2024年大二輪化學(xué)（新高考）教案：專題四選擇題專攻4電解原理的多方面應(yīng)用

4.電解原理的多方面應(yīng)用1．圖解電解池工作原理(陽極為惰性電極)2．對(duì)比掌握電解規(guī)律(陽極為惰性電極)電解類型電解質(zhì)實(shí)例溶液復(fù)原物質(zhì)電解水型NaOH、H2SO4或Na2SO4水電解電解質(zhì)型HCl或CuCl2原電解質(zhì)放氫生堿型NaClHCl氣體放氧生酸型CuSO4或AgNO3CuO或Ag2O注意電解后有關(guān)電解質(zhì)溶液恢復(fù)原態(tài)的問題應(yīng)該用質(zhì)量守恒法分析。一般是加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物，但也有特殊情況，如用惰性電極電解CuSO4溶液，Cu2＋完全放電之前，可加入CuO或CuCO3復(fù)原，而Cu2＋完全放電之后，溶液中H＋繼續(xù)放電，應(yīng)加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復(fù)原。3．金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)4．陌生電解池裝置圖的知識(shí)遷移(1)電解池(2)金屬腐蝕1．(2023·廣東，16)用一種具有“卯榫”結(jié)構(gòu)的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實(shí)現(xiàn)大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時(shí)，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H＋和OH－，有利于電解反應(yīng)順利進(jìn)行。下列說法不正確的是()A．電解總反應(yīng)：KNO3＋3H2O=NH3·H2O＋2O2↑＋KOHB．每生成1molNH3·H2O，雙極膜處有9mol的H2O解離C．電解過程中，陽極室中KOH的物質(zhì)的量不因反應(yīng)而改變D．相比于平面結(jié)構(gòu)雙極膜，“卯榫”結(jié)構(gòu)可提高氨生成速率答案B解析由大電流催化電解KNO3溶液制氨可知，在電極a處KNO3放電生成NH3，發(fā)生還原反應(yīng)，故電極a為陰極，電極反應(yīng)式為NOeq\o\al(－,3)＋8e－＋9H＋=NH3·H2O＋2H2O，電極b為陽極，電極反應(yīng)式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，電解總反應(yīng)為KNO3＋3H2O=NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，故A正確；每生成1molNH3·H2O，陰極得8mole－，同時(shí)雙極膜處有8molH＋進(jìn)入陰極室，即有8mol的H2O解離，故B錯(cuò)誤；電解過程中，陽極室每消耗4molOH－，同時(shí)有4molOH－通過雙極膜進(jìn)入陽極室，KOH的物質(zhì)的量不因反應(yīng)而改變，故C正確；相比于平面結(jié)構(gòu)雙極膜，“卯榫”結(jié)構(gòu)具有更大的膜面積，有利于H2O被催化解離成H＋和OH－，可提高氨生成速率，故D正確。2．(2022·廣東，10)以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進(jìn)行電解，實(shí)現(xiàn)Al的再生。該過程中()A．陰極發(fā)生的反應(yīng)為Mg－2e－=Mg2＋B．陰極上Al被氧化C．在電解槽底部產(chǎn)生含Cu的陽極泥D．陽極和陰極的質(zhì)量變化相等答案C解析該題中以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進(jìn)行電解，通過控制一定的條件，可使陽極區(qū)Mg和Al發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，分別生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不參與反應(yīng)，陰極區(qū)Al3＋得電子生成Al單質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)Al的再生，A、B錯(cuò)誤；陽極材料中Cu和Si不參與氧化反應(yīng)，在電解槽底部可形成陽極泥，C正確；因?yàn)殛枠O除了鋁參與電子轉(zhuǎn)移，鎂也參與了電子轉(zhuǎn)移，且還會(huì)形成陽極泥，而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質(zhì)，根據(jù)得失電子守恒及元素守恒可知，陽極與陰極的質(zhì)量變化不相等，D錯(cuò)誤。3．(2021·廣東，16)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是()A．工作時(shí)，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少16gC．移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變D．