2025届高三高考化学二轮复习+题型突破12　电解池原理及其应用含答案

2025届高三高考化学二轮复习题型突破12电解池原理及其应用1.(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2.(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Li2CO33.(2024·黑吉辽卷)“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+12H2。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↑4.(2024·湖北卷)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-HCOO-+H·。下列说法错误的是()A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小B.理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有4molH2O解离C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2OD.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-OHCCOOH+H2O考情分析:在物质制备和环境保护方面,电解原理有着重要的应用,电解原理和应用是每年高考的必考题型。考查角度:(1)电极名称的判断、电解池溶液的变化。微粒的移动方向。(2)隔膜类型判断、电极产物和反应式判断。(3)电解产物的定量计算。1.电解池模型(以电解CuCl2溶液为例)2.解答电解类问题的一般步骤分析电解过程的思维程序:(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。电解池阴、阳两极的放电顺序3.电解计算破题“3方法”1.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可提高多碳产物(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IrOx-Ti电极上B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti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)2.(2024·义乌五校联考)华南师范大学兰亚乾教授课题组从催化剂结构与性能间关系的角度,设计了一种催化剂同时作用在阳极和阴极,用于CH3OH氧化和CO2还原反应耦合的混合电解,工作原理如图甲所示。不同催化剂条件下CO2→CO电极反应历程如图乙所示。下列说法不正确的是()A.电解总反应为2CO2+CH3OH2CO+HCOOH+H2OB.理论上若有44gCO2被转化,则有2molH+从左侧向右侧迁移C.与Ni8-TET催化剂相比,使用Ni-TPP时催化效果更好D.若以铅蓄电池为电源,则B极应与PbO2极相连接3.(2024·温州高三适应性测试)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,同时向电极2上通入空气,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+xe-LixMn2O4C.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=1.24.(2024·金华十校高三模拟)海水原位直接电解制氢技术是利用海水侧和电解质侧的水蒸气压力差使海水自然蒸发,并以蒸汽形式通过透气膜扩散到电解质侧重新液化,为电解提供淡水(工作时KOH溶液的浓度保持不变)。装置如图所示,下列叙述不正确的是()A.M电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2OB.该技术避免了生成强氧化性的含氯粒子腐蚀电极C.离子交换膜b为阳离子交换膜D.当产生标准状况下33.6LH2时,有1.5molH2O(g)透过透气膜a5.(2024·浙江浙里卷天下冲刺卷)NO-空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化,某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程,装置如图。下列说法不正确的是()A.b膜为阴离子交换膜B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O2NH4++5SC.当浓缩室得到4L浓度为0.6mol·L-1的盐酸时,M室溶液的质量变化为36g(溶液体积变化忽略不计)D.在标准状况下,若甲池有5.6LO2参加反应,则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为15.68L(1)交换膜的类型及特点交换膜类型阳膜阴膜双极膜特定的交换膜允许通过的离子及移动方向阳离子移向原电池的正极(电解池的阴极)阴离子移向原电池的负极(电解池的阳极)中间层中的H2O解离出H+和OH-,H+移向原电池的正极(电解池的阴极),OH-移向原电池的负极(电解池的阳极)只允许特定的离子或分子通过,如质子交换膜只允许H+通过,氯离子交换膜只允许Cl-通过通性无论是原电池还是电解池中,阳离子均移向得电子的一极,阴离子均移向失电子的一极(2)离子交换膜的作用参考答案题型突破12电解池原理及其应用真题导航1.B[A.