专题16 电解池以及电化学综合应用【七大题型】-【举一反三】2025年高考化学全程复习讲与练（新高考通用）

专题16 电解池以及电化学综合应用【八大题型】 【新高考通用】 【知识点1 电解原理】 3 【知识点2 电解原理的应用】 5 【知识点3 多池串联的两大模型及原理分析】 6 【知识点4 电化学装置中的膜技术】 7 【知识点4 电化学的有关计算】 8 【题型1 电解池的原理及其应用】 9 【题型2 电解规律及其应用】 11 【题型3 电解原理的传统应用】 13 【题型4 电解原理新型应用】 16 【题型5 多池串联的考查】 19 【题型6 膜技术的应用】 21 【题型7 电化学的有关计算】 23 【题型8 电化学的综合考查】 25 【过关测试】 29 考点要求 真题统计 考情分析 1.了解电解池的工作原理，能设计简单的电解池。 2.学会分析原电池与电解池串联装置。 3.了解离子交换膜的分类及特点，理解离子交换膜在电化学装置中的作用和类型。 4.掌握电化学计算中的常用方法与技巧。 5.掌握多池连接的分析和应用。 6.提升应用电化学原理解决工业生产、生活中实际问题的能力。 2024·甘肃卷，7题，3分； 2024·广东卷，16题，3分； 2024·湖北卷，14题3分； 2024·山东卷，13题，4分； 2024·辽宁卷，12题，3分； 2023·辽宁卷，11题，3分； 2023·全国甲卷，12题，6分； 2023·浙江选考，13题，3分； 2023·北京卷，5题，3分； 2023广东卷，13题，4分； 2023·湖北卷，10，3分； 2023·山东卷，11，3分； 2023·浙江1月选考，11题，3分； 2023·辽宁卷，7题，3分； 本专题试题将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，特别是离子交换膜的应用及电解质介质对电极反应的影响的试题比较多，且常考常新。预测2025年，该类题目以新情境为载体，重点考查电极的判断、电极反应式的书写、溶液中离子的移动、溶液pH的变化、电解质溶液的恢复及运用得失电子守恒进行相关计算等。 【思维导图】 【知识点1 电解原理及其类型】 1.电解池的构成及工作原理 2.电解池与原电池的比较 电解池 原电池 能否自发 使“不能”变为“能”或使“能”变为“易” 能自发进行 能量转化 电能转化为化学能 化学能转化为电能 装置 有外加电源 无外加电源 电极 由外加电源决定： 阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极 由电极或反应物性质决定，称为正极或负极 反应类型 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 负极：氧化反应 正极：还原反应 离子移动 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 阳离子移向正极 阴离子移向负极 相同点 都是电极上的氧化还原反应，都必须有离子导体 3.电解产物的判断 (1)阳极产物的判断 ①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。 ②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。 阴离子的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到H2O和O2。 (2)阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断。 阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。 ①若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。 ②放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。 4.电解的四大类型 类型 实例 电极反应式 电解 对象 溶液 pH 溶液复 原方法 电解 水型 含氧酸 H2SO4 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 水 减小 加水 强碱 NaOH 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 活泼金 属的含 氧酸盐 KNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 不变 电解 电解 质型 无氧酸(氢氟酸除外) HCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 总反应：2H＋＋2Cl－H2↑＋Cl2↑ HCl 增大 通入 HCl气 体 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ CuCl2 － 加CuCl2固体 放氢 生碱 型 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－ NaCl和 H2O 增大 通入HCl气体 放氧 生酸 型 不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag 总反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ AgNO3和H2O 减小 加入Ag2O固体 【知识点2 电解原理的应用】 1.氯碱工业 (1)电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)； 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 (2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 (3)设备装置 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层) 阴极 碳钢网 阳离子交换膜 ①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室 2.电镀和电解精炼铜 电镀(Fe表面镀Cu) 电解精炼铜 阳 极 电极材料 镀层金属铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质) 电极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、 Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋ 阴 极 电极材料 待镀金属铁 纯铜 电极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 3.电冶金 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 (1)冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极反应式：2Na＋＋2e－===2Na。 (2)冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极反应式：Mg2＋＋2e－===Mg。 (3)冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极反应式：6O2－－12e－===3O2↑； 阴极反应式：4Al3＋＋12e－===4Al。 【知识点3 多池串联的两大模型及原理分析】 1.常见串联装置 模型一　外接电源与电解池的串联(如图) A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。 模型二　原电池与电解池的串联(如图) 图甲 图乙 显然两图中，A均为原电池，B均为电解池。 2.串联装置的解题模型 【名师点拨】 (1)多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池。 (2)与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。 【知识点4 电化学装置中的膜技术】 1.常见的隔膜 隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类： (1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 (2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 (3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 2.隔膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 (2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 3.隔膜装置的解题步骤 第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。 第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。 第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。 【方法技巧】 在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率；在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。 【知识点5 电化学的有关计算】 1.根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 2.根据电子守恒计算 (1)用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 (2)用于混合溶液中电解的分阶段计算。 3.根据关系式计算 根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式： 4e-~~(式中M为金属，n为其离子的化合价数值) (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 【题型1 电解池的原理及其应用】 【例1】用固体二氧化钛（TiO2）生产海绵钛的装置如图所示，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2（阴极）中的氧离子进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是（　） A.阳极上生成O2的电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑ B.阴极的电极反应式为TiO2＋4e－Ti＋2O2－ C.通电后，O2－、Cl－均向阴极移动 D.石墨电极的质量不发生变化 【变式1-1】四个电解装置都以Pt做电极，它们分别装有如下电解质溶液，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是(　　) 选项 A B C D 电解质溶液 HCl CuSO4 KOH BaCl2 pH变化 减小 增大 增大 不变 【变式1-2】如图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是(　　) 选项 a极板 b极板 x电极 z溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3 D 铜 石墨 负极 CuCl2 【变式1-3】以铅酸蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。若一段时间后Y电极上有6.4 g 红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是(　　) A.a为铅酸蓄电池的负极 B.电解过程中SO向右侧移动 C.电解结束时，左侧溶液质量增重8 g D.铅酸蓄电池工作时，正极电极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO 【题型2 电解规律及其应用】 【例2】用惰性电极进行电解，下列说法正确的是(　　) A.电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变 B.电解稀NaOH溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小 C.