第19讲 电解池及其应用-【精准备考】2026年高考化学一轮复习·知识清单（新高考通用）

大单元五　化学反应与能量变化 第19讲　电解池及其应用 学习导航站 核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点 考点1 电解池工作原理★★★☆☆ 考点2 电解的应用★★★☆☆ （星级越高，重要程度越高） 真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯 考点1　电解池工作原理★★★☆☆ 知识点一 电解池的定义及工作原理 1. 定义：将电能转化为化学能的装置叫电解池。 2. 工作原理(以用惰性电极电解CuCl2溶液为例) (1) 电极反应式。 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ (2) 总反应：CuCl2Cl2↑＋Cu。 (3) 电子流向：阳极→正极，负极→阴极。 (4) 离子迁移方向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 知识点二 阴、阳极的判断 1. 阴、阳极的判断依据 (1) 依据外接电源判断：与外接电源正极相连的一极是阳极，与外接电源负极相连的一极是阴极。 (2) 依据电子流向判断：电子流出的一极是阳极，电子流入的一极是阴极。 (3) 依据电极反应判断：得到电子发生还原反应的一极是阴极，失去电子发生氧化反应的一极是阳极。 (4) 依据离子迁移方向判断：阴离子移向的一极是阳极，阳离子移向的一极是阴极。 (5) 依据电极现象判断：一般质量减小或产生氧气、氯气的一极是阳极，质量增大或产生氢气或电极附近溶液能使无色酚酞变红的一极是阴极。 2. 阴、阳极放电分析 (1) 阴极(发生还原反应)放电顺序： ①阴极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阳离子在阴极上得电子。 ②常见阳离子得电子顺序：Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H2O。溶液中K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等不参与放电。 (2) 阳极(发生氧化反应)放电顺序： ①若阳极为金属电极(除Pt、Au外的其他金属)，如Fe和Cu，则阳极材料直接失去电子(阳极材料被消耗)。 ②若阳极为惰性电极(如C、Pt、Au)，则阳极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阴离子在阳极上失电子。常见阴离子失电子顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。NO、SO等不参与放电，由溶液中的H2O去放电。 知识点三 用惰性电极电解水 电解液 电解对象 总反应 溶质特点及作用 电极反应式 电解后溶液 pH变化 NaOH 溶液 H2O 2H2O 2H2↑＋O2↑ 不改变总反应，作用是增强溶液的导电性 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 增大 稀硫酸 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 减小 Na2SO4 溶液 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 不变 【考法归纳】①溶液中活泼金属的阳离子不参与放电(如K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)。 ②溶液中复杂的阴离子不参与放电(如SO、NO)。 知识点四 用惰性电极电解有关盐(如CuSO4、NaCl)溶液 盐溶液 电极反应式及总反应 电解后溶液pH变化 NaCl溶液 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH 增大 CuSO4溶液 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4 减小 【考法归纳】利用电解原理实现“碳中和” 1. 电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理如图所示。其中阴极CO2还原为HCOO－。 2. 利用电解的方法来制备物质或处理废水(一般考查电极反应式的书写——利用溶液中的电解质主要离子要参与配平，如HCO等)。 考点2　电解的应用★★★☆☆ 知识点一 电冶 利用电解熔融盐或熔融氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。 1. 冶炼钠图例说明 阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜隔开；在阴极区得到液态钠，在阳极区得到氯气。 2. 冶炼钠、镁、铝的电极反应式 冶炼金属 总反应及电解反应式 钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Na＋＋e－===Na 镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极：2O2－－4e－===O2↑ 阴极：Al3＋＋3e－===Al 【考法归纳】 (1) AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，所以不能用电解熔融AlCl3的方法来制备Al单质。 (2) Al2O3的熔点很高，在电解熔融Al2O3制备Al单质时，常加入冰晶石，降低Al2O3的熔融温度。 知识点二 电解精炼铜 1. 铜的电解精炼示意图 　 2. 