题型十九 电解原理及应用（解析版）

题型十九电解原理及应用

【考情分析•明考向】

考点频次总结2026命题预测

考点2025年2024年2023年属于高考化学高频考点，选

择题与非选择题均有考查，

分值2-15分,2026年将延

续“情境化+电化学综合”

全国甲卷T10,6分；

新课标卷T11,6分;新课标【卷T10,6分；的命题趋势,选择题侧重电

全国乙卷T10,6分；

电解山东卷T11,2分；新课标【【卷T11,6分；解池工作原理、电解效率与

新课标卷T1L6分；

原理广东卷T1I,2分；山东卷TU,2分；能量转化分析;非选择题将

山东卷T11,2分；

及应湖南卷T11,3分；广东卷TU,2分；深度结合化工生产等情境，

广东卷T11,2分；

考查电解装置设计、电极反

用江苏卷T11,2分：湖南卷T11,3分；

湖南卷T11,3分；

北京卷TII,3分江苏卷T11,2分应式书写、电解产物判断及

江苏卷T11,2分

电化学计算，突出对电化学

原理应用与解决实际问题

能力的考查。

【核心梳理•明考点】

I.电解池基础模型

C-沿导线传递

1U/

转化反应］』还原反应

［极

--i----------J--华

・・1・一•・•/----CU2++2C-=CU

2CI-2e=CI2t阴KM、力—7---―-------J--m阳<

,,移

1离CuCk溶液离

向向

T-।-----------子

|电解质溶液一

2.电解问题的思维步骤

(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。

(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的

H+和OH­)o

(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。

活性阳极田。、5148日金屈,电极优先失电子）

生成对应金屈离WFe2+、Cu*、Ag♦等

情性阳极（Pl、石墨等，电极本身不发生变化）

S2-[>OH>G何酸根

生成对应非j生成O2

金属单质

阴

极。与阳离子得电干能力有关，与电极材料无关

Ag->Fe->Cu2+>HY酸）,Fe2*>ZM=H♦（水）>A1">

生版Ag1e2+、cu;生成心、病应金屈单质

3.电解计算的“三方法”

电:守_串联电路中阴、阳两极与正、负两极转移的电

恒法子数相等

-根据总反应式列出比例式计算

式法

2Fe4Cl（Br.i）4OH-IH*2Cu2*4Ag»

关系_IIIIII

式法24

2Fe-2Cl2（Br?、L）~0.4e-二2H尸2Cu~4Ag

阳极产物阴极产物

4.金属的电化学腐蚀与防护

电

「析氢腐映:正极：2H*+2c-=H2t）

化

学腐蚀土吸钊得蚀（正极：。2+依-+2HQ=

腐

蚀4OH)

与

防」防护」牺牲阳极法

护

外加电流法

辆

-被保护的金属作原电池的正极

牲e-

e（阴极），活泼金属作原电池的负

烟间门■,锌板

阳（阴极）、

海水dr（牺牲阳极）极（阳极）,阳极要定期予以更

极1_<1***■*

换。

法

外

将被保护的金属与电源负极相

加

连，作电解池的阴极，另一附

电钢闸门

（阴极广

海水1r（不溶性）加电极与电源正极相连，作电

流—J_

nJr^解池的阳极。

法

【真题再现•明方向】

1.（2025・湖南卷，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-S~~b

IIII

<KNOa）IKCI）

A.电解过程中，K一向左室迁移

B.电解过程中，左室中NOW的浓度持续下降

C.用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色

电解

-

D.NO]完全转化为NH3的电解总反应：NO3+8C1-4-6H2O=NH3t+9OH+

4Cht

【答案】B

【解析】由图可知，左侧NOJ-NO]-NH3,N元素化合价下降，则左侧是阴极

区，右侧Crf02,。元素化合价上升，则右侧是阳极区。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，NOW先生成，再消耗，是

中间产物，其浓度增大还是减小，取决于生成速点与消耗速率，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，酸性条