电解Na2SO4溶液，在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为1∶2 D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为1∶1 【变式2-1】用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的一项是(　　) 选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论 A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色 B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O C 负极 CuCl2溶液 b管中有气体逸出 D 负极 NaOH溶液 溶液pH降低 【变式2-2】如图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是(　　) A.滤纸上c点附近会变红色 B.Cu电极质量减小，Pt电极质量增大 C.Z中溶液的pH先减小，后增大 D.溶液中的SO向Cu电极定向移动 【变式2-3】如图所示a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法中正确的是(　　) A.X是负极，Y是正极 B.Cu电极上产生了无色、无味的气体 C.当b极产生标况下2.24 L的气体时，Pt电极上生成了6.4 g的铜单质 D.电解一段时间后，CuSO4溶液的浓度减小 【题型3 电解原理的传统应用】 【例3】金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　) A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni B.电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等 C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋ D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt 【变式3-1】用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　) A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 【变式3-2】利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。 装置示意图 序号 电解质溶液 实验现象 ① 0.1 mol/L CuSO4＋少量H2SO4 阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋ ② 0.1 mol/L CuSO4＋过量氨水 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素 下列说法不正确的是(　　) A.①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触 B.①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu C.随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移 D.②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密 【变式3-3】某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。 (1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是________(填化学式)，U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。 (2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的________极；该发生器中反应的总离子方程式为________________________________。 (3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3所示(其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过)。 ①燃料电池B中的电极反应式分别为 负极：________________________________________________________， 正极：________________________________________________________。 ②分析图3可知，氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为________。 【题型4 电解原理新型应用】 【例4】用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物（乙烯、乙醇等）的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是（　） A.析氢反应发生在IrOx－Ti电极上 B.Cl－从 Cu电极迁移到IrOx－Ti电极 C.阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－C2H4＋4H2O D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体（标准状况） 【变式4-1】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HC的水解程度大于HC的电离程度 C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2 D.装置b中的总反应为S＋CO2＋H2O HCOOH＋S 【变式4-2】Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4，下列有关说法不正确的是(　　) A.右侧电极反应式：Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O B.左侧为阳离子交换膜，当Cu电极生成1 mol气体时，有2 mol Na＋通过阳离子交换膜 C.可以将左侧流出的氢氧化钠补充到该装置中部，以保证装置连续工作 D.Na2FeO4具有强氧化性且产物为Fe3＋，因此可以利用Na2FeO4除去水中的细菌、固体颗粒以及Ca2＋等 【变式4-3】通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是(　　) A.电极A为阴极，发生还原反应 B.电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋ C.电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变 D.电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3 【题型5 多池串联的考查】 【例5】研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和NaCl溶液的实验，装置如下图所示，下列说法正确的是(　　) A.甲烷燃料电池工作时，负极的电极反应为：CH4－8e－＋10OH－===7H2O＋CO B.电极b上得到的是Cl2 C.标准状况下，每个电池通入1 L CH4且完全反应，理论上最多能得到8 L H2 D.若将电极a的石墨棒换成Fe棒，NaCl溶液中发生的总反应式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 【变式5-1】NO－空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图所示。下列说法错误的是（　） A.交换膜b为阴离子交换膜 B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2＋2NO＋8H2O＋8NH310N＋5S C.当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L－1盐酸时，M室溶液的质量变化为18 g（溶液体积变化忽略不计） D.若甲池有0.25 mol O2参加反应，则乙池中处理废气（SO2和NO）的总体积为15.68 L（标准状况） 【变式5-2】某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。 请回答下列问题： (1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为________________。 (2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为________________。 (3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。 (4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 【题型6 膜技术的应用】 【例6】二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是(　　) A.该装置能实现化学能100%转化为电能 B.电子移动方向：a极→b极→质子交换膜→a极 C.a电极的电极反应式为：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ D.当b电极消耗22.4 L O2时，质子交换膜有4 mol H＋通过 【变式6-1】一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)存在]。电池放电时，Ⅱ区的K2SO4溶液浓度变大，下列叙述错误的是(　　) A.电池放电时，转移2 mol e－正极质量减少32 g B.Ⅰ区与Ⅱ区之间的离子交换膜为阴离子交换膜 C.Zn电极反应：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) D.Ⅲ区的K＋通过隔膜向Ⅱ区迁移 【变式6-2】利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.电极B连接电源正极 B.A极区电解液为LiCl溶液 C.阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D.每生成1 mol H2，有1 mol Li＋通过该离子交换膜 【变式6-3】某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是(　　) A.电极a连接电源的正极 B.B为阳离子交换膜 C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D.Ⅱ口排出的是淡水 【题型7 电化学的有关计算】 【例7】将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　) A.4×10－3 mol/L B.2×10－3 mol/L C.1×10－3 mol/L D.1×10－7 mol/L 【变式7-1】用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　) A.0.4 mol B.0.5 mol C.0.6 mol D.0.8 mol 【变式7-2】500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是(　　) A.原混合溶液中c(K＋)为0.4 mol·L－1 B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D.电解后溶液中c(H＋)为0.4 mol·L－1 【变式7-3】某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是(　　) A.X极的电极反应式：Pb－2e－＋SO===PbSO4 B.铅蓄电池工作时，每转移2 mol电子，消耗98 g H2SO4 C.电解池的反应仅有2Al＋6H2O2Al(OH)3↓＋3H2↑ D.每消耗103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有11.2 L H2生成 【题型8 电化学的综合考查】 【例8】一种将燃料电池与电解池组合制备KMnO4的装置如图所示(电极甲、乙、丙、丁均为惰性电极)。该装置工作时，下列说法不正确的是(　　) A.甲为正极，丙为阴极 B.丁极的电极反应式为MnO－e－===MnO C.KOH溶液的质量分数：c%＞b%＞a% D.