粗铜(含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)精炼 (1) 电极材料及电极反应式： 阳极材料：粗铜， 阳极反应式(至少写4个)： Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、 Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋。 阴极材料：精铜， 阴极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu。 (2) 电解质溶液：CuSO4溶液。 (3) 电解液中的c(Cu2＋)：减小(填“增大”或“减小”)。 (4) 由于杂质的存在，一般情况下，阳极金属减轻的质量不等于(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。 知识点三 电镀(以电镀银为例) 1. 电镀银原理示意图 (1) 电极材料 ①阳极：镀层金属(银)。 ②阴极：待镀金属制品。 (2) 电镀液：含Ag＋的电解质溶液。 2. 电极反应式 阳极：Ag－e－===Ag＋；阴极：Ag＋＋e－===Ag。 3. 电镀液中c(Ag＋)：不变(填“增大”“减小”或“不变”)。 4. 阳极金属减轻的质量等于(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。 知识点四 氯碱工业 1. 离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图 2. 电极反应式 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 Cl2是阳极产物，H2、NaOH是阴极产物。 注意：电解所用的食盐水要精制。 3. 阳离子交换膜的作用 (1) 避免H2和Cl2混合引起爆炸； (2) 避免Cl2和NaOH反应，提高碱的纯度。 4. 阴极室加入NaOH稀溶液的作用是增强导电性，且不引入杂质。 知识点五 金属的防护 【真题挑战】 一、单选题 1．（2025·云南·高考真题）一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。除硼原理：。下列说法错误的是 A．Pt电极反应： B．外加电场可促进双极膜中水的电离 C．Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D．Ⅳ室每生成，同时Ⅱ室最多生成 【答案】C 【分析】由图中氢离子和氢氧根的流向，可推出左侧Pt电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极发生的反应为：，阴极发生的反应为：，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子往阴极方向移动，氯离子往阳极反向移动，据此解答。 【详解】A．由分析可知，Pt电极为阳极，阳极发生的反应为：，A正确； B．水可微弱的电离出氢离子和氢氧根，在外加电场作用下，使氢离子和氢氧根往两侧移动，降低了浓度，可促进双极膜中水的电离，B正确； C．由分析可知，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子往阴极方向移动，氯离子往阳极反向移动，即钠离子往右侧移动，通过Y膜，则Y膜为阳离子交换膜，氯离子往左侧移动，通过X膜，则X膜为阴离子交换膜，C错误； D．Ⅳ室每生成，则转移1mol电子，有1mol氢离子移到Ⅱ室中，生成，D正确； 故选C。 2．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）我国科研人员采用图示的电解池，由百里酚(TY)合成了百里醌(TQ)。电极b表面的主要反应历程见图(灰球表示电极表面催化剂)，下列说法错误的是 A．电解时，从右室向左室移动 B．电解总反应： C．以为原料，也可得到TQ D．用标记电解液中的水，可得到 【答案】D 【分析】电极b发生TY→TQ，发生加氧去氢的反应，发生氧化反应，b为阳极，a为阴极，阴极上氢离子得电子生成H2，以此解题。 【详解】A．电解时阳离子向阴极移动，H+从右室向左室移动，A正确； B．根据转化关系图可知，电极b中TY是反应物，TQ是生成物，电极a上H+得电子生成H2，总反应方程式为：，B正确； C．将TY()换成为原料，仍然能够得到TQ()，C正确； D．根据右图可知，用标记电解液中的水，可得到的18O在环上甲基的邻位上，D错误； 答案选D。 3．（2025·湖南·高考真题）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电解过程中，向左室迁移 B．电解过程中，左室中的浓度持续下降 C．用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色 D．完全转化为的电解总反应： 【答案】B 【分析】由图可知，左侧发生，N元素化合价下降，则左侧是阴极区，右侧发生，Cl元素化合价上升，则右侧是阳极区，据此解答； 【详解】A．电解池中，阳离子向阴极移动，则，向左室迁移，A正确； B．电解过程中，先生成，再消耗，是中间产物，其浓度增大还是减小，取决于生成速率与消耗速率，无法得出其浓度持续下降的结论，B错误； C．b处生成氯气，与水反应生成盐酸和次氯酸，盐酸能使蓝色石蕊试纸变红，次氯酸能使变红的试纸褪色，故能看到试纸先变红后褪色，C正确； D．左侧阴极总反应是，右侧阳极总反应是，将两电极反应相加即可得到总反应，D正确； 故选B。 4．（2025·河北·高考真题）科研工作者设计了一种用于废弃电极材料再锂化的电化学装置，其示意图如下： 已知：参比电极的作用是确定再锂化为的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是 A．电极上发生的反应： B．产生标准状况下时，理论上可转化的 C．再锂化过程中，向电极迁移 D．电解过程中，阳极附近溶液pH升高 【答案】B 【分析】由装置图可知，该装置中有直流电源，为电解池，则 转化为过程中，Co元素化合价由降为+3，得电子发生还原反应，为阴极，电极反应式为，Pt电极为阳极，失电子，发生氧化反应，电极反应式为，据此回答。 