高三一轮教案化学（人教版）第九章第42讲电解原理创新应用

第42讲电解原理创新应用[复习目标]1.深化对电解原理及规律的理解，提升应用电解原理综合分析解决实际问题的能力。2.熟知电解原理创新试题的呈现方式及问题设置，总结解答此类问题的一般方法及规律。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、生活及新科技等方面相联系，以装置图或流程图为载体呈现，题材广、信息新，题目具有一定的难度。主要考查阴、阳极的判断、电极反应式及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。(注意离子交换膜会限制某些离子的移动方向)(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OH，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。(5)注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。类型一电解与物质制备1.(2022·湖北，14)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是()A.生成1molLi[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2mol电子B.阴极上的电极反应为：P4+8CN4e4[C.在电解过程中CN向铂电极移动D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH答案D解析石墨电极为阳极，对应的电极反应式为P4+8CN4e4[P(CN)2]-，则生成1molLi[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1mol电子，A错误；阴极上发生还原反应，应该得电子，电极反应式为2HCN+2eH2↑+2CN，B错误；石墨电极为阳极，铂电极为阴极，CN应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；由所给图示可知HCN在阴极放电，产生CN和H2，而HCN中的H来自于LiOH，则电解产生的H22.(2022·重庆，12)硝酮是重要的有机合成中间体，可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。下列说法错误的是()A.惰性电极2为阳极B.反应前后WO42-、WC.消耗1mol氧气，可得到1mol硝酮D.外电路通过1mol电子，可得到1mol水答案C解析在惰性电极2上Br被氧化为Br2，为阳极，故A正确；WO42-、WO52-循环反应，反应前后WO42-、WO52-数量不变，故B正确；总反应为氧气把二丁基⁃N⁃羟基胺氧化为硝酮，1mol二丁基⁃N⁃羟基胺失去2molH原子生成1mol硝酮，氧气最终生成水，根据氧原子守恒，消耗1mol氧气，可得到2mol硝酮，故C错误；外电路通过1mol电子时生成0.5molH2O2，H2O3.(2024·湖北，14)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[OCH2A.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+4OH2e2HCOO+H2↑+2H2OD.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2eOHCCOOH+H2O答案B解析由题意可知，Cu电极为阳极，电极总反应为2HCHO2e+4OH2HCOO+H2↑+2H2O，阳极区消耗OH、同时生成H2O，c(OH)减小，A、C正确；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4+2e+2H+OHC—COOH+H2O，OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CHN—OH：OHC—COOH+HO—N+H3HOOC—CHN—OH+H2O+H+，HOOC—CHN—OH发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH：HOOC—CHN—OH+4e+5H+H3N+CH2COOH+H2O，阴极总反应为H2C2O4+NH2OH+6e+7H+H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解离成1molH+和1molOH，故理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有6molH2O解离，B错误、D正确。类型二电解与“三废”治理4.(2023·全国甲卷，12)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++12eC2H4+4H2OD.每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)答案C解析析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故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，故B错误；铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应有2CO2+12H++12eC2H4+4H2O，故C正确；水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O4eO2↑+4H+，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标准状况下体积为5.6L，故D错误。