电解原理的应用——2025届高考化学

电解原理的应用 【重难知识点整合】 1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极) 2．正确判断电极产物 (1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)＞含氧酸根离子。 (2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断： Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)。 3．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极) 电解类型 电解质实例 溶液复原物质 电解水 NaOH、H2SO4 或Na2SO4 水 电解电解质 HCl或CuCl2 原电解质 放氢生碱型 NaCl HCl气体 放氧生酸型 CuSO4或AgNO3 CuO或Ag2O 注意　电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，溶液中H＋继续放电，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。 4．金属的腐蚀与电化学防护 5．陌生电解池装置图的知识迁移 (1)电解池 (2)金属腐蚀 【拔高练习】 1.高锰酸钾是临床医学上常用的消毒剂。如图是电化学法制备高锰酸钾的装置图，X、Y均为惰性电极。下列说法正确的是( ) A.a为电源负极 B.每转移电子，Y极放出1.12L气体 C.电解过程中X极附近增大 D.当外电路中有电子转移时，X、Y电极氧化产物与还原产物的物质量的量比为 2.据文献报道。利用阴极膜过滤反应器能除去废水中的磷元素（假设磷元素的存在形态只有），其装置如图所示[图中的组成为]。下列叙述不正确的是( ) A.三电极流出（入）的电子数均相等 B.阴阳极上产生气体的物质的量之比为 C.电极周围分子被氧化，其氧化产物为 D.阴极区的总反应式： 3.为尽快实现碳中和，科研小组设计了电化学方法吸收转化空气中的，将其转化为可利用的有机物质。下列有关说法正确的是( ) A.该装置能将化学能转化为电能 B.a极为阴极，双极膜中的阳离子向a极移动 C.阴极的电极反应式： D.理论上消耗，生成标准状况下的X 4.为解决传统电解水制氢阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法装置如图。部分反应机理为：。 下列说法正确的是( ) A.电解时由a极向b极方向迁移 B.阴极反应为 C.阳极反应 D.相同电量下理论产量是传统电解水的2倍 5.单液流电池属于沉积型电池，它不带要隔膜或离子交换膜，从而大幅降低了电池成本和电池设计的复杂性，一种单液流电池工作原理如图所示，下列说法错误的是( ) A.放电时，储液罐中溶液的不断增大 B.充电时，电极与电源的正极相连 C.放电时，正极反应式为 D.充电时，若电极增重，电解质溶液增加离子数为 6.某电化学锂富集装置如图，工作步骤如下：Ⅰ.向所在腔室通入海水，启动电源乙，使海水中进入结构形成；Ⅱ.关闭电源乙和海水通道，启动电源甲，同时向电极a上通入。下列说法错误的是( ) A.电极b与电源乙的正极相连 B.步骤Ⅰ时，腔室2中的进入所在腔室 C.步骤Ⅱ时，阳极的电极反应式为 D.在电极a上每消耗5.6L（换算成标准状况），腔室1质量增加7g 7.阅读下列材料，完成下列小题。 随着锂离子电池在众多领域的广泛应用，其废旧电池的回收工作愈发显得意义重大。现行的回收工艺通常采用酸浸碱浸的方法，从锂离子电池正极材料（含少量金属）中提取和，得到的和在空气中煅烧，可实现的再生。与此同时，为达成绿色回收和的目标，科研人员正在研究一种新型电解回收工艺。已知：。 （1）一种现行回收工艺的流程如下图所示。下列说法正确的是( ) A.“浸取”反应中，正极材料成分为还原剂 B.“浸取”时转化为和 C.滤液2中 D.再生： （2）电解回收工艺的原理如下图所示。下列说法错误的是( ) A.太阳能电池板经光照产生的电子流向a极 B.浸出： C.b电极反应： D.电解前除去中的杂质，可提高纯度 8.车载双电极镍氢电池为近年新研发成果。放电时工作原理如图所示，a、c电极为吸附了氢气的稀土合金，可表示为MH；b、d电极上吸附了NiO（OH）。下列叙述正确的是( ) A.放电时，电子流动路径为a→外电路→d→c→铜箔→b B.充电时，外电路每通过1mol电子，该电池正极共减轻2g C.放电时，c极上的反应可表示为 D.充电时，a、b接电源的负极，c、d接电源的正极 9.碳酸二甲酯[]是一种具有发展前景的“绿色”化工产品，电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示（加入两极的物质均是常温常压下的物质）。