2025届高三化学二轮复习 电解原理在物质制备及环境保护方面的应用

电解原理在物质制备及环境保护方面的应用 1．(2023·南京模拟)羟胺(NH2OH)常用于有机合成。一种电化学法制取盐酸羟胺(NH3OHCl)的装置原理如图所示，已知铁可作NO反应的催化剂。下列说法正确的是(　　) A．放电时Pt电极有Cl2生成 B．放电时的正极反应式为NO＋3e－＋4H＋===NH3OH＋ C．放电时，电路中每转移1 mol e－，负极区将增加1 mol H＋ D．将质子交换膜改成阴离子交换膜，放电时的电极反应将发生变化 2．(2023·江苏阶段练习)酸性条件下CO2通过电催化法可生成C2H5OH，c -NC、i-CN是可用于阴极电极的两种电催化剂，其表面发生转化原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．i-NC电催化剂表面发生氧化反应 B．合成过程中CO2均作为还原剂 C．合成过程中用c-NC作电极催化剂更利于生成C2H5OH D．c-NC电催化剂表面发生反应：2CO2＋9H2O＋12e－===C2H5OH＋12OH－ 3．ClO2是一种广谱、安全和高效的消毒剂。目前开发出一定条件下用电解法制取ClO2的新工艺，简易装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．X接电源的负极 B．H＋由A室迁移至B室 C．产生ClO2的电极反应式：Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋ D．阴极产生的气体体积为448 mL(标准状况)时，通过质子交换膜的H＋数目为0.04NA 4．(2023·南通模拟)电解法利用CO2制备甲酸盐可实现CO2资源化利用，其装置如图，下列说法正确的是(　　) A．a极为阳极，K＋由左向右通过阳离子交换膜 B．乙池中的反应为CO2＋HCO－2e－===HCOO－＋CO C．电解过程中，Pt电极产生的气体可以在燃料电池的负极反应 D．两池中KHCO3溶液的浓度均降低 5．(2024·苏州模拟)采用惰性电极，以氮气和水为原料通过电解法制备氨的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．电解时，溶液中K＋向a极移动 B．电解时，电子由电源负极经导线流向a极 C．电解时，a极上发生反应：N2＋6e－＋6H＋===2NH3 D．电解一段时间后，b极附近溶液的pH减小 6．实验室以一定浓度的CH3CHO和Na2SO4混合溶液为电解液，让CH3CHO同时在阴、阳两极发生反应来模拟隔膜电解法处理含CH3CHO的废水，工作原理如图所示。已知阴极区域主要反应可表示为H2O＋e－===H*＋OH－、CH3CHO＋2H*===CH3CH2OH(H*为活泼H)。下列说法不正确的是(　　) A．直流电源b为负极 B．图中离子交换膜是阳离子交换膜 C．阳极区的反应可表示为CH3CHO＋H2O－2e－===CH3COOH＋2H＋ D．电解过程中阴极区溶液的pH变小 7．一种电解法制备Na2FeO4的装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．电解时化学能转化为电能 B．电解时应将铂电极与直流电源正极相连 C．电解时铁电极反应式：Fe＋6e－＋8OH－===FeO＋4H2O D．电解过程中转移1 mol e－，理论上可获得标准状况下的H2 11.2 L 8．生产硝酸钙的工业废水常含有NH4NO3，可用电解法净化。其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．a极为电源负极，b极为电源正极 B．装置工作时电子由b极流出，经导线、电解槽流入a极 C. Ⅰ 室能得到副产品浓硝酸， Ⅲ 室能得到副产品浓氨水 D．阴极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O 9．有研究表明，以CO2与辛胺[CH3(CH2)7NH2]为原料高选择性的合成甲酸和辛腈[CH3(CH2)6CN]，工作原理如图。下列说法不正确的是(　　) A．Ni2P电极与电源正极相连 B．In/In2O3－x电极上可能有副产物H2生成 C．在In/In2O3－x电极上发生的反应为CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋OH－ D．标准状况下，33.6 L CO2参与反应时Ni2P电极有1.5 mol辛腈生成 10．LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。