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

2.电解原理及应用 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＋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：2H2O2H2↑＋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＋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＋H2ONaClO＋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C6N的电极反应：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6N＋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C6N，作阳极，电极反应为：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6N＋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C6N，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6N＋8H2O，B正确；C.由分析可知，阳极主要反应为：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6N＋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－===C6N＋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－C6N＋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)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HCO的水解程度大于HCO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SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO 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HCO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SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO，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2H2O2H2↑＋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－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===＋6H＋，由阳极区移向阴极区的H＋与消耗的H＋数目相等，而阴极反应中生成水，故溶液中c(H2SO4)减小，B错误；C正确；根据电极反应式和得失电子守恒，每消耗1 mol对硝基苯酚同时生成1 mol 2,5­呋喃二甲酸，D正确。] 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。] 学科网（北京）股份有限公司 $$