件下蓝色石蕊试纸变红，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；左侧阴极总反应式是NO]+8e一+6H2O=NH3t+9OH,右侧阳

极总反应式是8Cr-8e=4C12t,将两电极反应相加即可得到总反应，D正

确。

2.（2024・甘肃卷，7）某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是（）

。电源o

多孔电极1固体也解质多孔也极2

A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积

B.电极2是阴极，发生还原反应：O2+4e=2O2-

C.工作时CP-从多孔电极1迁移到多孔电极2

D.理论上电源提供2mol能分解1molH?O

【答案】B

【解析】电极1的多孔结构能增大电极的表面积：增大与水蒸气的接触面积，A

正确；多孔电极1上H?O（g）发生得电子的还原反应转化成H2（g）,多孔电极1为

阴极，电极反应为2HzO+4e—=2H2+2O2-;多孔电极2上O?-发生失电子的氧

化反应转化成02（g）,多孔电极2为阳极，电极反应为2CP--4e-Ch,B错误；

工作时，阴离子。2一向阳极移动，即。2-从多孔电极1迁移到多孔电极2,C正确；

电解

电解总反应为2H2O（g）=2H2（g）+02（g）,分解2moiH2O转移4mol电子，则理

论上电源提供2moi电子能分解1molH2O,D正确。

3.（2025♦河北卷，10）科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LiKoO2a<1）再

已知：参比电极的作用是确定LiCoCh再锂化为LiCoCh的最优条件，不干扰电

极反应。下列说法正确的是（）

A.LiKoCh电极上发生的反应：Li,CoO2+xe-+KLi+=LiCoO2

B.产生标准状况下5.6LO2时，理论上可转化mol的LiCoCh

C.再锂化过程中，SO厂向LiKoCh电极迁移

D.电解过程中，阳极附近溶液pH升高

【答案】B

【解析】根据装置图可知，UCoCh电极为阴极，反应式为Li.tCoO2-F(l-x)e-+

+

(1-x)Li=LiCoO2,Pt电极为阳极，反应式为2H2O-4e-=O2t+4H+,A错

误；由电极反应式可知，产生标准状况下5.6L(即0.25mol)O2时转移1mol电

子，理论上转化出mol的LLCOO2,B正确；SOt为阴离子，向阳极移动，即

向Pt电极迁移，c错堤；由阳极电极反应式可知，电解过程中，阳极产生H+、

消耗HzO,则阳极附近pH降低，D错误。

4.(2025・陕晋宁青卷，13)我国科研人员采用图甲所示的电解池，由百里酚［TY)

合成了百里酿(TQ)。电极b表面的主要反应历程如图乙(灰球表示电极表面催化

剂)。下列说法错误的是()

电极a质子交换膜电极b

乙

A.电解时，H+从右室向左室移动

B.电解总反应：TY+H2屋”TQ+2H2t

C.以。11为原料，也可得到TQ

马

D.用途0标记电解液中的水，可得到T\）

【答案】D

【解析】由题图可知ImolTY与1molFhO在电极b上失去4moi电子，生成1

molTQ和4moiH+,因此电极b为阳极，发生氧化反应，电极a为阴极，发生

还原反应。电解质溶液含有H2s04,且两室间为质子交换膜，因此阳极生成的H

+通过质子交换膜在阴极发生反应。

定位电极及反应类型电极反应式

+

电极a（阴极），还原反应4H4-4e-=2H2t

电解池

电极b（阳极），氧化反应TY+H2O-4e-=TQ+4H+

电解

总反应：TY+H2O=TQ+2H2t（B正确）

电解过程中，阳离子移向阴极，右室（阳极室）产生的H*通过质子交换膜移至左

室（阴极室），A正确；根据反应历程图可知，TY绮化为TQ的过程中，酚羟基变

5

为魏基，同时水分子结合催化剂进攻酚羟基对位碳，引入C=o,因此以IOH

为原料时，酚羟基转化为题基，并在对位引入魏基，也可得到TQ,c正确；由

反应历程图分析，TY转化为TQ过程中，酚羟基的0原子并未脱离苯环，而酚

,8

羟基对位引入的。原子来自H20,所以用0标记电解液中的水，得到的是

丫\。,D错误c

5.（2025•北京卷，14）用电解Na2s04溶液（图1）后的石墨电极1、2探究氢氧燃料

电池，重新取Na2sCM溶液并用图2装置按i-iv顺序依次完成实验。

XKn.

