O，体系中生成2molH2O2D.H2O2在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性答案C解析该装置利用光能提供能量转化为电能，在电解池中将电能转化为化学能，A正确；由图可知，阴极上O2和H+得电子生成H2O2，电极反应式为O2+2H++2e-=H2O2，B正确；光阳极上水失电子生成O2和H+，电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑，每消耗1molH2O，转移2mol电子，由阴极反应式O2+2H++2e-=H2O2知，体系中生成1molH2O2，C错误；由Mn(Ⅳ)和H2O2转化为Mn(Ⅱ)过程中，锰元素化合价降低，则H2O2中O元素化合价升高，H2O2表现还原性，由Mn(Ⅱ)转化为Mn(Ⅳ)时，锰元素化合价升高，则H2O2中O元素化合价降低，H2O2表现氧化性，D正确。9.(2023·北京，5)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。下列说法不正确的是()A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨B.装置a中溶液显碱性的原因是HCO3−C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2D.装置b中的总反应为SO32−+CO2+H2O答案C解析SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到大气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO3−的水解程度大于其电离程度，故B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，NaHCO3溶液不能吸收CO2题型突破练[分值：50分](选择题1~5题，每小题3分，6~12题，每小题5分，共50分)1.(2024·吉林高三模拟)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的原理示意图如图，一定条件下，反应物按一定流速通过该装置。已知：电解效率η(B)=n(生成B所用的电子)下列说法正确的是()A.电极1应与电源正极相连，离子交换膜应为阴离子交换膜B.若η(EO)=100%，则溶液c的溶质为KClC.不考虑各项损失，理论上生成2g气体A，可得到产品EO88gD.每生成1molEO，理论上电路中转移电子数为NA答案B解析电极1电解氯化钾溶液产生氯气，氯气与水反应得次氯酸，乙烯与次氯酸反应，故电极1为阳极，应与电源正极相连，如果离子交换膜为阴离子交换膜，电极2电解水产生的氢氧根离子进入电极室1会影响次氯酸生成，故应是电极室1中钾离子进入电极室2，离子交换膜为阳离子交换膜，A错误；若η(EO)=100%，则HOCH2CH2Cl与溶液b中的KOH恰好反应：HOCH2CH2Cl+KOH=KCl+H2O+，则溶液c的溶质为KCl，B正确；气体A是阴极产生的氢气，2g气体A即1mol，转移电子2mol，对应电极1产生氯气1mol，生成HOCH2CH2Cl的物质的量为1mol，则产品EO也为1mol，质量为44g，C错误；每生成1molEO，需要1mol氯气，理论上电路中转移电子数为2NA，D错误。2.(2024·东北三省高三下学期三校二模联考)我国科学家设计的间接电化学氧化法可同时去除烟气中的SO2和NO2，原理如图。下列说法不正确的是()A.H+通过质子交换膜向n电极移动B.NO2发生的反应：NO2+Ce4++H2O=NO3−+CeC.n电极的电极反应式：2H++2e-=H2↑D.若产生22.4LH2(标准状况下)，则气⁃液吸收柱中处理了64gSO2答案D解析m为阳极，H+通过质子交换膜向阴极(n电极)移动，故A正确；NO2被Ce4+氧化为NO3−，离子方程式为NO2+Ce4++H2O=NO3−+Ce3++2H+，故B正确；n极电极反应式为2H++2e-=H2↑，若产生22.4LH2(标准状况下)，转移电子2mol，SO2被Ce4+氧化为SO42−，反应的离子方程式为SO2+2Ce4++2H2O=SO42−+2Ce3++4H+，当转移2mol电子时，消耗1molSO2，质量为64g，但实际上SO2、NO2同时与Ce4+反应，因此处理的3.