下列说法正确的是( ) A.B为直流电源正极 B.由石墨2极通过质子交换膜向石墨1极移动 C.石墨1极发生的电极反应为 D.当石墨2极消耗22.4L时，质子交换膜有4mol通过 10.我国科研人员设计了一条从乳酸增值至丙氨酸的电化学转化路径，同时可以实现废水的再利用，原理如图所示。已知：在外电场作用下，水分子会在双极膜的界面层解离为和。 下列说法错误的是( ) A.理论上将废水中还原到羟胺需转移电子 B.阳极发生的反应为 C.阴极发生的反应为 D.双极膜在阳极区产生，阴极区产生 11.科学家基于水/有机双相电解质开发了一种新型的铜锌二次电池，双相电解质建立了离子选择性界面，仅允许氯离子迁移，其放电时的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( ) A.充电时，石墨电极与电源正极相连 B.充电时，石墨电极上可发生电极反应 C.放电时，氯离子向锌电极迁移 D.放电时，理论上电路中每转移电子，锌电极质量增加 12.“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HCHO高效制的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是( ) A.相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍 B.阴极反应： C.电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动 D.阳极反应： 13.回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下(双极膜可将膜内的水分离成和)。下列说法错误的是( ) A.该装置中双极膜左侧为阴离子交换膜 B.m极为电源的负极 C.装置a中反应的离子方程式为 D.装置b中的总反应为 14.用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，实验装置如图①。电解过程中的实验数据如图②，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。则下列说法正确的是( ) A.电解过程中，b电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生 B.a电极上发生的反应方程式为：和 C.曲线0~P段表示和混合气体的体积变化，曲线P~Q段表示的体积变化 D.从开始到Q点时收集到的混合气体的平均摩尔质量为 答案以及解析 1.答案：D 解析：A.电极X为阳极，a为电源的正极，A错误； B.未标注温度压强，无法用22.4L/mol进行计算，B错误； C.阳离子从阳极向阴极移动，向Y极移动，Y极附近增大，C错误； D.当外电路中有电子转移时，X电极氧化产物物质量的量为2mol、Y电极还原产物的物质量的量为1mol，X、Y电极氧化产物与还原产物的物质量的量比为，D正确； 故选D。 2.答案：A 解析：A.中间的为阴极，两侧的为阳极，根据电子守恒分析，阳极失去的电子总数应该等于阴极得到电子总数，故三电极流出或流入的电子数不相等，A错误； B.阴极产生氢气，阳极产生氧气，产生氢气所得电子等于产生氧气失的电子，故两极气体物质的量之比为2:1，B正确； C.电极为阳极，水被氧化，氧化产物为氧气，C正确； D.阴极是中的氢得到电子生成氢气，同时生成和，和钙离子和水结合形成，选项所给阴极区总反应离子方程式正确，D正确； 故选A。 3.答案：D 解析：由阴极电极反应式，消耗22g，即0.5mol参与反应，转移电子3mol，阳极生成，氧元素从-2价变为0价，生成1mol氧气转移电子4mol，故0.5mol参与反应生成0.75mol，标准状况下体积为16.8L，D正确； 本题选D。 4.答案：D 解析：A.由分析可知，b极为阳极，a极为阴极，故电解时由b极经电源向a极方向迁移，A错误；B.由分析可知，阴极反应为：，B错误；C.由分析可知，阳极反应为：，C错误；D.由分析可知，阳极反应式为：，阴极反应式为：，则转移2mol电子时，阳极生成1mol，阴极生成1mol，共生成2mol，而传统电解水的反应式：，转移2mol电子生成1mol，所以相同电量下理论产量是传统电解水的2倍，D正确；故选D。 5.答案：D 解析：A.电池放电时发生的，总反应为，放电过程中不断消耗硫酸，不断增大，故A正确；B.放电时，电极作正极，则充电时，电极与电源的正极相连，故B正确；C.放电时，电极作正极，则电极反应式为，故C正确；D.充电时，总反应为电极增重时，电解质溶液增加离子数为4，故D错误；故选D。 6.答案：D 解析：A.由分析得，电极b作阳极，连接电源乙正极，故A正确； B.