石

石-

塞

霆

新

势

液

容Nil

•液

溶

图

图2

实验电极I电极n电压/V关系

i石墨1石墨2a

ii石墨1新石墨b

a>d>c>b>0

iii新石墨石墨2c

iv石墨1石墨2d

下列分析不正确的是（）

A.〃>0,说明实验i中形成原电池，反应为2H2+O2=2H2O

B.b<d,是因为ii中电极II上缺少H2作为还原剂

C.c>0,说明适中电极I上有O2发生反应

D.力c,是因为电极［上吸附H2的量：iv>iii

【答案】D

1

【解析】图1为电解池，阳极反应式：2H2O-4e=02t+4H■，阴极反应式：

4H2O+4e=2H2t+40H-,故电解后阳极区（石墨1）储存O2,阴极区（石墨2）

储存H2；重新取Na2s04溶液作电解质溶液，利用图1电解产物（H2、02）进行氢

氧燃料电池实验探究，则石墨1为正极，石墨2为负极。实验i中石墨1（02）为

正极，石墨2（比）为负极，发生自发氧化还原反应：2H2+O2=2H2O,则心0,

A正确；ii和沁区别在于ii中负极更换为新石墨，则从d的原因是ii中电极H没

有H2作为还原剂，BE确；iii中，c>0说明新石墨为正极，新石墨可能含有空气

中的少量氧气或溶于水的少量氧气，发生还原反应，C正确；与iv相比，迨中电

极I为新石墨，心c则说明日中电极I上吸附的量不足，D错误。

6.（2025・湖北卷，15）某电化学制冷系统的装置如图所示。［Fe（H2O）6p+和

［Fe（H2O）6产在电极上发生相互转化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解

质溶液的循环流动（①一②f③一④一①）实现制冷。装置只通过热交换区域I和

H与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是（）

热交换区域II

2+

A.阴极反应为［Fe(HzO)6］3++e-===［Fe(H2O)6］

B.已知②处的电解液温度比①处的低，可推断［Fe(H2O)6户比［Fe(H2O)6产稳定

C.多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换

D.已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自于电子转

移后由(电0)6产和［FC(H2O)6］3+离子结构的改变

【答案】B

【解析】在阴极上,［Fe(H2O)6产得电子生成［Fe(H2O)6产,A项正确;从①处到②

处，［Fe(H2O)6产得电子生成［Fe(H2O)6］2+,②处电解液温度比①处低，说明该过程

吸热,则［Fe(H2O)6产的能量低于［Fe(H2O)6p+,即［Fe(H2O)6产比［Fe(H2O)6产更稳

定,B项错误；多孔B膜不允许［Fe(H2O)6产和尸€(电0)6产通过,可以阻止两个

区域之间的热交换，从而保证制冷效果，C项正确；已知电子转移过程非常快，

物质结构来不及改变，那么热效应就主要来自于电子转移后［Fe(H20)6户和

［Fe(H2O)6F+离子结构的改变,D项正确。

7.(2024.浙江6月选考，13)金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料

种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：

图1

图2

下列说法正确的是（）

A.图1、图2中，阳极材料本身均失去电子

B.图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2+4e-+2H2O=4OH

C.图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果

