19 题型十九　电解原理及应用-2026届高三化学选择题24个专题突破合集

题型十九电解原理及应用1．电解池基础模型2．电解问题的思维步骤(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。3．电解计算的“三方法”4．金属的电化学腐蚀与防护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。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。1．(2025·湖南卷，9)一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是()A.电解过程中，K＋向左室迁移B．电解过程中，左室中NO2C．用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色D.NO3-完全转化为NH3的电解总反应：NO3-+8Cl-+6H解析：B由图可知，左侧NO3-→NO2-→NH3，N元素化合价下降，则左侧是阴极区，右侧Cl－→Cl2，Cl元素化合价上升，则右侧是阳极区。电解池中，阳离子向阴极移动，则K＋向左室迁移，A正确；电解过程中，NO2-先生成，再消耗，是中间产物，其浓度增大还是减小，取决于生成速率与消耗速率，无法得出其浓度持续下降的结论，B错误；b处生成氯气，与水反应生成盐酸和次氯酸，酸性条件下蓝色石蕊试纸变红，次氯酸能使变红的试纸褪色，故能看到试纸先变红后褪色，C正确；左侧阴极总反应式是NO3-＋8e－＋6H2O=NH3↑＋9OH－，右侧阳极总反应式是8Cl2．(2024·甘肃卷，7)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：B电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A正确；多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g)，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转化成O2(g)，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2-－4e－=O2，B错误；工作时，阴离子O2-向阳极移动，即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2，C正确；电解总反应为2H2O(g)电解2H2(g)＋O2(g)，分解2molH2O转移4mol电子，则理论上电源提供2mol电子能分解1molH2O，D3．(2025·河北卷，10)科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化的电化学装置，其示意图如下：已知：参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是()A．LixCoO2电极上发生的反应：LixCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2B．产生标准状况下5.6LO2时，理论上可转化11-xmol的LixC．再锂化过程中，SO42-向LixD．电解过程中，阳极附近溶液pH升高解析：B根据装置图可知，LixCoO2电极为阴极，反应式为LixCoO2＋(1－x)e－＋(1－x)Li＋=LiCoO2，Pt电极为阳极，反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，A错误；由电极反应式可知，产生标准状况下5.6L(即0.25mol)O2时转移1mol电子，理论上转化11-xmol的LixCoO2，B正确；SO42-为阴离子，向阳极移动，即向Pt电极迁移，C错误；由阳极电极反应式可知，电解过程中，阳极产生H＋、消耗H2O，则阳极附近4．(2025·陕晋宁青卷，13)我国科研人员采用图甲所示的电解池，由百里酚(TY)合成了百里醌(TQ)。电极b表面的主要反应历程如图乙(灰球表示电极表面催化剂)。下列说法错误的是()A．电解时，H＋从右室向左室移动B．电解总反应：TY＋H2O电解TQ＋2H2C．以为原料，也可得到TQD．用18O标记电解液中的水，可得到解析：D由题图可知1molTY与1molH2O在电极b上失去4mol电子，生成1molTQ和4molH＋，因此电极b为阳极，发生氧化反应，电极a为阴极，发生还原反应。