高考热点22　电解池原理的拓展应用

高考热点22电解池原理的拓展应用一、题型分析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。(3)注意放电顺序,正确判断放电的微粒或物质。(4)注意介质,正确判断生成物,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。3.离子交换膜的作用及意义(1)隔离某些物质,防止发生反应,常用于物质制备。(2)限制某些离子的移动,常用于物质制备及纯化。(3)双极膜:由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。二、分类精析类型一物质分离提纯中的电解1.(2025·八省联考内蒙古卷)电解回收工艺的原理如下图所示。下列说法错误的是()A.太阳能电池板经光照产生的电子流向a极B.LiCoO2浸出:4LiCoO2+12H+===4Li++4Co2++6H2O+O2↑C.b电极反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-D.电解前除去LiCoO2中的杂质,可提高Co(OH)2纯度答案A解析由太阳能电池电解回收工艺的原理可知,电极a上水失去电子变为氧气,所以电极a为阳极,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+2H+,电极b为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,据此作答。A.根据分析可知,电极b为阴极,太阳能电池板经光照产生的电子流向b极,故A错误;B.根据分析可知,LiCoO2浸出生成钴离子,钴元素化合价降低,氧元素化合价升高,所以离子方程式:4LiCoO2+12H+===4Li++4Co2++6H2O+O2↑,故B正确;C.根据分析可知,b电极为阴极,电极反应式:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,故C正确;D.根据分析可知,电解前除去LiCoO2中的杂质,防止铜离子加NaOH溶液时生成Cu(OH)2,可提高Co(OH)2纯度,故D正确。类型二无机物制备中的电解2.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+8CN--4e-===4[P(CN)2]-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A.石墨电极发生反应的物质:P4→Li[P(CN)2]化合价升高发生氧化反应,所以石墨电极为阳极,对应的电极反应式为P4+8CN--4e-===4[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;B.阴极上发生还原反应,应该得电子,P4+8CN--4e-===4[P(CN)2]-为阳极发生的反应,B错误;C.石墨电极:P4→Li[P(CN)2]发生氧化反应,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;D.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LiOH,则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH,D正确。类型三有机物制备中的电解3.(2024·开封二十五中质检)环己烷()是一种重要的有机溶剂。一种以苯()为原料电化学合成环己烷的装置如图(M、N均为Pt电极)所示。下列说法错误的是()A.b为直流电源的正极B.电解一段时间后阳极区溶液中c(H+)增大C.M极的电极反应式为+6e-+6H+===D.若N极产生2.24L(标准状况)气体,则电路中转移0.2mol电子答案D解析A.由苯生成环己烷可知,其中碳的化合价降低,则M极为阴极,N极为阳极,则b为电源的正极,A项正确;B.阳极电解水,生成O2,H+移向M极,但消耗水,体积减小,HClO4浓度增大,c(H+)增大,B项正确;C.M极发生还原反应,其电极反应式为+6e-+6H+===,C项正确;D.N极产生的是O2,产生2.24L(标准状况)O2,转移0.4mol电子,D项错误。类型四治理环境污染中的电解4.利用(Q)与(QH2)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解析结合题图信息,M极发生由Q()转化为QH2()的过程,从分子组成上看,该过程中是一个加氢的过程,属于还原反应,故M极为阴极,电极反应式为+2H2O+2e-===+2OH-,则a极为电源负极,A项正确;N极为阳极,电极反应式为-2e-===+2H+,整个电解过程中溶液中Q的物质的量保持不变,B项正确;M极通入的烟气中的CO2能与OH-反应生成HCO3-,HCO3-移向阳极N极,与H+反应生成CO2,从而实现CO2的分离,分离出的CO2从出口2排出,整个过程中CO2中各元素化合价保持不变,C项错误,D项正确。