标准状况下，乙电极上每消耗22.4 L气体时，理论上有4 mol K＋移入阴极区 【变式8-1】设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2（s）转化为Co2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是（　） A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大 B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸 C.乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－Li＋＋Co2＋＋4OH－ D.若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移 【变式8-2】如图，c管为上端封口的量气管，为测定乙酸溶液浓度，量取10.00 mL待测样品加入b容器中，接通电源，进行实验。下列说法正确的是（　） A.左侧电极反应：2H2O－4e－O2↑＋4H＋ B.实验结束时，b中溶液红色恰好褪去 C.若c中收集气体11.20 mL，则样品中乙酸浓度为0.1 mol·L－1 D.把盐桥换为U形铜导线，不影响测定结果 【变式8-3】如图1所示，A为新型高效的甲烷燃料电池，采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。B为浸透饱和硫酸钠和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，C、D为电解槽，其电极材料、电解质溶液见图。 (1)甲烷燃料电池负极的电极反应式为_____________________________。 (2)关闭K1，打开K2，通电后，B的KMnO4紫红色液滴向d端移动，则电源a端为________极，通电一段时间后，观察到滤纸c端出现的现象是________________。 (3)D装置中有200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，(电解前后溶液的体积变化关系忽略不计)原混合溶液中NaCl的物质的量浓度________ mol·L－1，t2时所得溶液的pH＝________。 (4)若C装置中溶液为AgNO3且足量，总反应的离子方程式为_________________________。 电解结束后，为了使溶液恢复原样，则可以在反应后的溶液中加入________________(填化学式)。 【基础题】 1.（2024·北京东城·二模）CO2资源化利用是实现碳中和的一种有效途径。下图是CO2在电催化下产生合成气(CO和H2)的一种方法。下列说法不正确的是 A．a电极连接电源的负极 B．从a极区向b极区移动 C．b极区中c(CH3COO-)逐渐增大 D．a极区中c()逐渐增大 2.（2024·河北张家口·一模）由于氯酸钠(NaClO3)具有吸湿性，不易保存，因此工业上常采用电渗析法将氯酸钠(NaClO3)转化成氯酸钾(KClO3)，其工作原理如图所示(a、b两电极均为石墨电极，c、d、e依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜），下列法说不正确的是（    ） A．a电极连接电源负极 B．左池NaOH溶液出口浓度大于入口浓度 C．该电解池的工作原理实质是电解水 D．制备1molKClO3，a、b两极共产生16.8L气体 3.（2024·广西河池·一模）利用电解原理，可将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。下列说法正确的是 A．b为电解池阴极 B．电解后左侧电极室KOH溶液pH减小 C．电解过程中阴离子通过交换膜从右向左迁移 D．阳极电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O 4.（2024·四川德阳·一模）一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物—空气液流二次电池工作时，原理如图所示。下列说法正确的是 A．连接负载时，电极A为正极 B．连接负载时，电极A的反应方程式为 C．连接电源时，电路中每通过个电子，生成的质量为 D．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 5.（2024·安徽马鞍山·三模）碲(Te)被誉为尖端技术等工业的维生素。工业上常以粗铜精炼的阳极泥(主要成分是，含Ag、Au等杂质)为原料提取碲并回收金属，Te与S同族，其工艺流程如图所示。 下列说法错误的是 A．粗铜精炼和电镀铜的阴极电极反应相同 B．每回收理论上步骤①中转移电子数为 C．步骤②电解后的溶液可以参与循环 D．可以用硝酸分离出滤渣X中的Au 6.（2024·湖南·模拟预测）用电解法处理废水中的模拟装置如图所示。a、b为离子选择性透过膜，下列说法正确的是 A．阳极室溶液由无色变成蓝色 B．阴极的电极反应式为 C．a膜为阴离子选择性透过膜 D．每转移2mol电子，阴极室质量增重34g 7.（2024·山东·模拟预测）利用如下装置模拟工业上电渗析法实现海水淡化。下列说法错误的是 A．乙室的Ag电极电势高于甲室 B．Cl电极的反应为 C．膜1为阳离子交换膜、膜2为阴离子交换膜 D．当乙室Ag电极的质量增加时，理论上NaCl溶液减少 8.（2024·湖南娄底·模拟预测）焦亚硫酸钠俗称保险粉，也是食品级添加剂等。工业上可用情性电极电解溶液得到焦亚硫酸钠，如下图所示。下列说法正确的是 A．得到焦亚硫酸钠产品电极反应式为 B．b为阳极 C．该电池使用过程中需补充NaOH D．每转移2mol电子，阴极生成22.4L气体 9.（2024·广东茂名·一模）用惰性电极电解硫酸铜溶液的原理为，NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是 A．反应生成33.6L时，参加反应的数目为3NA B．当电解消耗1mol水时，可生成硫酸分子数为NA C．的溶液中， D．电解后加入8gCuO可使溶液复原，则电解时转移电子数为0.2NA 10.（2024·陕西西安·模拟预测）氨是生产化肥、药品、精细化学品和塑料等必要的原料，在电化学合成氨方法中，锂介导的氮气还原反应(Li-NRR)是一种有吸引力且已验证的电化学合成氨途径。如图是其中一种电合成氨装置，下列说法错误的是 A．电极A的电势高于电极B B．由图可知该装置反应前后，理论上乙醇的浓度不变 C．阴极电极反应式为N2+2Li++4H++6e-=2LiNH2 D．理论上若电解液传导6mol H+，最多生成标准状况下33.6L NH3 【提升题】 11.（2024·安徽·一模）乙醛酸(OHC－COOH)是一种重要的化工中间体。工业上以乙二醛为原料制备乙醛酸的装置如图所示，通电后，阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸。已知乙醛酸的相对分子质量为74，下列说法正确的是 A．离子交换膜为阴离子交换膜 B．b极与外电源的正极相连 C．当外电路通过1mole-时，理论上最多可生成乙醛酸的质量为37g D．此装置中乙二醛被氧化的化学方程式：2+O2→2 12.（2024·福建泉州·模拟预测）一种自生酸和碱的电化学回收体系，原理如图所示。在Ⅲ室中将等含磷微粒转化为羟基磷灰石（），同时将转化为，实现废水中的等含磷微粒和的回收。下列说法不正确的是 （注：表示等含磷微粒，为羟基磷灰石） A．a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜 B．Ⅲ室可发生反应： C．当电路中通过电子，阴极增重10.04g D．物质X为硫酸溶液，将其泵入吸收室用于吸收 13.（2024·福建福州·模拟预测）利用废旧锂电池中制备的装置如图所示，下列说法错误的是 A．电极A为阴极 B．电极B发生的反应为： C．中的Mn元素均转移到了中 D．和的迁移方向相同 14.（2024·安徽蚌埠·模拟预测）某研究所构建了新型二次电池，该电池以和多孔纳米片为两极材料，分别以和溶液为电解液，工作原理如图所示。双极膜中的解离成和。下列说法正确的是 A．a极电势高于b极 B．当双极膜中离解时，外电路转移电子 C．放电时，总反应为： D．充电时，双极膜中移向a极，移向b极 15.（2024·江西上饶·模拟预测）电解硫酸钠溶液制取电池正极材料的前驱体，其工作原理如图所示： 下列说法正确的是 A．a是直流电源的负极，石墨电极发生还原反应 B．交换膜A是阴离子交换膜，通电一段时间，I室上升 C．当产生的时，理论上纯钛电极上产生标准状况下气体 D．若将纯钛电极直接放入Ⅱ室，则前驱体产率升高 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题16 电解池以及电化学综合应用【八大题型】 【新高考通用】 【知识点1 电解原理】 3 【知识点2 电解原理的应用】 5 【知识点3 多池串联的两大模型及原理分析】 6 【知识点4 电化学装置中的膜技术】 7 【知识点4 电化学的有关计算】 8 【题型1 电解池的原理及其应用】 9 【题型2 电解规律及其应用】 11 【题型3 电解原理的传统应用】 13 【题型4 电解原理新型应用】 16 【题型5 多池串联的考查】 19 【题型6 膜技术的应用】 21 【题型7 电化学的有关计算】 23 【题型8 电化学的综合考查】 25 【过关测试】 29 考点要求 真题统计 考情分析 1.了解电解池的工作原理，能设计简单的电解池。 2.学会分析原电池与电解池串联装置。 3.了解离子交换膜的分类及特点，理解离子交换膜在电化学装置中的作用和类型。 4.掌握电化学计算中的常用方法与技巧。 5.掌握多池连接的分析和应用。 6.提升应用电化学原理解决工业生产、生活中实际问题的能力。 2024·甘肃卷，7题，3分； 2024·广东卷，16题，3分； 2024·湖北卷，14题3分； 2024·山东卷，13题，4分； 2024·辽宁卷，12题，3分； 2023·辽宁卷，11题，3分； 2023·全国甲卷，12题，6分； 2023·浙江选考，13题，3分； 2023·北京卷，5题，3分； 2023广东卷，13题，4分； 2023·湖北卷，10，3分； 2023·山东卷，11，3分； 2023·浙江1月选考，11题，3分； 2023·辽宁卷，7题，3分； 本专题试题将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，特别是离子交换膜的应用及电解质介质对电极反应的影响的试题比较多，且常考常新。预测2025年，该类题目以新情境为载体，重点考查电极的判断、电极反应式的书写、溶液中离子的移动、溶液pH的变化、电解质溶液的恢复及运用得失电子守恒进行相关计算等。 【思维导图】 【知识点1 电解原理及其类型】 1.电解池的构成及工作原理 2.电解池与原电池的比较 电解池 原电池 能否自发 使“不能”变为“能”或使“能”变为“易” 能自发进行 能量转化 电能转化为化学能 化学能转化为电能 装置 有外加电源 无外加电源 电极 由外加电源决定： 阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极 由电极或反应物性质决定，称为正极或负极 反应类型 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 负极：氧化反应 正极：还原反应 离子移动 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 阳离子移向正极 阴离子移向负极 相同点 都是电极上的氧化还原反应，都必须有离子导体 3.电解产物的判断 (1)阳极产物的判断 ①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。 ②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。 阴离子的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到H2O和O2。 (2)阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断。 阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。 ①若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。 ②放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。 4.