步骤Ⅰ时，中锰元素的化合价降低，作阴极，腔室2中的向阴极移动，进入所在腔室，故B正确； C.由分析得，步骤Ⅱ时，阳极的失去电子，变为Li+和，电极反应式为，故C正确； D.电极a为阴极，电极反应式为：，每消耗5.6L（换算成标准状况），即0.25mol，转移电子数为1mol，即有1mol进入腔室1，腔室1增重：0.25mol×32g/mol+1mol×7g/mol=15g，故D错误； 故选D。 7.答案：（1）B （2）A 解析：（1）A.“浸取”反应中，正极材料成分中Co元素化合价由+3价降低为+2价，所以正极材料成分为氧化剂，故A错误； B.“浸取”时和稀硫酸及过氧化氢反应，由流程图可知，沉钴时加NaOH溶液生成，则Co元素在“浸取”时转化为，Li元素化合价不变，所以“浸取”时转化为和，故B正确； C.滤液2中达到饱和，则滤液2中，故C错误； D.再生的过程中，在空气中煅烧，氧气为氧化剂，所以化学方程式为：，故D错误； 答案选B。 （2）A.根据分析可知，电极b为阴极，太阳能电池板经光照产生的电子流向b极，故A错误； B.根据分析可知，浸出生成钴离子，钴元素化合价降低，氧元素化合价升高，所以离子方程式：，故B正确； C.根据分析可知，b电极为阴极，电极反应式：，故C正确； D.根据分析可知，电解前除去中的杂质，防止铜离子加NaOH溶液时生成，可提高纯度，故D正确； 答案选A。 8.答案：B 解析：A.放电时，电子不经过电解液，故A错误； B.充电时，b、d为阳极，电极反应式为，外电路每通过1mol电子，该电池的2个正极共减轻1mol×1g/mol×2=2g，故B正确； C.放电时，c为正极，电极反应式为，故C错误； D.充电时，b、d极为阳极，连接电源的正极；a、c极为阴极，连接电源的负极，故D错误； 故选B。 9.答案：C 解析：A.石墨2为阴极，阴极与电源的负极相连，则B为直流电源负极，A错误； B.阳离子移向阴极，则氢离子由石墨1极通过质子交换膜向石墨2极移动，B错误； C.石墨1为阳极，阳极上是甲醇和一氧化碳反应失电子发生氧化反应，电极反应为，C正确； D.没有指明是标准状况下，不能计算质子交换膜通过的，D错误； 故选C。 10.答案：A 解析：A.中N为+5价，中N为-1价，理论上将还原到羟胺需转移6个电子，题干中未说明的物质的量，无法计算电子的转移数目，A错误； B.由分析可知，左侧为阳极，发生的反应为，B正确； C.由分析可知，左侧为阴极，发生的反应为，C正确； D.电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，故双极膜在阳极区产生，阴极区产生，D正确； 故选A。 11.答案：D 解析：放电时为原电池原理，锌为负极，电极式为：，石墨为正极，电极式为：；充电时为电解池原理，锌与电源负极相连为阴极，石墨与电源正极相连为阳极。 A.根据分析，充电时，石墨电极与电源正极相连，A正确； B.充电时，石墨电极为阳极，发生氧化反应，电极反应，B正确； C.放电时，氯离子向负极，即向锌电极迁移，C正确； D.放电时，根据负极电极式，理论上电路中每转移电子，锌电极质量增加2mol的质量，应为：，D错误； 故选D。 12.答案：A 解析：传统电解水过程中每转移可制得，耦合HCHO高效制过程中每转移，阴，阳极均可产生2 mol氢气，则相同电量下理论产量是传统电解水的2倍，A错误；由上述分析可知，阴极的电极反应为，B正确；综合图像中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知，通过交换膜向b极区移动，C正确；由上述分析可知，D正确。 13.答案：B 解析：A.双极膜可将膜内的水分离成和，通过双极膜左侧向阳极移动，双极膜左侧为阴离子交换膜，A正确； B.装置b中左侧电极为阳极，连电源的正极，B错误； D.装置a中，二氧化硫与碳酸氢钠溶液反应生成亚硫酸钠和二氧化碳：，C正确； D.由分析中电解池阴极和阳极反应可知，装置b中总反应为，D正确； 故选B。 14.答案：D 解析：A.根据分析可知，b电极为阳极，阳极始终是生成氧气，A错误； B.a电极为阴极，先是铜离子生成铜，然后是溶液中的氢离子生成氢气，离子方程式为：，，B错误； C.根据分析，曲线0~P段表示的体积变化，曲线P~Q段表示和混合气体体积的变化，C错误； D.根据图②中P点收集到的是氧气体积为1.12L，对应物质的量为0.05mol，Q点收集到的是氢气和和氧气的混合气，总体积为3.36L，对应混合气体的物质的量为0.15mol，曲线P~Q段表示和混合气体物质的量之比为2:1；故曲线0~Q段其中氧气和氢气都是0.1mol，则混合气的平均摩尔质量为(2+32)g/mol÷2＝17g/mol，D正确； 故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $$