2025高考化学热点-电解池及膜的应用

0第一部分小题各个击破专题二十

电解池及膜的应用题型分析01题型专练02目录CONTENTS题型分析【题型分析】电解池及膜的应用是高考热点题型，主要以物质制备与分离提纯、废水废气处理为目的考查阴、阳极判断，两极区pH的变化，离子移动方向及隔膜的属性，电极反应式正误判断及有关计算等，具有较好区分度。例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↑1例2

(2023·广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(右图)，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电解时电极反应式的书写步骤(1)判—判断电解池的阴、阳极(2)看—看清电解池的阳极材料是惰性电极还是活性电极(除Au、Pt外的金属电极一般为活性电极)1．电解池工作原理2．电解池阴、阳极的判断(1)根据所连接的外加电源判断：与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。(2)根据电子流动方向判断：电子流动方向为从电源负极流向阴极，从阳极流向电源正极。(3)根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。(4)根据电解池两极反应判断(一般情况下)①阴极上物质发生还原反应，有元素化合价降低。②阳极上物质发生氧化反应，有元素化合价升高。3．电解池中的注意事项(1)只有水被电解时，不要误认为溶液的pH不变或一定变化。若电解NaOH溶液，pH增大；电解H2SO4溶液，pH减小；电解Na2SO4溶液，pH不变。(2)在电解食盐水的过程中，阴极区显碱性。不要误认为阴极上产生的OH－因带负电荷，移向阳极，使阳极区显碱性(该电解池中一般有阳离子交换膜)。(3)电解MgCl2和AlCl3溶液时，虽然放电离子和电解NaCl溶液一样，但总的电解离子方程式不同。(4)判断电解质溶液质量变化时，不能只注意电极产物(沉淀、气体)的影响，还要关注离子迁移对溶液质量的影响。(5)对于活泼金属电极，不能想当然地认为电极产物为金属离子，因为产生的金属离子一般会与电解质溶液中的离子继续反应，最终的氧化产物要根据题中信息确定。(6)在计算电解池中电子转移数目、电极产物的量、电解质溶液浓度等问题时，要注意一个电极放电的物质可能有多种，一般需结合离子放电顺序及得失电子守恒判断放电物质的种类及物质的量。4．离子交换膜5．含膜电化学装置原理分析6．电渗析法的应用模型将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的模型及原理如下，已知A为金属活动顺序中氢之前的金属，Bn－为含氧酸根离子。1．(2024·沈阳市高三教学质量监测)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＋＋2e－===H2↑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＋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CH2===CH2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2的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B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1molH2SO43．(2024·石家庄市普通高中高三教学质量检测)高纯镓(Ga)是制备第三代半导体的一种中间体，其化学性质与铝相似。工业精炼镓的装置如图所示。下列说法错误的是(

)A．铂电极Ⅰ接直流电源正极B．电解过程中OH－由右室移向左室C．铂电极Ⅱ上发生反应：[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－D．导线中通过3mole－时，理论上生成高纯镓的质量等于70g解析：分析题图可知铂电极Ⅰ为阳极，电解过程中OH－向阳极移动，由左室移向右室，B错误。4．(2024·广东六校高三第二次联考)我国科学家开发出在碱性海水里直接电解制氢的技术，工作原理如图1所示。MnOx隔水薄膜可以起到阻挡Cl－与电极催化剂活性中心接触的作用，离子交换膜选择性透过在电极A反应的物质，电极A含有M金属催化剂，发生的电极反应过程如图2所示。下列说法不正确的是(

)A．A极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2OB．离子交换膜为阴离子交换膜C．每转移2mol电子，理论上电极B产生0.5mol气体D．去掉MnOx隔水薄膜后电极A会产生Cl2解析：由图2可知，M金属催化剂催化OH－在电极A上发生失电子的氧化反应，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A正确；电极A为阳极，电极B为阴极，根据电解的目的是制H2知阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故离子交换膜应允许参与电极A反应的OH－通过，为阴离子交换膜，B正确；每转移2mol电子，理论上电极B产生1molH2，C错误；去掉MnOx隔水薄膜，海水中的Cl－会在电极A上失去电子生成Cl2，D正确。题型专练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。4．(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。5．(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－16．(2023·浙江1月选考)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解析：石墨电极为阳极，A错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，B错误；根据阳极上生成CO知，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；石墨电极为阳极，阴离子O2－向石墨电极移动，D错误。7．(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是(

)A．析氢反应发生在IrOx­Ti电极上B．Cl－从Cu电极迁移到IrOx­Ti电极C．阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2OD．每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)解析：由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx­Ti电极为电解池的阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；铜电极为阴极，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O等，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，A错误；离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl－不能通过，B错误；根据阳极电极反应式知，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标准状况下体积为5.6L，D错误。9．(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，得电子，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·河北保定一模)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废液中的NH，实现其回收利用。a、b分别是一类离子选择透过膜，模拟装置如图所示。下列说法正确的是(

)A．电路中转移1mol电子时，有11.2LH2生成B．a是阳离子选择透过膜C．最终的处理产物中可能有(NH4)3PO4D．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH先升高后降低2．(2024·河南省豫北名校高三联考)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)电解技术从含葡萄糖酸钠(用GCOONa表示)的溶液中提取NaOH和葡萄糖酸(GCOOH)，工作原理如图所示。下列说法错误的是(

)A．M极为阴极B．③室和④室所得产物相同C．膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜D．N极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑解析：在直流电源作用下高效制备GCOOH和NaOH，由题图可知，M极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；②室葡萄糖酸钠溶液中钠离子透过膜a向①室迁移，葡萄糖酸根离子透过膜b向③室迁移，故膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜；水解离出的氢离子经过膜c向③室迁移，膜c为阳离子交换膜，N极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；⑤室葡萄糖酸钠溶液中葡萄糖酸根离子透过膜f向⑥室迁移，钠离子透过膜e向④室迁移，故膜e为阳离子交换膜，膜f为阴离子交换膜，水解离出的氢氧根离子经过膜d向④室迁移，膜d为阴离子交换膜。经分析可知，③室产生葡萄糖酸，④室产生氢氧化钠，两室产物不相同，B错误。3．(2024·内蒙古呼和浩特市高三质检)己二腈[NC(CH2)4CN]是制尼龙­66的原料，利用丙烯腈(CH2===CHCN，不溶于水)为原料、四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]为盐溶液制备己二腈的电化学合成装置如图所示，其总反应为4CH2===CHCN＋2H2O===2NC(CH2)4CN＋O2↑。下列说法正确的是(

)A．电解过程中，H＋向电极b移动B．电极a的电极反应为2CH2===CHCN＋2H＋－2e－===NC(CH2)4CNC．当电路中转移1mole－时，阳极室溶液质量增加9gD．(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解解析：由图结合总反应可知，a极丙烯腈得到电子发生还原反应生成己二腈：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，则a为阴极，b为阳极，b极水失去电子发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，电解过程中阳离子向阴极移动，故H＋向电极a移动，A、B错误；当电路中转移1mole－时，阳极室生成氧气0.25mol，质量为8g，同时有1mol氢离子(质量为1g)进入阴极区，故溶液质量减少9g，C错误。4．(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