电解的四大类型 类型 实例 电极反应式 电解 对象 溶液 pH 溶液复 原方法 电解 水型 含氧酸 H2SO4 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 水 减小 加水 强碱 NaOH 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 活泼金 属的含 氧酸盐 KNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 不变 电解 电解 质型 无氧酸(氢氟酸除外) HCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 总反应：2H＋＋2Cl－H2↑＋Cl2↑ HCl 增大 通入 HCl气 体 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ CuCl2 － 加CuCl2固体 放氢 生碱 型 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－ NaCl和 H2O 增大 通入HCl气体 放氧 生酸 型 不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag 总反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ AgNO3和H2O 减小 加入Ag2O固体 【知识点2 电解原理的应用】 1.氯碱工业 (1)电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)； 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 (2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 (3)设备装置 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层) 阴极 碳钢网 阳离子交换膜 ①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室 2.电镀和电解精炼铜 电镀(Fe表面镀Cu) 电解精炼铜 阳 极 电极材料 镀层金属铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质) 电极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、 Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋ 阴 极 电极材料 待镀金属铁 纯铜 电极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 3.电冶金 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 (1)冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极反应式：2Na＋＋2e－===2Na。 (2)冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极反应式：Mg2＋＋2e－===Mg。 (3)冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极反应式：6O2－－12e－===3O2↑； 阴极反应式：4Al3＋＋12e－===4Al。 【知识点3 多池串联的两大模型及原理分析】 1.常见串联装置 模型一　外接电源与电解池的串联(如图) A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。 模型二　原电池与电解池的串联(如图) 图甲 图乙 显然两图中，A均为原电池，B均为电解池。 2.串联装置的解题模型 【名师点拨】 (1)多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池。 (2)与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。 【知识点4 电化学装置中的膜技术】 1.常见的隔膜 隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类： (1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 (2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 (3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 2.隔膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 (2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 3.隔膜装置的解题步骤 第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。 第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。 第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。 【方法技巧】 在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率；在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。 【知识点5 电化学的有关计算】 1.根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 2.根据电子守恒计算 (1)用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 (2)用于混合溶液中电解的分阶段计算。 3.根据关系式计算 根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式： 4e-~~(式中M为金属，n为其离子的化合价数值) (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 【题型1 电解池的原理及其应用】 【例1】用固体二氧化钛（TiO2）生产海绵钛的装置如图所示，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2（阴极）中的氧离子进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是（　　） A.阳极上生成O2的电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑ B.阴极的电极反应式为TiO2＋4e－Ti＋2O2－ C.通电后，O2－、Cl－均向阴极移动 D.石墨电极的质量不发生变化 【答案】B 【解析】由题图中O2－向石墨电极移动知，石墨电极为电解池的阳极，氧离子在阳极发生失电子的氧化反应生成氧气，电极反应式为2O2－－4e－O2↑，故A错误；电解池的阴极上发生得电子的还原反应，电极反应式为TiO2＋4e－Ti＋2O2－，故B正确；通电后，阴离子O2－、Cl－均向阳极移动，故C错误；石墨电极会和阳极产生的氧气发生反应生成一氧化碳、二氧化碳，所以石墨电极本身会被消耗，导致石墨电极的质量减小，故D错误。 【变式1-1】四个电解装置都以Pt做电极，它们分别装有如下电解质溶液，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是(　　) 选项 A B C D 电解质溶液 HCl CuSO4 KOH BaCl2 pH变化 减小 增大 增大 不变 【答案】C 【解析】电解盐酸，溶质HCl的量减少，溶剂的量不变，所以酸性减弱，pH增大，A项错误；电解CuSO4溶液生成硫酸、金属铜和氧气，溶液酸性增强，pH减小，B项错误；电解氢氧化钾溶液的实质是电解水，溶质的量不变，溶剂减少，碱性增强，pH增大，C项正确；电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯气，溶液碱性增强，pH增大，D项错误。 【变式1-2】如图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是(　　) 选项 a极板 b极板 x电极 z溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3 D 铜 石墨 负极 CuCl2 【答案】A 【解析】由题意知a极板质量增加，a应为阴极，则b为阳极，x为电源负极，y为电源正极，参考各个选项知，A项符合，电解时，a极板有Cu附着，b极板有O2放出；B项不符合，电解时a极板无质量变化；C项不符合，阳极为Fe，为活性电极，电解时Fe在阳极放电溶解，无气体生成；D项不符合，电解时，Cl－在阳极放电生成Cl2，Cl2为黄绿色有刺激气味的气体。 【变式1-3】以铅酸蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。若一段时间后Y电极上有6.4 g 红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是(　　) A.a为铅酸蓄电池的负极 B.电解过程中SO向右侧移动 C.电解结束时，左侧溶液质量增重8 g D.铅酸蓄电池工作时，正极电极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO 【答案】C 【解析】Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A项错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B项错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当有6.4 g Cu析出时，转移0.2 mol e－，左侧生成1.6 g O2，同时有0.1 mol(9.6 g)SO进入左侧，则左侧质量净增加9.6 g－1.6 g＝8 g，C项正确；铅酸蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，D项错误。 【题型2 电解规律及其应用】 【例2】用惰性电极进行电解，下列说法正确的是(　　) A.电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变 B.电解稀NaOH溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小 C.电解Na2SO4溶液，在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为1∶2 D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为1∶1 【答案】D 【解析】A项，电解稀硫酸时，实质上是电解水，溶剂的质量减少，溶质的质量不变，所以溶液的浓度增大，氢离子的浓度增大，溶液的pH变小，故A错误；B项，电解稀氢氧化钠溶液时，实质上是电解水，溶剂的质量减少，溶质的质量不变，所以溶液的浓度增大，氢氧根离子的浓度增大，溶液的pH变大，故B错误；C项，电解硫酸钠溶液时，实质上是电解水，阴极上氢离子得电子生成氢气，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，根据得失电子守恒，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2∶1，故C错误；D项，电解氯化铜溶液时，阴极上铜离子得电子生成铜，阳极上氯离子失电子生成氯气，根据得失电子守恒，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1，故D正确。 【变式2-1】用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的一项是(　　) 选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论 A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色 B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O C 负极 CuCl2溶液 b管中有气体逸出 D 负极 NaOH溶液 溶液pH降低 【答案】C 【解析】电解Na2SO4溶液时，阳极上是OH－发生失电子的氧化反应，即a管中OH－放电，酸性增强，酸遇酚酞不变色，即a管中呈无色，A错误；电解AgNO3溶液时，阴极上是Ag＋发生得电子的还原反应，即b管中电极反应是析出金属Ag的反应，B错误；电解CuCl2溶液时，阳极上是Cl－发生失电子的氧化反应，即b管中Cl－放电，产生Cl2，C正确；电解NaOH溶液时，实际上电解的是水，导致NaOH溶液的浓度增大，碱性增强，pH升高，D错误。 【变式2-2】如图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是(　　) A.滤纸上c点附近会变红色 B.Cu电极质量减小，Pt电极质量增大 C.Z中溶液的pH先减小，后增大 D.