2023年高考化学复习 大一轮复习讲义 第38讲　电解原理的综合应用

第38讲电解原理的综合应用

【复习目标】提升应用电解原理解决工业生产、生活中实际问题的能力。

■归纳整合夯实必备知识

1.电解原理常见的考查点

电解原理及应用是高考高频考点，该类试题往往与生产、生活及新科技等相联系，以装置图

或流程图为载体呈现，题材广、信息新，题目具有一定难度。主要考查阴、阳极的判断、电

极反应式、电解反应方程式的书写、溶液离子浓度变化及有关计算等。

2.“5点”突破电解综合应用题

(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极反应为“阳氧

阴还”。

(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

(3)注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。

(4)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现0H，碱性介质不出现H+;不能想当然

地认为金属作阳极，电极产物为金属阳离子。

⑸注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。

■专项突破

一、电解原理在物质制备中的应用

1.(2021•广东1月适应性测试，13改编)环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为:

使用惰性电极电解KCl溶液，用CI-交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通

入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl+OH-=Cl+H2O+C2H4O0

下列说法错误的是()

A.乙烯应通入阴极区

B.移出交换膜前存在反应：Cl2+H2OHC1+HCI0

C.使用C「交换膜阻止OH-通过，可使CL生成区的PH逐渐增大

D.制备过程的总反应为H2C=CH2+H2O=H2+C2H4O

答案AC

解析环氧乙烷的制备原理：C「在阳极失电子生成CLCL与水发生反应：。2+比0HCl

+HC10,HClO与乙烯发生加成反应生成HoCH2CH2CI;阴极区发生反应：2比0+2「=氏t

+20H",电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl+OH^=C1"+H2O+C2H4O0

根据分析可知阳极区会生成HCl,使用C「交换膜阻止OH-通过，HCl的浓度不断增大，PH

逐渐减小，故C错误；根据分析可知该反应过程中KCl并没有被消耗，实际上是水、乙烯反

应，总反应为H2C=CH2+H2O=H2+C2H4O,故D正确。

二、电解原理应用与污水处理

2.用如图所示装置除去含CN，C「废水中的CN-时，控制溶液PH为9〜10,阳极产生的

ClO将CN-氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是()

aI电遐Ib

A.阴极的电极反应式为2H2θ+2e-=H2t+2OFΓ

B.阳极的电极反应式为Cl+2OH-2e=ClO+H2O

放电

C.电解时使用锂钿氧化物二次电池(V2O5+xLi茏@LiXV2。5)作电源，电池充电时a电极的电

极反应式为Li√V2θ5-xe=V2O5+xLi^

D.除去CN一的反应：2CN-+5Clcr+2H+=N2t+2CC>2t+5CΓ+H2θ

答案D

解析阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体，两种气体为CO2和N2,该反应在

碱性环境中发生，反应的离子方程式不应出现H*,D项错误。

三、电解原理在大气治理方面的应用

3.(2022・湖南衡阳市高三联考)用“吸收一电解”循环法脱除烟气中的S02,可减少对大气的

污染。室温下，电解液K再生的装置如图所示，其中电解液的PH随〃(Sor)：〃(HSO3)变化

的关系见下表，下列对此判断正确的是()

A.当电解液呈中性时溶液中：c(Na+)>c(S0Γ)>c(HS07)>c(0H)

B.再生液M吸收SCh主要反应的离子方程式为SO2+0H=HSO3

C.HSol在b极发生的电极反应式为HS07+H20-2e~=S0Γ+3H

D.若产生标准状况下2.24L气体N,则d膜上共通过0.2mol阳离子

答案D

解析根据装置图，阴离子通过C膜向a极移动，可知a极为阳极，发生的反应为HS0,一

--+

2e+H2O=SOi+3H:b极为阴极，发生的反应为2口'+20=1421，气体N为H2(,

n(S0f)：”(HSOI)=9:91时，电解液pH=6.2,n(SθΓ)"(HSOf)=I：1时，电解液pH=

7.2,由此推知当电解液呈中性时，C(HSO力>c(S0M),A项错误；M吸收SCh主要发生的反

应为SOf+SO2+H2O=2HSO7,B项错误；若产生标准状况下2.24L气体N(0.1moɪH2),

阴极消耗0.2molH卡,减少0.2mol正电荷，需要补充0.2mol正电荷以达到平衡，则d膜上

会通过0.2mol阳离子，D项正确。

四、电解原理应用与金属处理

4.(2022∙浙江重点中学联考)电解精炼法提纯钱(Ga)是工业上常用的方法，具体原理如图所示。

已知：金属活动性顺序：Zn>Ga>Fe;钱的化学性质与铝相似。下列说法错误的是()