【详解】A．由分析知，电极上发生的反应：，A错误； B．由电极反应式可知，产生标准状况下5.6L(即0.25 mol) 时转移1 mol 电子，理论上转化的，B正确； C．为阴离子，应向阳极移动，即向Pt电极迁移，C错误； D．由阳极电极反应式可知，电解过程中，阳极产生、消耗，酸性增强，则阳极附近pH降低，D错误； 故选B。 5．（2024·广西·高考真题）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 【答案】A 【分析】放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌，则右侧电极为负极，Na失电子生成Na+；Na+透过允许Na+通过的隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。 【详解】A．外电路通过1mol电子时，负极有1molNa失电子生成Na+进入右侧溶液，溶液中有1molNa+从右侧进入左侧，并与正极的Na3-xV2(PO4)3结合，则理论上两电极质量变化的差值为2mol×23g/mol=46g，A错误； B．充电时，左侧电极为阳极，Na3V2(PO4)3失电子生成Na3-xV2(PO4)3，则阳极电极反应为：，B正确 ； C．放电一段时间后，负极产生的Na+的物质的量与负极区通过隔膜进入左极区的Na+的物质的量相同，进入左极区的Na+与参加左侧正极反应的Na+的物质的量相同，所以电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变，C正确 ； D．Na能与水反应，所以电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换，D正确 ； 故选 A。 6．（2024·重庆·高考真题）我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将电催化转化为甲酸，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 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 【答案】D 【分析】催化电极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：，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子膜加入中间室，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，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：，氢离子通过阳离子膜进入中间室； 【详解】A．酸性条件下，电解时电极N上水失去电子发生氧化反应生成氧气：，A错误； B．催化电极M上二氧化碳得到电子发生还原反应生成甲酸，B错误； C．由分析，阳离子交换膜有1种离子通过，C错误；   D．由分析，总反应为二氧化碳和水生成甲酸和氧气，D正确； 故选D。 7．（2024·贵州·高考真题）一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应：，。体系中与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)发生反应产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。 下列说法错误的是 A．该芬顿系统能量转化形式为太阳能电能化学能 B．阴极反应式为 C．光阳极每消耗，体系中生成 D．在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性 【答案】C 【分析】该装置为电解池，光阳极上水失电子生成H2O2和氢离子，电极反应式为，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为； 【详解】A．该装置为电解池，利用光能提供能量转化为电能，在电解池中将电能转化为化学能，A正确； B．由图可知，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为，B正确； C．光阳极上水失电子生成H2O2和氢离子，电极反应式为，每转移2mol电子生成，此时阴极也生成：，即光阳极每消耗1molH2O，体系中生成，C错误； D．由Mn(Ⅳ)和过氧化氢转化为Mn(Ⅱ)过程中，锰元素化合价降低，做还原剂，表现还原性，由Mn(Ⅱ)转化为Mn(Ⅳ)时，中O元素化合价降低，做氧化剂，表现氧化性，D正确； 故选C。 8．（2024·广东·高考真题）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： B．阴极区溶液中浓度逐渐升高 C．理论上每消耗，阳极室溶液减少 D．理论上每消耗，阴极室物质最多增加 【答案】C 【分析】左侧电极为阴极，发生还原反应，在碱性条件下转化为Fe，从而实现冶铁，电极反应为：；右侧电极为阳极，溶液为饱和食盐水，放电产生氯气，电极反应为：；中间为阳离子交换膜，由阳极向阴极移动。 【详解】A．由分析可知，阳极反应为：，A正确； B．由分析可知，阴极反应为：，消耗水产生，阴极区溶液中浓度逐渐升高，B正确； C．由分析可知，理论上每消耗，转移6mol电子，产生3mol，同时有6mol由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少，C错误； D．由分析可知，理论上每消耗，转移6mol电子，有6mol由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加，D正确； 故选C。 9．