溶液中的SO向Cu电极定向移动 【答案】A 【解析】紫红色斑即MnO向d端扩散，根据电解池中阴离子向阳极移动的原理可知，d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极。在c点H2O放电，生成H2和OH－，c点附近会变红色，A项正确；电解硫酸铜溶液时，Pt为阳极，H2O放电：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子，生成铜，总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt电极附近生成H＋，则SO向Pt电极定向移动，B、D项错误；随着电解的进行，Z中溶液变为硫酸溶液，继续电解则为电解水，硫酸浓度增大，pH减小，C项错误。 【变式2-3】如图所示a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法中正确的是(　　) A.X是负极，Y是正极 B.Cu电极上产生了无色、无味的气体 C.当b极产生标况下2.24 L的气体时，Pt电极上生成了6.4 g的铜单质 D.电解一段时间后，CuSO4溶液的浓度减小 【答案】C 【解析】a、b是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色，依据电解质溶液为氯化钠的酚酞溶液，则b极产生NaOH，判断b电极是阴极，Y为电源负极，X为电源正极，则Cu为阳极，Pt为阴极。A.由分析可知，Y为电源负极，X为电源正极，故A错误；B.X为电源正极，Cu为阳极，Cu失电子生成Cu2＋，不产生气体，故B错误；C.b极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产生标况下2.24 L的氢气时，物质的量为n＝＝＝0.1 mol，转移0.2 mol电子，Pt电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，生成了0.1 mol Cu，质量为m＝nM＝0.1 mol×64 g/mol＝6.4 g，故C正确；D.电解过程中Cu为阳极，失电子生成Cu2＋，Pt为阴极，Cu2＋得电子生成Cu，CuSO4溶液的浓度不变，故D错误。 【题型3 电解原理的传统应用】 【例3】金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　) A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni B.电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等 C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋ D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt 【答案】D 【解析】电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C项错误。 【变式3-1】用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　) A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 【答案】C 【解析】A项，根据电解原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。 【变式3-2】利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。 装置示意图 序号 电解质溶液 实验现象 ① 0.1 mol/L CuSO4＋少量H2SO4 阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋ ② 0.1 mol/L CuSO4＋过量氨水 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素 下列说法不正确的是(　　) A.①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触 B.①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu C.随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移 D.②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密 【答案】C 【解析】由实验现象可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，一段时间后，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层。A.由分析可知，实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；B.由分析可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，故B正确；C.由分析可知，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，Cu2＋＋4NH3 [Cu(NH3)4]2＋平衡向正反应方向移动，故C错误；D.由分析可知，实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确。 【变式3-3】某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。 (1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是________(填化学式)，U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。 (2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的________极；该发生器中反应的总离子方程式为________________________________。 (3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3所示(其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过)。 ①燃料电池B中的电极反应式分别为 负极：________________________________________________________， 正极：________________________________________________________。 ②分析图3可知，氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为________。 【答案】(1)H2　右 (2)负　Cl－＋H2OClO－＋H2↑ (3)①2H2－4e－＋4OH－===4H2O　 O2＋4e－＋2H2O===4OH－　 ②b%>a%>c% 【解析】(1)图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上水放电生成氢气，所以气球a中气体是氯气，气球b中气体是氢气，同时阴极附近有NaOH生成，溶液呈碱性，无色酚酞遇碱变红色，所以U形管右边溶液变红色。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气，上边电极附近有NaOH生成，上边电极生成氢气，为阴极，则c为负极，d为正极，总反应离子方程式为Cl－＋H2OClO－＋H2↑。(3)①B是燃料电池，右边电极中通入空气，左边通入气体Y，则Y是氢气，则电解池中左边电极是阳极，右边电极是阴极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；燃料电池中通入空气的电极是正极，通入氢气的电极是负极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，负极、正极反应式分别为2H2－4e－＋4OH－===4H2O、O2＋4e－＋2H2O===4OH－。②图3电解池中加入NaOH的目的是增大溶液导电性，通入电解池后生成氢氧化钠，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度；原电池中，正极上生成氢氧化钠，且其浓度大于加入的氢氧化钠，所以氢氧化钠浓度大小顺序是b%>a%>c%。 【题型4 电解原理新型应用】 【例4】用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物（乙烯、乙醇等）的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是（　） A.析氢反应发生在IrOx－Ti电极上 B.Cl－从 Cu电极迁移到IrOx－Ti电极 C.阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－C2H4＋4H2O D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体（标准状况） 【答案】C　 【解析】IrOx－Ti电极接电源正极，为阳极，发生失电子的氧化反应，故电极反应为2H2O－4e－4H＋＋O2↑，A项错误；质子交换膜只允许H＋通过，故左室H＋从IrOx－Ti电极向Cu电极迁移，B项错误；Cu电极接电源负极，为阴极，发生得电子的还原反应，根据题图中物质转化关系知CO2可发生反应2CO2＋12H＋＋12e－C2H4 ＋4H2O，C项正确；由A项分析可知每转移1 mol电子，阳极生成0.25 mol即5.6 L（标准状况）O2，D项错误。 【变式4-1】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HC的水解程度大于HC的电离程度 C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2 D.装置b中的总反应为S＋CO2＋H2O HCOOH＋S 【答案】C　 【解析】SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，SO2＋H2OH2SO3、 2H2SO3＋O22H2SO4，A正确；装置a中的溶液为NaHCO3溶液，溶液显碱性，说明HC的水解程度大于电离程度，B正确；装置a中NaHCO3溶液和SO2反应生成亚硫酸钠和CO2，NaHCO3溶液和CO2不反应，C错误；由图可知，电解池的阴极反应为CO2＋2e－＋2H＋HCOOH，阳极反应为S－2e－＋2OH－S＋H2O，阴、阳极反应相加可得总反应，D正确。 【变式4-2】Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4，下列有关说法不正确的是(　　) A.右侧电极反应式：Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O B.左侧为阳离子交换膜，当Cu电极生成1 mol气体时，有2 mol Na＋通过阳离子交换膜 C.可以将左侧流出的氢氧化钠补充到该装置中部，以保证装置连续工作 D.Na2FeO4具有强氧化性且产物为Fe3＋，因此可以利用Na2FeO4除去水中的细菌、固体颗粒以及Ca2＋等 【答案】D 【解析】根据图示，Cu电极为阴极，Fe电极为阳极。右侧电极为Fe电极，Fe失去电子发生氧化反应生成FeO，结合原子守恒和电荷守恒可得电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，A项正确；左侧为阴极室，Cu电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当Cu电极上生成1 mol气体时，同时产生2 mol OH－，此时中部有2 mol Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室平衡电荷，B项正确；根据B项分析，阴极室生成NaOH，左侧流出的NaOH溶液的浓度大于加入的NaOH溶液的浓度，即b%＞a%，可将左侧流出的NaOH补充到该装置中部，以保证装置连续工作，C项正确；Na2FeO4具有强氧化性，可利用Na2FeO4除去水中的细菌，Na2FeO4的还原产物为Fe3＋，Fe3＋水解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体可吸附固体颗粒，但二者均不能除去水中的Ca2＋，D项错误。 【变式4-3】通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是(　　) A.电极A为阴极，发生还原反应 B.电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋ C.