备战2026年高考化学复习 选择题热点练9.电解原理及创新应用 含解析

9.电解原理及创新应用

1.(2024·吉林白山二模)大连理工大学提出了一种低能耗、无阳极氯腐蚀的电解混合海水制氢新技术,

如图所示。下列叙述错误的是()

-

A.在该条件下,N2H4的放电能力强于Cl

B.a极与电源负极连接,发生氧化反应产生O2

--

C.b极反应式为N2H4+4OH-4eN2↑+4H2O

D.逸出2.24L气体1(标准状况)时外电路转移电子数为0.2NA

2.(2024·安徽安庆二模)电催化氮还原反应法(NRR)是以水和氮气为原料,在常温常压下通过电化学方

法催化合成氨气,其工作电极材料是由六亚甲基四胺(HMTA)与三氯化钒合成的二维钒基复合纳米材

料(简称V-HMTA),其工作原理如图所示。下列说法错误的是()

A.石墨电极与外接电源正极相连

B.工作电极V-HMTA具有较高的表面积,能提高单位时间内氨气的产率

C.电路中通过0.06mol电子时,两极共有0.035mol气体逸出

D.隔膜为质子交换膜

3.(2024·贵州六校联盟联考三)实验室模拟工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸(HOOC—CHO),

原理如图所示,该装置中M、N均为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸。下列说法正确的是()

A.以铅酸蓄电池作为直流电源进行电解,M极接Pb电极

B.阴极区溶液pH下降

-+

C.N电极上的电极反应式:HOOC—COOH+2e+2HHOOC—CHO+H2O

D.若有2molH+通过质子交换膜并完全参与反应,则电解生成的乙醛酸为1mol

4.(2024·浙江温州一模)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,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+xeLixMn2O4

C.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=1.2

5.(2024·辽宁沈阳一模)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+2eH2↑

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+

6.(2024·黑龙江齐齐哈尔一模)一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图如下,下列说

法正确的是()

A.第三步中a为直流电源的正极

B.第一步生产NaOH的总反应为4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44-xMnO2+4xNaOH

C.第二步为原电池,正极质量增加,负极质量减少

D.第三步外电路上每转移4mol电子,电解池中就有4molHCl被电解

7.(2024·辽宁锦州质检)电芬顿工艺被认为是一种很有应用前景的高级氧化技术,通过电解过程中产

生的羟基自由基(·OH)处理酸性废水中有机污染物[如(苯酚)],其工作原理如图a所示,

2+

一段时间内,Fe或H2O2电极产生量与电流强度关系如图b所示。下列说法错误的是()

图a

图b

A.Pt电极应与直流电源的正极相连

-+3+-2+

B.HMC-3电极反应有:O2+2e+2HH2O2,Fe+eFe

C.根据图b可判断合适的电流强度约为60mA

D.若处理0.1mol,理论上HMC-3电极消耗2.8molO2

8.(2024·陕西渭南质检Ⅰ)浓差电池是一种利用电解质溶液浓度差产生电势差而形成的电池,理论上当

电解质溶液的浓度相等时停止放电。图1为浓差电池,图2为电渗析法制备磷酸二氢钠,用浓差电池

为电源完成电渗析法制备磷酸二氢钠。下列说法错误的是()

图1

图2

A.电极a应与Ag(Ⅰ)相连

B.电渗析装置中膜a为阳离子交换膜

C.电渗析过程中左、右室中NaOH和H2SO4的浓度均增大

D.电池从开始到停止放电,理论上可制备1.2gNaH2PO4

9.电解原理及创新应用

1.(2024·吉林白山二模)大连理工大学提出了一种低能耗、无阳极氯腐蚀的电解混合海水制氢新技术,

如图所示。下列叙述错误的是()

-

A.在该条件下,N2H4的放电能力强于Cl

B.a极与电源负极连接,发生氧化反应产生O2

--

C.b极反应式为N2H4+4OH-4eN2↑+4H2O

D.逸出2.24L气体1(标准状况)时外电路转移电子数为0.2NA

答案:B

-

解析:由题干信息可知,无阳极氯腐蚀,故在该条件下,N2H4的放电能力强于Cl,不是氯离子失电子得

氯气,而是N2H4失电子生成N2,A正确;该电解池采用电解制氢新技术,结合A选项中分析,b极失电子

--

为阳极,则a极为阴极,与电源负极连接,气体1为H2,发生还原反应:2H2O+2e2OH+H2↑,B错误;b

-

极为阳极,发生氧化反应,N2H4失电子生成N2,电极反应式正确,C正确;a极反应式为2H2O+2e

-

2OH+H2↑,根据电极反应式知,标准状况下,产生0.1molH2时外电路转移电子数为0.2NA,D正确。

2.(2024·安徽安庆二模)电催化氮还原反应法(NRR)是以水和氮气为原料,在常温常压下通过电化学方

法催化合成氨气,其工作电极材料是由六亚甲基四胺(HMTA)与三氯化钒合成的二维钒基复合纳米材

料(简称V-HMTA),其工作原理如图所示。下列说法错误的是()

A.石墨电极与外接电源正极相连

B.工作电极V-HMTA具有较高的表面积,能提高单位时间内氨气的产率

C.电路中通过0.06mol电子时,两极共有0.035mol气体逸出

D.隔膜为质子交换膜

答案:D

-

解析:由题意可知该原理是用电解法将氮气合成氨气,故左侧工作电极为阴极,电极反应式为N2+6e

---

+6H2O2NH3+6OH,右侧石墨电极为阳极,电极反应式为4OH-4eO2↑+2H2O。由分析可知工

作电极为阴极,石墨电极为阳极,则石墨电极与外接电源正极相连,A正确;工作电极V-HMTA具有较

高的表面积,能吸附氮气,加快反应速率,从而提高单位时间内氨气的产率,B正确;阴极电极反应式为

----

N2+6e+6H2O2NH3+6OH,阳极电极反应式为4OH-4eO2↑+2H2O,电路中通过0.06mol电子

时,阴极产生0.02mol气体,阳极产生0.015mol气体,两极共产生0.035mol气体,C正确;结合电极反

应式可知隔膜为允许氢氧根离子通过的阴离子交换膜,D错误。

3.(2024·贵州六校联盟联考三)实验室模拟工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸(HOOC—CHO),