5.(2021·辽宁，13)利用(Q)与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。下列说法错误的是()A.a为电源负极B.溶液中Q的物质的量保持不变C.CO2在M极被还原D.分离出的CO2从出口2排出答案C解析由题干信息可知，M极发生的是(Q)转化为的还原反应，故M极为阴极，电极反应式为+2H2O+2e+2OH，故与M极相连的a电极为负极，N极为阳极，电极反应式为2e+2H+，b极为电源正极，据此分析解题。由分析可知，溶液中Q的物质的量保持不变，B正确；CO2在M极发生的反应为CO2+OHHCO3-，C错误；在M极上生成的HCO3-，向阳极移动，N极上发生的反应为HCO3-+H+H2O+CO2↑，故分离出的CO2从出口2排出，D正确。类型三电解与分离提纯6.我国科研团队开发了一种新型铠甲催化剂Ni/Co@石墨烯，可以高效去除合成气中的H2S杂质并耦合产氢，其工作原理如图所示。下列说法错误的是()A.M电极为阳极B.电极上生成H2和Sx的物质的量之比为1∶xC.阳极的电极反应式为xH2S2xeSx+2xH+D.铠甲催化剂表面的石墨烯可以保护内部金属免受环境的影响答案AB解析由题图可知，铠甲催化剂电极上H2S转化为Sx，S元素化合价升高，发生氧化反应，则铠甲催化剂电极为阳极，电极反应式为xH2S2xeSx+2xH+，M电极为阴极，电极反应式为2H++2eH2↑，A项错误、C项正确；根据得失电子守恒可得关系式：xH2~Sx~2xe，则生成H2和Sx的物质的量之比为x∶1，B项错误；由于铠甲催化剂电极为阳极，若没有表面的石墨烯，内部金属容易放电，故铠甲催化剂表面的石墨烯可以保护内部金属免受环境的影响，D正确。7.科学家采用电渗析法提纯乳清(富含NaCl的蛋白质)，有价值的蛋白质回收率达到98%，工作原理如图所示：下列说法错误的是()A.膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜B.膜1、膜2孔径不大于半透膜孔径C.a极的电极反应式为2H2O+2e2OH+H2↑D.每转移2mol电子，理论上乳清质量减少58.5g答案D解析a极区的稀氢氧化钠溶液变为浓氢氧化钠溶液，说明a极区生成了氢氧化钠，即钠离子通过膜1向a极区迁移，膜1为阳离子交换膜；同理，氯离子通过膜2向b极区迁移，膜2为阴离子交换膜，A项正确；提纯蛋白质，不能让蛋白质(胶体粒子)通过膜1、膜2，所以膜1、膜2的孔径应不大于半透膜的孔径，B项正确；a极为阴极，发生还原反应：2H2O+2e2OH+H2↑，C项正确；每转移2mol电子，结合电极反应和电荷守恒可知，理论上乳清减少的质量为2molNaCl的质量，即质量减少117g，D项错误。8.(2024·日照神州天立高级中学月考)电解法常用于分离提纯物质，某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置(如图)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液进行回收利用(已知：2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O)，下列说法不正确的是A.阴极室生成的物质为NaOH和H2B.阳极发生的电极反应是2H2O4e4H++O2↑C.a离子交换膜为阴离子交换膜D.当外电路中转移2mol电子时，阳极室可生成1molCr2O答案CD解析电解时，阳极上水电离的氢氧根离子放电：2H2O4eO2↑+4H+，故CrO42-通过阴离子交换膜(b)向阳极移动，因2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O为可逆反应，故外电路中转移2mol电子时，阳极室生成的Cr2O72-小于1mol；阴极上水电离的氢离子放电：2H2O+2eH2↑+2OH，混合物浆液中的Na+通过阳离子交换膜(a课时精练[分值：100分](选择题1~9题，每小题6分，10~13题，每小题8分，共86分)一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。1.利用废料Ce2O3制备Ce(SO4)2的工作原理如图，下列说法不正确的是()A.电极b为阴极，发生还原反应B.电解总反应方程式：Ce2O3+8H+2Ce4++3H2O+H2↑C.离子交换膜为阴离子交换膜D.X可以是H2SO4溶液答案C解析由图可知，与直流电源正极相连的电极a为阳极，酸性条件下三氧化二铈在阳极失去电子发生氧化反应生成铈离子和水，电极b为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，则X为硫酸溶液，铈离子通过阳离子交换膜由阳极室移向阴极室，电解的总反应方程式为Ce2O3+8H+2Ce4++3H2O+H2↑。2.(2021·海南，9)液氨中存在平衡：2NH3NH4++NH2-。如图所示为电解池装置，以KNH2的液氨溶液为电解液，电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是A.b电极连接的是电源的负极B.a电极的电极反应式为2NH3+2eH2↑+2NHC.