第10章　热点强化11　电解原理的创新应用

热点强化11电解原理的创新应用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，电极产物一定为金属阳离子。(5)注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。一、电解原理制备无机物的创新1.(2025·湖南，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NOC.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-+6H2ONH3↑答案B解析电解池中，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，取决于其生成速率与消耗速率的相对大小，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，能使蓝色石蕊试纸变红，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；左侧阴极总反应是NO3-+8e-+6H2O=NH3↑+9OH-，右侧阳极总反应是2Cl--2e-=Cl2.(2024·山东，13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是()A.电极a连接电源负极B.加入Y的目的是补充NaBrC.电解总反应式为Br-+3H2OBrO3-+3H2D.催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br-)=3∶2答案B解析电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成BrO3-，电极b为阳极，电极反应为Br--6e-+3H2O=BrO3-+6H+，则电极a为阴极，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，电解总反应式为Br-+3H2OBrO3-+3H2↑，A、C项正确；催化循环阶段发生反应：2BrO3-2Br-+3O2↑，即Z为O2，电解过程中消耗H2O和Br-，故加入Y的目的是补充H3.电解法制备Cu2O的装置如图所示，已知生成Cu2O的反应为Cu2Cl2+2OH-=Cu2O+H2O+2Cl-，下列说法错误的是()A.铂电极连接电源的负极B.离子交换膜为阴离子交换膜C.铜电极反应为2Cu-2e-+2Cl-=Cu2Cl2D.制备7.2gCu2O，阴极区溶液质量减少0.1g答案D解析由题意可知，铜电极为电解池的阳极，在氯离子作用下，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成Cu2Cl2，电极反应式为2Cu-2e-+2Cl-=Cu2Cl2，铂电极为阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，生成的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极区，A、B、C正确；结合得失电子守恒可知，得到7.2g氧化亚铜时，阴极区溶液减少的质量为2×7.2g144g·mol-1×18g·mol-1=1.8二、电有机合成(溯源教材人教选择性必修1P109)4.(2025·陕晋青宁，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(灰球表示电极表面的催化剂)。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+H2OTQ+2H2↑C.以为原料，也可得到TQD.用18O标记电解液中的水，可得到答案D解析结合TY和TQ的结构简式可知，电极b上TY转化为TQ，发生“得氧失氢”的氧化反应，故电极b为电解池的阳极，结合电极b表面上的主要反应历程图可得，电极反应式为+H2O-4e-=+4H+，电极a为电解池的阴极，电极反应式为2H++2e-=H2↑。电解池中，阳离子移向阴极，故H+通过质子交换膜移向电极a，即从右室移向左室，A正确；电解的总反应=阳极的电极反应式+阴极的电极反应式，结合上述分析可知，电解总反应为TY+H2OTQ+2H2↑，B正确；根据反应历程图可知，TY中酚羟基转化为酮羰基，水中—OH连在酚羟基的对位上，进而转化为酮羰基，结合的结构并联系反应机理可知，也可以转化为TQ，C正确；根据反应历程图可知，位于甲基邻位的酮羰基上的氧原子来自水，故若用18O标记电解液中的水，则可得到，D错误。5.(2025·浙江6月选考，12)通过电化学方法制备Br2，进而由Br2与反应合成。为提高电流利用效率，某小组设计电化学合成装置示意图如下，已知氧化性：H2O2>Br2。下列说法不正确的是()A.电极A与电源正极相连B.电极B的电极反应式为：O2+2H++2e-=H2O2C.电解液中H2SO4可以用氢溴酸代替D.原料足量的情况下，理论上电路中转移0.2mole-可得到0.1mol答案D解析由分析可知，电极A为阳极，应与电源正极相连，A正确；电极B为阴极，O2在电极B上得电子生成H2O2，电极反应式为O2+2H++2e-=H2O2，B正确；电解液中H2SO4可用氢溴酸代替，溴离子既起导电作用又可在电极A上放电，可提高电流利用效率，C正确；由得失电子守恒可知，电路中转移0.2mole-，生成0.1molBr2，由信息可知氧化性：H2O2>Br2，所以电极B上生成的H2O2也可将溴离子氧化为Br2，所以电路中转移0.2mole-，生成Br2的物质的量大于0.1mol，则得到的物质的量大于0.1mol，D错误。6.