第3讲 电解原理及其应用-【金版教程】2026年高考化学一轮总复习首选用卷全书Word（区域A版 新版本）

第3讲　电解原理及其应用 考点1　电解原理 1．(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 答案　B 解析　多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应，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，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2－－4e－===O2↑，B错误。 2．(2023·广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后(　　) A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2 B．a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性 C．b处出现蓝色，说明还原性：Cl－>I－ D．断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转 答案　D 解析　闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，右侧为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。根据分析，U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和H2，A错误；左侧生成氯气，氯气遇到水生成的HClO具有漂白性，使a处布条褪色，B错误；b处出现蓝色，发生Cl2＋2KI===I2＋2KCl，说明还原性：I－>Cl－，C错误。 3．(2025·贵阳市高三适应性考试)双极膜是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成的，其内层为水层，装置工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，分别向两侧发生迁移。CO2电化学还原法制备甲醇的电解原理如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是(　　) A．电极A是电源的负极 B．OH－穿过b膜进入右室溶液 C．催化电极的电极反应：CO2－6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O D．当催化电极生成64 g甲醇时，左侧电极室质量增加108 g 答案　D 解析　 由电池分析知，A、C错误；水层中的H2O解离成H＋和OH－，OH－通过a膜向阳极(石墨电极)移动，B错误；当催化电极生成64 g(2 mol)甲醇时，根据阴极反应CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O可知，电路中通过12 mol电子，由阳极反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O及各电极上转移电子数相等可知，左侧电极室质量增加6×18 g＝108 g，D正确。 考点2　电解原理的应用 4．(2024·山东卷)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．电极a连接电源负极 B．加入Y的目的是补充NaBr C．电解总反应式为Br－＋3H2OBrO＋3H2↑ D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2 答案　B 解析　电极b上Br－发生失电子的氧化反应转化成BrO，电极b为阳极，电极反应为Br－－6e－＋3H2O===BrO＋6H＋；则电极a为阴极，电极a的电极反应为6H＋＋6e－===3H2↑；电解总反应式为Br－＋3H2OBrO＋3H2↑；催化循环阶段BrO被还原成Br－循环使用、同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。根据分析，电解过程中消耗H2O和Br－，而催化阶段BrO被还原成Br－循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B错误。 5．(2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是(　　) A．阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高 C．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g D．理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g 答案　C 解析　根据题意可知，此氯碱工艺的电解池可用于湿法冶铁，则右侧电极为阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑；左侧电极为阴极，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－；Na＋由阳极向阴极移动。由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g＋6×23 g＝351 g，C错误。 6．(2025·石家庄市普通高中高三教学质量检测)高纯镓(Ga)是制备第三代半导体的一种中间体，其化学性质与铝相似。