原理如图所示,该装置中M、N均为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸。下列说法正确的是()

A.以铅酸蓄电池作为直流电源进行电解,M极接Pb电极

B.阴极区溶液pH下降

-+

C.N电极上的电极反应式:HOOC—COOH+2e+2HHOOC—CHO+H2O

D.若有2molH+通过质子交换膜并完全参与反应,则电解生成的乙醛酸为1mol

答案:C

解析:M、N均为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸,乙二醛发生氧化反应生成乙醛酸,所以M是阳极;

乙二酸发生还原反应生成乙醛酸,N为阴极。铅酸蓄电池中Pb电极为负极,以铅酸蓄电池作为直流电

源进行电解,N极接Pb电极,A错误;N为阴极,阴极发生反应HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—

CHO+H2O,消耗氢离子,阴极区溶液pH升高,B错误;N为阴极,乙二酸发生还原反应生成乙醛酸,N电

-+

极上的电极反应式:HOOC—COOH+2e+2HHOOC—CHO+H2O,C正确;M为阳极,阳极反应式为

-+-

OHC—CHO-2e+H2OHOOC—CHO+2H,N为阴极,电极反应式:HOOC—COOH+2e

++

+2HHOOC—CHO+H2O,若有2molH通过质子交换膜并完全参与反应,阴极、阳极各生成1

mol乙醛酸,则电解生成的乙醛酸为2mol,D错误。

4.(2024·浙江温州一模)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,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+xeLixMn2O4

C.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=1.2

答案:B

+

解析: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+xeLixMn2O4,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+4e4OH,阳极的电极反应式:LixMn2O4-xe2MnO2+xLi。由分析知,

腔室1中电极1连接电源1的正极,作阳极,发生氧化反应,A正确;启动电源2时MnO2作阳极,电极反

-+

应式:LixMn2O4-xe2MnO2+xLi,B错误;电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度,C正确;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,D正确。

5.(2024·辽宁沈阳一模)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+2eH2↑

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+

答案:B

-

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CH2CH2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1为阳极,连接电源的正极,A正确;电极2上水得电子生成氢气和氢氧根离子,电极反应为

--

2H2O+2eH2↑+2OH,B错误;溶液a可能含有KCl和KOH两种溶质,溶液b为KCl溶液,可循环使

用,C正确;电解质溶液中,阳离子向阴极移动,则钾离子和氢离子可通过离子膜向下层移动,D正确。

6.(2024·黑龙江齐齐哈尔一模)一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图如下,下列说

法正确的是()

A.第三步中a为直流电源的正极

B.第一步生产NaOH的总反应为4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44-xMnO2+4xNaOH

C.第二步为原电池,正极质量增加,负极质量减少

D.第三步外电路上每转移4mol电子,电解池中就有4molHCl被电解

答案:B

解析:由图可知,第三步中Ag电极的变化是AgCl得到电子转化为Ag,发生还原反应,是阴极,则a为

-+

直流电源的负极,A错误;第一步为电解池,阳极反应为Na2.44MnO2-xeNa2.44-xMnO2+xNa,阴极反

--

应为O2+4e+2H2O4OH,根据得失电子守恒,可得第一步电解池的总反应为

4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44-xMnO2+4xNaOH,B正确;第二步为原电池,正极反应为Na2.44-

+---

xMnO2+xNa+xeNa2.44MnO2,负极反应为Ag-e+ClAgCl,生成的AgCl附着在负极表面,故正、

负极质量均增加,C错误;第三步的总反应为2AgCl2Ag+Cl2↑,溶液中HCl的物质的量保持不变,D

错误。

7.(2024·辽宁锦州质检)电芬顿工艺被认为是一种很有应用前景的高级氧化技术,通过电解过程中产

生的羟基自由基(·OH)处理酸性废水中有机污染物[如(苯酚)],其工作原理如图a所示,

2+

一段时间内,Fe或H2O2电极产生量与电流强度关系如图b所示。下列说法错误的是()

图a

图b

A.Pt电极应与直流电源的正极相连

-+3+-2+

B.HMC-3电极反应有:O2+2e+2HH2O2,Fe+eFe

C.根据图b可判断合适的电流强度约为60mA

D.若处理0.1mol,理论上HMC-3电极消耗2.8molO2

答案:C

解析:由图可知,HMC-3电极上铁元素、氧元素价态降低得电子,故HMC-3电极为阴极,电极反应式

-+3+-2+2++3+

分别为O2+2e+2HH2O2、Fe+eFe,后发生反应Fe+H2O2+HFe+·OH+H2O,·OH氧

-

化苯酚,反应为C6H5OH+28·OH6CO2↑+17H2O,Pt电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e

+-

4H+O2↑。由分析可知,Pt与电源正极相连,作阳极,A正确;HMC-3电极反应有:O2+2e

+3+-2+

+2HH2O2,Fe+eFe,B正确;过量的过氧化氢会氧化亚铁离子,导致生成的羟基自由基减少,

使得降解去除废水中的持久性有机污染物的效率下降,故据图b可判断合适的电流强度范围为40

mA左右,C错误;苯酚转化为二氧化碳和水,C6