（2024·甘肃·高考真题）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： C．工作时从多孔电极1迁移到多孔电极2 D．理论上电源提供能分解 【答案】B 【分析】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。 【详解】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2molH2O转移4mol电子，则理论上电源提供2mol电子能分解1molH2O，D项正确； 答案选B。 10．（2024·浙江·高考真题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图： 下列说法正确的是 A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子 B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应： C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果 D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应 【答案】B 【详解】A．图1为牺牲阳极的阴极保护法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，其失去电子被氧化；图2为外加电流保护法，阳极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的，A不正确； B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的放电外，海水中溶解的也会竞争放电，故可发生，B正确； C．图2为外加电流保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确； D．图1当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明钢闸门被保护，钢闸门不发生化学反应，图2中当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明钢闸门被保护，辅助阳极上发生了氧化反应，D不正确； 综上所述，本题选B。 11．（2024·江苏·高考真题）实验室进行铁钉镀锌实验。下列相关原理、装置及操作不正确的是 A B C D 配制溶液 铁钉除油污 铁钉除锈 铁钉镀锌 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．配制一定物质的量浓度的溶液时，溶质要放在烧杯中溶解，不能直接放在容量瓶中溶解，A不正确； B．油污的主要成分是油脂，油脂在碱性条件下可以发生水解反应生成可溶于水的甘油和高级脂肪酸盐，因此，铁钉放在溶液中加热后可以除去其表面的油污，B正确； C．铁锈的主要成分是，其可溶于盐酸，因此，将铁钉放在盐酸中可以除去其表面的铁锈，C正确； D．该装置为电解池，铁钉与电源负极相连作阴极，锌片与电源的正极相连作阳极，电解质溶液为溶液，因此，该装置为电镀装置，可以实现铁钉上镀锌，D正确； 综上所述，本题选A。 二、多选题 12．（2024·海南·高考真题）电解溶液得到，是早期制备的重要步骤。某实验装置如图所示。电解过程流出液b中混有少量气泡。下列说法错误的是 A．电解过程中阴极区的不断迁移到阳极区 B．图中a代表 C．回路中通过电子产生 D．氧化成的电极反应为 【答案】AC 【分析】由实验装置图可知，与电源正极相连为电极为阳极，电极反应式为，电解过程流出液b中混有少量气泡，发生副反应，与电源负极相连的电极为阴极，电极反应式为。 【详解】A．由分析可知，阴离子向阳极移动，但是硫酸根不能通过质子交换膜，则硫酸根不能从阴极区迁移到阳极区，A错误； B．由分析可知，阴极区产生氢气，则a为氢气，B正确； C．由于阳极区存在副反应，则当回路中通过1mol电子产生的小于0.5mol，C错误； D．由分析可知，阳极区发生反应氧化反应，D正确； 故选AC。 三、解答题 13．（2025·湖南·高考真题）在温和条件下，将转化为烃类具有重要意义。采用电化学-化学串联催化策略可将高选择性合成，该流程示意图如下： 回答下列问题： (1)电解池中电极M与电源的 极相连。 (2)放电生成的电极反应式为 。 (3)在反应器中，发生如下反应： 反应i： 反应ii： 计算反应的 ，该反应 (填标号)。 A．高温自发    B．低温自发    C．高温低温均自发    D．高温低温均不自发 (4)一定温度下，和(体积比为)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为)发生反应i和ii．有存在时，反应ii的反应进程如图1所示。随着x的增加，的转化率和产物的选择性(选择性)如图2所示。 根据图1，写出生成的决速步反应式 ；的选择性大于的原因是 。 ②结合图2，当时，混合气体以较低的流速经过恒容反应器时，反应近似达到平衡，随着x的增大，的转化率减小的原因是 ；当时，该温度下反应ii的 (保留两位小数)。 【答案】(1)正 (2) (3) ﹣126 B (4) 由生成时，活化能较大，反应速率慢 随着x的增大，CO的分压增大，对于反应i和反应ii相当于减压，反应i和反应ii平衡均逆向移动，所以的转化率减小 0.16 【详解】（1）由图可知，N电极上CO转化为C2H4，C元素化合价下降，发生还原反应，N为阴极，则M为阳极，与电源正极相连； （2）CO发生得电子的还原反应转化为C2H4，电解液是碱性环境，电极反应为：； （3）根据盖斯定律，反应ii－反应i即可得到目标反应，则，该反应是熵减的放热反应，则依据反应能自发进行，则低温下自发进行，选B； （4）总反应的反应速率由慢反应决定，故决速步是反应最慢的步骤，由图可知，TSⅡ的垒能最大，该步骤是决速步骤，反应式为；由图可知，由生成时，活化能较大，反应速率慢，所以的选择性大于； 当x≥2时，由题意可知，该过程近似认为是平衡状态，则增大CO的分压，相当于减压，反应i和反应ii平衡均逆向移动，所以的转化率减小； 当x=2时，的转化率为90%，的选择性为80%，设初始投料：CO：2mol、C2H4：2mol、H2：1mol，则、、、，气体总物质的量为(2+0.72+0.18+0.2+0.28)mol=3.38mol，此时压强为，、、，反应ii的Kp=。 