电解过程中，阴极附近K+浓度减小D.理论上两极产生的气体物质的量之比为1∶1答案B解析根据图示可知，在b电极上产生N2，N元素失去电子化合价升高，所以b电极为阳极，连接电源的正极，A错误；a电极上产生H2，a电极为阴极，电极反应式为2NH3+2eH2↑+2NH2-，B正确；电解过程中，K+会向阴极区定向移动，最终导致阴极附近K+浓度增大，C错误；每产生1molH2，转移2mol电子，每产生1molN2，转移6mol电子，故阴极产生的H2与阳极产生的N2的物质的量之比是3∶1，3.(2022·海南，9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。下列有关说法正确的是()A.在b电极上，N2被还原B.金属Ag可作为a电极的材料C.改变工作电源电压，反应速率不变D.电解过程中，固体氧化物电解质中O2不断减少答案A解析由装置示意图可知，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2+3H2O+6e2NH3+3O2，A正确；a为阳极，电极反应式为2O24eO2，若金属Ag作为a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，导致电流大小改变，反应速率也会改变，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为2N2+6H2O+12e4NH3+6O2，阳极电极反应式为6O212e3O2，因此固体氧化物电解质中O2不会减少，D错误。4.(2021·湖北，15)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是()A.电解时只允许H+通过离子交换膜B.生成O2和H2的质量比为8∶1C.电解一段时间后阴极区溶液OH的浓度增大D.CrO3的生成反应为Cr2O72-+2H+2CrO3+H答案A解析左侧电极上产生O2，右侧电极上产生H2，说明左侧电极为阳极，电极反应式为2H2O4e4H++O2↑，左侧制备三氧化铬：Cr2O72-+2H+2CrO3+H2O；右侧电极为阴极，电极反应式为4H2O+4e4OH+2H2↑。H+在阳极区参与反应制备三氧化铬，故不通过离子交换膜向阴极区迁移，A项错误；根据得失电子守恒，产生O2、H2的质量之比为32∶4=8∶1，B项正确；由阴极反应式知，阴极产生OH，如果OH通过交换膜向左侧迁移，OH必然会中和H+，与题意相矛盾，所以，钠离子应该由左侧向右侧迁移，阴极区氢氧化钠溶液浓度增大，5.(2024·济南实验中学模拟)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是食品级添加剂。工业上可用惰性电极电解Na2S2O3溶液得到焦亚硫酸钠，如图所示。下列说法正确的是()A.得到焦亚硫酸钠(Na2S2O5)产品的电极反应式为S2O32-4e+2OHS2O5B.b为阳极C.该电池使用过程中需补充NaOHD.每转移2mol电子，阴极生成22.4L气体答案A解析根据电解目的及装置图可知，a极电极反应为S2O32-4e+2OHS2O52-+H2O，a为阳极，b极电极反应为2H2O+2eH2↑+2OH，b为阴极，A正确、B错误；由阴、阳极的电极反应式可知，反应过程中不需要补充NaOH，C错误；电路中每转移2mol电子，阴极生成16.过硫酸铵[(NH4)2S2O8]可用作氧化剂、漂白剂。利用电解法在两极分别生产过硫酸铵和过氧化氢的装置如图所示。下列说法错误的是()A.a为外接电源的负极B.电解总反应：O2+2H++2SO42-H2O2+S2C.阴离子交换膜可用阳离子交换膜替代D.电解池工作时，Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小答案C解析由(NH4)2SO4→(NH4)2S2O8，氧元素化合价升高被氧化，故右侧Pt电极为阳极，b为外接电源正极，a为外接电源负极，左侧Pt电极为阴极。阴极氧气被还原，阳极硫酸根离子被氧化，电解总反应为O2+2H++2SO42-H2O2+S2O82-，B正确；根据阳极产物可知，反应需要消耗硫酸根离子，阴离子交换膜不可用阳离子交换膜替代，C错误；电解池工作时，Ⅰ室发生反应：O2+2e+2H+H2O2，同时SO42-7.(2024·青岛第三十九中学期中)科学家利用多晶铜高效催化电解CO2制乙烯，原理如图所示。已知：电解前后电解液浓度几乎不变。下列说法正确的是()A.铂电极为阳极，产生的气体是O2和CO2B.多晶铜电极的电极反应式为2CO2+12HCO3-+12eC2H4+12CO3C.通电过程中，溶液中HCO3D.当电路中通过0.6mol电子时，理论上能产生C2H41.12L答案A解析该电解池的总反应方程式为2CO2+2H2OC2H4+3O2，多晶铜电极为阴极，该电极的电极反应式为14CO2+8H2O+12eC2H4+12HCO3-，铂电极为阳极，该电极的反应式为12HCO3-12e12CO2+3O2+6H2O。HCO3-在铂电极发生反应，并且电解前后电解液浓度几乎不变，所以溶液中HCO3-通过阴离子交换膜向左槽移动，故C错误；由多晶铜电极电极反应式分析可知，当电路中通过0.6mol电子时，理论上能产生0.05mol8.(2022·辽宁，9)如图，c管为上端封口的量气管，为测定乙酸溶液浓度，量取10.00mL待测样品加入b容器中，接通电源，进行实验。下列说法正确的是()A.