清华大学首创三室膜电解法制备氢氧化锂，其模拟装置如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．X极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ B．a极为电源的负极，Y极上发生氧化反应 C．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜 D．每转移2 mol电子，理论上生成52 g LiOH 11．(2023·盐城高三检测)再生铅行业是我国在重视环境保护和充分利用有色金属再生资源的情况下逐步发展起来的新兴产业。从废旧铅酸蓄电池中回收铅的工艺为 ―→ 电解原理如图所示： 下列说法正确的是(　　) A．阴极区电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B．电解过程中阳极附近pH升高 C．Na2PbCl4浓度下降后，在阴极区加入PbO，可实现电解质溶液的再生使用 D．电路中流经4 mol电子，阴极可得207 g铅 12．700 ℃下电解熔融Sb2S3可制备高纯度的液态锑，原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．该过程需要在惰性气体氛围中进行 B．所有反应物和产物具有完全的流动性，使装料和出料变得更加简单 C．NaCl和KCl的作用是降低Na2S的熔点(1 180 ℃) D．阳极反应为Sb2S3(l)－6e－===2Sb3＋＋Sx(g) 学科网（北京）股份有限公司 $$ 电解原理在物质制备及环境保护方面的应用 1．(2023·南京模拟)羟胺(NH2OH)常用于有机合成。一种电化学法制取盐酸羟胺(NH3OHCl)的装置原理如图所示，已知铁可作NO反应的催化剂。下列说法正确的是(　　) A．放电时Pt电极有Cl2生成 B．放电时的正极反应式为NO＋3e－＋4H＋===NH3OH＋ C．放电时，电路中每转移1 mol e－，负极区将增加1 mol H＋ D．将质子交换膜改成阴离子交换膜，放电时的电极反应将发生变化 答案　B 解析　图示放电过程中，含铁电极表面NO得电子，发生还原反应生成NH3OH＋，作正极，Pt电极表面H2失电子，发生氧化反应生成H＋，作负极，H＋通过质子交换膜从负极移向正极。根据分析，放电时Pt电极表面H2失电子，发生氧化反应生成H＋，没有Cl2生成，故A错误；放电时的正极上NO得电子，发生还原反应生成NH3OH＋，电极反应式为NO＋3e－＋4H＋===NH3OH＋，故B正确；原电池工作时，阳离子从负极移向正极，根据电荷守恒，电路中每转移1 mol e－，正极区将增加1 mol H＋，故C错误；原电池中阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，若将质子交换膜改成阴离子交换膜，Cl－将通过阴离子交换膜向Pt电极迁移，H＋不再迁移，但放电时的电极反应不变，故D错误。 2．(2023·江苏阶段练习)酸性条件下CO2通过电催化法可生成C2H5OH，c -NC、i-CN是可用于阴极电极的两种电催化剂，其表面发生转化原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．i-NC电催化剂表面发生氧化反应 B．合成过程中CO2均作为还原剂 C．合成过程中用c-NC作电极催化剂更利于生成C2H5OH D．c-NC电催化剂表面发生反应：2CO2＋9H2O＋12e－===C2H5OH＋12OH－ 答案　C 解析　i-NC电催化剂表面CO2得电子生成CO和C2H5OH，发生还原反应，故A错误；c-NC电极上CO2转化为C2H5OH，i-NC电催化剂表面CO2得电子生成CO和C2H5OH，均发生还原反应，CO2均作氧化剂，故B错误；由图示可知，i-NC电催化剂表面CO2生成CO和C2H5OH两种产物，c-NC作电极催化剂时CO2完全转化为C2H5OH，由此可知c-NC作电极催化剂时CO2利用率更高，更利于生成C2H5OH，故C正确；电解质为酸性介质，c-NC电催化剂表面发生反应：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，故D错误。 3．ClO2是一种广谱、安全和高效的消毒剂。目前开发出一定条件下用电解法制取ClO2的新工艺，简易装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．X接电源的负极 B．H＋由A室迁移至B室 C．