14．（2025·上海·高考真题）(以下题目中的图片根据回忆所得信息结合文献资料重新整合所得，仅供参考) (1)钨作灯丝与_______性质有关(不定项)。 A．延展性 B．导电性 C．高熔点 D． (2)钨有金属光泽的原因 (从微观角度解释)。 (3)原子在晶胞中的_______位置。 A．顶点 B．棱上 C．面上 D．体心 (4)钨在周期表中的位置是_______。 A．第五周期第ⅡB族 B．第五周期第ⅣB族 C．第六周期第ⅡB族 D．第六周期第ⅥB族 (5)根据价层电子对斥理论，的价层电子对数是 。 (6)图晶胞号O原子，若晶胞仅含1个完整四面体，组成该四面体的O编号是 。 表格(各种矿石密度)。 (7)给出晶胞参数，求并说明“重石头”俗名依据 。(有V和M？) 电解制备是光电陶瓷材料 已知 (8)写出电解的阳极方程式 。 (9)为获取高纯产物，制备时需要不断通入的原因 。 【答案】(1)BC (2)金属晶体中有自由电子，所以当可见光照射到金属晶体表面时，晶体中的自由电子可以吸收光能而呈现能量较高的状态。但是这种状态不稳定，电子跃迁回到低能量状态时会将吸收的各种波长的光辐射出来，使得金属不透明并具有金属光泽 (3)BC (4)D (5)4 (6)5、6、7、8 (7)；CaWO4的密度较大 (8) (9)减少CO2，避免生成CaCO3 【分析】W丝除了有导电性以外，还具有很高的熔点， ，与电源正极相连的是电解池的阳极，与电源负极相连的是电解池的阴极，阳极失电子，阴极得电子； 【详解】（1）因为W丝具有导电性高熔点的性质，所以可以用来做灯丝，故答案为：BC； （2）钨有金属光泽的原因是：金属晶体中有自由电子，所以当可见光照射到金属晶体表面时，晶体中的自由电子可以吸收光能而呈现能量较高的状态。但是这种状态不稳定，电子跃迁回到低能量状态时会将吸收的各种波长的光辐射出来，使得金属不透明并具有金属光泽； 故答案为：金属晶体中有自由电子，所以当可见光照射到金属晶体表面时，晶体中的自由电子可以吸收光能而呈现能量较高的状态。但是这种状态不稳定，电子跃迁回到低能量状态时会将吸收的各种波长的光辐射出来，使得金属不透明并具有金属光泽； （3）由图可知答案为：BC； （4）74号W元素在56号Xe元素和86号Rn元素之间，所以W在第六周期第ⅥB族，故答案为D； （5），故答案为4； （6）四面体是由1个W原子和4个O原子构成的，其中W原子位于四面体的中心，4个O原子位于四面体的4个顶点。从图1-8中可以看到晶胞的结构，当W原子与5、6、7、8号O原子相邻时，能组成一个四面体，故答案为：5、6、7、8； （7）晶胞参数通常指的是晶胞的边长和角度。假设图中标注的边长为a，角度为，，其中Z是晶胞中化学式单位的数量，M是化学式单位的摩尔质量，a是晶胞的体积，NA是阿伏伽德罗常数；“重石头”是CaWO4的俗名，因为CaWO4的密度较大，所以被称为“重石头”；故答案为；CaWO4的密度较大； （8）W与电源正极相连，所以是电解池的阳极，故电极反应式为：，故答案为：； （9）制备时需要不断通入的原因是：减少CO2，避免生成CaCO3；故答案为：减少CO2，避免生成CaCO3； 15．（2025·浙江·高考真题）二甲胺[(CH3)2NH]、N，N-二甲基甲酰胺[HCON(CH3)2]均是用途广泛的化工原料。请回答： (1)用氨和甲醇在闭容器中合成二甲胺，反应方程式如下： Ⅰ． Ⅱ． Ⅲ． 可改变甲醇平衡转化率的因素是_______。 A．温度 B．投料比[n(NH3):n(CH3OH)] C．压强 D．催化剂 (2)25℃下，(CH3)2NH·H2O的电离常数为Kb，-lgKb=3.2，则1mol/L[(CH3)2NH2] +Cl-水溶液的pH= 。 (3)在[(CH3)2NH2] +Cl-的有机溶液中电化学还原CO2制备HCON(CH3)2阴极上生成HCON(CH3)2的电极反应方程式是 。 (4)上述电化学方法产率不高，工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2：。某条件下反应自发且熵减，则反应在该条件下 0(填“>”、“<”或“=”)。 (5)有研究采用CO2、H2和(CH3)2NH催化反应制备HCON(CH3)2。在恒温密闭容器中，投料比，催化剂M足量。反应方程式如下： Ⅳ． V． 三种物质的物质的量百分比随反应时间变化如图所示。 (例：HCOOH的物质的量百分比 ①请解释HCOOH的物质的量百分比随反应时间变化的原因(不考虑催化剂M活性降低或失活) 。 ②若用SiH4代替H2作为氢源与CO2反应生成HCOOH，可以降低反应所需温度。请从化学键角度解释原因 。 【答案】(1)AB (2)5.4 (3)CO2+2e-+2[(CH3)2NH2] += HCON(CH3)2+(CH3)2NH+H2O (4)＜ (5) t时刻之前反应Ⅳ的速率比反应Ⅴ的快，t时刻之后由于浓度的影响导致反应Ⅳ的速率比反应Ⅴ的慢 用H2作氢源需要断裂H-H键，用SiH4作氢源需要断裂Si-H键，由于Si原子半径大于H，Si-H的键能比H-H小，所以用SiH4代替H2作为氢源与CO2反应生成HCOOH，可以降低反应所需温度 【详解】（1）A．已知化学反应必然有热效应，故改变温度化学平衡一定能够发生改变，即改变温度一定能够改变甲醇的平衡转化率，A符合题意； B．增大投料比[n(NH3):n(CH3OH)] 将增大CH3OH的转化率，相反减小投料比[n(NH3):n(CH3OH)]，将减小CH3OH的平衡转化率，B符合题意； C．由题干方程式可知，反应前后气体的体积不变，故改变压强不能使上述化学平衡发生移动，即不能改变CH3OH的平衡转化率，C不合题意； D．