工业精炼镓的装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．铂电极Ⅰ接直流电源正极 B．电解过程中OH－由右室移向左室 C．铂电极Ⅱ上发生反应：GaO＋2H2O＋3e－===Ga＋4OH－ D．导线中通过3 mol e－时，理论上生成高纯镓的质量等于70 g 答案　B 解析　电解过程中OH－向阳极移动，由左室移向右室，B错误。 考点3　金属的腐蚀与防护 7．(2025·深圳市龙岗区高三期末质量监测)铁合金是用途最为广泛的合金材料。下列说法错误的是(　　) A．生铁比纯铁更容易生锈 B．海水呈弱碱性，轮船钢板在海水中易发生析氢腐蚀 C．钢闸门连接直流电源负极，是采用了外加电流保护法 D．人行道铁栏杆喷漆可以延缓钢铁腐蚀的速率 答案　B 8．(2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是(　　) A．钢铁外壳为负极 B．镶嵌的锌块可永久使用 C．该法为外加电流法 D．锌发生反应：Zn－2e－===Zn2＋ 答案　D 解析　钢铁外壳为正极，锌块为负极，A错误；镶嵌的锌块会被逐渐消耗，需根据腐蚀情况进行维护和更换，不能永久使用，B错误；该方法为牺牲阳极法，C错误。 9．地下管道表面附着的硫酸盐会促进钢铁发生厌氧腐蚀，为减少腐蚀的发生，可使钢管与外接电源相连，使其表面形成致密的Fe3O4。下列说法错误的是(　　) A．钢管应与电源的负极相连 B．电压过高有可能会加剧腐蚀 C．发生厌氧腐蚀会使土壤碱性增强 D．厌氧腐蚀过程中有FeS生成 答案　A 10．(2024·重庆卷)我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将CO2电催化转化为甲酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确的是(　　) A．电解时电极N上产生OH－ B．电解时电极M上发生氧化反应 C．阴、阳离子交换膜均有两种离子通过 D．总反应为2CO2＋2H2O2HCOOH＋O2 答案　D 解析　电极M上二氧化碳得到电子发生还原反应和水生成甲酸根离子和氢氧根离子：CO2＋2e－＋H2O===HCOO－＋OH－，则M是阴极，那么N是阳极，阳极水失去电子发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，氢氧根离子和氢离子生成水、甲酸根离子和氢离子生成甲酸。由上述分析可知A、B、C错误。 11．(2025·太原市高三年级学业诊断)我国科学家设计了一种由肼(N2H4)制取氢气、海水脱盐以及处理工业废水的电化学系统，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．电极X上发生还原反应，生成1 mol气体时转移2 mol电子 B．处理含肼碱性废水的电极反应为N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O C．a膜为阴离子选择性膜，b膜为阳离子选择性膜 D．若不考虑其他副反应的发生，同温同压下阴、阳两极生成气体的体积比为2∶1 答案　C 解析　 电极X上发生的还原反应为2H＋＋2e－===H2↑，故生成1 mol H2时转移2 mol电子，A正确；由装置原理图分析可知，B正确，C错误；由阳极和阴极反应式可知，总反应为N2H4＋4H＋＋4OH－===2H2↑＋N2↑＋4H2O，故同温同压时，阴、阳两极生成的气体体积比为2∶1，D正确。 12．(2025·深圳市龙岗区高三期末质量监测)我国科学家发现锂介导的氮还原法可实现电化学高效合成氨。下列说法正确的是(　　) A．Pt电极连接电源负极 B．该电解池可以采用Li2SO4溶液作电解质溶液 C．分层Si基电极附近发生的反应为6Li＋N2===2Li3N D．外电路转移6 mol电子时，理论上生成NH3的体积为44.8 L 答案　C 解析　该装置为电解池，通入H2的Pt电极上H2发生失电子的氧化反应转化成H＋，Pt电极为阳极，分层Si基电极为阴极。根据分析可知，Pt电极为阳极，连接电源的正极，A错误；Li能与Li2SO4溶液中的水发生反应，故该电解池不能采用Li2SO4溶液作电解质溶液，B错误；NH3所处温度和压强未知，无法计算生成NH3的体积，D错误。 13．(2025·湛江市高三期末)某小组采用电化学法制备有机物，装置如图所示。双极膜是由阴膜和阳膜组成的，双极膜中水电离出的阴、阳离子在电场中向两极迁移。下列叙述正确的是(　　) A．a极与电源负极连接 B．制备1 mol时双极膜内质量减少18 g C．b极的电极反应式为2CO2＋10H＋＋10e－===C2H2＋4H2O D．每转移1 mol e－，生成、C2H2的物质的量之比为1∶5 答案　C 解析　由图可知CO2转化为C2H2，碳元素化合价降低，发生还原反应，b极为阴极，a极为阳极，阳极应连接电源正极，故A错误；阳极的电极反应式为＋2OH－－2e－―→＋H2O，制备1 mol氧化产物，双极膜内向左侧迁移2 mol OH－，向右侧迁移2 mol H＋，质量共减少36 g，故B错误；根据电子得失守恒可知，每转移1 mol e－，生成0.5 mol、0.1 mol C2H2，其物质的量之比为5∶1，故D错误。 14．(1)某实验小组用Zn­CO2水介质电池电解含有尿素的碱性废水，装置如图1(电极a为Zn，b、c、d均为惰性电极)。 装置Ⅰ中双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成，与b极室相连的交换膜为________(填“阴”或“阳”)离子交换膜，装置Ⅱ阳极的电极反应式为____________________________。 (2)经测定某污水里NaNO2含量为4.6%，科研人员研究发现可用如图2所示的装置处理污水中的NaNO2，原理是利用Fe2＋把NO还原成N2。 ①阳极附近溶液中发生反应的离子方程式为______________________________________。 ②在实验室恰好完全处理3.0 kg该NaNO2污水，则理论上阴极区与阳极区溶液质量变化的差为________ g。 答案　(1)阳　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O (2)①6Fe2＋＋2NO＋8H＋===6Fe3＋＋N2↑＋4H2O　②128 解析　(2)②实验室完全处理3.0 kg该NaNO2污水，即消耗n(NO)＝ mol＝2 mol。根据离子方程式可知数量关系为n(Fe2＋)∶n(NO)∶n(N2)∶n(Fe3＋)＝6∶2∶1∶6。由Fe－2e－===Fe2＋可知，该装置转移的电子为12 mol。阳极区溶液中共生成6 mol Fe3＋，其中有4 mol Fe3＋转移到阴极区，阳极区放出1 mol N2，阴极区放出6 mol H2。故阳极区溶液质量变化为(56×2－28) g＝84 g，阴极区溶液质量变化为(56×4－12) g＝212 g，故理论上阴极区与阳极区溶液质量变化的差为(212－84) g＝128 g。 15．(2025·广东省江门市高三质检)我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除，装置如图所示。其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹ZnO)和石墨烯。下列有关说法不正确的是(　　) A．ZnO@石墨烯电极连接光伏电池的负极 B．石墨烯区电极反应：EDTA­Fe2＋－e－===EDTA­Fe3＋ C．协同转化的总反应式：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S↓ D．金属导线上每转移1 mol电子，CO2和H2S被去除的总体积约为11.2 L(标准状况) 答案　D 解析　根据示意图可判断该装置为电解池，ZnO@石墨烯电极为阴极，连接光伏电池的负极；石墨烯电极为阳极，连接光伏电池的正极。由上述分析可知，A正确；根据示意图可知，石墨烯区电极反应：EDTA­Fe2＋－e－===EDTA­Fe3＋，故B正确；根据图中进入物质、出来物质可知，协同转化过程中反应物是H2S、CO2，生成物是S、CO、H2O，总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S↓，故C正确；根据总反应可知，金属导线上每转移1 mol电子，CO2和H2S被去除的总物质的量为1 mol，总体积约为22.4 L(标准状况)，故D错误。 16．我国学者开发了一种新型高效的催化剂，大幅度降低了电解所需的电压，同时可将H2S气体变废为宝，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．Y电极与电源负极相连 B．吸收H2S的反应的离子方程式为S2－＋2Fe3＋===2Fe2＋＋S↓ C．交换膜M为质子交换膜，电解时H＋由a流向b D．标准状况下，若X电极上生成4.48 L H2，理论上c中可处理0.2 mol H2S分子 答案　D 解析　由图可知，氢离子在X电极得到电子发生还原反应生成氢气，X电极为电解池的阴极，与直流电源负极相连，则Y电极为阳极，亚铁离子在阳极失去电子发生氧化反应生成铁离子，放电生成的铁离子在c室溶液中与硫化氢反应生成亚铁离子、硫沉淀和氢离子，电解时氢离子通过质子交换膜由阳极室b流向阴极室a。由分析可知，A、B、C错误；由得失电子守恒可知，标准状况下X电极上生成4.48 L氢气时，理论上c中可处理硫化氢的物质的量为＝0.2 mol，D正确。 17．北京化工大学的科研工作者研究出将CO2转化为甲酸，同时将5­羟甲基糠醛转化为2，5­呋喃二羧酸的电化学增值装置，工作原理如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。 下列说法正确的是(　　) A．双极膜中间层中的OH－在外电场作用下向电极b方向迁移 B．阴极上的反应式为＋6e－＋2H2O===＋6H＋ C．制得1 mol羧基，理论上外电路中迁移了3 mol电子 D．工作时，电极b区域pH不变 答案　A 解析　由题图分析，电极a上发生还原反应，为阴极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，电极b为阳极，电极反应式为－6e－＋6OH－===＋4H2O；双极膜中H＋移向阴极，OH－移向阳极，A正确；由上述分析可知，B错误；电路中转移6 mol电子时，共生成5 mol羧基(3 mol HCOOH和1 mol )，C错误；工作时，当电路中转移6 mol电子时，有6 mol OH－移向b极区参与反应，同时生成羧酸，使得pH减小，D错误。 18．(2025·金版原创)在1.0 mol·L－1 KOH和4.0 mol·L－1 N2H4电解液中以RuP/PNPC催化剂作为电极，在0.5 mol·L－1 H2SO4和5.0 mol·L－1 H2O2电解液中以Pt/C为电极，组装直接液态N2H4/H2O2燃料电池(DHHPFC)驱动OHzS装置组装自供电制氢系统，其装置原理如图所示(图中M均代表mol·L－1)。下列说法正确的是(　　) A．a极为阳极 B．b极发生氧化反应 C．双极膜中质子向b极迁移 D．一段时间后，OHzS池中pH将降低 答案　C 解析　DHHPFC池为燃料电池，电池反应为N2H4＋2H2O2===N2↑＋4H2O，a极为负极，发生氧化反应；b极为正极，发生还原反应，A、B错误；OHzS池中总反应式为N2H4N2↑＋2H2↑，KOH溶液浓度保持不变，即pH不变，D错误。 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 $$