左侧电极反应：2H2O4eO2↑+4H+B.实验结束时，b中溶液红色恰好褪去C.若c中收集气体11.20mL，则样品中乙酸浓度为0.1mol·L1D.把盐桥换为U形铜导线，不影响测定结果答案A解析本装置为电解池，左侧为阳极，右侧为阴极，左侧电极反应：2H2O4eO2↑+4H+，A正确；右侧电极反应：2CH3COOH+2eH2↑+2CH3COO，实验结束时溶液中存在CH3COO，水解后溶液呈碱性，故溶液为红色，B错误；题中未给定气体状态，不能进行计算，C错误；把盐桥换为U形铜导线，不能起到传递离子使溶液呈电中性的作用，会影响反应进行及测定结果，D错误。9.(2024·威海模拟)某同学查阅资料发现水银电解法电解饱和食盐水可以获得金属钠汞齐(钠汞合金)，装置图如图，实验现象记录如下：接通电源，一段时间后，金属汞表面有细微气泡出现，加大电压电解足够长时间后分离出其中的金属Hg。取少量分离出的Hg投入滴有酚酞溶液的水中，酚酞变红且有无色气体放出。下列有关该实验的说法错误的是()A.Q溶液可以是NaOH溶液，作用是吸收尾气B.玻璃管的作用是防止铁丝暴露在NaCl溶液中，导致生成大量的H2而无法得到金属NaC.钠汞齐在有机合成中常用于氢化醛酮等羰基化合物，表现出钠汞齐的强还原性D.出于安全角度考虑，进行该实验时需要准备硫粉，并开启实验室上方排风扇答案D解析在b极，Cl失电子生成Cl2，需用吸收液吸收，所以Q溶液可以是NaOH溶液，用作尾气处理，故A正确；若铁丝暴露在NaCl溶液中，溶液中H2O得电子生成H2，无法得到金属Na，故B正确；钠汞齐在有机合成中常用于氢化醛酮等羰基化合物，加氢发生还原反应，钠汞齐作还原剂，表现强还原性，故C正确；Hg蒸气有毒，实验时应该开启排风扇，汞蒸气密度比空气密度大，应打开下方排风扇，故D错误。二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。10.(2024·东营模拟)我国科学家开发了如图所示的电化学装置，实现了H2O2的制备和废弃PET的回收利用。下列说法错误的是()A.溶液中OH移向电极BB.电极B的电势高于电极A的电势C.阳极区发生的反应为HOCH2CH2OH6e+8OH2HCOO+6H2OD.理论上每消耗3molO2，电极B消耗乙二醇124g答案D解析电极A中O2转化为H2O2，发生得到电子的还原反应，电极A是阴极，电极B是阳极。所以溶液中OH移向阳极即电极B，且电极B的电势高于电极A的电势，A、B正确；电极B为阳极，发生氧化反应，电极反应式为HOCH2CH2OH6e+8OH2HCOO+6H2O，C正确；阴极上O2→H2O2，消耗3molO2时转移6mol电子，则电极B消耗乙二醇的物质的量是1mol，质量是62g，D错误。11.(2024·日照校际联合考试)实验室可用苯乙酮间接电氧化法合成苯甲酸，其原理如图所示。下列说法错误的是()A.膜m为阴离子交换膜B.每生成1mol苯甲酸盐，转移6mol电子C.电路中转移2mol电子，阴极区溶液质量减少18gD.若用铅酸蓄电池作电源，a电极应与PbO2极相连答案C解析根据图像可知，a极碘离子失电子生成碘单质，作阳极，则电极材料为惰性电极；b极为阴极，水得电子生成氢气和氢氧根离子。a极区碘单质与氢氧根离子反应生成次碘酸根离子，为保持电荷守恒，则b极产生的氢氧根离子需移动到a极区，则膜m为阴离子交换膜，A正确；a极碘离子失电子生成碘单质，碘单质与氢氧根离子反应生成次碘酸根离子，次碘酸根将苯乙酮氧化生成苯甲酸盐：+3IO+CHI3+2OH，可得3I2~3IO~~6e，每生成1mol苯甲酸盐，转移6mol电子，B正确；阴极反应式：2H2O+2eH2↑+2OH，电路中转移2mol电子，阴极区产生1molH2，移向阳极区2molOH，阴极区溶液质量减少36g，C错误；a电极为阳极，若用铅酸蓄电池作电源，a电极应与铅酸蓄电池正极PbO2极相连，D正确。12.羟基自由基(·OH)具有极强的氧化能力，它能有效地氧化降解废水中的有机污染物。在直流电源作用下，利用双极膜电解池产生羟基自由基(·OH)处理含苯酚废水和含甲醛废水，原理如图所示。已知：双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH。下列说法错误的是()A.M极为阴极，电极反应式：O2+2e+2H+2·OHB.双极膜中H2O解离出的OH透过膜a向N极移动C.每处理6.0g甲醛，理论上有0.4molH+透过膜bD.通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为7∶6答案CD解析M电极通入O2，发生反应生成·OH，电极反应式为O2+2e+2H+2·OH，M作阴极，A正确；N为阳极，电解时阴离子向阳极移动，所以OH透过膜a向N极移动，B正确；1mol甲醛生成1molCO2转移4mol电子，1mol苯酚生成6molCO2转移28mol电子，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为6∶7，D错误。13.(2024·济南一中模拟)为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2并提供O2，我国科学家设计了如图装置，反应完毕后，阳极区电解质溶液的pH保持不变。下列说法正确的是()A.图中电极电势：N型半导体比P型半导体高B.X电极发生反应：4OH4e2H2O+O2C.该装置实现了“太阳能→电能→化学能”的转化D.图中离子交换膜为阴离子交换膜答案CD解析装置实现“太阳能→电能→化学能”转化，电能转化为化学能，为电解装置