高考化学一轮复习 讲义大单元四　第十章　热点强化10　电解原理的创新应用（广东版）

热点强化10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·湛江模拟)工业上可利用流汞电解法电解海水，如图所示流汞电解池的底部略微倾斜。在电解池中，汞作为阴极，生成HgNa，并通过电解池底部流入Z池，发生反应：2HgNa+2H2O=2Hg+H2↑+2NaOH。下列说法正确的是()A.阳极附近溶液pH不发生变化B.汞阴极发生电极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-C.理论上每生成1molH2，需消耗海水中氯化钠的质量为117gD.理论上每生成1molH2，Z池中溶液质量增加80g答案C解析根据题意，在电解池中，汞作为阴极，生成HgNa，可知汞阴极发生电极反应：Na++Hg+e-=HgNa，阳极发生电极反应：2Cl--2e-=Cl2↑，Cl2会有一定溶解使电极附近溶液pH降低，A错误；理论上每生成1molH2，需生成2molHgNa，即需要转移2mol电子，根据电解反应：2NaCl+2HgCl2↑+2HgNa，则消耗海水中NaCl的质量为117g，C正确；根据反应：2HgNa+2H2O=2Hg+H2↑+2NaOH，每生成1molH2，Z池溶液中物质最多增加44g，D错误。2.(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·湛江模拟)某碱性蚀刻液体系含Cu(NH3)4Cl2、NH3·H2O、NH4Cl，可以通过蚀刻反应Cu(NH3)4Cl2+Cu=2Cu(NH3)2Cl印制铜线路板，利用图示电解装置可以从蚀刻废液中直接回收单质铜，同时又将一价铜氧化成二价铜，使蚀刻液获得再生。下列说法不正确的是()A.阳极室可以使蚀刻液获得再生B.利用水泵循环多次电解蚀刻废液可以提高铜的回收率C.阳极的电极反应为Cu(NH3)2+-e-+2NH3·H2OD.理论上外电路有1mol电子移动时，阴极室的质量减少64g(不考虑NH3的挥发)答案D解析阳极的电极反应式为Cu(NH3)2+-e-+2NH3·H2O=Cu(NH3)42++2H2O，可以使蚀刻液获得再生，A正确；用水泵循环多次，有利于电解蚀刻废液完全反应，可以提高铜的回收率，B正确；阴极的电极反应式为Cu(NH3)2++e-+2H2O=Cu+2NH3·H2O，理论上外电路有1mol电子移动时，阴极室有二、电有机合成(溯源教材人教选择性必修1P109)4.(2025·汕头阶段练习)我国科研人员采用图甲的电解池，由百里酚(TY)合成了百里醌(TQ)。电极b表面的主要反应历程见图乙(灰球表示电极表面的催化剂)，下列说法错误的是()A.电解过程中，阴极区溶液质量保持不变B.电极b的电极反应式：TY-4e-+H2O=TQ+4H+C.电解总反应：TY+H2O=TQ+2H2↑D.用18O标记电解液中的水，可得到答案D解析电解过程中，阴极区发生反应：2H++2e-=H2↑，H+由阳极区通过质子交换膜迁移到阴极区，同时生成氢气逸出，进入的H+质量与逸出的H2质量近似相等，阴极区溶液质量保持不变，A项正确；电极b为阳极，TY发生氧化反应生成TQ，电极反应式为TY-4e-+H2O=TQ+4H+，B项正确；根据乙图可知，用18O标记电解液中的水，产物中18O在环上甲基的邻位上，D项错误。5.(2025·佛山模拟)科研团队使用碳纳米管做电极，实现了常温、常压条件下尿素CO(NH2)2A.活性电极的电极电势高于Pt电极B.活性电极上CO2被还原C.“气体”经过分离后，可以补充甲室消耗的CO2D.电路中转移16mol电子时，甲侧溶液质量增加44g答案C解析左侧活性电极为阴极，NO3-被还原为CO(NH2)2，阴极反应：CO2+2NO3-+16e-+18H+=CO(NH2)2+7H2O，Pt电极是阳极，阳极反应式为4HCO3--4e-=2H2O+O2↑+4CO2↑。活性电极是阴极，Pt电极是阳极，阳极电势高于阴极，A错误；活性电极上CO2转化为CO(NH2)2，元素化合价并未发生变化，没有被还原，B错误；由分析可知，气体中含有O2、CO2，经分离以后得到的CO2可以补充甲室消耗的CO2，C正确；由阴极反应式可知，当转移16mole-时，甲侧溶液增加了1molCO2，同时乙侧会有16molK6.(2024·江门阶段练习)以丙烯腈(CH2=CHCN)为原料，利用电解原理合成己二腈[NC(CH2)4CN]，可减少氮氧化物的排放，其总反应为4CH2=CHCN+2H2O→2NC(CH2)4CN+O2↑，电解过程会产生丙腈(C2H3CN)等副产物(已知：电流效率=生成目标产物消耗的电子数转移的电子总数×100%)。下列说法正确的是(A.电子的流向为电源b极→Pb电极→电解质溶液→PbO2⁃Ag2O电极→电源a极B.Pb电极主要发生的电极反应式为2CH2CHCN+2e-+2H+=NC(CH2)4CNC.工作一段时间后，PbO2⁃Ag2O电极附近pH增大D.