(2025·陕西教育联盟高三上学期阶段性检测)在KOH水溶液中，用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。下列说法错误的是()A.电解时，OH-向Pt电极移动B.生成C6N164-的电极反应为2C3N8H4+8OH--4e-=C6N16C.每生成1molH2，同时生成0.5molK4C6N16D.电解一段时间后，溶液pH降低答案C解析由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，则Ni电极作阴极，Pt电极作阳极，电解时，阴离子向阳极移动，则OH-向Pt电极移动，A正确；由图可知，C3N8H4在阳极失去电子生成C6N164-，根据得失电子守恒和电荷守恒，配平电极反应为2C3N8H4+8OH--4e-=C6N164-+8H2O，B正确；根据主要反应2C3N8H4+4OH-C6N164-+4H2O+2H2↑可知，每生成1molH2，同时生成0.5molK4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成(电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O)，则生成1molH2时得到的部分电子由OH-放电提供，所以生成K4C6N16的物质的量小于0.5mol，C错误；电解过程中发生的主要反应为2C3N8H4+4OH-C6N164-+4H2O+2H2↑，反应消耗OH-，同时生成H2三、应用电解原理进行废物的再利用及污染治理7.工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，写出电解时铁电极发生的电极反应：。随后，铁电极附近有无色气体产生，写出有关反应的离子方程式：。答案Fe-2e-=Fe2+2NO2-+8H++6Fe2+=N2↑+6Fe3++4H解析根据电解原理，阳离子向阴极移动，由装置图可知，A为电源的正极，B为电源的负极，铁作阳极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+；NO2-在酸性条件下具有强氧化性，能将Fe2+氧化，本身被还原成N2，反应的离子方程式为2NO2-+8H++6Fe2+=N2↑+6Fe3+8.(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9.(2023·北京，5)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。下列说法不正确的是()A.废气中的SO2排放到大气中会形成酸雨B.装置a中溶液显碱性的原因是HCO3-C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2D.装置b中的总反应为SO32-+CO2+H2OHCOOH+S答案C解析SO2是酸性氧化物，排放到大气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO3-的水解程度大于其电离程度，故B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，NaHCO3溶液不能吸收CO210.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·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正确。11.(2025·云南，11)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。除硼原理：B(OH)4-+H+=B(OH)3+H2O。下列说法错误的是A.Pt电极反应：4OH--4e-=O2↑+2H2OB.外加电场可促进双极膜中水的电离C.Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜D.Ⅳ室每生成1molNaOH，同时Ⅱ室最多生成1molB(OH)3答案C解析由图中H+、OH-的迁移方向可知，Pt电极为阳极，阳极发生的反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，A正确；水中存在电离平衡：H2O⥬H++OH-，在外加电场作用下，H+和OH-向两极迁移，水的电离平衡正向移动，因此外加电场可促进双极膜中水的电离，B正确；由图可知，电解过程中，Ⅲ室中氯化钠溶液的浓度降低，Ⅳ中NaOH溶液的浓度增大，说明钠离子通过阳离子交换膜Y向Ⅳ室迁移，氯离子通过阴离子交换膜X向Ⅱ室迁移，则X膜、Y膜分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，C错误；Ⅳ室每生成1molNaOH，则转移1mol电子，有1mol氢离子移到Ⅱ室中，生成1molB(OH)3，D正确。12.(2025·宿州模拟)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+2e-=2OH-+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+2e-=2OH-+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。13.工业上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作电解液，用电解法实现粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Fe、Zn，杂质总质量分数约为4%)提纯，装置示意图如图所示，M极附近析出金属单质。下列说法错误的是()A.M极与电源的负