D.图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化

学反应

【答案】B

限时规范训练

（建议用时：45分钟满分：30分）

选择题：每小题3分，共3（）分。

1.（2025・湖北十一校一模）大桥主要的防腐方法有：①钢梁上安装铝片；②使用

高性能富锌（富含锌粉）底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下

列分析不合理的是（）

A.若将钢梁与直流电源负极相连，也可减慢腐蚀速率

B.防腐过程中铝和锌均作为负极，失去电子

C.方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除

D.钢梁在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀

【答案】D

【解析】将钢梁与直流电源负极相连，铁作电解池的阴极被保护，可减慢铁的腐

蚀速率，该保护方法为外加电流法，A正确；铝和锌的金属活动性均大于铁，防

腐过程中铝和锌均作为负极，发生氧化反应被损耗，铁作正极被保护，该保护方

法为牺牲阳极法，B正确；钢梁上安装铝片、使用高性能富锌（富含锌粉）底漆、

使用高附着性防腐涂料可以减缓钢铁腐蚀，但不能完全消除铁的腐蚀，C正确；

空气与水交界处的氧气浓度大于水下部分，氧气浓度越大，铁越容易发生吸氧腐

蚀，所以钢梁在水下部分比在空气与水交界处更难腐蚀，D错误。

2.（2025•广东大湾区二模）一种氮掺杂碳材料用于碱性溶液中电催化N2合成NH3,

工作原理如图所示，常温常压下NH3生产速率达到3.4pmol-hL下列有关说法

正确的是（）

2光

。2H2ON2NH,

A.N2发生氧化反应

B.将化学能转化为电能

C.这是一种新型的人工固氮技术

D.该条件下02生产速率为3.4umol・h”

【答案】C

【解析】太阳能电池提供电源进行电催化合成氨气，左侧H2O生成02,属于氧

化反应，右侧N2生成NH3,N的化合价降低，发生还原反应，A错误；该装置

是电解装置，将电能转化为化学能，B错误；该装置将游离态的氮转化为化合态，

属于一种新型的人工固氮技术，C正确；根据电子守恒，通过相同物质的量的电

子，生成的NH3和02的物质的量之比为4：3,NH3生产速率达到3.4pmoHrl

则02的生产速率为：X3.4|imol-h/,D错误。

3.（2025・北京门头沟区一模）尿素［CO（NH2）2］是一种重要的化学肥料，利用电催化

法将CCh和含氮物质（NO。等转化成尿素，电解原理如图所示。下列说法不正确

的是（）

co2

N。、上/

C0（NH2）/|\'氏0

质子交换膜

A.尿素中C原子采用sp2杂化

B.电极b接电源的正极

C.标况下，b电极每生成1.12LO2,会有().1molH+移向a极

D.a极的电极反应式为：CO2+2NOJ+18H*4-16e==CO(NH2)2+7H2O

【答案】C

【解析】该装置为电解池，其中阳离子向阴极移动，根据氢离子移动方向可知，

a电极为阴极,发生还原反应：CO2+2N0]+18H++16e-=CO(NH2)2+7H2O,

b电极为阳极，发生氧化反应：2H2O-4e-==O?1+4才。尿素中的C原子形成

1个C=O键、2个C—N键，采用的是sp?杂化，A正确；b电极为阳极，与

电源正极相连，B正确；标况下，b电极每生成L12LO2,即0.05mol,转移电

子0.2mol,为保持电荷守恒，应有().2molH+移向a极，C错误；a电极为阴极，

+

发生还原反应：CO2+2NOJ+18H-F16c~=CO(NH2)2+7H2O,D正确。

4.(2025・白城一模)电解精炼法提纯像(Ga)是工业上常用的方法，具体原理如图所

示。已知：金属活动性顺序Zn>Ga>Fe；钱的化学性质与铝相似。下列说法错误

的是()