(2024·贵阳高三下学期适应性测试)双极膜是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成的，其内层为水层，装置工作时水层中的H2O解离成H+和OH-，分别向两侧发生迁移。CO2电化学还原法制备甲醇的电解原理如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是()A.电极A是电源的负极B.OH-穿过b膜进入右室溶液C.催化电极的电极反应：CO2-6e-+6H+=CH3OH+H2OD.当催化电极生成64g甲醇时，左侧电极室质量增加108g答案D解析由图可知，左侧电极-2价氧失去电子发生氧化反应，为电解池的阳极，右侧电极二氧化碳得到电子发生还原反应，为电解池的阴极，以此解题。右侧电极为阴极，左侧电极为阳极，在电解池中阴离子向阳极移动，则OH-穿过a膜进入左室溶液，B错误；催化电极为阴极，电极反应为CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O，64g甲醇的物质的量为2mol，此时转移12mol电子，左侧电极有如下对应关系：O2~4e-~4OH-~Δm(36)，则当转移12mol电子时，左侧电极室质量增加124×36g=108g，C错误，D4.(2024·贵州省六校联盟高三联考)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解析该装置M为阳极、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，故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，故B错误、C正确；M为阳极，阳极反应式为OHC—CHO-2e-+H2O=HOOC—CHO+2H+，N为阴极，电极反应式为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，故D错误。5.(2024·福建省名校联盟全国优质校高三大联考)光伏电池驱动的甲醛废水转化装置及MnO2的晶胞结构如图。下列说法不正确的是()A.阴极发生的总电极反应式为2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2OB.每生成11.2L(标准状况下)C2H4时，阳极生成CO2的数目为3NAC.晶胞中灰球为Mn原子D.晶胞中灰球处于白球构成的八面体空隙中答案B解析由图可知，右侧电极上二氧化碳转化为CO，CO最终转化为乙烯，C元素化合价降低，发生还原反应，则右侧电极为阴极，左侧电极为阳极，阳极甲醛失电子生成HCOOH，HCOOH继续失电子生成二氧化碳，据此分析解答。由上述分析可知阴极发生的总电极反应式为2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O，故A正确；晶胞中灰球位于顶角和体心，个数为8×18+1=2，白球位于面上和体内，个数为4×12+2=4，结合MnO2的化学式可知灰球为Mn，故C正确；以体心灰球为观察对象，可知其周围有4个白球位于面上，2个白球位于体内，灰球处于白球构成的八面体空隙中，故6.(2024·北京市西城区高三统一测试)双极膜可用于电解葡萄糖(C6H12O6)溶液同时制备山梨醇(C6H14O6)和葡萄糖酸(C6H12O7)。电解原理示意如图(忽略副反应)。已知：在电场作用下，双极膜可将水解离，在两侧分别得到H+和OH-。注：R为—C5H11O5。下列说法不正确的是()A.右侧的电极与电源的正极相连B.阴极的电极反应：C6H12O6+2e-+2H+=C6H14O6C.一段时间后，阳极室的pH增大D.每生成1mol山梨醇，理论上同时可生成1mol葡萄糖酸答案C解析左边电极葡萄糖被还原为山梨醇，为阴极，右边电极溴离子失电子被氧化为溴，为阳极，与电源正极相连，故A正确；左边电极为阴极，葡萄糖中的醛基被还原，电极反应式：C6H12O6+2e-+2H+=C6H14O6，故B正确；阳极室中还发生：H2O+Br2+RCHO=RCOOH+2H++2Br-，电解一段时间后，溶液pH减小，故C错误；制备山梨醇的反应为C6H12O6+2e-+2H+=C6H14O6，制备葡萄糖酸的总反应为C6H12O6-2e-+H2O=C6H12O7+2H+，根据得失电子守恒可知每生成1mol山梨醇，理论上同时可生成1mol葡萄糖酸，故D正确。7.(2024·北京市丰台区高三综合练习)用电解法从含MnSO4废水中提取Mn和H2SO4的原理如图所示，阴极室中加入适量(NH4)2SO4。