大单元四　第十章　热点强化8　电解原理的创新应用

热点强化8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.(2025·浙江二模)某小组研究设计了如下装置示意图，联合制备硫酸、氯气和氢氧化钠。该设计改变了传统氯碱工业能耗大的缺点，可大幅度降低能耗。下列说法不正确的是()A.甲池中，质子经内电路移向Pt2电极B.理论上，甲池中消耗的SO2和乙池中生成的Cl2的物质的量之比为1∶1C.乙池应选用阳离子交换膜D.乙池的总反应方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑答案D解析如图所示，甲池为原电池，乙池为电解池，电极A上Cl-放电生成Cl2，则电极A为阳极，电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑；电极B为阴极，电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；甲池中Pt1电极为负极，电极反应为SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+，Pt2电极为正极，电极反应为O2+4H++4e-=2H2O，甲池可以制备硫酸，乙池阳极制备氯气，阴极制备NaOH，据此分析解题。甲池为原电池，阳离子向正极移动，则质子向Pt2电极移动，A正确；当转移2mol电子时，甲池消耗1molSO2，乙池生成1molCl2，故甲池中消耗的SO2和乙池中生成的Cl2的物质的量之比为1∶1，B正确；乙池中左侧加入饱和NaCl溶液，钠离子向阴极B移动，用于制备NaOH，故乙池应选用阳离子交换膜，C正确；由乙池中阴、阳极的电极反应式结合得失电子守恒可得到总反应为4NaCl+2H2O+O24NaOH+2Cl2↑，D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·绍兴模拟预测)工业上以氨基丙醇(H2NCH2CH2CH2OH)和乙二酸为原料电解制备氨基丙酸和乙醛酸(HOOC—CHO)的装置如图所示，两极室之间以能透过H+的阳离子交换膜隔开。电解过程中温度保持不变。下列说法不正确的是()A.Pb电极为阴极，H+通过离子交换膜从左室迁移至右室B.反应过程中两室pH均变小C.若将两电极材料互换，会使两种产品产量下降D.PbO2电极上的电极反应：H2NCH2CH2CH2OH+H2O-4e-=H2NCH2CH2COOH+4H+答案B解析左室为电解氨基丙醇生成氨基丙酸，电极反应式为H2NCH2CH2CH2OH-4e-+H2O=H2NCH2CH2COOH+4H+，反应失电子，PbO2电极为阳极；右室为电解乙二酸产生乙醛酸，电极反应式为HOOCCOOH+2e-+2H+=HOOC—CHO+H2O，反应得电子，Pb电极为阴极，据此解答。Pb电极为阴极，左室产生H+、右室消耗H+，H+通过离子交换膜从左室迁移至右室，故A正确；两极转移电子数相同时，生成和消耗的H+数目也相同，由于左室生成氨基丙酸且消耗水，则左室pH变小，同时右室由乙二酸转化为乙醛酸，酸性减弱且反应生成水，故右室pH变大，B错误；若将两侧电极材料互换，则PbO2会与乙二酸反应生成沉淀，影响两极放电效果，会使两种产品产量下降，故C正确。6.(2022·重庆，12)硝酮是重要的有机合成中间体，可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。下列说法错误的是()A.惰性电极2为阳极B.反应前后WO42-、WC.消耗1mol氧气，可得到1mol硝酮D.外电路通过1mol电子，可得到1mol水答案C解析在惰性电极2上Br-被氧化为Br2，为阳极，故A正确；WO42-、WO52-循环反应，反应前后WO42-、WO52-数量不变，故B正确；总反应为氧气把二丁基⁃N⁃羟基胺氧化为硝酮，1mol二丁基⁃N⁃羟基胺失去2molH原子生成1mol硝酮，氧气最终生成水，根据氧原子守恒，消耗1mol氧气，可得到2mol硝酮，故C错误；外电路通过1mol电子时生成0.5molH2O2，H2O三、利用电解原理进行废物的再利用及污染治理7.(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8.(2025·浙江模拟)一种从高炉气回收CO2制储氢物质HCOOH的综合利用示意图如图所示。已知：物质B的电解效率=n(生成B所用的电子A.在分解池中发生的化学反应为2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑B.