电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变 D.电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3 【答案】C 【解析】由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；电极B上Mn2＋失电子转化为MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正确；电极A电极反应式为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C错误；电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确。 【题型5 多池串联的考查】 【例5】研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和NaCl溶液的实验，装置如下图所示，下列说法正确的是(　　) A.甲烷燃料电池工作时，负极的电极反应为：CH4－8e－＋10OH－===7H2O＋CO B.电极b上得到的是Cl2 C.标准状况下，每个电池通入1 L CH4且完全反应，理论上最多能得到8 L H2 D.若将电极a的石墨棒换成Fe棒，NaCl溶液中发生的总反应式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 【答案】A 【解析】A.甲烷燃料电池工作时，负极甲烷失电子被氧化，电极反应为： CH4－8e－＋10OH－===7H2O＋CO，A选项正确；B.b连接通入CH4的燃料电池的负极，b为阴极，H2O中H＋在此得电子被还原为H2，B选项错误；C.根据电子得失守恒可知CH4～CO～8e－～4H2，所以标准状况下，每个电池通入 1 L CH4且完全反应，理论上最多能得到 4 L H2，C选项错误；D.若将a的石墨换成Fe棒，则Fe作为活性电极自身失电子被氧化，发生反应Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2，D选项错误。 【变式5-1】NO－空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图所示。下列说法错误的是（　　） A.交换膜b为阴离子交换膜 B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2＋2NO＋8H2O＋8NH310N＋5S C.当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L－1盐酸时，M室溶液的质量变化为18 g（溶液体积变化忽略不计） D.若甲池有0.25 mol O2参加反应，则乙池中处理废气（SO2和NO）的总体积为15.68 L（标准状况） 【答案】D 【解析】NO－空气质子交换膜燃料电池中通入空气的一极为原电池（甲池）的正极，通入NO的一极为原电池（甲池）的负极。乙池和丙池均为电解池，乙池的左侧电极与电源正极相连，为阳极；丙池的右侧电极与电源负极相连，为阴极。丙池左侧电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，产生的H＋通过交换膜a，与通过交换膜b移向浓缩室的Cl－形成HCl，所以交换膜b为阴离子交换膜，A正确。乙池中SO2被氧化为S，NO被还原为N，反应还有NH3参与，由得失电子守恒和原子守恒可得总反应的离子方程式为5SO2＋2NO＋ 8H2O＋8NH310N＋5S，B正确。丙池左侧电极的电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L－1盐酸时，M室转移至浓缩室的H＋的物质的量为4 L×（0.6－0.1） mol·L－1＝2 mol，所以M室生成2 mol H＋，相当于减少1 mol H2O，则M室溶液的质量变化为18 g，C正确。甲池中O2得电子被还原，则O2～4e－，有0.25 mol O2参与反应时，转移1 mol e－，因为甲池与乙池串联，则乙池中也转移1 mol e－，根据总反应式，有0.5 mol SO2和0.2 mol NO被处理，则处理SO2和NO的体积为0.7 mol×22.4 L·mol－1＝15.68 L，D错误。 【变式5-2】某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。 请回答下列问题： (1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为________________。 (2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为________________。 (3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。 (4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 【答案】(1)原电池　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O (2)阳极　4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3 (3)280　D　1.60　(4)减小　增大 【解析】(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。(2)乙池中电解AgNO3溶液，其中C作阳极，Ag作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子数相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝××22.4 L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝××64 g＝1.60 g。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙中总反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。 【题型6 膜技术的应用】 【例6】二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是(　　) A.该装置能实现化学能100%转化为电能 B.电子移动方向：a极→b极→质子交换膜→a极 C.a电极的电极反应式为：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ D.当b电极消耗22.4 L O2时，质子交换膜有4 mol H＋通过 【答案】C 【解析】A项，化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，错误；B项，电子不能经过电解质溶液，所以电子由a极b极，错误；C项，a为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，正确；D项，气体所处状况不知，无法由体积求物质的量，所以通过H＋的物质的量无法求出，错误。 【变式6-1】一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)存在]。电池放电时，Ⅱ区的K2SO4溶液浓度变大，下列叙述错误的是(　　) A.电池放电时，转移2 mol e－正极质量减少32 g B.Ⅰ区与Ⅱ区之间的离子交换膜为阴离子交换膜 C.Zn电极反应：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) D.Ⅲ区的K＋通过隔膜向Ⅱ区迁移 【答案】A 【解析】Zn电极为负极，Zn失电子产物与电解质反应，生成Zn(OH)，同时K＋透过离子交换膜向Ⅱ区移动；正极为MnO2，MnO2得电子产物与电解质反应，生成Mn2＋等，同时SO透过离子交换膜向Ⅱ区移动。A.电池放电时，正极反应为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，转移2 mol e－，正极质量减轻87 g，A错误；B.由分析可知，电极反应发生时，Ⅰ区SO透过离子交换膜向Ⅱ区移动，则Ⅰ区与Ⅱ区之间的离子交换膜为阴离子交换膜，B正确；C.Zn电极，Zn失电子产物与电解质反应，生成Zn(OH)，则电极反应式为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，C正确；D.由分析可知，电极反应发生时，Ⅲ区的K＋透过离子交换膜向Ⅱ区迁移，D正确。 【变式6-2】利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.电极B连接电源正极 B.A极区电解液为LiCl溶液 C.阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D.每生成1 mol H2，有1 mol Li＋通过该离子交换膜 【答案】B 【解析】由题意知，电解LiCl溶液制备LiOH，由于电极B生成氢气，A与B用阳离子交换膜隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液，A项错误，B项正确；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；每生成1 mol H2，有2 mol Li＋通过该离子交换膜，D项错误。 【变式6-3】某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是(　　) A.电极a连接电源的正极 B.B为阳离子交换膜 C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D.Ⅱ口排出的是淡水 【答案】B 【解析】根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。 【题型7 电化学的有关计算】 【例7】将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　) A.4×10－3 mol/L B.2×10－3 mol/L C.1×10－3 mol/L D.1×10－7 mol/L 【答案】A 【解析】根据电解规律可知，阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，增重0.064 g，应是Cu的质量，根据总反应方程式： 解得x＝0.002 mol，c(H＋)＝＝4×10－3 mol/L。 【变式7-1】用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　) A.0.4 mol B.0.5 mol C.0.6 mol D.0.8 mol 【答案】C 【解析】电解硫酸铜溶液时，开始发生反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，后来发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 mol氧化铜和0.1 mol水，而0.1 mol水是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2 mol电子，第一阶段转移了0.4 mol电子，即一共转移了0.6 mol电子，C项正确。 【变式7-2】500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是(　　) A.原混合溶液中c(K＋)为0.4 mol·L－1 B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D.电解后溶液中c(H＋)为0.4 mol·L－1 【答案】D 【解析】石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu，4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。 【变式7-3】某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是(　　) A.X极的电极反应式：Pb－2e－＋SO===PbSO4 B.铅蓄电池工作时，每转移2 mol电子，消耗98 g H2SO4 C.电解池的反应仅有2Al＋6H2O2Al(OH)3↓＋3H2↑ D.