产生ClO2的电极反应式：Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋ D．阴极产生的气体体积为448 mL(标准状况)时，通过质子交换膜的H＋数目为0.04NA 答案　A 解析　根据题意可知，Cl－在阳极发生失电子的氧化反应生成ClO2，阳极电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋，即X电极为阳极，连电源正极，Y电极为阴极，连电源负极，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，据此分析解答。由分析可知，X接电源的正极，即A室为阳极室，B室为阴极室，故 H＋ 通过质子交换膜由A室迁移至B室，A错误、B正确；阴极产生H2的气体体积为448 mL(标准状况)即为＝0.02 mol 时，根据电子守恒可知，通过质子交换膜的 H＋ 数目为0.04NA，D正确。 4．(2023·南通模拟)电解法利用CO2制备甲酸盐可实现CO2资源化利用，其装置如图，下列说法正确的是(　　) A．a极为阳极，K＋由左向右通过阳离子交换膜 B．乙池中的反应为CO2＋HCO－2e－===HCOO－＋CO C．电解过程中，Pt电极产生的气体可以在燃料电池的负极反应 D．两池中KHCO3溶液的浓度均降低 答案　D 解析　根据电解CO2制甲酸盐的装置可知，Sn电极为阴极，阴极CO2发生还原反应生成HCOO－，电极反应式为CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO，Pt电极为阳极，电极反应式为4HCO－4e－===O2↑＋4CO2↑＋2H2O，据此分析解答。根据分析可知，Sn电极为阴极，b是电源负极，a是电源正极，K＋向阴极移动，所以K＋由左向右通过阳离子交换膜，故A错误；Sn电极为阴极，阴极CO2发生还原反应生成HCOO－，电极反应式为CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO，故B错误；电解过程中，Pt电极产生的气体为O2和CO2，不可以在燃料电池的负极反应，故C错误。 5．(2024·苏州模拟)采用惰性电极，以氮气和水为原料通过电解法制备氨的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．电解时，溶液中K＋向a极移动 B．电解时，电子由电源负极经导线流向a极 C．电解时，a极上发生反应：N2＋6e－＋6H＋===2NH3 D．电解一段时间后，b极附近溶液的pH减小 答案　C 6．实验室以一定浓度的CH3CHO和Na2SO4混合溶液为电解液，让CH3CHO同时在阴、阳两极发生反应来模拟隔膜电解法处理含CH3CHO的废水，工作原理如图所示。已知阴极区域主要反应可表示为H2O＋e－===H*＋OH－、CH3CHO＋2H*===CH3CH2OH(H*为活泼H)。下列说法不正确的是(　　) A．直流电源b为负极 B．图中离子交换膜是阳离子交换膜 C．阳极区的反应可表示为CH3CHO＋H2O－2e－===CH3COOH＋2H＋ D．电解过程中阴极区溶液的pH变小 答案　D 解析　电解池中阳离子移向阴极，由图中Na＋的移动方向可知直流电源a为正极，b为负极，图中离子交换膜是阳离子交换膜，故A、B正确；电解过程中阴极区域主要发生反应：H2O＋e－===H*＋OH－、CH3CHO＋2H*===CH3CH2OH，产生氢氧根离子，溶液的pH变大，故D错误。 7．一种电解法制备Na2FeO4的装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．电解时化学能转化为电能 B．电解时应将铂电极与直流电源正极相连 C．电解时铁电极反应式：Fe＋6e－＋8OH－===FeO＋4H2O D．电解过程中转移1 mol e－，理论上可获得标准状况下的H2 11.2 L 答案　D 8．生产硝酸钙的工业废水常含有NH4NO3，可用电解法净化。其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．a极为电源负极，b极为电源正极 B．装置工作时电子由b极流出，经导线、电解槽流入a极 C. Ⅰ 室能得到副产品浓硝酸， Ⅲ 室能得到副产品浓氨水 D．