電解總反應(yīng)：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Co＋O2↑＋4H＋答案D解析由題圖分析可知，水放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動(dòng)，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯(cuò)誤；陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質(zhì)量減少18g，故B錯(cuò)誤；若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強(qiáng)于水，氯離子會(huì)在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應(yīng)會(huì)發(fā)生變化，故C錯(cuò)誤；電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Co＋O2↑＋4H＋，故D正確。4．(2023·浙江6月選考，13)氯堿工業(yè)能耗大，通過如圖改進(jìn)的設(shè)計(jì)可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是()A．電極A接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．電極B的電極反應(yīng)式為：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．應(yīng)選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液D．改進(jìn)設(shè)計(jì)中通過提高電極B上反應(yīng)物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗答案B解析電極A是氯離子變?yōu)槁葰?，化合價(jià)升高，失去電子，是電解池陽極，因此電極A接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A正確；電極B為陰極，通入的氧氣得到電子，其電極反應(yīng)式為2H2O＋4e－＋O2=4OH－，故B錯(cuò)誤；右室生成氫氧根離子，應(yīng)選用陽離子交換膜，左室的鈉離子進(jìn)入右室，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液，故C正確；改進(jìn)設(shè)計(jì)中增大了氧氣的量，提高了電極B處的氧化性，從而降低電解電壓，減少能耗，故D正確。5．(2023·北京，5)回收利用工業(yè)廢氣中的CO2和SO2，實(shí)驗(yàn)原理示意圖如下。下列說法不正確的是()A．廢氣中SO2排放到大氣中會(huì)形成酸雨B．裝置a中溶液顯堿性的原因是HCOeq\o\al(－,3)的水解程度大于HCOeq\o\al(－,3)的電離程度C．裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO2和SO2D．裝置b中的總反應(yīng)為SOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))HCOOH＋SOeq\o\al(2－,4)答案C解析SO2是酸性氧化物，廢氣中SO2排放到大氣中會(huì)形成硫酸型酸雨，故A正確；裝置a中溶液的溶質(zhì)為NaHCO3，溶液顯堿性，說明HCOeq\o\al(－,3)的水解程度大于其電離程度，故B正確；裝置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2氣體，NaHCO3溶液不能吸收CO2，故C錯(cuò)誤。6．(2023·遼寧，7)某無隔膜流動(dòng)海水電解法制H2的裝置如下圖所示，其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產(chǎn)生。下列說法正確的是()A．b端電勢(shì)高于a端電勢(shì)B．理論上轉(zhuǎn)移2mole－生成4gH2C．電解后海水pH下降D．陽極發(fā)生：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋答案D解析由題圖分析可知，a為正極，b為負(fù)極，則a端電勢(shì)高于b端電勢(shì)，A錯(cuò)誤；右側(cè)電極上產(chǎn)生氫氣的電極方程式為2H＋＋2e－=H2↑，則理論上轉(zhuǎn)移2mole－生成2gH2，B錯(cuò)誤；電解總反應(yīng)為Cl－＋H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))ClO－＋H2↑，ClO－水解使溶液呈堿性，海水pH上升，C錯(cuò)誤。1．(2023·廣州市高三模擬)雙極膜是一種離子交換復(fù)合膜，在直流電場(chǎng)作用下能將中間層的水分子解離成H＋和OH－，并分別向兩極遷移。用雙極膜電解制備金屬鈷，工作原理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．電極a接電源的正極B．電解過程中溶液中的SOeq\o\al(2－,4)透過陰離子交換膜向左移動(dòng)C．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陽極產(chǎn)生22.4LH2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)D．