专题3 选择题突破(3) 命题点2 电解原理的应用(Word教参)-【精讲精练】2026年高考化学二轮专题辅导与训练

命题点2　电解原理的应用 [对应学生用书P47] 一、电解池模型 1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极) 2．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 电解水型 NaOH、H2SO4或Na2SO4 水 电解电解质型 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。 二、电解原理常规应用 1．氯碱工业——电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气。 阳离子交换 膜电解槽 电极反应 阳极 2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应) 化学方程式 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 离子方程式 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 阳离子交换 膜的作用 只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量 2．电镀——应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法，叫做电镀，是一种特殊的电解。 电镀原理 电镀时，通常把镀层金属作阳极，把待镀金属(镀件)作阴极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在直流电的作用下，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层 电镀池 的构成 实例 (铁上镀铜) 阳极反应：Cu－2e－===Cu2+ 阴极反应：Cu2+＋2e－===Cu 特点 电镀时，电解质溶液的浓度保持不变；阳极减少的质量和阴极增加的质量相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等 3．电解精炼铜 原理 电解精炼粗铜时，通常把纯铜作阴极，把粗铜板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，当通以直流电时，作为阳极的粗铜逐渐溶解，在阴极上析出纯铜，这样可得符合电气工业要求的纯度达99.95%～99.98%的铜 装置图 电极反应 阳极(粗铜) Zn－2e－===Zn2+、Fe－2e－===Fe2+、 Ni－2e－===Ni2+、Cu－2e－===Cu2+ 阴极(纯铜) Cu2+＋2e－===Cu 如何实 现除杂 在精炼池的阳极，含杂质的铜不断溶解，比铜更活泼的Zn、Fe、Ni等也会失去电子，但Ag、Au等金属杂质由于失去电子能力比Cu弱，难以在阳极溶解，它们会以单质的形式沉积在精炼池底，形成“阳极泥”。“阳极泥”经分离后可以得到Ag、Au等贵重金属。在阴极，由于溶液中的Zn2+、Fe2+、Ni2+、H＋等离子得到电子的能力均比Cu2+弱，且物质的量浓度均比Cu2+小，所以只有Cu2+在阴极获得电子而析出Cu，这样，在阴极就得到了纯铜。长时间电解后，电解质溶液中的Cu2+浓度有所减小，且引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去杂质 特点 铜的电解精炼时，电解质溶液的Cu2+浓度有所减小；阳极减少的质量和阴极增加的质量不相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等 注意 电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活泼的杂质会沉积(如：精炼镍时Cu也会沉积) 4．电冶金——利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 冶炼钠 冶炼镁 冶炼铝 电极 反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 总：2NaCl2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2+＋2e－===Mg 总：MgCl2Mg＋Cl2↑ 阳极：6O2-－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3+＋12e－===4Al 总：2Al2O34Al＋3O2↑ 注意 ①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高 ②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电 三、多室电解池的分析 多室电解池 三室电渗析法处理Na2SO4废水 1．(2025·湖北卷)某电化学制冷系统的装置如图所示。[Fe(H2O)6]3+和[Fe(H2O)6]2+在电极上发生相互转化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动(①→②→③→④→①)实现制冷。装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是(　　) A．阴极反应为[Fe(H2O)6]3+＋e－===[Fe(H2O)6]2+ B．已知②处的电解液温度比①处的低，可推断[Fe(H2O)6]2+比[Fe(H2O)6]3+稳定 C．多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换 D．已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自于电子转移后[Fe(H2O)6]2+和[Fe(H2O)6]3+离子结构的改变 解析　由图可知，左侧电极发生反应[Fe(H2O)6]2+－e－===[Fe(H2O)6]3+，则左侧为阳极，右侧电极反应为[Fe(H2O)6]3+＋e－===[Fe(H2O)6]2+，则右侧电极为阴极，据此解答。