A.该装置中电流方向为N极一粗Ga-NaOH溶液f高纯Ga-M极

B.电解精炼绿时产生的阳极泥的主要成分为Fe、Cu

C.阴极发生的电极反应为Ga3++3e=Ga

D.电解过程中需控制合适的条件，否则阴极可能会产生H2导致电解效率下降

【答案】C

【解析】由图可知，与直流电源正极相连的粗钱为阳极，碱性条件下，阳极中的

锌和钱失去电子发生氧化反应生成[Zn(OH)F-和[Ga(OH)M,电极反应式为Ga-

3e-+4OH-=[Ga(OH)4]~Zn-2e-+40H-===[ZnCOH)/。金属活动性

比钱弱的铁和铜不参与放电，沉在阳极的底部形戌阳极泥，与电源负极相连的高

纯钱为阴极，[Ga(OH)4「在阴极得到电子生成钱,电极反应式为[Ga(0H)4「+3e

­=Ga+4OH-o装置工作时，电流由正极N流向粗锐，经NaOH溶液，由高纯

钱流向负极M,形成闭合电路，A正确；电解精炼钱时产生的阳极泥的主要成分

为铁和铜，B正确；与负极相连的高纯镣为阴极，[Ga(0H)4「在阴极得到电子

生成钱，电极反应式为。40田4「+3/=6@+401<,C错误；若电解过程中

溶液的碱性过低，溶液中的水也会在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧

根离子，导致电解效率下降，D正确。

5.(2025・常德一模)电催化还原技术是电镀废水的一种新型处理方法。某科训团

队以铜、伯和镀铜废水构建电催化还原体系(如图所示)，处理含[CU(NH3)4]2+、NO]

的镀铜废水，同时回收氨和铜资源。下列说法错误的是()