催化剂只能同等幅度的改变正逆化学反应速率，故不能使平衡发生移动，即不能改变CH3OH的平衡转化率，D不合题意； 故答案为：AB； （2）25℃下，(CH3)2NH·H2O的电离常数为Kb，-lgKb=3.2，即Kb==10-3.2，则[(CH3)2NH2] ++H2O(CH3)2NH·H2O+H+的水解平衡常数为：Kh===10-10.8，1mol/L[(CH3)2NH2] +Cl-水溶液中Kh===10-10.8，故c(H+)==10-5.4，故其pH=-lgc(H+)=-lg10-5.4=5.4，故答案为：5.4； （3）已知电解池中阴极发生还原反应，故在[(CH3)2NH2] +Cl-的有机溶液中电化学还原CO2制备HCON(CH3)2阴极上生成HCON(CH3)2的电极反应方程式是：CO2+2e-+2[(CH3)2NH2] += HCON(CH3)2+(CH3)2NH+H2O，故答案为：CO2+2e-+2[(CH3)2NH2] += HCON(CH3)2+(CH3)2NH+H2O； （4）反应生产HCON(CH3)2的反应方程式是一个某条件下反应自发且熵减，根据自由能变＜0时反应自发可知，则反应在该条件下<0，故答案为：＜； （5）①由题干图示信息可知，t时刻之前HCOOH的物质的量百分比增大速率比HCON(CH3)2的增大速率，而t时刻之后HCOOH逐渐减小至不变，HCON(CH3)2继续增大，故t时刻之前反应Ⅳ的速率比反应Ⅴ的快，t时刻之后由于浓度的影响导致反应Ⅳ的速率比反应Ⅴ的慢，故答案为：t时刻之前反应Ⅳ的速率比反应Ⅴ的快，t时刻之后由于浓度的影响导致反应Ⅳ的速率比反应Ⅴ的慢； ②用H2作氢源需要断裂H-H键，用SiH4作氢源需要断裂Si-H键，由于Si原子半径大于H，Si-H的键能比H-H小，所以用SiH4代替H2作为氢源与CO2反应生成HCOOH，可以降低反应所需温度，故答案为：用H2作氢原需要断裂H-H键，用SiH4作氢源需要断裂Si-H键，由于Si原子半径大于H，Si-H的键能比H-H小，所以用SiH4代替H2作为氢源与CO2反应生成HCOOH，可以降低反应所需温度。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 大单元五　化学反应与能量变化 第19讲　电解池及其应用 学习导航站 核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点 考点1 电解池工作原理★★★☆☆ 考点2 电解的应用★★★☆☆ （星级越高，重要程度越高） 真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯 考点1　电解池工作原理★★★☆☆ 知识点一 电解池的定义及工作原理 1. 定义：将电能转化为化学能的装置叫电解池。 2. 工作原理(以用惰性电极电解CuCl2溶液为例) (1) 电极反应式。 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ (2) 总反应：CuCl2Cl2↑＋Cu。 (3) 电子流向：阳极→正极，负极→阴极。 (4) 离子迁移方向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 知识点二 阴、阳极的判断 1. 阴、阳极的判断依据 (1) 依据外接电源判断：与外接电源正极相连的一极是阳极，与外接电源负极相连的一极是阴极。 (2) 依据电子流向判断：电子流出的一极是阳极，电子流入的一极是阴极。 (3) 依据电极反应判断：得到电子发生还原反应的一极是阴极，失去电子发生氧化反应的一极是阳极。 (4) 依据离子迁移方向判断：阴离子移向的一极是阳极，阳离子移向的一极是阴极。 (5) 依据电极现象判断：一般质量减小或产生氧气、氯气的一极是阳极，质量增大或产生氢气或电极附近溶液能使无色酚酞变红的一极是阴极。 2. 阴、阳极放电分析 (1) 阴极(发生还原反应)放电顺序： ①阴极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阳离子在阴极上得电子。 ②常见阳离子得电子顺序：Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H2O。溶液中K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋等不参与放电。 (2) 阳极(发生氧化反应)放电顺序： ①若阳极为金属电极(除Pt、Au外的其他金属)，如Fe和Cu，则阳极材料直接失去电子(阳极材料被消耗)。 ②若阳极为惰性电极(如C、Pt、Au)，则阳极材料不参与放电，一般是电解液(或熔融电解质)中的阴离子在阳极上失电子。常见阴离子失电子顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。NO、SO等不参与放电，由溶液中的H2O去放电。 知识点三 用惰性电极电解水 电解液 电解对象 总反应 溶质特点及作用 电极反应式 电解后溶液 pH变化 NaOH 溶液 H2O 2H2O 2H2↑＋O2↑ 不改变总反应，作用是增强溶液的导电性 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 增大 稀硫酸 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 减小 Na2SO4 溶液 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 不变 【考法归纳】①溶液中活泼金属的阳离子不参与放电(如K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)。 ②溶液中复杂的阴离子不参与放电(如SO、NO)。 