由分析可知，阴极反应为[Fe(H2O)6]3+＋e－===[Fe(H2O)6]2+，A正确；已知②处的电解液温度比①处的低，则可推断[Fe(H2O)6]3+＋e－===[Fe(H2O)6]2+是吸热反应，可知[Fe(H2O)6]2+的能量比[Fe(H2O)6]3+高，物质所具有的能量越低越稳定，故[Fe(H2O)6]3+更稳定，B错误；多孔隔膜可以阻止两电极区的溶液对流，可阻止热交换，C正确；题干明确指出电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。这意味着电子转移(即氧化还原反应)本身不会直接导致结构变化，热效应实际上来源于电子转移完成后，新生成的离子：[Fe(H2O)6]2+和[Fe(H2O)6]3+因配位环境或电荷分布变化引起的结构重组导致热量变化，D正确。 答案　B 2．(2025·河北卷)科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2(x<1)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LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是(　　) A．LixCoO2电极上发生的反应：LixCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2 B．产生标准状况下5.6 L O2时，理论上可转化 mol的LixCoO2 C．再锂化过程中，SO向LixCoO2电极迁移 D．电解过程中，阳极附近溶液pH升高 解析　由装置图可知，该装置中有直流电源，为电解池，则LixCoO2(x<1) 转化为LiCoO2过程中，Co元素化合价由＋(4－x)降为＋3，LixCoO2得电子发生还原反应，为阴极，电极反应式为LixCoO2＋(1－x)e－＋(1－x)Li＋===LiCoO2，Pt电极为阳极，失电子，发生还原反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A错误；由电极反应式可知，产生标准状况下5.6 L(即0.25 mol) O2时转移1 mol 电子，理论上转化 mol的LixCoO2，B正确；SO为阴离子，应向阳极移动，即向Pt电极迁移，C错误；由阳极电极反应式可知，电解过程中，阳极产生H＋、消耗H2O，酸性增强，则阳极附近pH降低，D错误。 答案　B 3．(2025·北京卷)用电解Na2SO4溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取Na2SO4溶液并用图2装置按ⅰ→ⅳ顺序依次完成实验。 图1 图2 实验 电极Ⅰ 电极Ⅱ 电压/V 关系 ⅰ 石墨1 石墨2 a a>d>c>b>0 ⅱ 石墨1 新石墨 b ⅲ 新石墨 石墨2 c ⅳ 石墨1 石墨2 d 下列分析不正确的是(　　) A．a>0，说明实验ⅰ中形成原电池，反应为2H2＋O2===2H2O B．b<d，是因为ⅱ中电极Ⅱ上缺少H2作为还原剂 C．c>0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应 D．d>c，是因为电极Ⅰ上吸附H2的量：ⅳ>ⅲ 解析　按照图1电解Na2SO4溶液，石墨1为阳极，发生反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，石墨1中会吸附少量氧气；石墨2为阴极，发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，石墨2中会吸附少量氢气；图2中电极Ⅰ为正极，氧气发生还原反应，电极Ⅱ为负极。由分析可知，石墨1中会吸附少量氧气，石墨2中会吸附少量氢气，实验ⅰ会形成原电池，a>0，反应为2H2＋O2===2H2O，A正确；因为ⅱ中电极Ⅱ为新石墨，不含有H2，缺少H2作为还原剂，故导致b<d，B正确；图2中，电极Ⅰ发生还原反应，实验ⅲ中新石墨可能含有空气中的少量氧气，c＞0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应，C正确；d>c，实验ⅲ与实验ⅳ中电极Ⅰ不同，d>c，是因为电极Ⅰ上吸附O2的量：ⅳ>ⅲ，D错误。 答案　D 4．(2024·贵州卷)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：HCO＋H2O===HCO＋2H＋＋2e－，HCO＋H2O===HCO＋H2O2。体系中H2O2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O2＋2H＋＋2e－===H2O2 C．光阳极每消耗1 mol H2O，体系中生成2 mol H2O2 D．H2O2在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性 解析　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2H2O－2e－===H2O2＋2H＋，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为O2＋2H＋＋2e－===H2O2；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；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O2＋2H＋＋2e－===H2O2，B正确；光阳极上水失电子生成H2O2和氢离子，电极反应式为2H2O－2e－===H2O2＋2H＋，每转移2 mol电子生成1 mol H2O2，此时阴极也生成1 mol H2O2：O2＋2H＋＋2e－===H2O2，即光阳极每消耗1 mol H2O，体系中生成1 mol H2O2，C错误；由Mn(Ⅳ)和过氧化氢转化为Mn(Ⅱ)过程中，锰元素化合价降低，H2O2作还原剂，表现还原性，由Mn(Ⅱ)转化为Mn(Ⅳ)时，H2O2中O元素化合价降低，作氧化剂，表现氧化性，D正确。 答案　C 5．(2025·湖南卷)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，K＋向左室迁移 B．电解过程中，左室中NO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．NO完全转化为NH3的电解总反应：NO＋8Cl－＋6H2ONH3↑＋9OH－＋4Cl2↑ 解析　由图可知，左侧发生NO→NO—NH3，N元素化合价下降，则左侧是阴极区，右侧发生Cl－→Cl2，Cl元素化合价上升，则右侧是阳极区。