电极A是氯离子变为氯气,化合价升高,失去电子,是电解池阳极,因此电极A接电源正极,发生氧化反应,故A正确;B.电极B为阴极,通入氧气,氧气得到电子,其电极反应式为2H2O+4e-+O24OH-,故B错误;C.右室生成氢氧根,应选用阳离子交换膜,左边的钠离子进入到右边,在右室获得浓度较高的NaOH溶液,故C正确;D.改进设计中通入氧气,提高了电极B处的氧化性,通过反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗,故D正确。]2.C[由电解示意图可知,电极B上Mn2+转化为MnO2,锰元素化合价升高,失电子,则电极B为阳极,电极A为阴极,得电子,发生还原反应,A正确;电极B上Mn2+失电子转化为MnO2,电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-MnO2+4H+,B正确;电极A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;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。]3.A[根据题目可知:电解过程b电极HCHO转变为HCOO-,失去电子,故b为阳极,阳极反应式:2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+2H2O+H2↑;阴极反应式:2H2O+2e-2OH-+H2↑。传统电解水过程中每转移4mole-可制得2molH2,耦合HCHO高效制H2过程中每转移4mole-,阴、阳极均可产生2mol氢气,则相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍,A错误;由上述分析可知,阴极的电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,B正确;综合图像中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知,OH-通过交换膜向b极区移动,C正确;由上述分析可知,D正确。]4.B模拟预测1.C2.B3.B[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++xe-LixMn2O4,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+4e-4OH-;阳极的电极反应式:LixMn2O4-xe-2MnO2+xLi+;A.腔室1中电极1连接电源1的正极,作阳极,发生氧化反应,故A正确;B.启动电源2时MnO2作阳极,电极反应式:LixMn2O4-xe-2MnO2+xLi+,故B错误;C.电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度,故C正确;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,故D正确。]4.C[A.M极生成氧气,M是阳极,M电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,故A正确;B.氯离子不能通过透气膜a,所以该技术避免了生成强氧化性的含氯粒子腐蚀电极,故B正确;C.M为阳极、N为阴极,若离子交换膜b为阳离子交换膜,钾离子会向右移动,右侧氢氧化钾浓度增大,根据题意,工作时KOH溶液的浓度保持不变,所以离子交换膜b为阴离子交换膜,故C错误;D.当产生标准状况下33.6LH2时,阴极生成氢气的物质的量为1.5mol,阳极生成氧气的物质的量为0.75mol,电解水的物质的量为1.5mol,工作时KOH溶液的浓度保持不变,所以有1.5molH2O(g)透过透气膜a,故D正确。]5.C[由图可知,甲为原电池,乙和丙为电解池;甲中通入NO的一极作负极,通入氧气的一极作正极;乙池中通入SO2的电极连接电源的正极,为阳极,阳极上二氧化硫发生氧化反应生成硫酸根离子,阴极上一氧化氮发生还原反应生成铵根离子;丙池中阳极上水放电,发生氧化反应生成氧气和氢离子,氢离子从M室通过a膜进入浓缩室,N室中氯离子向阳极移动,通过b膜进入浓缩室,最终得到较浓的盐酸。由分析可知,b膜为阴离子交换膜,A正确;乙池中通入SO2的电极连接电源的正极,为阳极,阳极上二氧化硫发生氧化反应生成硫酸根离子,阴极上一氧化氮发生还原反应生成铵根离子,电池总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O2NH4++5SO42−+8H+,B正确;当浓缩室得到4L浓度为0.6mol·L-1的盐酸时,迁移过来的氢离子的物质的量为4L×(0.6mol·L-1-0.1mol·L-1)=2mol,2H2O-4e-4H++O2↑,则反应掉1mol水,M室溶液的质量减小1mol×18g·mol-1=18g,C错误;乙池中SO2转化为硫酸根离子,NO转化为铵根离子,在标准状况下,若甲池有5.6LO2(0.25mol)参加反应,根据电子守恒可知,O2~4e-~2SO2、O2~4e-~45NO,则乙池中处理废气(SO2和NO)共0.7mol,总体积为15.682025届高三高考化学二轮复习题型突破13原电池和电解池电极方程式的书写1.(2024·浙江6月选考)氢能的高效利用途径之一是在燃料电池中产生电能。某研究小组的自制熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图所示,正极上的电极反应式是。

