上篇专题3 选择题突破3.2 电解原理及应用（PPT课件）-【创新教程】2025年高考化学大二轮专题增分方案（单选）

2025-01-13

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2.电解原理及应用上篇专题三电化学下一页上一页返回导航化学上篇专题三　电化学课时作业 01 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1．电解原理及阴、阳极判断 2．电解工作原理的思维模板 3．金属腐蚀的快慢比较模型 4．利用电解原理制备物质可分为两个类型类型电解池构造膜类型 “解离”型膜1：阳离子交换膜；膜2：阴离子交换膜 “组合”型膜3：阳离子交换膜；膜4：阴离子交换膜 5.常考两种复杂的电解装置 (1)复杂有机电化学装置根据有机化合物分子的特点判断电极：加氢去氧发生还原反应，所在电极作阴极；加氧去氢发生氧化反应，所在电极作阳极。如：某研究团队以KOH溶液为电解质溶液，CoP和Ni2P纳米片为催化电极材料，电催化合成偶氮化合物(RCN，R代表烃基)的装置如图所示： Ni2P极作阳极，电极反应式为RCH2NH2－4e－＋4OH－===RCN＋4H2O；CoP极作阴极，电极反应式为2C6H5NO2＋4H2O＋8e－===(C6H5N)2＋8OH－。 (2)协同转化装置解题关键：分清楚哪个是电极反应，哪个是电极区反应，要注意电极及电极区均可能存在多个反应。如： CO2＋H2S协同转化装置实现了对天然气中CO2和H2S的高效去除。电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应： ①EDTA－Fe2＋－e－===EDTA—Fe3＋； ②2EDTA－Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA－Fe2＋。阴极的电极反应为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O；协同转化总反应为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S。 1．(电解水制“绿氢”|2024·黑吉辽卷)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合 A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍 B．阴极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ C．电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动 D．阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋ 2H2O ＋H2↑ 解析：A　[据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO－，而HCHO 转化为HCOO－为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极 HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H－，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH＋OH－===HCOO－＋H2O，而生成的H－在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H－－2e－===H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 A．由以上分析可知，阳极反应：①HCHO＋OH－－e－===HCOOH＋eq \f(1,2)H2↑，②HCOOH＋OH－===HCOO－＋H2O，阴极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，即转移2 mol电子时，阴、阳两极各生成1 mol H2，共2 mol H2，而传统电解水：2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解),\s\do15(　))2H2↑＋O2↑，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，故A错误；B.阴极水得电子生成氢气，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B正确；C.由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH－，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，OH－通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确；D.由以上分析可知，阳极反应涉及：①HCHO＋OH－－e－===HCOOH＋eq \f(1,2)H2↑，②HCOOH＋OH－===HCOO－＋H2O，由(①＋②)×2得阳极反应为：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑，故D正确。] 2．(无膜海水抑O2制H2|2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　) A．b端电势高于a端电势 B．理论上转移2 mol e－生成4 g H2 C．电解后海水pH下降 D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋解析：D　[由题图可知，钛网电极在PRT的抑制下，Cl－放电生成HClO，电极反应为Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，所以钛网电极为阳极，a为正极，b为负极，钛箔电极为阴极，在该电极上水放电生成H2：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则电解池的总反应为NaCl＋H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))NaClO＋H2↑。由分析可知，电源a端为正极，电源b端为负极， a端电势高于b端，A项错误；理论上每转移2 mol e－生成1 mol H2质量为2 g，B项错误；电解生成ClO－，水解使溶液呈碱性，海水pH上升，C项错误；阳极上，Cl－放电转化为HClO，电极反应为Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，D项正确。] 3．(电解合成|2024·湖南卷)在KOH水溶液中，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，下列说法正确的是(　　) A．电解时，OH－向Ni电极移动 B．生成C6Neq \o\al(4－,16)的电极反应：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6Neq \o\al(4－,16)＋8H2O C．电解一段时间后，溶液pH升高 D．每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16 解析：B　[由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，作阴极，发生还原反应，电解质溶液为KOH溶液，则电极反应为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；Pt电极C3N8H4失去电子生成C6Neq \o\al(4－,16)，作阳极，电极反应为：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6Neq \o\al(4－,16)＋8H2O，同时，Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。A.由分析可知，Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即OH－向Pt电极移动，A错误；B.由分析可知，Pt电极C3N8H4失去电子生成C6Neq \o\al(4－,16)，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：2C3N8H4＋8OH－－4e－ ===C6Neq \o\al(4－,16)＋8H2O，B正确；C.由分析可知，阳极主要反应为：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6Neq \o\al(4－,16)＋8H2O，阴极反应为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则电解过程中发生的总反应主要为：2C3N8H4＋4OH－===C6Neq \o\al(4－,16)＋4H2O＋2H2↑，反应消耗OH－，生成H2O，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；D.