2026版化学步步高大二轮专题复习-专题四　第16练　创新电解装置工作原理

第16练创新电解装置工作原理[分值：50分](1~10题，每小题5分)一、传统电解工业生产的改进创新1.(2023·辽宁，7)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是()A.b端电势高于a端电势B.理论上转移2mole-生成4gH2C.电解后海水pH下降D.阳极发生：Cl-+H2O-2e-HClO+H+答案D解析由题图分析可知，a为正极，b为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产生氢气的电极反应式为2H++2e-H2↑，则理论上转移2mole-生成2gH2，B错误。2.(2023·湖北，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为xmol·h-1。下列说法错误的是()A.b电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-B.离子交换膜为阴离子交换膜C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D.海水为电解池补水的速率为2xmol·h-1答案D解析b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-，故A正确；该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O，为保持OH-浓度不变，则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中动能高的水以“汽”的形式穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为xmol·h-1，则补水的速率也应是xmol·h-1，故D错误。二、应用电解原理合成有机物3.(2024·湖南，10)在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是()A.电解时，OH-向Ni电极移动B.生成C6N164-的电极反应：2C3N8H4+8OH--4e-C6N16C.电解一段时间后，溶液pH升高D.每生成1molH2的同时，生成0.5molK4C6N16答案B解析由图可知，Ni电极产生氢气，发生还原反应，作阴极，Pt电极作阳极。电解过程中，阴离子向阳极移动，即OH-向Pt电极移动，A错误；Pt电极C3N8H4失去电子生成C6N164-，电极反应为2C3N8H4+8OH--4e-C6N164-+8H2O，同时Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O，B正确；阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-，结合B项分析，则电解过程中发生的总反应为2C3N8H4+4OH-C6N164-+4H2O+2H2↑，反应消耗OH-，生成H2O，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；根据2C3N8H4+4OH-C6N164-+4H2O+2H2↑可知，每生成1molH2，应生成0.5molK4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成，根据阴、阳两极得失电子数相等知，生成1molH2时，生成的K4C6N4.双极膜可用于电解葡萄糖(C6H12O6)溶液同时制备山梨醇(C6H14O6)和葡萄糖酸(C6H12O7)。电解原理示意如图(忽略副反应)。已知：在电场作用下，双极膜可将水解离，在两侧分别得到H+和OH-。注：R为—C5H11O5。下列说法不正确的是()A.右侧的电极与电源的正极相连B.阴极的电极反应：C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6C.一段时间后，阳极室的pH增大D.每生成1mol山梨醇，理论上同时可生成1mol葡萄糖酸答案C解析左边电极葡萄糖被还原为山梨醇，为阴极，右边电极溴离子失电子被氧化为溴，为阳极，与电源正极相连，故A正确；左边电极为阴极，葡萄糖中的醛基被还原，电极反应式：C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6，故B正确；阳极室中还发生：H2O+Br2+RCHORCOOH+2H++2Br-，电解一段时间后，溶液pH减小，故C错误；制备山梨醇的反应为C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6，制备葡萄糖酸的总反应为C6H12O6-2e-+H2OC6H12O7+2H+，根据得失电子守恒可知，每生成1mol山梨醇，理论上同时可生成1mol葡萄糖酸，故D正确。三、应用电解原理进行废物利用及环境治理5.(2025·东北三省教育教学联合体二模)为了减少工业烟气中余热与CO2的排放，科研人员设计了一种热再生电池——二氧化碳电化学还原池系统，消除CO2的同时产生O2和新的能源CO，其工作原理如图所示。