知识点四 用惰性电极电解有关盐(如CuSO4、NaCl)溶液 盐溶液 电极反应式及总反应 电解后溶液pH变化 NaCl溶液 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH 增大 CuSO4溶液 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4 减小 【考法归纳】利用电解原理实现“碳中和” 1. 电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理如图所示。其中阴极CO2还原为HCOO－。 2. 利用电解的方法来制备物质或处理废水(一般考查电极反应式的书写——利用溶液中的电解质主要离子要参与配平，如HCO等)。 考点2　电解的应用★★★☆☆ 知识点一 电冶 利用电解熔融盐或熔融氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。 1. 冶炼钠图例说明 阴极环绕在阳极外面，两极之间用隔膜隔开；在阴极区得到液态钠，在阳极区得到氯气。 2. 冶炼钠、镁、铝的电极反应式 冶炼金属 总反应及电解反应式 钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Na＋＋e－===Na 镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极：2O2－－4e－===O2↑ 阴极：Al3＋＋3e－===Al 【考法归纳】 (1) AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，所以不能用电解熔融AlCl3的方法来制备Al单质。 (2) Al2O3的熔点很高，在电解熔融Al2O3制备Al单质时，常加入冰晶石，降低Al2O3的熔融温度。 知识点二 电解精炼铜 1. 铜的电解精炼示意图 　 2. 粗铜(含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)精炼 (1) 电极材料及电极反应式： 阳极材料：粗铜， 阳极反应式(至少写4个)： Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、 Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋。 阴极材料：精铜， 阴极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu。 (2) 电解质溶液：CuSO4溶液。 (3) 电解液中的c(Cu2＋)：减小(填“增大”或“减小”)。 (4) 由于杂质的存在，一般情况下，阳极金属减轻的质量不等于(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。 知识点三 电镀(以电镀银为例) 1. 电镀银原理示意图 (1) 电极材料 ①阳极：镀层金属(银)。 ②阴极：待镀金属制品。 (2) 电镀液：含Ag＋的电解质溶液。 2. 电极反应式 阳极：Ag－e－===Ag＋；阴极：Ag＋＋e－===Ag。 3. 电镀液中c(Ag＋)：不变(填“增大”“减小”或“不变”)。 4. 阳极金属减轻的质量等于(填“等于”或“不等于”)阴极金属增加的质量。 知识点四 氯碱工业 1. 离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图 2. 电极反应式 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 Cl2是阳极产物，H2、NaOH是阴极产物。 注意：电解所用的食盐水要精制。 3. 阳离子交换膜的作用 (1) 避免H2和Cl2混合引起爆炸； (2) 避免Cl2和NaOH反应，提高碱的纯度。 4. 阴极室加入NaOH稀溶液的作用是增强导电性，且不引入杂质。 知识点五 金属的防护 【真题挑战】 一、单选题 1．（2025·云南·高考真题）一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中解离的和在电场作用下向两极迁移。除硼原理：。下列说法错误的是 A．Pt电极反应： B．外加电场可促进双极膜中水的电离 C．Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D．Ⅳ室每生成，同时Ⅱ室最多生成 2．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）我国科研人员采用图示的电解池，由百里酚(TY)合成了百里醌(TQ)。电极b表面的主要反应历程见图(灰球表示电极表面催化剂)，下列说法错误的是 A．电解时，从右室向左室移动 B．电解总反应： C．以为原料，也可得到TQ D．用标记电解液中的水，可得到 3．（2025·湖南·高考真题）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电解过程中，向左室迁移 B．电解过程中，左室中的浓度持续下降 C．用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色 D．完全转化为的电解总反应： 4．（2025·河北·高考真题）科研工作者设计了一种用于废弃电极材料再锂化的电化学装置，其示意图如下： 已知：参比电极的作用是确定再锂化为的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是 A．电极上发生的反应： B．产生标准状况下时，理论上可转化的 C．再锂化过程中，向电极迁移 D．电解过程中，阳极附近溶液pH升高 5．（2024·广西·高考真题）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 6．（2024·重庆·高考真题）我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将电催化转化为甲酸，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 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 7．