若PbO2⁃Ag2O电极产生33.6L(标准状况)气体，Pb电极区生成了2.5mol己二腈[NC(CH2)4CN]，则电流效率高于90%答案B解析电子不能在电解质溶液中传递，故A错误；CH2=CHCN在Pb电极得电子生成NC(CH2)4CN，电极反应式为2CH2=CHCN+2H++2e-=NC(CH2)4CN，故B正确；PbO2⁃Ag2O电极为阳极，H2O在阳极失去电子得到O2，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，有H+生成，电极附近pH减小，故C错误；阳极产生33.6L(标准状况)O2，物质的量为1.5mol，转移6mol电子，Pb电极区生成了2.5mol己二腈[CN(CH2)4CN]，得到5mol电子，则电流效率=56×100%≈83.3%，故D错误。三、应用电解原理进行废物的再利用及污染治理7.(2025·广东模拟)一种厌氧氨氧化菌生物电解池处理生活含氮废水的工作原理如图所示。下列说法不正确的是()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2molNH4+处理为ND.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NH4+转化为NH2OH，N2H4转化为N2，N元素化合价升高，左侧为阳极，阳极总反应为2NH4+-6e-=N2↑+8H+，右侧为阴极，电极反应为FeCN63-+e-=FeCN64-，据此解答。由分析可知，阳极总反应为2NH4+-6e-=N2↑+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Fe(CN)63-+e-=Fe(CN)64-，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，故B正确；理论上每将2molNH4+处理为N2，转移6mol电子，生成1mol8.(2025·深圳模拟)化学镀镍废水经分离处理后得到含磷废液(主要含NaH2PO2)和含镍废液(主要含NiCl2)，分别通入如图所示电解装置的两极室回收磷、镍。已知：H3PO2是一元中强酸；25℃时，H3PO4的Ka1=6.9×10-3、Ka2=6.2×10-8、Ka3=4.8×10-13。电解过程中，下列说法不正确的是()A.阳极的主要反应为H2PO2-+2H2O-4e-=H2PB.Ⅰ室溶液的pH逐渐增大，Ⅱ室溶液的pH逐渐减小C.理论上，每生成1molNi，同时处理0.5molH2POD.理论上，电路中每转移1mole-，Ⅲ室溶液质量减少65g答案B解析由图可知，阳极上H2PO2-失去电子被氧化为H2PO4-，电极反应为H2PO2-+2H2O-4e-=H2PO4-+4H+，A正确；Ⅰ室生成的H+通过质子交换膜进入Ⅱ室，H3PO2是一元中强酸，NaH2PO2溶液呈碱性，生成的H2PO4-以电离为主(水解平衡常数Kh=c(H3PO4)·c(OH-)c(H2PO4-)=KwKa1=10-146.9×10-3≈1.4×10-12<Ka2)，溶液呈酸性，Ⅰ室溶液的pH逐渐减小；Ⅲ室反应为Ni2++2e-=Ni，氯离子通过阴离子交换膜进入Ⅱ室，Ⅱ室溶液的pH逐渐减小，B错误；结合B分析和得失电子守恒，理论上每生成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+H2O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.(2025·东莞阶段练习)我国科学家设计了一种原电池—电解池组合装置，可同时处理废水中的Cr2O72-和苯酚，实现发电、环保二位一体。羟基自由基(·OH)具有极强的氧化性，可将苯酚氧化为CO2和H2O。下列说法正确的是(A.a极区每处理1molCr2O72-，理论上NaCl溶液中有6molClB.c的电极电势大于dC.d电极的电极反应为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+D.当外电路转移2.8mol电子时，组合装置共处理苯酚18.8g答案D解析该装置是同时处理废水中的Cr2O72-和苯酚的原电池—电解池组合装置，左侧为原电池，右侧为电解池，a极发生还原反应，为正极，b电极发生氧化反应，为负极，则c电极为阴极，d电极为阳极。a电极的电极反应为Cr2O72-+6e-+7H2O=2Cr(OH)3↓+8OH-，a极区每处理1molCr2O72-，理论上有6molOH-通过阴离子交换膜进入NaCl溶液中，A错误；c电极为阴极，d电极为阳极，c的电极电势小于d，B错误；d电极的电极反应为H2O-e-=·OH+H+，C错误；b电极的电极反应为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，d电极的电极反应为H2O-e-=·OH+H+，羟基自由基具有极强的氧化性，将苯酚氧化的方程式为C6H5OH+28·OH=6CO2↑+17H2O，当外电路转移2.8mol电子时，组合装置共处理苯酚0.2mol，质量为0.2mol×94g·mol-111.(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.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