外接电源

M-I-P甘N

NaoH溶液

A.该装置中电流方向为N极一粗Ga→NaOH溶液f高纯Ga→M极

B.电解精炼钱时产生阳极泥的主要成分为Fe、Cu

C.阴极发生的电极反应为Ga3++3e==Ga

D.电解过程中需控制合适的条件，否则阴极可能会产生H2导致电解效率下降

答案C

解析题图中粗Ga作阳极，纯Ga作阴极，N极为正极，M极为负极。电解池中电流由电源

正极流向电解池阳极，经过电解质溶液到达电解池阴极，再由阴极流向电源负极，A项正确：

根据题中给出的金属活动性顺序，绿比铁、铜活泼，故铁、铜在电解精炼过程中形成阳极泥，

B项正确：“绿的化学性质与铝相似”表明像具有两性，结合电解质溶液显碱性，可知“粗

Ga”阳极反应为Ga-3e-+4OH--GaO3+2H2θ∖Zn-2e-+4OK=ZnO>+2比0,“高

纯Ga”阴极反应为GaO2^+3e-+2H2θ=Ga+4OH^^,C项错误；电解池中，若电解质溶液

为水溶液，阴极上会存在H+(或水电离出的H卡)得电子被还原为H2的竞争反应，若没控制合

适的条件，该竞争反应可能会更明显，导致电解效率下降，D项正确。

真题演练明确考向

1.(2021.全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。

图中的双极膜中间层中的H?O解离为H"和OH,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下

列说法正确的是()

I--------ΓW}

OOOO

铅HOYY-H⅛H-⅛-⅛-HBr,

电O

/（乙醛酸）^

极H

IOo÷

HomoH+He）WH2B「

O

J（乙二酸）-H（乙醛酸）

_____I_________________I_____

饱和乙二酸溶液双极膜乙二醛+KBr溶液

A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用

OOOO

IlIlIlIl

B.阳极上的反应式为：HO—C—C—()H+2H1÷2e―-HO—C—C-H+HiO

C.制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子

D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移

答案D

解析KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生

成的Bn与乙二醛反应制备乙醛酸，故A错误；阳极上Br-失去电子生成Bn,Bn将乙二醛

氧化为乙醛酸，故B错误；电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙

醛酸转移的电子为2mol,1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移的电子为2mol,根据转移电子

守恒可知制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；由上述分析

可知，双极膜中间层的H卡在外电场作用下移向阴极，即H*移向铅电极，故D正确。

H,C——CH,

'∖Z'

2.(2021•北京，15)环氧乙烷(。，简称EC))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。

▼电源

含HOCH£也。-)

2£JCl-CL-4iC10-

KcI—1/=~的溶液一I

溶液」阳离子膜+溶液a----------I

%”:J*⅛含EO

▲电源的溶液

溶液bEO

①阳极室产生后发生的反应有：________

(1)Cb_________________________、CH2=CH2+

HCIO—►HOCH2CH2CL

②结合电极反应式说明生成溶液a的原理：____

(2)一定条件下，反应物按一定流速通过该装置。

电解效率〃和选择性S的定义：

n”(生成B所用的电子)

〃(B)一〃(通过电极的电子)X100%

〃(生成B所用的乙烯)

S(B)一〃(转化的乙烯)X100%

①若〃(EO)=IO0%,则溶液b的溶质为__________________________________________

②当乙烯完全消耗时，测得"(EO)5⅛≈70%,S(EO产97%。推测〃(EO)N70%的原因：

I.阳极有HzO放电

∏.阳极有乙烯放电

IΠ∙阳极室流出液中含有Cb和HClO

i.检验电解产物，推测I不成立。需要检验的物质是。

ii∙假设没有生成Eo的乙烯全部在阳极放电生成CO2,则〃(CO2)2%。经检验阳极

放电产物没有CO2。

iii.实验证实推测W成立，所用试剂及现象是O

可选试剂：AgNO3溶液、Kl溶液、淀粉溶液、品红溶液

答案(I)ΦC12+H2OHCl+HClO

②阴极反应：2H2θ+2e-=H2t+2OH,K’穿过阳离子膜进入阴极室形成KOH

⑵①KCl②i.Chii.13iii.KI溶液和淀粉溶液,溶液变蓝(或品红溶液,品红褪色或Kl溶液,

溶液变成棕黄色)