该电池以3.2A恒定电流工作14分钟,消耗H2体积为0.49L,故可测得该电池将化学能转化为电能的转化率为。[已知:该条件下H2的摩尔体积为24.5mol·L-1;电荷量q(C)=电流I(A)×时间(s);NA=6.0×1023mol-1;e=1.60×10-19C。]

2.(2024·浙江1月选考)通过电化学、热化学等方法,将CO2转化为HCOOH等化学品,是实现“双碳”目标的途径之一。请回答:某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH,装置如图。电极B上的电极反应式是。

3.(2023·北京卷)近年研究发现,电催化CO2和含氮物质(NO3−等)在常温常压下合成尿素,有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和,在电极上反应生成CO(NH2)2(1)电极b是电解池的极。

(2)电解过程中生成尿素的电极反应式是

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4.(2023·河北卷)(1)以空气中的氮气为原料电解合成氨时,N2在(填“阴”或“阳”)极上发生反应,产生NH3。

(2)氨燃料电池和氢燃料电池产生相同电量时,理论上消耗NH3和H2的质量比为17∶3,则在碱性介质中氨燃料电池负极的电极反应式为

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考情分析:在主观题化学反应原理综合题中,电化学也是高考的热点内容。考查角度:(1)原电池正负极判断和电极方程式书写等;(2)电解池阴阳极判断和电极方程式书写等。1.原电池电极反应式书写(1)先确定原电池的正负极,列出正负极上的反应物质,并标出相同数目电子的得失。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式;若正极上的反应物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则水必须写入正极反应式中,且O2生成OH-,若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,O2生成水。(3)正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得到较难写出的另一极的电极反应式。2.电解池电极反应式的书写(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。1.“CuCl-H2O热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4个步骤,其过程如图所示。电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性CuCl2−溶液,阴极区为盐酸,电解过程中CuCl

(用电极反应式表示)。2.电催化还原CO2受到广泛的研究,一种原理如图所示:写出电极A发生的电极反应:

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若用铅蓄电池提供电能,则电极B连接铅蓄电池的(填化学式)极。

3.某科研团队在Zn-Se电池快速充电领域取得新进展,以硒为正极材料且发生四电子转移反应,制得如图所示全电池。(1)离子交换膜应选用(填“阳膜”或“阴膜”)。

(2)充电时,阳极的电极反应为

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4.研究发现,硫代硫酸盐浸出金的过程是电化学催化腐蚀过程,催化机理如图所示。(1)正极的电极反应为

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浸金过程中的催化剂是(填化学式)。

(2)若有标准状况下11.2LO2参加反应,浸出金的质量为g。

5.(2024·浙江十校高三联考)丁二烯是生产丁苯橡胶、聚二烯橡胶等的基本原料。有人设计一种电解装置,用乙炔合成二丁烯(C4H6)的装置如图所示。电解质溶液为1.0mol·L-1KHCO3溶液。(1)请写出生成C4H6的电极的电极反应式:

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用1.0L1.0mol·L-1KOH溶液吸收阳极逸出的气体再生电解质溶液。不考虑气体溶解残留。当电路中转移0.75mole-时,计算再生液的c(H+)=。(已知H2CO3的电离常数Ka1=4.5×10-7,Ka参考答案题型突破13原电池和电解池电极方程式的书写真题导航1.O2+4e-+2CO22CO32−解析根据题干信息,该燃料电池中H2为负极,O2为正极,熔融碳酸盐为电解质溶液,故正极的电极反应式为O2+4e-+2CO22CO32−。该条件下,0.49LH2的物质的量为n(H2)=0.49L24.5mol·L−1=0.02mol,工作时,H2失去电子:H2-2e-2H+,所带电荷量为2×0.02mol×6.0×1023mol-1×1.60×10-19=3840C,工作电荷量为3.2×14×60=2688C,2.CO2+2e-+2H+HCOOH解析电极B是阴极,则电极反应式是CO2+2e-+2H+HCOOH。3.(1)阳(2)2NO3−+16e-+CO2+18H+CO(NH2)2+7H2解析(1)电极b上发生H2O失电子生成O2的氧化反应,是电解池的阳极。(2)a极硝酸根离子得电子转化为尿素,再结合酸性环境可写出电极反应式为2NO3−+16e-+CO2+18H+CO(NH2)2+7H2O4.(1)阴(2)2NH3+6OH-6e-N2+6H2O解析(1)N2生成NH3,化合价降低,得电子,发生还原反应,则N2在阴极反应;(2)由题给条件“氨燃料电池和氢燃料电池产生相同电量时,理论上消耗NH3和H2的质量比为17∶3”可得消耗NH3和H2的物质的量之比为1717∶32=2∶3,即3molH2失去的电子数与2molNH3失去的电子数相等,则反应中NH3失电子生成N2,在碱性下的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H模拟预测1.CuCl解析电解在质子交换膜电解池中进行,H+可自由通过,阳极区为酸性CuCl2−溶液,电解过程中C