阴极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O 答案　C 解析　分析装置图可知含NH4NO3废水的 Ⅱ 室中的硝酸根离子通过阴离子交换膜进入 Ⅰ 室，铵根离子通过阳离子交换膜进入 Ⅲ 室，判断 Ⅰ 室为阳极室，a为电源的正极， Ⅲ 室为阴极室，b为电源的负极，故A错误；装置工作时电子由b极流出，但电子不能通过电解质溶液，即不能通过电解槽流入a极，故B错误； Ⅰ 室中氢氧根离子失电子发生氧化反应，氢离子浓度增大， Ⅲ 室中氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子浓度增大， Ⅰ 室能得到副产品浓硝酸， Ⅲ 室能得到副产品浓氨水，故C正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故D错误。 9．有研究表明，以CO2与辛胺[CH3(CH2)7NH2]为原料高选择性的合成甲酸和辛腈[CH3(CH2)6CN]，工作原理如图。下列说法不正确的是(　　) A．Ni2P电极与电源正极相连 B．In/In2O3－x电极上可能有副产物H2生成 C．在In/In2O3－x电极上发生的反应为CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋OH－ D．标准状况下，33.6 L CO2参与反应时Ni2P电极有1.5 mol辛腈生成 答案　D 10．LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。清华大学首创三室膜电解法制备氢氧化锂，其模拟装置如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．X极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ B．a极为电源的负极，Y极上发生氧化反应 C．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜 D．每转移2 mol电子，理论上生成52 g LiOH 答案　A 解析　由左侧硫酸溶液由稀变浓可知，左侧生成氢离子，硫酸根离子透过膜1进入左池，X为阳极；由右侧LiOH溶液由稀变浓可知，右侧生成氢氧根离子，为阴极，锂离子透过膜2进入右池。X为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故A正确；X极为阳极，故a极为电源正极，Y为阴极，发生还原反应，故B错误；Y电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当转移2 mol电子时，生成2 mol LiOH，故生成LiOH的质量为2 mol×24 g·mol－1＝48 g，故D错误。 11．(2023·盐城高三检测)再生铅行业是我国在重视环境保护和充分利用有色金属再生资源的情况下逐步发展起来的新兴产业。从废旧铅酸蓄电池中回收铅的工艺为 ―→ 电解原理如图所示： 下列说法正确的是(　　) A．阴极区电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ B．电解过程中阳极附近pH升高 C．Na2PbCl4浓度下降后，在阴极区加入PbO，可实现电解质溶液的再生使用 D．电路中流经4 mol电子，阴极可得207 g铅 答案　C 解析　阴极发生的反应为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－，同时阳极区的H＋通过质子交换膜移向阴极区，阴极区形成HCl/NaCl溶液，电解后向其中加入PbO，可以生成PbCl，A项错误、C项正确；阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则阳极区pH降低，B项错误；电路中通过4 mol电子时，阴极可得414 g铅，D项错误。 12．700 ℃下电解熔融Sb2S3可制备高纯度的液态锑，原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．该过程需要在惰性气体氛围中进行 B．所有反应物和产物具有完全的流动性，使装料和出料变得更加简单 C．NaCl和KCl的作用是降低Na2S的熔点(1 180 ℃) D．阳极反应为Sb2S3(l)－6e－===2Sb3＋＋Sx(g) 答案　D 解析　生成的液态锑、液态硫能被空气中的氧气氧化，因此该过程需要在惰性气体氛围中进行，故A正确；Na2S的熔点为1 180 ℃，而该工艺在700 ℃下电解熔融态物质，NaCl和KCl的作用是降低Na2S的熔点，故C正确；阳极发生氧化反应，电极反应为S2－－2e－===Sx(g)，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$