解析(1)阳极产生氯.气后，可以和水发生反应生成次氯酸，其化学方程式为Cl2+

H2OHCI+HClO;溶液a是阴极的产物，在阴极发生反应：2比0+2屋=112t+2OH^,

同时阳极的钾离子会向阴极移动和氢氧根离子结合形成氢氧化钾。

(2)①若〃(Eo)=IO0%,则说明在电解过程中只有乙烯中的碳化合价发生变化，其他元素化合

价没有变化。②i.阳极有HzO放电时会产生氧气，故需要检验的物质是。2；ii.设EO的物质

的量为0,则转化的乙烯的物质的量为怠：生成Eo转化的电子的物质的量为2〃；此过程

转移电子的总物质的量为施；生成CCh的物质的量为2X1X3%;生成CO2转移的电子

2X赢X3%X6

的物质的量为2X湍ξX3%X6,则“(CCh)=---------务------七13%。

70%

iii.实验证实推测HI成立，则会产生氯气，验证氯气即可。

课时精练

一、选择题：每小题只有一个选项符合题目要求。

1.（2022•汕头市高三模拟）2021年3月5日，李克强总理在国务院政府报告中指出，扎实做

好碳达峰、碳中和各项工作。科研工作者通过开发新型催化剂，利用太阳能电池将工业排放

的CO?转化为CO,实现节能减排的目标。如图所示，下列有关说法正确的是（）

I!光次电池

CO2、三逮雪菖HPO二-二-N极二-：

t1XH2O

'i<55δδKH2PO1

WSe/离缓冲溶液^纳米

子液体COZCOO2

离子交换膜

A.N极为阴极

B.离子交换膜为阴离子交换膜

C.阳极的电极反应式为CCh+2e-+2H+=CO+H2O

D.理论上该装置在工作时，H3PO4与KHzPCU缓冲溶液的PH保持不变

答案D

解析N极为阳极，A错误；离子交换膜为阳离子交换膜，B错误；Co2在阴极转化为CO,

故选项所写电极反应为阴极电极反应，C错误：根据得失电子守恒和阴、阳极电极反应知，

缓冲溶液流入阴极的H*和阳极流入缓冲溶液的H*数目相等，故缓冲溶液中C（H+）保持不变，

故PH保持不变，D正确。

2.电一Fenton法是用于水体中有机污染物降解的高级氧化技术，反应原理如图所示。电解

产生的山。2与Fe?+发生反应生成的羟基自由基（∙0H）能氧化降解有机污染物。下列说法错误

的是（）

A.电源的A极为负极

B.与电源B极相连电极的电极反应式为H2O-e^=H+OH

2+2+

C.Fenton反应为H2O2+Fe=Fe（OH）+OH

D.每消耗2.241。2（标准状况），整个电解池中理论上可产生的QH为0.2mol

答案D

解析根据图示，三价铁离子在左端电极得到电子转化为亚铁离子，发生还原反应，左端电

极为阴极，则A为电源负极，B为电源正极，右端电极为阳极。根据上述分析，电源的A极

为负极，故A正确；与电源B极相连的电极为阳极，根据图示，水在阳极上失电子产生羟基

自由基（∙0H）,电极反应式为H2θ-e-=H++∙OH,故B正确。

3.某钠一空气水电池的充、放电过程原理示意图如图所示，下列说法正确的是（）

A.放电时,电子由钠箔经非水系溶液流向碳纸

B.放电时,NaOH溶液浓度变大

C.充电时,当有0.1mol-通过导线时，则钠箔减重2.3g

D.充电时,碳纸与电源负极相连，电极反应式为4OH-4e=2H2O+O2t

答案B

解析放电时，总反应方程式是4Na+θ2+2H2θ=4NaOH,Nae）H溶液浓度变大，B项正

确；充电时，阴极发生反应Na++e=Na,当有0」mole通过导线时，则钠箔增重2.3g,

C项错误；充电时，碳纸与电源正极相连，电极反应式为4OH--4e]=2H2O+O2t,D项

错误。

4.某混合物浆液中含有AI（OH）3、MnO2和少量NazCrO人考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4