电解质溶液含有H2SO4，且两室间为质子交换膜，因此阳极生成的H＋通过质子交换膜在阴极发生反应。定位电极及反应类型电极反应式电解池电极a(阴极)，还原反应4H＋＋4e－=2H2↑电极b(阳极)，氧化反应TY＋H2O－4e－=TQ＋4H＋总反应：TY＋H2O电解TQ＋2H2↑(B正确电解过程中，阳离子移向阴极，右室(阳极室)产生的H＋通过质子交换膜移至左室(阴极室)，A正确；根据反应历程图可知，TY转化为TQ的过程中，酚羟基变为羰基，同时水分子结合催化剂进攻酚羟基对位碳，引入C=O，因此以为原料时，酚羟基转化为羰基，并在对位引入羰基，也可得到TQ，C正确；由反应历程图分析，TY转化为TQ过程中，酚羟基的O原子并未脱离苯环，而酚羟基对位引入的O原子来自H2O，所以用18O标记电解液中的水，得到的是，D错误。5．(2025·北京卷，14)用电解Na2SO4溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取Na2SO4溶液并用图2装置按ⅰ→ⅳ顺序依次完成实验。实验电极Ⅰ电极Ⅱ电压/V关系ⅰ石墨1石墨2aa>d>c>b>0ⅱ石墨1新石墨bⅲ新石墨石墨2cⅳ石墨1石墨2d下列分析不正确的是()A．a>0，说明实验ⅰ中形成原电池，反应为2H2＋O2=2H2OB．b<d，是因为ⅱ中电极Ⅱ上缺少H2作为还原剂C．c>0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应D．d>c，是因为电极Ⅰ上吸附H2的量：ⅳ>ⅲ解析：D图1为电解池，阳极反应式：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，阴极反应式：4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，故电解后阳极区(石墨1)储存O2，阴极区(石墨2)储存H2；重新取Na2SO4溶液作电解质溶液，利用图1电解产物(H2、O2)进行氢氧燃料电池实验探究，则石墨1为正极，石墨2为负极。实验ⅰ中石墨1(O2)为正极，石墨2(H2)为负极，发生自发氧化还原反应：2H2＋O2=2H2O，则a>0，A正确；ⅱ和ⅳ区别在于ⅱ中负极更换为新石墨，则b<d的原因是ⅱ中电极Ⅱ没有H2作为还原剂，B正确；ⅲ中，c>0说明新石墨为正极，新石墨可能含有空气中的少量氧气或溶于水的少量氧气，发生还原反应，C正确；与ⅳ相比，ⅲ中电极Ⅰ为新石墨，d>c则说明ⅲ中电极Ⅰ上吸附O2的量不足，D错误。6．(2025·湖北卷，15)某电化学制冷系统的装置如图所示。[Fe(H2O)6]3+和[Fe(H2O)6]2+在电极上发生相互转化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动(①→②→③→④→①)实现制冷。装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是()A．阴极反应为FeHB．已知②处的电解液温度比①处的低，可推断[Fe(H2O)6]2+比[Fe(H2O)6]3+稳定C．多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换D．已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自于电子转移后FeH2O62+和[Fe(H2解析：B在阴极上，[Fe(H2O)6]3+得电子生成[Fe(H2O)6]2+，A项正确；从①处到②处，[Fe(H2O)6]3+得电子生成[Fe(H2O)6]2+，②处电解液温度比①处低，说明该过程吸热，则[Fe(H2O)6]3+的能量低于[Fe(H2O)6]2+，即[Fe(H2O)6]3+比[Fe(H2O)6]2+更稳定，B项错误；多孔隔膜不允许[Fe(H2O)6]3+和FeH2O62+通过，可以阻止两个区域之间的热交换，从而保证制冷效果，C项正确；已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变，那么热效应就主要来自于电子转移后FeH2O62+和7．(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：图1图2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限时规范训练(建议用时：45分钟满分：30分)选择题：每小题3分，共30分。1．