根据电解总反应：2C3N8H4＋4OH－eq \o(=====,\s\up17(电解))C6Neq \o\al(4－,16)＋4H2O ＋2H2↑可知，每生成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成，发生电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，则生成1 mol H2时得到的部分电子由OH－放电产生O2提供，所以生成K4C6N16小于0.5 mol，D错误。] 4．(电解水|2024·甘肃卷)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　) 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O2－从多孔电极1迁移到多孔电极2 D．理论上电源提供2 mol e－能分解1 mol H2O 解析：B　[多孔电极1上H2O(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2H2O＋4e－===2H2↑＋2O2－；多孔电极2上O2－发生失电子的氧化反应转化成O2(g)，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2－－4e－===O2↑。 A．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项正确；B.根据分析，电极2为阳极，发生氧化反应：2O2－－4e－===O2↑，B项错误；C.工作时，阴离子O2－向阳极移动，即O2－从多孔电极1迁移到多孔电极2，C项正确；D.根据分析，电解总反应为2H2O(g)eq \o(=====,\s\up17(电解),\s\do15(　))2H2↑＋O2↑，分解2 mol H2O转移4 mol电子，则理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O，D项正确；答案选B。] 电解原理应用的解题模板 1．(回收CO2、SO2污染气体|2023·北京卷)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HCOeq \o\al(－,3)的水解程度大于HCOeq \o\al(－,3)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SOeq \o\al(2－,3)＋CO2＋H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解),\s\do15(　))HCOOH＋SOeq \o\al(2－,4) 解析：C　[A.SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；B.装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCOeq \o\al(－,3)的水解程度大于其电离程度，故B正确；C.装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误；D.由电解池阴极和阳极物质转化可知，装置b中总反应为SOeq \o\al(2－,3)＋CO2＋H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解),\s\do15(　))HCOOH＋SOeq \o\al(2－,4)，故D正确；故选C。] 2．(绿色海水制氢|2023·湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h－1。下列说法错误的是(　　) A．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h－1 解析：D　[由题图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电池总反应为2H2Oeq \o(=====,\s\up17(通电),\s\do15(　))2H2↑＋O2↑，据此解答。A.b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；B.该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，为保持OH－浓度不变，则阴极产生的OH－要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，B正确；C.电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水分子可穿过PTFE膜，为电解池补水，C正确；D.由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h－1，则补水的速率也应是x mol·h－1，D错误。] 3．(制备TiSi|2023·浙江1月卷)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是(　　) A．石墨电极为阴极，发生氧化反应 B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O C．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应 D．电解时，阳离子向石墨电极移动解析：C　[由题图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A错误；电极A为阴极，SiO2和TiO2得电子生成TiSi，电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B错误；根据电解装置图可知，该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D错误。] 4．(2024·湖北武汉调考)电有机合成相对于传统有机合成具有显著优势，利用如图所示装置实现电催化合成2,5呋喃二甲酸。下列说法错误的是(　　) A．催化电极b连接电源的负极 B．阴极区溶液中c(H2SO4)不变 C．阳极区的总反应为 INCLUDEPICTURE"167.tif" －6e－＋2H2O===＋6H＋ D．每消耗1 mol对硝基苯酚同时生成1 mol 2,5呋喃二甲酸解析：B　[由题图可知，a电极镍失去电子发生氧化反应，为阳极，则b为阴极，催化电极b连接电源的负极，A正确；阴极区发生的反应为对硝基苯酚转化为对氨基苯酚，电极b反应式为＋6e－＋6H＋===＋2H2O，阳极区两个反应相加可得总反应为转化为，反应为－6e－＋ 2H2O=== 5．(牺牲阳极的阴极保护法|2022·广东卷)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3% NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是(　　) A．加入AgNO3溶液产生沉淀 B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现 C．加入KSCN溶液无红色出现 D．加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成解析：D　[镀层有破损的镀锌铁片被腐蚀，则将其放入到酸化的3% NaCl(金属电化学腐蚀条件：两个导电电极、电解质溶液、闭合回路)溶液中，会构成原电池，由于锌比铁活泼，作原电池的负极，而铁片作正极。若铁片被腐蚀，溶液中会有亚铁离子生成，据此分析解答。氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A不符合题意；淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，但不论铁片是否腐蚀，均无氧化性物质与碘化钾发生反应，故B不符合题意；KSCN溶液可检测Fe3＋的存在，上述实验中不会出现Fe3＋(Fe－2e－===Fe2＋，不产生Fe3＋)，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN溶液后，均无红色出现，故C不符合题意；K3[Fe(CN)6]是用于检测Fe2＋的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成Fe2＋，则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀，故D符合题意。] $$

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