不易完全被水浸出，某研究小组设计了利用石墨电极电解的分离装置（如图所示），使浆液分

离成固体混合物和含铭元素的溶液，并回收利用。下列说法错误的是（）

A.a极室的电极反应式为2H2θ+2e-=2OFΓ+H?t

B.上述装置中a极室的电极可换成金属铁

C.电解后，b极室得到Na2SO4和Na2CrO4的混合液

D.若电解后b极室溶液含铭元素0.52g,则电路中通过0.02mole^^

答案C

解析通过装置图可知Cro1要透过阴离子交换膜向b极移动，可知a为阴极，b为阳极，

则a极室的电极反应式为2H2θ+2e-=2θH^^+H2t,A正确；a极上发生还原反应，故将

电极换成铁电极，Fe不会被消耗，B正确；电解时b极发生反应：210—4b===02t+4H+,

b极产生H卡,发生反应2Crθ∕+2H+Cr2Of+H2O,因此b极室还有CnO歹存在，C错

误；0.52g格元素的物质的量为OOlmol,说明有0.0ImOlCro『透过阴离子交换膜，则电路

中通过0.02mol电子，D正确。

5.工业上电化学法生产硫酸的工艺示意图如图，电池以固体金属氧化物作电解质，该电解质

能传导。2一，已知S(g)在负极发生的反应为可逆反应，则下列说法正确的是()

A.在负极，S(g)只发生反应S—6e÷3O2=SO3

B.该工艺用稀硫酸吸收SO3可提高S(g)的转化率

C.每生产IL浓度为98%,密度为1.84g∙mL∣的浓硫酸，理论上将消耗30mol氧气

D.该工艺中稀硫酸浓度增大的原因是水参与电极放电，质量减少

答案B

-2-

解析据图可知反应过程中有SCh生成，所以负极还发生：S-4e+2O=SO2,故A错

误；S(g)在负极发生的反应为可逆反应，吸收生成物SCh可使反应正向移动，提高S的转化

率，故B正确；1L浓度为98%,密度为1.84g∙mL^ɪ的浓硫酸中n(H2SO4)=

------------丁---------=18.4mol,由S~6e〜1.5Ch〜H2SO4可知，渐耗氧气为

98g∙mol*

18.4molX1.5=27.6mol,故C错误；工艺中稀硫酸浓度增大的原因是负极生成的三氧化硫

与水反应生成硫酸，故D错误。

6.(2022•湘东七校联考)一些净水器推销商在推销其产品时，进行所谓的“电解水法”实验，

将纯净水与自来水进行对比。当电解装置插入纯净水和自来水中通电数分钟后，纯净水颜色

无变化或略显黄色，而自来水却冒出气泡并生成灰绿色或红棕色的沉淀。根据上述现象，下

列选项说法正确的是()

A.通电时，铝片作阳极，铁片作阴极

B.生成的气泡、灰绿色或红棕色的沉淀都是电解的直接或间接产物

C.通过对比，确实能说明自来水中含有大量对人体有毒有害的物质

D.铁片的电极反应：02+2H20+4e==40IΓ

答案B

解析自来水冒出气泡并生成灰绿色或红棕色的沉淀，说明Fe失电子生成Fe?+,与水电解

生成的OH-反应生成Fe（OH）2,其被氧化生成灰绿色物质或氢氧化铁红棕色沉淀。由分析可

知，通电时，铁片作阳极，铝片作阴极，A项错误：通过对比，能说明自来水中含有大量的

离子，不一定为对人体有毒有害的物质，C项错误；铁片作阳极，电极反应为Fe-2b-

Fe2+,D项错误。

7.（2022・湖北重点中学联考）以纯碱溶液为原料•，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置图

如下：

Na+交换膜

上述装置工作时，下列有关说法正确的是（）

A.乙池电极接电池正极，气体X为H2

B.Na+由乙池穿过交换膜进入甲池

C.NaOH溶液Z的浓度比NaOH溶液Y的小

D.甲池中只发生反应：40H-4e^=2H2θ+θ2t

答案C

解析乙池电极为电解池阴极，和电源负极连接，溶液中氢离子放电生成氢气，A项错误；

电解池中阳离子移向阴极，钠离子移向乙池，B项错误；阴极附近氢离子放电破坏了水的电

离平衡，电极附近氢氧根离子浓度增大，NaOH溶液Y的浓度比NaoH溶液Z的大，C项正

确；放出氧气的电极为阳极，电解质溶液中氢氧根离子放电生成氧气，氢离子浓度增大，碳

酸根离子结合氢离子生成碳酸氢根离子，出口为碳酸氢钠溶液，则电极反应为4COT+2H2O

-4e^=4HCθ7+θ2t,D项错误。

二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题目要求。

8.以柏林绿Fe[Fe（CN）6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列

说法错误的是（）

用电器

-⊂ZJ-

2,

¾>Fe[Fe(CN)0][Mg2Cl2]÷

<J<Na2Fe[Fe(CNλJMg

∖7

含Na+的有机电解质

A.放电时，Na*由右室移向左室

B.放电时，Mg箔为负极，该电极发生氧化反应

C.充电时，阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]-2e-=Fe[Fe(CN)6]+2Na+