每消耗103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有11.2 L H2生成 【答案】A 【解析】由图可知，电解池中，Al电极上发生氧化反应生成Al3＋和O2，H2O在Fe电极上被还原生成H2，则Al电极是阳极，Fe电极是阴极，Y极是正极，X极是负极，则X极的电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，A正确；铅蓄电池工作时，电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，则转移2 mol电子时消耗2 mol H2SO4，其质量为196 g，B错误；由图可知，Al电极上除生成Al3＋外，还生成O2，Fe电极上生成H2和OH－，故电解池中还发生反应：2H2O2H2↑＋O2↑，C错误；消耗103.5 g(即0.5 mol)Pb时，电路中转移1 mol电子，则阴极上逸出0.5 mol H2，题目未指明气体所处状况，H2的体积不确定，D错误。 【题型8 电化学的综合考查】 【例8】一种将燃料电池与电解池组合制备KMnO4的装置如图所示(电极甲、乙、丙、丁均为惰性电极)。该装置工作时，下列说法不正确的是(　　) A.甲为正极，丙为阴极 B.丁极的电极反应式为MnO－e－===MnO C.KOH溶液的质量分数：c%＞b%＞a% D.标准状况下，乙电极上每消耗22.4 L气体时，理论上有4 mol K＋移入阴极区 【答案】D 【解析】A.通入氧气的电极为燃料电池的正极，与电源正极相接的一极为电解池的阳极，所以丙电极为阴极，A正确；B.丁是电解池的阳极，阳极上MnO失去电子被氧化为MnO，电极反应式为MnO－e－===MnO，B正确；C.丙电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，甲电极的反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，乙电极的反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O，则甲电极附近始终生成KOH并且不消耗，所以c%＞b%，丙电极附近也始终生成KOH，所以b%＞a%，故大小关系为c%＞b%＞a%，C正确；D.标准状况下，乙电极每消耗22.4 L即1 mol氢气时，转移2 mol电子，并且K＋与电子所带电荷相等，所以理论上有2 mol K＋进入阴极区，D错误。 【变式8-1】设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2（s）转化为Co2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是（　　） A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大 B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸 C.乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－Li＋＋Co2＋＋4OH－ D.若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移 【答案】B 【解析】根据右侧装置为原电池，乙酸盐降解为二氧化碳，发生氧化反应，LiCoO2转化为Co2＋，发生还原反应，知右侧装置左电极为负极，右电极为正极；左侧装置为电解池，左电极为阳极，乙酸盐转化为CO2气体，右电极为阴极，Co2＋转化为Co单质。 装置工作时，甲室为阴极室，阳极发生反应CH3COO－－8e－＋2H2O2CO2↑＋7H＋，结合阴极反应及电解液呈电中性知，阳极生成的 H＋通过阳膜进入阴极室，故甲室溶液pH减小，A项错误；乙室为正极室，正极反应为LiCoO2＋e－＋4H＋Li＋＋Co2＋＋2H2O，消耗H＋生成H2O，电解质溶液酸性减弱，故工作一段时间后需要补充盐酸，B项正确，C项错误；根据甲室中电极反应Co2＋＋2e－Co和乙室中电极反应可知，甲室中减少的Co2＋的质量为乙室中增加的Co2＋的质量的一半，则甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋需增加400 mg，而此时乙室Co2＋增加了 300 mg，故还没有进行过溶液转移，D项错误。 【变式8-2】如图，c管为上端封口的量气管，为测定乙酸溶液浓度，量取10.00 mL待测样品加入b容器中，接通电源，进行实验。下列说法正确的是（　　） A.左侧电极反应：2H2O－4e－O2↑＋4H＋ B.实验结束时，b中溶液红色恰好褪去 C.若c中收集气体11.20 mL，则样品中乙酸浓度为0.1 mol·L－1 D.把盐桥换为U形铜导线，不影响测定结果 【答案】A 【解析】根据题意结合图示知，通过测量b容器中溶液变红色时c管内收集的气体的体积，结合各电极上转移的电子数相等可计算乙酸溶液的浓度，则右侧Pt电极为阴极，CH3COOH放电，电极反应式为2CH3COOH＋2e－H2↑＋2CH3COO－，左侧Pt电极为阳极，H2O放电，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，A项正确；实验结束时，b中CH3COOH被完全消耗生成CH3COO－，CH3COO－水解使溶液显碱性，故溶液为红色，B项错误；未指明气体所处的状况，不能根据体积计算其物质的量，C项错误；盐桥起传递离子使溶液呈电中性的作用，铜导线不能传递离子，D项错误。 【变式8-3】如图1所示，A为新型高效的甲烷燃料电池，采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。B为浸透饱和硫酸钠和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，C、D为电解槽，其电极材料、电解质溶液见图。 (1)甲烷燃料电池负极的电极反应式为_____________________________。 (2)关闭K1，打开K2，通电后，B的KMnO4紫红色液滴向d端移动，则电源a端为________极，通电一段时间后，观察到滤纸c端出现的现象是________________。 (3)D装置中有200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，(电解前后溶液的体积变化关系忽略不计)原混合溶液中NaCl的物质的量浓度________ mol·L－1，t2时所得溶液的pH＝________。 (4)若C装置中溶液为AgNO3且足量，总反应的离子方程式为_________________________。 电解结束后，为了使溶液恢复原样，则可以在反应后的溶液中加入________________(填化学式)。 【答案】(1)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　(2)负　c端试纸变红　(3)0.1　1 (4)4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋　Ag2O或Ag2CO3 【解析】(1)甲烷燃料电池的电解质为KOH溶液，负极上CH4被氧化，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。(2)关闭K1，打开K2，燃料电池A和电解池B组成串联电路，B中KMnO4紫红色液滴向d端移动，说明MnO向d移动，则d为阳极，从而推知a为电源的负极，b为正极；c为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，c端溶液呈碱性，溶液变成红色。(3)阴离子的还原性：Cl－>OH－>SO，阳极上先后发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑；由图可知，t1时刻Cl－放电完毕，得到224 mL Cl2(标准状况)，则有n(NaCl)＝n(Cl－)＝2n(Cl2)＝＝0.02 mol，故原混合液中c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1。t1～t2时间段生成112 mL O2(标准状况)，n(O2)＝＝5×10－3 mol，结合阳极反应可知反应生成n(H＋)＝4n(O2)＝4×5×10－3 mol＝0.02 mol，则t2时所得溶液中c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。(4)利用Pt电极电解AgNO3溶液时，阳极上OH－放电，阴极上Ag＋放电，电池总反应为4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋。为使电解质复原，可向电解后的溶液中加入Ag2O或Ag2CO3。 【基础题】 1.（2024·北京东城·二模）CO2资源化利用是实现碳中和的一种有效途径。下图是CO2在电催化下产生合成气(CO和H2)的一种方法。下列说法不正确的是 A．a电极连接电源的负极 B．从a极区向b极区移动 C．b极区中c(CH3COO-)逐渐增大 D．a极区中c()逐渐增大 【答案】C 【分析】从图中可以看出，在a电极，CO2、H2O得电子生成CO、H2，所以a为阴极，b为阳极。 【解析】A．由分析可知，a电极为阴极，则连接电源的负极，A正确； B．为阴离子，应从阴极向阳极移动，所以从a极区向b极区移动，B正确； C．b极为阳极， -2e-+2CH3COO-=+2CH3COOH，则溶液中c(CH3COO-)逐渐减小，C不正确； D．a极为阴极，CO2+2e-+2=CO+2+H2O，2+2e-=H2↑+2，所以c()逐渐增大，D正确；故选C。 2.（2024·河北张家口·一模）由于氯酸钠(NaClO3)具有吸湿性，不易保存，因此工业上常采用电渗析法将氯酸钠(NaClO3)转化成氯酸钾(KClO3)，其工作原理如图所示(a、b两电极均为石墨电极，c、d、e依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜），下列法说不正确的是（    ） A．a电极连接电源负极 B．左池NaOH溶液出口浓度大于入口浓度 C．该电解池的工作原理实质是电解水 D．制备1molKClO3，a、b两极共产生16.8L气体 【答案】D 【分析】氯酸钠浓溶液进入后流出氯酸钠稀溶液，氯酸钾稀溶液进入后流出氯酸钾浓溶液，说明氯酸根经d膜向右移动，电解池中阴离子流向阳极，所以b电极为阳极，a电极为阴极。 【解析】A．根据分析可知a电极为阴极，与电源负极相连，故A正确； B．阴极发生反应2H2O+2e-=2OH-+H2↑，钠离子经c膜进入左池，所以NaOH溶液出口浓度大于入口浓度，故B正确； C．阴极电离出的氢离子放电产生氢气，阳极氢氧根放电生成氧气，所以该电解池的工作原理实质是电解水，故C正确； D．未指明温度和压强，无法计算气体的体积，故D错误； 故选D。 3.（2024·广西河池·一模）利用电解原理，可将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。下列说法正确的是 A．b为电解池阴极 B．电解后左侧电极室KOH溶液pH减小 C．电解过程中阴离子通过交换膜从右向左迁移 D．阳极电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O 【答案】D 【分析】根据图示可知：在a电极上，H2O电离产生的H+得到电子被还原为H2，则a电极为阴极；在b电极上NH3失去电子产生N2，因此b电极为阳极，然后 【解析】A．根据上述分析可知：a电极为电解池的阴极，b电极为电解池的阳极，A错误； B．电解时，在a电极上发生反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，反应消耗水产生OH-，因此电解后左侧电极室KOH溶液浓度增大，则溶液pH会增大，B错误； C．电解时，阴极a电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极b电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，反应消耗OH-，反应产生H2O，电解过程中左侧c(OH-)增大，右侧c(OH-)减小，为维持电池持续工作，则溶液中OH-会通过阴离子交换膜从左向右迁移，C错误； D．根据上述分析可知：阳极电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，D正确； 故选D。 4.（2024·四川德阳·一模）一种成本低、稳定性好的全碱性多硫化物—空气液流二次电池工作时，原理如图所示。下列说法正确的是 A．连接负载时，电极A为正极 B．连接负载时，电极A的反应方程式为 C．连接电源时，电路中每通过个电子，生成的质量为 D．膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜 【答案】B 【分析】该电池为碱性多硫化物---空气液流二次电池，所以放电时通入空气的一极为正极，即电极B为正极，电极A为负极，充电时电极B为阳极，电极A为阴极。 【解析】A．连接负载时为原电池，电极B为正极，A错误； B．连接负载时为原电池，电极A为负极，发生氧化反应，电极反应为2 - 2e- = ，B正确； C．连接电源时为电解池，电极B反应为4OH--4e-=O2+2H2O，电极A反应为+ 2e- =2，不产生NaOH，C错误； D．