电解池中，阳离子向阴极移动，则K＋向左室迁移，A正确；电解过程中，NO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；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；左侧阴极总反应是NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－，右侧阳极总反应是8Cl－－8e－===4Cl2↑，将两电极反应相加即可得到总反应，D正确。 答案　B 1．氯碱工业是一种高耗能产业，一种将燃料电池与电解池组合的新工艺可节能30%以上，下图是该工艺图示(电极未标出)，下列说法正确的是(　　) A．右池为电解池，Y为H2 B．通入空气的电极反应式为O2-＋4e－＋2H2O===4OH－ C．a>b>c D．两池的钠离子均从左往右侧移动 解析　由题可知，右池中通入空气和Y，空气作氧化剂，且整个装置是原电池和电解池组合的装置，右池中能自发的进行氧化还原反应，所以右池是原电池，左池是电解池；燃料电池中右侧通入空气一极中氧气发生还原反应为正极，左侧一极为负极；电解池中左侧氯化钠溶液浓度降低，则Cl－失去电子发生氧化反应生成氯气，为阳极，右侧为阴极；右池中能自发的进行氧化还原反应，所以右池是原电池，故A错误；通入空气一极中氧气发生还原反应为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B错误；右池是原电池，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，导致正极区域氢氧化钠浓度增大，所以c>a，故C错误；原电池中溶液阳离子往正极移动，电解池中阳离子往阴极移动。题中原电池右侧为正极，所以钠离子从左往右侧移动；电解池中右侧为阴极，所以钠离子从左往右侧移动，故D正确。 答案　D 2．(2025·长沙三模)某同学查阅资料发现水银电解法电解饱和食盐水可以获得金属钠汞齐(钠汞合金)，装置图和实验现象记录如下： 接通电源，一段时间后，金属汞表面有细微气泡出现，加大电压电解足够长时间后分离出其中的金属Hg。取少量分离出的Hg投入滴有酚酞溶液的水中，酚酞变红且有无色气体放出。有关该实验的说法错误的是(　　) A．Q溶液可以是NaOH溶液，作用是吸收尾气 B．玻璃管的作用是防止铁丝暴露在NaCl溶液中，导致生成大量的H2而无法得到金属Na C．钠汞齐在有机合成中常用于氢化醛酮等羰基化合物，表现出钠汞齐的强还原性 D．出于安全角度考虑，进行该实验时需要准备硫粉，并开启实验室上方排风扇 解析　b为阳极，Cl－失电子生成Cl2，需用吸收液吸收，a为阴极，接通电源，一段时间后，金属汞表面有细微气泡出现，该气泡为H2，加大电压电解足够长时间后，Na＋在阴极得到电子，生成Na，与Hg混合在一起，分离出其中的金属Hg，取少量分离出的Hg投入滴有酚酞溶液的水中，Na与H2O反应，生成H2和NaOH，酚酞变红且有无色无味气体放出。在b极，Cl－失电子生成Cl2，需用吸收液吸收，所以Q溶液可以是NaOH溶液，吸收氯气，用作尾气处理，故A正确；若铁丝暴露在NaCl溶液中，溶液中H2O得电子生成H2，无法得到金属Na，故B正确；钠汞齐在有机合成中常用于氢化醛酮等羰基化合物，加氢发生还原反应，钠汞齐作还原剂，表现出钠汞齐的强还原性，故C正确；Hg蒸气有毒，实验时应该开启排风扇，汞蒸气密度比空气密度大，应打开向下抽气扇，故D错误。 答案　D 3．(2025·安徽省安庆市高三二模)一种采用新型双极膜电解硝酸盐制备NH3的方法，可以提高NH3的法拉第效率FE。工作时H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－并向两极移动，阴极副产物有N2H4。该装置工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．电势：c>d B．装置工作时，阴极区的NO穿透双极膜进入阳极区 C．阴极反应式为NO＋8e－＋9H＋===NH3·H2O＋2H2O D．当阳极产生22.4 L气体(标准状况)时，阴极产生0.47 mol NH3，则FE(NH3)＝94% 解析　电极c发生的是NO转化为NH3和N2H4的过程，因此c为阴极，d为阳极；阴极主要反应为NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－；阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。阳极电势高于阴极，因此电势：d>c，A错误；NO不能透过双极膜，B错误；由上述分析可知，阴极主要反应为NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－，C错误；由电极反应可知，阳极产生22.4 L气体(标准状况)时，即1 mol O2，共转移4 mol电子，阴极产生0.47 mol NH3，产生NH3转移的电子为0.47×8 mol，FE(NH3)＝＝94%，D正确。 答案　D 4．(2025·河北省部分学校高三模拟)二氧化氯(ClO2)气体是一种对环境无二次污染的高效水处理剂。催化电解NaClO2制备ClO2的装置示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．电极a为阳极，发生氧化反应 B．阴极区溶液中OH－浓度逐渐增大 C．理论上电路中每转移1 mol e－，阳极室溶液质量减少67.5 g D．理论上阴极室和阳极室生成气体的物质的量之比为1∶2 解析　装置图为电解池，则左侧失电子为阳极，电极反应：ClO－e－===ClO2↑，右侧电极为阴极，得电子，电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，中间为阳离子交换膜，Na＋由阳极移向阴极，据此分析。电极a为阳极，失电子，发生氧化反应，A正确；阴极区电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，溶液中OH－浓度逐渐增大，B正确；理论上电路中每转移1 mol e－，阳极室溶液质量减少1 mol ClO和1 mol Na＋，质量为90.5 g，C错误；根据分析中电极反应可知，理论上阴极室和阳极室生成气体的物质的量之比为1∶2，D正确。 答案　C 学科网（北京）股份有限公司 $