D.用铅酸蓄电池为该电池充电时，当有0.2mol电子转移时，Pb电极质量减少20.7g

答案D

解析外电路中通过0.2mol电子时，Pb电极发生的反应为Pb-2e-+SθΓ=PbSθ4,质量

增加9.6g,D项错误。

9.人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO(NH2)2].下列有关说法正确的是

直流电源

NaCl溶液质子交

换膜

NaCI

NaCI-尿素溶液

混合溶液.惰性

'电极

A.a为电源的正极

B.电解结束后，阴极室溶液的PH与电解前相比将升高

C.除去尿素的反应为CO(NH2)2+2C12+H2O=N2+CO2+4HC1

D.若两极共收集到气体0.6mol,则除去的尿素为0.12mol(忽略气体溶解，假设氯气全部参

与反应)

答案AD

解析由图可知，左室电极产物为CCh和N2,发生氧化反应，则左室电极为阳极，a为电源

的正极，阳极反应式为6C「一6e-=3Cbt,CO(NH2)2+3C12+H2O=N2+CO2+6HC1,右

室电解产物为H2,发生还原反应，则右室电极为阴极，b为电源负极，阴极反应式为6比0

+6e^=6OH^+3H2t»由上述分析可知，a为电源的正极，A项正确；根据上述反应式可

以看出在阴、阳极上产生的OH，H卡的数目相等，阳极室中反应产生的H卡通过质子交换膜

进入阴极室与OH-恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的PH不变，B项错误；若

两极共收集到气体0.6mol,则n(N2)=n(CO2)=0.6×∣mol=0.12mol,由反应CO(NH2)2+3C12

+H2O=N2+CO2+6HCl可知，所消耗的Co(NH2)2的物质的量也为0∙12mol,D项正确。

10.如图所示装置可间接氧化工业废水中的含氮离子(NH；)。下列说法不正确的是()

溶液(含NaCl)

甲乙

A.乙是电能转变为化学能的装置

+

B.含氮离子被氧化时的离子方程式为3C12+2NH;=N2+6CΓ+8H

C.若生成H2和N2的物质的量之比为3：1,则处理后废水的PH减小

D.电池工作时，甲池中的Na卡移向Mg电极

答案D

11.我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是

()

∣→abT

聚

烯

多

½孔

多

碳

孔

毡

电

电

极

极

⅜

离子交换膜

A.放电时，B电极反应式：L+2e--2I-

B.放电时，电解质储罐中离子总浓度增大

C.M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜

D.充电时，A极增重65g时，C区增加的离子数为2NA

答案CD

解析放电时，B电极为正极，L得到电子生成「，电极反应式为L+2e--2I-,A项正确;

放电时，A极电极反应式为Zn-2e-=Z∏2+,所以电解质储罐中的离子总浓度增大，B项正

确；离子交换膜的作用是防止L、Zn接触发生反应，负极区生成Zr?+,正极区生成广，所

以CI-通过M膜进入负极区，K卡通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离

子交换膜，C项错误；充电时，A极的电极反应式为Z∏2++2e-=Zn,A极增重65g,转移

2mol电子，所以C区增加2molK+、2molCF,增加的离子总数为4NA,D项错误。

三、非选择题

12.按要求回答下列问题。

(1)有人研究了用电化学方法把CCh转化为CH∙QH,其原理如图1所示:

多孔催化剂A电极B电极

JL

COj-

尸J质至墟旅

含CHQH的溶液

图1

则图中A电极接电源..极。已知B电极为惰性电极，则在水溶液中，该极的电极反应

式为.

(2)以连二亚硫酸盐(SzO厂)为还原剂脱除烟气中的N0,并通过电解再生，装置如图2所示。

阴极的电极反应式为，

电解槽中的隔膜为(填“阳”或“阴”)离子交换膜。

(3)甲醛超标会危害人体健康，需对甲醛进行含量检测及污染处理。某甲醛气体传感器的工作

原理如图3所示，b极的电极反应式为,

当电路中转移4X1(Γ4mol电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHo)为mg。

图3

答案(1)负2H2θ-4e^^=4H++θ2t

(2)2S0Γ+4H'+2e=S2O?+2H2O阳

-1

(3)HCH0-4e+H2O=CO2+4H3

解析(2)阴极上亚硫酸根离子得电子生成S2OΓ,电极反应式为2