(2025·湖北十一校一模)大桥主要的防腐方法有：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是()A．若将钢梁与直流电源负极相连，也可减慢腐蚀速率B．防腐过程中铝和锌均作为负极，失去电子C．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除D．钢梁在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀解析：D将钢梁与直流电源负极相连，铁作电解池的阴极被保护，可减慢铁的腐蚀速率，该保护方法为外加电流法，A正确；铝和锌的金属活动性均大于铁，防腐过程中铝和锌均作为负极，发生氧化反应被损耗，铁作正极被保护，该保护方法为牺牲阳极法，B正确；钢梁上安装铝片、使用高性能富锌(富含锌粉)底漆、使用高附着性防腐涂料可以减缓钢铁腐蚀，但不能完全消除铁的腐蚀，C正确；空气与水交界处的氧气浓度大于水下部分，氧气浓度越大，铁越容易发生吸氧腐蚀，所以钢梁在水下部分比在空气与水交界处更难腐蚀，D错误。2．(2025·广东大湾区二模)一种氮掺杂碳材料用于碱性溶液中电催化N2合成NH3，工作原理如图所示，常温常压下NH3生产速率达到3.4μmol·h-1。下列有关说法正确的是()A．N2发生氧化反应B．将化学能转化为电能C．这是一种新型的人工固氮技术D．该条件下O2生产速率为3.4μmol·h-1解析：C太阳能电池提供电源进行电催化合成氨气，左侧H2O生成O2，属于氧化反应，右侧N2生成NH3，N的化合价降低，发生还原反应，A错误；该装置是电解装置，将电能转化为化学能，B错误；该装置将游离态的氮转化为化合态，属于一种新型的人工固氮技术，C正确；根据电子守恒，通过相同物质的量的电子，生成的NH3和O2的物质的量之比为4∶3，NH3生产速率达到3.4μmol·h-1，则O2的生产速率为34×3.4μmol·h-1，D3．(2025·北京门头沟区一模)尿素[CO(NH2)2]是一种重要的化学肥料，利用电催化法将CO2和含氮物质NO3-等转化成尿素，电解原理如图所示。下列说法不正确的是(A．尿素中C原子采用sp2杂化B．电极b接电源的正极C．标况下，b电极每生成1.12LO2，会有0.1molH＋移向a极D．a极的电极反应式为：CO2＋2NO3-＋18H＋＋16e－=CO(NH2)2＋解析：C该装置为电解池，其中阳离子向阴极移动，根据氢离子移动方向可知，a电极为阴极，发生还原反应：CO2＋2NO3-＋18H＋＋16e－=CO(NH2)2＋7H2O，b电极为阳极，发生氧化反应：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。尿素中的C原子形成1个C=O键、2个C—N键，采用的是sp2杂化，A正确；b电极为阳极，与电源正极相连，B正确；标况下，b电极每生成1.12LO2，即0.05mol，转移电子0.2mol，为保持电荷守恒，应有0.2molH＋移向a极，C错误；a电极为阴极，发生还原反应：CO2＋2NO3-＋18H＋＋16e－=CO(NH2)2＋4．(2025·白城一模)电解精炼法提纯镓(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；镓的化学性质与铝相似。下列说法错误的是()A．该装置中电流方向为N极→粗Ga→NaOH溶液→高纯Ga→M极B．电解精炼镓时产生的阳极泥的主要成分为Fe、CuC．阴极发生的电极反应为Ga3+＋3e－=GaD．电解过程中需控制合适的条件，否则阴极可能会产生H2导致电解效率下降解析：C由图可知，与直流电源正极相连的粗镓为阳极，碱性条件下，阳极中的锌和镓失去电子发生氧化反应生成[Zn(OH)4]2-和[Ga(OH)4]－，电极反应式为Ga－3e－＋4OH－=[Ga(OH)4]－、Zn-2e-+4OH-=ZnOH42-，金属活动性比镓弱的铁和铜不参与放电，沉在阳极的底部形成阳极泥，与电源负极相连的高纯镓为阴极，[Ga(OH)4]－在阴极得到电子生成镓，电极反应式为GaOH4－＋3e－=Ga＋4OH－。装置工作时，电流由正极N流向粗镓，经NaOH溶液，由高纯镓流向负极M，形成闭合电路，A正确；电解精炼镓时产生的阳极泥的主要成分为铁和铜，B正确；与负极相连的高纯镓为阴极，GaOH4－在阴极得到电子生成镓，电极反应式为5．(2025·常德一模)电催化还原技术是电镀废水的一种新型处理方法。某科研团队以铜、铂和镀铜废水构建电催化还原体系(如图所示)，处理含[Cu(NH3)4]2+、NO3-的镀铜废水，同时回收氨和铜资源。