（2024·贵州·高考真题）一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应：，。体系中与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)发生反应产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。 下列说法错误的是 A．该芬顿系统能量转化形式为太阳能电能化学能 B．阴极反应式为 C．光阳极每消耗，体系中生成 D．在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性 8．（2024·广东·高考真题）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： B．阴极区溶液中浓度逐渐升高 C．理论上每消耗，阳极室溶液减少 D．理论上每消耗，阴极室物质最多增加 9．（2024·甘肃·高考真题）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： C．工作时从多孔电极1迁移到多孔电极2 D．理论上电源提供能分解 10．（2024·浙江·高考真题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图： 下列说法正确的是 A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子 B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应： C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果 D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应 11．（2024·江苏·高考真题）实验室进行铁钉镀锌实验。下列相关原理、装置及操作不正确的是 A B C D 配制溶液 铁钉除油污 铁钉除锈 铁钉镀锌 A．A B．B C．C D．D 二、多选题 12．（2024·海南·高考真题）电解溶液得到，是早期制备的重要步骤。某实验装置如图所示。电解过程流出液b中混有少量气泡。下列说法错误的是 A．电解过程中阴极区的不断迁移到阳极区 B．图中a代表 C．回路中通过电子产生 D．氧化成的电极反应为 三、解答题 13．（2025·湖南·高考真题）在温和条件下，将转化为烃类具有重要意义。采用电化学-化学串联催化策略可将高选择性合成，该流程示意图如下： 回答下列问题： (1)电解池中电极M与电源的 极相连。 (2)放电生成的电极反应式为 。 (3)在反应器中，发生如下反应： 反应i： 反应ii： 计算反应的 ，该反应 (填标号)。 A．高温自发    B．低温自发    C．高温低温均自发    D．高温低温均不自发 (4)一定温度下，和(体积比为)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为)发生反应i和ii．有存在时，反应ii的反应进程如图1所示。随着x的增加，的转化率和产物的选择性(选择性)如图2所示。 根据图1，写出生成的决速步反应式 ；的选择性大于的原因是 。 ②结合图2，当时，混合气体以较低的流速经过恒容反应器时，反应近似达到平衡，随着x的增大，的转化率减小的原因是 ；当时，该温度下反应ii的 (保留两位小数)。 14．（2025·上海·高考真题）(以下题目中的图片根据回忆所得信息结合文献资料重新整合所得，仅供参考) (1)钨作灯丝与_______性质有关(不定项)。 A．延展性 B．导电性 C．高熔点 D． (2)钨有金属光泽的原因 (从微观角度解释)。 (3)原子在晶胞中的_______位置。 A．顶点 B．棱上 C．面上 D．体心 (4)钨在周期表中的位置是_______。 A．第五周期第ⅡB族 B．第五周期第ⅣB族 C．第六周期第ⅡB族 D．第六周期第ⅥB族 (5)根据价层电子对斥理论，的价层电子对数是 。 (6)图晶胞号O原子，若晶胞仅含1个完整四面体，组成该四面体的O编号是 。 表格(各种矿石密度)。 (7)给出晶胞参数，求并说明“重石头”俗名依据 。(有V和M？) 电解制备是光电陶瓷材料 已知 (8)写出电解的阳极方程式 。 (9)为获取高纯产物，制备时需要不断通入的原因 。 15．（2025·浙江·高考真题）二甲胺[(CH3)2NH]、N，N-二甲基甲酰胺[HCON(CH3)2]均是用途广泛的化工原料。请回答： (1)用氨和甲醇在闭容器中合成二甲胺，反应方程式如下： Ⅰ． Ⅱ． Ⅲ． 可改变甲醇平衡转化率的因素是_______。 A．温度 B．投料比[n(NH3):n(CH3OH)] C．压强 D．催化剂 (2)25℃下，(CH3)2NH·H2O的电离常数为Kb，-lgKb=3.2，则1mol/L[(CH3)2NH2] +Cl-水溶液的pH= 。 (3)在[(CH3)2NH2] +Cl-的有机溶液中电化学还原CO2制备HCON(CH3)2阴极上生成HCON(CH3)2的电极反应方程式是 。 (4)上述电化学方法产率不高，工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2：。某条件下反应自发且熵减，则反应在该条件下 0(填“>”、“<”或“=”)。 (5)有研究采用CO2、H2和(CH3)2NH催化反应制备HCON(CH3)2。在恒温密闭容器中，投料比，催化剂M足量。反应方程式如下： Ⅳ． V． 三种物质的物质的量百分比随反应时间变化如图所示。 (例：HCOOH的物质的量百分比 ①请解释HCOOH的物质的量百分比随反应时间变化的原因(不考虑催化剂M活性降低或失活) 。 ②若用SiH4代替H2作为氢源与CO2反应生成HCOOH，可以降低反应所需温度。请从化学键角度解释原因 。 学科网（北京）股份有限公司 $$