放电时，正极发生还原反应，反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；负极发生氧化反应，反应为2 - 2e- = ；正极区氢氧根离子向左侧运动，离子交换膜b为阴离子交换膜；负极区钠离子向右侧运动，离子交换膜a为阳离子交换膜，D错误；故选B。 5.（2024·安徽马鞍山·三模）碲(Te)被誉为尖端技术等工业的维生素。工业上常以粗铜精炼的阳极泥(主要成分是，含Ag、Au等杂质)为原料提取碲并回收金属，Te与S同族，其工艺流程如图所示。 下列说法错误的是 A．粗铜精炼和电镀铜的阴极电极反应相同 B．每回收理论上步骤①中转移电子数为 C．步骤②电解后的溶液可以参与循环 D．可以用硝酸分离出滤渣X中的Au 【答案】B 【分析】阳极泥(主要成分是，含Ag、Au等杂质)通入氧气，加入硫酸调控pH并加压，反应后过滤得到滤液和滤渣，滤液电解回收铜；滤渣含TeO2等滤渣，加入盐酸反应后过滤得到Ag、Au滤渣X；滤液通入二氧化硫反应得到粗碲； 【解析】A．粗铜精炼和电镀铜的阴极电极反应均为Cu2++2e-=Cu，电极反应相同，A正确； B．根据转化为TeO2和Cu2+，转移电子数为6+2，每回收理论上步骤①中转移电子数为，B错误； C．步骤②电解后的溶液主要成分为硫酸，可以参与循环，在步骤①中使用，C正确； D．硝酸能溶解银而不能溶解Au，可以用硝酸分离出滤渣X中的Au，D正确； 答案选B。 6.（2024·湖南·模拟预测）用电解法处理废水中的模拟装置如图所示。a、b为离子选择性透过膜，下列说法正确的是 A．阳极室溶液由无色变成蓝色 B．阴极的电极反应式为 C．a膜为阴离子选择性透过膜 D．每转移2mol电子，阴极室质量增重34g 【答案】A 【分析】根据图片知，Cu为阳极，阳极上Cu失电子发生氧化反应生成Cu2+，电极反应式为，C为阴极，电极方程式为：2H++2e-=H2，以此解答。 【解析】A．阳极上发生氧化反应，溶液由无色变为蓝色，A正确； B．阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e-=H2↑，B错误； C．a膜为阳离子选择性透过膜，通过a膜进入阴极室，C错误； D．每转移2mol电子，有2mol的进入阴极室，由阴极电极反应式可知有氢气产生，会释放出去，故阴极室质量增重32g，D错误；故选A。 7.（2024·山东·模拟预测）利用如下装置模拟工业上电渗析法实现海水淡化。下列说法错误的是 A．乙室的Ag电极电势高于甲室 B．Cl电极的反应为 C．膜1为阳离子交换膜、膜2为阴离子交换膜 D．当乙室Ag电极的质量增加时，理论上NaCl溶液减少 【答案】C 【分析】该装置左侧为浓差原电池，右侧为电解池，实现海水淡化装置，甲室电极发生，该电极为负极，乙室的电极发生，该电极为正极，故Cl电极为阳极，C2电极为阴极，溶液中阳离子移向阴极室，膜2为阳离子交换膜，阴离子移向阳极室，膜1为阴离子交换膜，从而模拟实现海水淡化。 【解析】A．由上述分析可知，乙室的电极为正极，故电势高于甲室，A正确； B．Cl电极为阳极，电极反应为，B正确； C．溶液中阳离子移向阴极室，膜2为阳离子交换膜，阴离子移向阳极室，膜1为阴离子交换膜，C错误； D．乙室的电极发生，增加为生成的的质量，物质的量为，转移电子0.2mol，理论上NaCl溶液移向阳极室的为0.2mol，移向阴极室的为0.2mol，故质量减少，D正确； 答案选C。 8.（2024·湖南娄底·模拟预测）焦亚硫酸钠俗称保险粉，也是食品级添加剂等。工业上可用情性电极电解溶液得到焦亚硫酸钠，如下图所示。下列说法正确的是 A．得到焦亚硫酸钠产品电极反应式为 B．b为阳极 C．该电池使用过程中需补充NaOH D．每转移2mol电子，阴极生成22.4L气体 【答案】A 【分析】根据电解目的及装置图可知，极电极反应，a为阳极，极电极反应，为阴极，据此分析； 【解析】A．阳极反应式为，A正确； B．由电解目的（电解溶液制）可知极为阳极，极为阴极，B错误； C．电路中，每转移电子，阴极就产生通过离子交换膜转移至阳极，所以反应过程中不需要补充，C错误； D．电路中每转移电子，阴极生成气体．但由于未说明是否处于标准状况，无法算出气体的体积，D错误； 故选A。 9.（2024·广东茂名·一模）用惰性电极电解硫酸铜溶液的原理为，NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是 A．反应生成33.6L时，参加反应的数目为3NA B．当电解消耗1mol水时，可生成硫酸分子数为NA C．的溶液中， D．电解后加入8gCuO可使溶液复原，则电解时转移电子数为0.2NA 【答案】D 【解析】A．没有明确是否为标准状况下，无法计算33.6L氧气的物质的量和参加反应的铜离子数目，故A错误； B．硫酸是强酸，在溶液中完全电离，溶液中不存在硫酸分子，故B错误； C．缺溶液的体积，无法计算pH为1的稀硫酸溶液中氢离子的物质的量，故C错误； D．由反应方程式可知，当反应转移4mol电子时，反应生成2mol硫酸，加入2mol×80g/mol=160g氧化铜可使溶液复原，则当加入8g氧化铜可使溶液复原时，反应转移电子数为0.2NA，故D正确； 故选D。 10.（2024·陕西西安·模拟预测）氨是生产化肥、药品、精细化学品和塑料等必要的原料，在电化学合成氨方法中，锂介导的氮气还原反应(Li-NRR)是一种有吸引力且已验证的电化学合成氨途径。如图是其中一种电合成氨装置，下列说法错误的是 A．电极A的电势高于电极B B．由图可知该装置反应前后，理论上乙醇的浓度不变 C．阴极电极反应式为N2+2Li++4H++6e-=2LiNH2 D．理论上若电解液传导6mol H+，最多生成标准状况下33.6L NH3 【答案】D 【分析】由图可知，通入氢气的电极A为阳极，氢气在阳极失去电子发生还原反应生成氢离子，氢离子与EtO—离子反应生成EtOH，EtOH解离出氢离子和EtO—离子，通入氮气的电极B为阴极，锂离子在阴极得到电子生成锂，锂与氮气和EtOH解离出的氢离子反应生成氨基锂，氨基锂与氢离子反应生成锂离子和氨气，则阴极的电极反应式为N2+2Li++4H++6e—=2LiNH2，电解的总反应方程式为N2+3H22NH3。 【解析】A．由分析可知，通入氢气的电极A为阳极，通入氮气的电极B为阴极，则电极A的电势高于电极B，故A正确； B．由分析可知，电解的总反应方程式为N2+3H22NH3，则该装置反应前后，理论上乙醇的浓度不变，故B正确； C．由分析可知，阴极的电极反应式为N2+2Li++4H++6e—=2LiNH2，故C正确； D．由分析可知，阴极的电极反应式为N2+2Li++4H++6e—=2LiNH2，则放电时4mol氢离子参与放电生成2mol氨基锂，2mol氢离子与氨基锂生成2mol氨气，则理论上若电解液传导6mol氢离子，生成标准状况下氨气的体积为2mol×22.4L/mol=44.8L，故D错误；故选D。 【提升题】 11.（2024·安徽·一模）乙醛酸(OHC－COOH)是一种重要的化工中间体。工业上以乙二醛为原料制备乙醛酸的装置如图所示，通电后，阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸。已知乙醛酸的相对分子质量为74，下列说法正确的是 A．离子交换膜为阴离子交换膜 B．b极与外电源的正极相连 C．当外电路通过1mole-时，理论上最多可生成乙醛酸的质量为37g D．此装置中乙二醛被氧化的化学方程式：2+O2→2 【答案】C 【分析】由题中信息：通电后，阳极产物将乙二醛氧化为乙醛酸，结合题中装置图，可知阳极生成的Cl2通入盛放盐酸和乙二醛混合液一侧，Cl2与乙二醛发生氧化还原反应，生成Cl-移向与a电极相连的电极，与b电极相连的电极发生还原反应，生成H2，a为电源正极，b为电源负极。根据电解原理，可知阳极发生的电极反应式为，阴极发生还原反应，电极反应方程式为，据此分析解题。 【解析】A．根据题意氢离子由左侧经离子交换膜进入右侧，则离子交换膜为阳离子交换膜，A错误； B．a为电源正极，b为电源负极，B错误； C．根据得失电子守恒有，则当外电路通过1mole-时，理论上最多可生成乙醛酸的质量为，故C正确； D．氯气将乙二醛氧化为乙醛酸，自身被还原为氯离子，化学方程式为：+H2O+Cl2+2HCl，D错误； 故选C。 12.（2024·福建泉州·模拟预测）一种自生酸和碱的电化学回收体系，原理如图所示。在Ⅲ室中将等含磷微粒转化为羟基磷灰石（），同时将转化为，实现废水中的等含磷微粒和的回收。下列说法不正确的是 （注：表示等含磷微粒，为羟基磷灰石） A．a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜 B．Ⅲ室可发生反应： C．当电路中通过电子，阴极增重10.04g D．物质X为硫酸溶液，将其泵入吸收室用于吸收 【答案】C 【分析】由I室电极产生O2，III室电极产生H2可知，左侧为阳极，右侧为阴极，I室产生H+进入II室溶液，为了保证II室溶液电中性，脱盐室中硫酸根离子进入II室，II室物质X为硫酸，故a膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，II室硫酸泵入吸收室用于吸收NH3，脱盐室中硫酸根经过b膜进入II室，则Na+通过c膜进入III室，c膜为阳离子交换膜； 【解析】A．由分析知，a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜，A正确； B．III室要生成羟基磷灰石，所给离子方程式符合原理且满足电荷、质量守恒，B正确； C．III室电极为阴极，电极反应式2H2O+2e-=H2↑+2OH-，转移0.14mol电子，共生成0.14molOH-，OH-除了生成羟基磷灰石，还要与铵根反应，根据B选项反应式，当参与B选项反应式的OH-少于0.14mol，生成的羟基磷灰石少于0.01mol，0.01mol羟基磷灰石为10.04g，故阴极增重小于10.04g，C错误； D．由分析，物质X为硫酸溶液，将其泵入吸收室用于吸收NH3，D正确； 本题选C。 13.（2024·福建福州·模拟预测）利用废旧锂电池中制备的装置如图所示，下列说法错误的是 A．电极A为阴极 B．电极B发生的反应为： C．中的Mn元素均转移到了中 D．和的迁移方向相同 【答案】C 【分析】由图可知，该装置为电解池，电极A为与直流电源负极相连的阴极，酸性条件下，LiMn2O4在阴极得到电子发生还原反应生成锰离子，电极方程式为：LiMn2O4＋3e−+8H+=Li++2Mn2++4H2O，电极B为阳极，水分子作用下，锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，则电解的总反应方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+2H2O。 【解析】A．电极A为与直流电源负极相连的阴极，故A正确； B．电极B为阳极，水分子作用下，锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，故B正确； C．由分析可知，MnO2中的锰元素来源于阳极的硫酸锰溶液，由于存在阳离子交换膜，LiMn2O4中的锰元素不会转移到MnO2中，故C错误； D．电解池中阳离子移向阴极，和的迁移方向相同，都向阴极移动，故D正确； 故选C。 14.（2024·安徽蚌埠·模拟预测）某研究所构建了新型二次电池，该电池以和多孔纳米片为两极材料，分别以和溶液为电解液，工作原理如图所示。双极膜中的解离成和。下列说法正确的是 A．a极电势高于b极 B．当双极膜中离解时，外电路转移电子 C．放电时，总反应为： D．充电时，双极膜中移向a极，移向b极 【答案】C 【分析】放电时b极为正极，a极为负极，放电总反应为：。 【解析】A．由图示信息可知，放电时b极为正极，a极为负极，b极电势高于a极，A错误； B．当双极膜中离解1molH2O时，外电路转移1mol电子，B错误； C．放电时b极为正极，a极为负极，放电总反应为：，C正确； D．充电时,双极膜中OH−移向b极(阳极)，H+移向a极(阴极)，D错误； 故选C。 15.（2024·江西上饶·模拟预测）电解硫酸钠溶液制取电池正极材料的前驱体，其工作原理如图所示： 下列说法正确的是 A．a是直流电源的负极，石墨电极发生还原反应 B．交换膜A是阴离子交换膜，通电一段时间，I室上升 C．当产生的时，理论上纯钛电极上产生标准状况下气体 D．若将纯钛电极直接放入Ⅱ室，则前驱体产率升高 【答案】C 【分析】由图可知，前驱体在Ⅲ室生成，则Ⅱ室的金属阳离子进入Ⅲ室，交换膜B为阳离子交换膜，则右侧纯钛电极为阴极，电极反应式为，与金属阳离子结合得到前驱体，为保持电荷守恒，交换膜A为阴离子交换膜，左侧石墨电极为阳极，电极反应式为，所以电解过程实际上是电解水； 【解析】A．由上述分析可知，石墨为阳极，发生氧化反应，则a为电源的正极，A项错误； B．由分析可知，交换膜A为阴离子交换膜，左侧电极反应式为，产生，故降低，B项错误； C．每生成的，就相当于生成，由电极反应式：可知，理论上会生成，在标准状况下的体积为，C项正确； D．纯钛电极若直接放入Ⅱ室，会导致接受电子的物质不是水而是金属离子，导致金属单质的生成，前驱体产率降低，D项错误；答案选C。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$