玻碳电极为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+C.离子交换膜为质子交换膜D.若生成HCOOH的电解效率为60%，当电路中转移1mol电子时，阴极室溶液的质量增加14.2g答案D解析由图可知，高炉气中的二氧化碳被饱和碳酸钾溶液吸收生成碳酸氢钾，分解池中碳酸氢钾受热分解为碳酸钾、水和二氧化碳，二氧化碳进入电解池，电解池右侧水失去电子发生氧化反应生成氧气，为阳极，左侧二氧化碳得到电子发生还原反应生成甲酸，为阴极。在分解池中发生的化学反应为2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑，A正确；玻碳电极为阳极，水失去电子发生氧化反应生成氧气：2H2O-4e-=O2+4H+，B正确；由分析可知，电解池左侧反应为CO2+2e-+2H+=HCOOH，则右侧氢离子迁移到左侧，离子交换膜为质子交换膜，C正确；生成HCOOH的电解效率为60%，当电路中转移1mol电子时，阴极室吸收1mol×60%2=0.3molCO2(为13.2g)，同时迁移过来1mol氢离子(为1g)，由图可知，发生副反应：2H++2e-=H2↑，生成1mol×40%2=0.2mol氢气(为0.4g)，阴极室溶液的质量增加13.2g+1g-0.4g=13.89.(2025·浙江模拟预测)为处理工业尾气中的NO2，某课题小组以硫化钠溶液为电解质溶液通过电化学的方法将NO2转变为NH3，同时将电解质溶液中的硫元素转化成高附加值的硫酸盐，装置示意图如图所示，下列说法不正确的是()A.阴极发生还原反应B.当阴极消耗22.4LNO2(标准状况下)时，电路中通过7mol电子C.该电解池的阳极反应式为S2-+4H2O-8e-=SO4D.向反应完全后的溶液(硫离子反应完全)加入铜离子，则该溶液用于电镀的产品光泽比硫酸铜溶液更好答案C解析阴极发生还原反应：NO2+7e-+5H2O=NH3+7OH-，阳极发生氧化反应：S2--8e-+8OH-=SO42-+4H2O，据此解答。阴极消耗标准状况下22.4L(即1mol)NO2时，电路中转移7mol电子，B正确；电解质溶液为Na2S溶液，S2-发生水解使溶液显碱性，正确的阳极反应式为S2--8e-+8OH-=SO42-+4H2O，C错误；该反应后的溶液中存在较多的NH3会与Cu2+形成络合离子[Cu(NH3)4]2+，配合物的形成降低了溶液中游离的Cu10.(2025·金华高三模拟)已知：将工业废气(主要成分是CO2和SO2)通入足量NaHCO3溶液获得溶液A和CO2，如图装置可实现污染治理和CO2、SO2的综合利用。下列说法不正确的是()A.装置①实现了化学能转化为电能B.电极2发生的反应为O2+4H++4e-=2H2OC.反应一段时间后，装置②的阳极区溶液pH降低D.治理过程中参与反应的SO2、CO2物质的量之比为1∶1答案D解析将工业废气(主要成分是CO2和SO2)通入足量NaHCO3溶液获得溶液A和CO2，溶液A为Na2SO3，装置①为原电池装置，电极1为负极，发生氧化反应：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+，电极2为正极，发生还原反应：O2+4H++4e-=2H2O，装置②为电解池，电极3为阳极，发生氧化反应：SO32-+H2O-2e-=SO42-+2H+，电极4为阴极，发生还原反应：CO2+2H++2e-=HCOOH。装置②为电解池，电极3为阳极，发生氧化反应：SO32-+H2O-2e-=SO42-+2H+，反应一段时间后，溶液pH降低，C正确；装置②中消耗的SO32-(来自废气中SO2)和CO2的物质的量之比为1∶1，而装置①中负极也同时消耗SO2，故治理过程中参与反应的11.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的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。12.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+四、电解与分离提纯13.(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室中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。14.(2024·绍兴高三联考)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