下列说法错误的是()A.[Cu(CH3CN)4]+中N提供孤电子对与Cu+形成配位键B.工作时，HCOC.阴极的电极反应为3CO2+2e-+H2OCO+2HCD.工作时，C极生成1.12L(标准状况)氧气，A极质量减少6.4g答案D解析由装置图可知，A电极上发生反应：Cu+4CH3CN-e-[Cu(CH3CN)4]+，A电极作负极，B电极为正极，正极发生反应：Cu2++4CH3CN+e-[Cu(CH3CN)4]+；则电极D为阴极，电极反应式：3CO2+2e-+H2OCO+2HCO3-，C电极为阳极，电极反应式：4HCO3--4e-O2↑+2H2O+4CO2↑，C错误；若C极生成1.12L(标准状况)O2，即生成0.05mol氧气，转移电子0.2mol，结合上述电极反应式可知，A电极消耗0.2molCu，质量减少12.86.一种光电催化法脱除H2S的原理如图所示。下列说法错误的是()A.隔膜应为质子交换膜B.脱除H2S过程中光能转化为化学能，最终转化为电能C.三氧化钨电极的电极反应式为2H2S-4e-4H++S2D.每生成1molH2O2，左侧电极室质量增加32g答案C解析由图分析可知，三氧化钨电极上I-转化为I3-，失电子，为负极，I3-与H2S反应生成S2和I-，从而碘元素相关物质实现循环反应，并将H2S转化为S2，GDE电极上H+和O2参与电极反应生成H2O2，得电子，为正极。左侧酸性条件下H2S生成S2时有H+产生，而右侧电极反应消耗H+，故隔膜应为质子交换膜，A正确；三氧化钨电极的电极反应式为3I--2e-I3-，H2S和I3-发生化学反应生成S2和I-，C错误；正极每生成1molH2O2，得2mol电子，故负极失去2mol电子，生成1molI3-，由反应2I3-+2H2SS2+6I-+4H+可知，生成0.5molS2，0.5molS2为327.一种电解乙酰基吡嗪废水中的(NH4)2SO4制备(NH4)2A.石墨电极与直流电源正极相连B.电解时，铂网电极附近pH增大C.离子交换膜应为阴离子交换膜D.阴极上的电极反应为2SO42-+2e-答案B解析电解乙酰基吡嗪废水中的(NH4)2SO4制备(NH4)2S2O8，由图可知，铂网电极上(NH4)2SO4失去电子发生氧化反应生成(NH4)2S2O8，为阳极，则石墨电极为阴极，与直流电源负极相连，A错误；电解时，铂网电极为阳极，电极反应式为2SO42--2e-S28.(2025·河北，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LixCoOD.电解过程中，阳极附近溶液pH升高答案B解析LixCoO2转化为LiCoO2，Co的化合价降低，LixCoO2电极作阴极，电极反应式为LixCoO2+(1-x)Li++(1-x)e-LiCoO2；H2O中O失电子，化合价升高，Pt电极作阳极，电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+。由电极反应式可知，每产生标准状况下5.6L(0.25mol)O2时转移1mol电子，根据得失电子守恒，理论上转化的LixCoO2的物质的量为11-xmol，B正确；SO42-为阴离子，向阳极(即Pt电极)迁移，C错误；由阳极的电极反应式知，电解过程中阳极有H+生成，且消耗H2O，故阳极附近溶液四、多池、多室的电解装置9.(2025·河南焦作模拟)电解苯酚的乙腈(CH3CN)水溶液可在电极上直接合成扑热息痛()，电极材料均为石墨。已知：装置工作时，电极a上有O2生成且能逸出；双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并分别通过其中的阳离子交换膜、阴离子交换膜向两侧发生迁移。下列说法正确的是()A.该装置中双极膜左侧为阳离子交换膜B.装置工作时，丙池中阴极区附近溶液的pH保持不变C.电极c的电极反应式为D.每合成1mol扑热息痛，理论上甲室中溶液的质量减少32g答案C解析根据题意可知丙为电解池，则左侧为原电池，装置工作时，电极a上有O2生成且能逸出，则发生的电极反应为H2O2+2OH--2e-O2↑+2H2O，则电极a为负极，电极b为正极，电极c为阳极，电极d为阴极，据此解答。电极a为负极，结合电极反应，双极膜中的OH-应向左侧移动，则左侧为阴离子交换膜，故A错误；丙中d为阴极，电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-，则阴极区附近pH增大，故B错误；电极c为阳极，电极反应为，故C正确；由C中电极反应可知，每合成1mol扑热息痛，电路中转移2mol电子，结合电极a反应可知，甲室生成1mol氧气，同时有2molOH-转入，则甲室质量增加2g，故D错误。10.(2025·山东淄博模拟)热再生乙腈(CH3CN)电池将CO2还原为CO，利用工业废热热解甲池左室溶液可实现CH3CN再生，其工作原理如图所示。下列说法错误的是()A.甲池Cu电极为负极B.甲池隔膜为阳离子交换膜C.乙池c极电极反应式为3CO2+2e-+H2OCO+2HCD.若d极生成1.12L(标准状况)O2，则理论上b极质量减少6.4g答案D解析由装置图可知b电极上发生反应：Cu+4CH3CN-e-[Cu(CH3CN)4]+，Cu作负极，a电极为正极，正极发