热点训练1.(2024·镇江模拟)利用如图所示装置可以提取含MnO2废渣中的锰元素。下列说法正确的是()A.该装置中主要发生化学能向电能的转化B.阴极发生的电极反应式:H++e-===·HC.提取结束后,溶液的pH保持不变D.每生成1molMn2+,阳极上生成O211.2L答案B解析根据装置图可知这是一个电解的过程,主要发生电能转化为化学能,A错误;根据图示,阴极H+被还原成·H,电极反应式为H++e-===·H,B正确;溶液中的反应为MnO2+2·H+2H+===Mn2++2H2O,反应中消耗了H+,故溶液的pH升高,C错误;未给定温度和压强,不能确定11.2L气体物质的量,D错误。2.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6∶7答案C解析M电极通入O2,发生反应生成自由基·OH,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正确。3.(2023·重庆卷)电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是()A.电极a为阴极B.H+从电极b移向电极aC.电极b发生的反应为+2H2O-6e-===+6H+D.生成3mol半胱氨酸的同时生成1mol烟酸答案D解析该装置是电解池,电极b上3-甲基吡啶转化为烟酸过程中“加氧少氢”,发生氧化反应,则b为阳极,a为阴极,阴极电极反应式为+2e-+2H+===;A.a极上硫元素化合价降低,a为阴极,A正确;B.电解池中阳离子移向阴极,则H+移向a电极,B正确;C.电极b上3-甲基吡啶转化为烟酸过程中发生氧化反应,在酸性介质中电极反应式为+2H2O-6e-===+6H+,C正确;D.根据电子守恒可得关系式:~6e-~,因此生成6mol半胱氨酸的同时生成1mol烟酸,D错误。4.(2025·八省联考陕西卷)为了从海水中提取锂,某团队设计了图示的电解池。保持电源正负极不变,每运行一段时间后,将电极1与4取下互换,电极2与3取下互换,实现锂的富集。下列说法正确的是()A.电路中电子的流向随着电极互换而改变B.电极2上发生的反应为Ag-e-===Ag+C.理论上,电极1与电极4的质量之和保持不变D.理论上,电路通过1mol电子时,有0.5molLi+富集在右侧电解液中答案C解析为从海水中提取锂,电极1的电极反应式为FePO4+e-+Li+===LiFePO4,则电极1为阴极,则电极2为阳极,电极3为阴极,电极4为阳极,在电极4上发生氧化反应:LiFePO4-e-===Li++FePO4,实现了锂的提取。A.保持电源正负极不变,则电子流向不变,故A错误;B.由分析可知,电极2为阳极,海水中有Cl-,则电极2的电极反应式为Ag-e-+Cl-===AgCl,故B错误;C.由分析可知,通过相同电量,电极1上附着的Li+的量和电极4上失去的Li+的量相等,所以理论上,电极1与电极4的质量之和保持不变,故C正确;D.根据电子守恒,电路中各处的电量相等,所以理论上,电路通过1mol电子时,有1molLi+富集在右侧电解液中,故D错误。5.回答下列问题。(1)氢碘酸也可以用“电解法”制备,装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜,在直流电的作用下,阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-;A、B为离子交换膜。①B膜最佳应选择。②阳极的电极反应式是。

③少量的I-因浓度差通过BPM膜。若撤去A膜,其缺点是。

(2)利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH,使处理含苯酚(C6H5OH)废水更加高效,装置如图所示。已知a极主要发生的反应是O2生成H2O2,然后在电解液中产生·OH并迅速与苯酚反应。①b极连接电源的极(填“正”或“负”)。

②a极的电极反应式为。

③除电极反应外,电解液中主要发生的反应方程式为。

答案(1)①Na+交换膜②2H2O-4e-===O2↑+4H+③I-会在阳极失电子得到碘单质,沉积在阳极表面,损伤阳极板(2)①正②O2+2e-+2H+===H2O2③C6H6O+28·OH===6CO2↑+17H2O解析(1)①从题图上看,右端的BPM膜和B膜之间产生NaOH,BPM膜提供OH-,B膜最好是Na+交换膜;②阳极附近溶液为硫酸溶液,水电离出的氢氧根离子失电子,故阳极的电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+;③A膜应为阳离子交换膜,阳极产生的H+透过A膜和少量的I-反应得到少量的HI,若撤去A膜,I-会在阳极失电子得到碘