下列说法错误的是(电催化还原装置A．对处理后的铜片清洗、干燥和称量，发现铜片质量增加，可能是铜片上析出了铜单质B.NO3-发生的电极反应式为：NO3-＋8e－＋6H2O=NHC．膜M为阳离子交换膜D．当有0.8mol电子通过导线时，若NH3全部逸出，理论上可回收NH3的质量一定少于1.7g解析：D由图可知，Cu为阴极，电极反应为：NO3-＋8e－＋6H2O=NH3↑＋9OH－、CuNH342++2e-=Cu+4NH3↑，Pt为阳极，电极反应为：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。根据以上分析可知，[Cu(NH3)4]2+可能在铜电极得电子发生还原反应生成铜，A正确；NO3-在阴极上发生还原反应生成NH3，电极反应式为：NO3-＋8e－＋6H2O=NH3↑＋9OH－，B正确；该装置的目的是处理镀铜废水以回收氨和铜，为保证NO3-在阴极放电，不能使其向阳极移动，则膜M为阳离子交换膜，电解池工作时，阳极区的阳离子(如Na＋)通过膜M向阴极区迁移以平衡电荷，C正确；若阴极只发生电极反应NO3-+8e-+6H2O=NH3↑＋9OH－，当有0.8mol电子通过导线时，生成0.1molNH3，若NH36．(2025·漯河三模)一种在电催化剂TiO2－x作用下，还原NO3-合成铵盐的原理如图所示。下列叙述正确的是(A．膜M为阴离子交换膜B．装置工作一段时间后，b极表面pH明显升高C．a极的电极反应式为NO3-+8eD．标准状况下，b极收集6.72L气体时，阴极上有0.3molNH解析：C由装置图可知，a极NO3-转化为NH4+，N从＋5价降低到－3价，发生还原反应，a极为阴极，电极反应为NO3-+8e-+10H+=NH4+＋3H2O，b极上H2O转化为O2，O从－2价升高到0价，发生氧化反应，b极为阳极，电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑。为防止左侧NO3-进入右侧，且使右侧生成的H＋迁移至左侧维持左侧酸性环境，膜M应为阳离子交换膜，A错误；阳极电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，工作一段时间后，铂极表面pH明显下降，B错误；7．(2025·广东一模)一种厌氧氨氧化菌生物电解池处理生活含氮废水的工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A．与导电碳布相连的一极为电源的负极B．反应一段时间后，阴极区和阳极区溶液的pH均减小C．理论上每将2molNH4+处理为ND．若该电池在高温下工作，其处理废水的效率会下降解析：C左侧电极上NH4+转化为NH2OH，NH2OH与NH4+又转化为N2H4，N2H4转化为N2，N元素化合价升高，左侧为阳极，阳极总反应为2NH4+－6e－=N2↑＋8H＋，右侧为阴极，电极反应为FeCN63-+e-=FeCN64-。由以上分析可知，导电碳刷作阳极，导电碳布作阴极，与导电碳布相连的一极为电源的负极，A正确；阳极总反应为2NH4+－6e－=N2↑＋8H＋，转移电子数目与迁移到右侧阴极区的H＋数目相等，因此随着反应进行，阳极区氢离子浓度增大，pH减小；阴极发生反应为FeCN63-+e-=FeCN68．(2025·日照一模)硫酸盐还原菌(SRB)可以处理含Cu2+的硫酸盐酸性废水，同时实现有机废水的处理，原理如图所示，下列说法正确的是()A．若以铅酸蓄电池为电源，b为Pb电极B.SO42-参与的电极反应为：Cu2+＋SO42-C．电解一段时间后阳极区溶液的pH减小D．标准状况下，产生2.24LCO2时，理论上可产生9.6gCuS解析：B由图知，右侧石墨电极上发生反应：CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋，可知右侧石墨电极作阳极，则左侧石墨电极为阴极，a为负极，b为正极。b为正极，若以铅酸蓄电池为电源，b为PbO2电极，A错误；左侧石墨电极为阴极，SO42-在该电极得电子转化为CuS，电极反应为：Cu2+＋SO42-+8e-+8H+SRBCuS＋4H2O，B正确；结合阳极反应可知，每转移8mol电子时，阳极区生成7mol氢离子，但为满足电荷守恒，同时有8mol氢离子通过质子交换膜进入阴极区，则阳极区溶液中氢离子浓度减小，pH增大，C错误；标准状况下，产生9．(2025·湖北新八校协作体三模)我国科技工作者设计了成对电解的高效双功能电催化剂，在电解池中实