电源

----lab|-----氨回收装置

膜M镀

铜

PtO11Cu装

置

Na2soi溶液镀铜废水A

电催化还原装置

A.对处理后的铜片清洗、干燥和称量，发现铜片质量增加，可能是铜片上析出

了铜单质

--

B.NO]发生的电极反应式为：NO3+8e+6H2O=NH3t+9OH

C.膜M为阳离子交换膜

D.当有0.8mol电子通过导线时，若NH3全部逸出，理论上可回收NH3的质量

一定少于1.7g

【答案】D

【解析】由图可知，Cu为阴极，电极反应为：N0j+8e-F6H2O=NH3t+9OH

2+

[CU(NH3)4]+2e-===Cu+4NH3T,Pt为阳极，电极反应为：2H2。

-4e-=O2t+4H+。根据以上分析可知，[Cu(NH3)4]2+可能在铜电极得电子发生

还原反应生成铜，A正确；NO]在阴极上发生还原反应生成NH3,电极反应式为：

N0)+8e-+6H2O=NH3t+9OH\B正确；该装置的目的是处理镀铜废水以

回收氨和铜，为保证N01在阴极放电，不能使其向阳极移动，则膜M为阳离子

交换膜，电解池工作时，阳极区的阳离子(如Na+)通过膜M向阴极区迁移以平衡

电荷,C正确；若阴极只发生电极反应NO］+8e-+6H2O===NH3T+9OH,

当有（）.8mol电子通过导线时，生成（）.1molNH%若NH3全部逸出，理论上生

成氨气的质量为“=（）/molX17gmol/=1.7g,但同时［Cu（NH3）4产放电也会释

放出NH3,且［CU（NH3）4产放电时每转移8moi电子生成16moiNH3,所以理

论上可回收NH3的质量一定大于1.7g,D错误。

6.（2025・漂河三模）一种在电催化剂TiCh-x作用卜，还原NO］合成铁盐的原埋如

图所示。下列叙述正确的是（）

A.膜M为阴离子交换膜

B.装置工作一段时间后，b极表面pH明显升高

C.a极的电极反应式为NO］+8e-+10H+===NH［+3H2O

D.标准状况下，b极收集6.72L气体时，阴极上有0.3molNH：生成

【答案】C

【解析】由装置图可知，a极NO］转化为NH，N从+5价降低到一3价，发生还

原反应，a极为阴极，电极反应为N0j+8e-+10H+===NH：+3H2O,b极

上H2O转化为02,O从一2价升高到。价，发生氧化反应，b极为阳极，电极反

应为2H2O-4e-=4H++O2t。为防止左侧NO］进入右侧，且使右侧生成的H+

迁移至左侧维持左侧酸性环境，膜M应为阳离子交换膜，A错误；阳极电极反

应为2H20—4e-=4H++02t,工作一段时间后，箱极表面pH明显下降，B错

误；a极为阴极，电极反应为N0］+8e-+lOW===NH：+3H2O,C正确；

根据得失电子守恒，2。2〜8e-〜NH>阴极生成的铁根离子九（NH：）=

品如x；。」5m凡D错误。

7.（2025♦广东一模）一种厌氧氨氧化菌生物电解池处理生活含氮废水的工作康理

如图所示。下列说法不正确的是（）

ih电源

质3

恃[Fe(CN),,]-

子

电

交

碳

换

布

膜[Fc(CN).,J*-

口厌氧氨乳化菌

A.与导电碳布相连的一极为电源的负极

B.反应一段时间后，阴极区和阳极区溶液的pH均减小

C.理论上每将2molNH：■处理为N2,阳极区溶液减少28g

D.若该电池在高温下工作，其处理废水的效率会下降

【答案】C

【解析】左侧电极上NH：转化为NH2OH,NH20H与NHj又转化为N2H4,N2H4

转化为N2,N元素化合价升高，左侧为阳极，阳极总反应为2NH：-6e-=N2t

4

+8H+,右侧为阴极，电极反应为[Fe(CN)6p一+e"===[Fe(CN)6]o由以上

分析可知，导电碳刷作阳极，导电碳布作阴极，与导电碳布相连的一极为电源的

负极，A正确；阳极总反应为2NH1—6e-=N2t+8H+,转移电子数目与迁移

到右侧阴极区的H+数目相等，因此随着反应进行，阳极区氢离子浓度增大：pH

减小；阴极发生反应为[Fe(CN)6p-+e-===[Fe(CN)6『-,转移电子数目与迁

移过来的H+数目相等，因此随着反应进行，阴极区氢离子浓度增大，pH减小,

B正确；理论上每将2molNH:处理为N2,转移6moi电子，生成1molNz(28

g)逸出，同时有6moiH+(6g)迁移到右侧阴极区，因此阳极区溶液质量减少28g

+6g=34g,C错误；若该电池在高温下工作，厌氧氨氧化菌催化效果降低甚至

失去活性，其处理废水的效率会下降，D正确。

8.(2025・日照一模)硫酸盐还原菌(SRB)可以处理含CP的硫酸盐酸性废水，问时

实现有机废水的处理，原理如图所示，下列说法正确的是()

电源

r-Hab*-|-n

石聚电极力力石眼电极

质子交换膜

A.若以铅酸蓄电池为电源，b为Pb电极

B.SOt参与的电极反应为：Cu2++SOi-+8e-+8H+型CuS+4H2O

C.电解一段时间后阳极区溶液的pH减小

D.标准状况下，产生2.24LCO?时，理论上可产生9.6gCuS

【答案】B

【解析】由图知，右侧石墨电极上发生反应：CH<OO+2H2O-8e==2CO2t

+7H+,可知右侧石墨电极作阳极，则左侧石墨且极为阴极，a为负极，b为正

极。b为正极，若以铅酸蓄电池为电源，b为PbCh电极，A错误；左侧石墨电极

为阴极，SO厂在该电极得电子转化为CuS,电极反应为：Cu2+H-SOi-+8e-+

8H+型CuS+4H2O,B正确；结合阳极反应可知，每转移8moi电子时，阳极区

生成7moi氢离子，但为满足电荷守恒，同时有8moi氢离子通过质子交换膜进

入阴极区，则阳极区溶液中氢离子浓度减小，pH增大，C错误；标准状况下，

产生2.24LCO2即0.1mol,转移0.4mol电子，结合阴极反应可知，此时阴极生

成0.05molCuS,质量为4.8g,D错误。

9.（2025・湖北新八校协作体三模）我国科技工作者设计了成对电解的高效双功能

电催化剂，在电解池中实现了阴阳两极都得到高价值含氮化合物，其原理如图所

示。下列说法正确的是（）

I---------------{&]---------------1

阴离子交换膜

一

催

催化

化Q^CH2NH2

NO、电

电

3极

极b

a