已知：ⅰ.电解时，适当减慢反应速率，有利于得到致密的金属锰。ⅱ.电解效率η(B)=n(生成B所用的电子)下列说法不正确的是()A.阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+B.离子交换膜为阴离子交换膜C.阴极室产生的NH3可与Mn2+形成配合物，c(Mn2+)降低，利于形成致密的金属锰D.若η(Mn)=80%，当析出1molMn时，产生O2的体积为8.96L(标准状况)答案D解析根据图示，阳极放出氧气，阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，故A正确；电解过程中，阴极室硫酸根离子移向阳极室生成硫酸，所以离子交换膜为阴离子交换膜，故B正确；电解时，适当减慢反应速率，有利于得到致密的金属锰，阴极室产生的NH3可与Mn2+形成配合物，c(Mn2+)降低，有利于形成致密的金属锰，故C正确；若η(Mn)=80%，当析出1molMn时，转移电子1mol×280%=2.5mol，阳极发生反应：2H2O-4e-=O2↑+4H+，产生O2的体积为2.5mol4×22.4L·mol-1=14L，故8.为减少CO2的排放，科研工作者利用(Q)与(QH2)电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法不正确的是()A.b为电源正极B.CO2在M极被还原C.溶液中Q的物质的量保持不变D.N极上的反应为-2e-=+2H+答案B解析结合该电解池图示中的信息可知，M极发生的是由转化为的反应，从分子组成上看，该过程中是一个加氢的过程，属于还原反应，故M极为阴极，则阴极的电极反应式为+2H2O+2e-=+2OH-，故与M相连的a电极为电源负极，b为电源正极，N为阳极，阳极的电极反应式为-2e-=+2H+，由此分析回答。由阴极的电极反应式可知整个过程CO2并未被还原，CO2在M极上发生的反应为CO2+OH-=HCO3−，B错误；结合阴极和阳极的电极反应式可知，该电解池中的总反应的方程式可表示为H2OH++OH-，在该电解池中Q相当于是反应的催化剂，结合该电解装置中气体可选择性通过膜电极、溶液不能通过，则溶液中Q的物质的量保持不变，C、D正确。9.(2024·安徽淮北市高三第一次质量检测)利用废旧锂电池中LiMn2O4制备MnO2的装置如图所示，下列说法错误的是()A.电极A为阴极B.电极B发生的反应为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2↓+4H+C.LiMn2O4中的Mn元素转移到了MnO2中D.Mn2+和H+的迁移方向相同答案C解析由图可知，该装置为电解池，电极A与直流电源负极相连为阴极，酸性条件下，LiMn2O4在阴极得到电子发生还原反应生成锰离子，电极反应式为LiMn2O4+3e-+8H+=Li++2Mn2++4H2O，电极B为阳极，锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰，电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，则电解的总反应方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O。由上述电解的总反应方程式知LiMn2O4中的Mn元素转移到了MnO2和Mn2+中，故C错误；电解池中阳离子移向阴极，Mn2+和H+的迁移方向相同，都向阴极移动，故D正确。10.(2024·安徽黄山高三模拟)一种用3⁃氯丙烯()电解合成环氧氯丙烷()的装置如图所示。该装置无需使用隔膜，且绿色高效，图中X为Cl或Br，工作时X-和OH-同时且等量放电。下列说法错误的是()A.电解一段时间后，装置中OH-物质的量不变B.每转移2mole-，生成1mol环氧氯丙烷C.若X为Br，也可电解制得环氧氯丙烷D.该装置工作时不需要补充X-答案A解析由图可知，右电极上H2O被还原生成H2，即右电极作阴极，则左电极作阳极，阳极上X-和OH-同时且等量放电：X--e-=X·、OH--e-=·OH；由装置原理图可知，每生成1个环氧氯丙烷，阳极上消耗1个OH-，阴极上生成2个OH-，反应消耗1个，还剩1个OH-，则电解一段时间后，装置中OH-的物质的量增大，A错误；由装置原理图可知，阳极上X-和OH-各失去1个电子，即转移2个电子，就生成1个