電解池工作時(shí)，陰離子交換膜與雙極膜之間的溶液的pH減小答案C解析電解池中陽離子向陰極移動(dòng)，則電極b是陰極，電極a是陽極，電極a接電源的正極，故A正確；電解池中陰離子向陽極移動(dòng)，電解過程中溶液中的SOeq\o\al(2－,4)透過陰離子交換膜向左移動(dòng)，故B正確；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陽極氫氧根離子失電子生成0.5molO2，故C錯(cuò)誤；電解池工作時(shí)，SOeq\o\al(2－,4)通過陰離子交換膜向左移動(dòng)與氫離子結(jié)合生成硫酸，陰離子交換膜與雙極膜之間的溶液的pH減小，故D正確。2．(2023·汕頭市高三一模)八鉬酸銨eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(NH44Mo8O26))可用于染料、催化劑、防火劑等。該化合物可通過電滲析法獲得，工作原理如圖。下列說法錯(cuò)誤的是()A．a(chǎn)連接電源正極B．生成Mo8Oeq\o\al(4－,26)的反應(yīng)為8MoOeq\o\al(2－,4)＋12H＋=Mo8Oeq\o\al(4－,26)＋6H2OC．電解一段時(shí)間后，b極附近氨水的濃度減小D．雙極膜附近的OH－移向左側(cè)答案C解析由圖可知，b為陰極，水放電生成氫氣和氫氧根離子，a為陽極，連接電源正極，水放電生成氧氣和氫離子，A正確；雙極膜解離出的氫離子向陰極移動(dòng)和MoOeq\o\al(2－,4)反應(yīng)生成Mo8Oeq\o\al(4－,26)：8MoOeq\o\al(2－,4)＋12H＋=Mo8Oeq\o\al(4－,26)＋6H2O，B正確；電解一段時(shí)間后，b極附近生成的氫氧根離子和左側(cè)遷移過來的銨根離子結(jié)合生成一水合氨，氨水的濃度增大，C錯(cuò)誤；陰離子向陽極遷移，雙極膜附近的OH－移向左側(cè)，D正確。3．(2021·江蘇，12)通過下列方法可分別獲得H2和O2：①通過電解獲得NiOOH和H2(如圖)；②在90℃將NiOOH與H2O反應(yīng)生成Ni(OH)2并獲得O2。下列說法正確的是()A．電解后KOH溶液的物質(zhì)的量濃度減小B．電解時(shí)陽極電極反應(yīng)式：Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2OC．電解的總反應(yīng)方程式：2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑D．電解過程中轉(zhuǎn)移4mol電子，理論上可獲得22.4LO2答案B解析陰極水電離的氫離子得電子生成氫氣，陽極Ni(OH)2失電子生成NiOOH，電解過程總反應(yīng)為2Ni(OH)2eq\o(=,\s\up7(電解))2NiOOH＋H2↑，電解后KOH溶液的物質(zhì)的量濃度不變，故A、C錯(cuò)誤；電解時(shí)陽極Ni(OH)2失電子生成NiOOH，電極反應(yīng)式為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O，故B正確；電解過程中轉(zhuǎn)移4mol電子，生成1mol氧氣，非標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積不一定是22.4L，故D錯(cuò)誤。4．電解苯酚的乙腈(CH3CN)水溶液可在電極上直接合成撲熱息痛()，裝置如圖，其中電極材料均為石墨。下列說法錯(cuò)誤的是()A．電極a為負(fù)極B．裝置工作時(shí)，乙室溶液pH減小C．電極c的電極反應(yīng)式為＋CH3CN＋H2O－2e－→＋2H＋D．合成1mol撲熱息痛，理論上甲室質(zhì)量增重64g答案B解析根據(jù)題給信息可確定左側(cè)裝置為原電池，右側(cè)裝置為電解池。原電池中，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，故電極a是負(fù)極，電極b是正極，則電極c是陽極，電極d是陰極，A正確；工作時(shí)，H2O2在正極b上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為H2O2＋2e－＋2H＋=2H2O，反應(yīng)時(shí)c(H＋)減小，乙室溶液pH增大，B錯(cuò)誤；電極c為陽極，CH3CN在電極c上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，并與苯酚反應(yīng)生成撲熱息痛，電極反應(yīng)式為＋CH3CN＋H2O－2e－→＋2H＋，C正確；根據(jù)陽極c的電極反應(yīng)式，合成1mol撲熱息痛，轉(zhuǎn)移2mol電子，負(fù)極a上生成1mol氧氣，同時(shí)乙室轉(zhuǎn)移1molSOeq\o\al(2－,4)到甲室，理論上甲室質(zhì)量增重96g·mol－1×1mol－32g·mol－1×1mol＝64g，D正確。5．對(duì)氨基苯酚是一種重要的有機(jī)精細(xì)化工中間體，可用惰性電極電解硝基苯生產(chǎn)，裝置如圖所示。下列說法正確的是()A．a(chǎn)極區(qū)加入乙醇的目的是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性B．a(chǎn)極的電極反應(yīng)為＋4H＋＋4e－→＋H2OC．電解一段時(shí)間后，a極區(qū)需要補(bǔ)充稀硫酸D．生成1mol對(duì)氨基苯酚時(shí)，b極區(qū)理論上放出氣體22.4L答案B解析圖為電解池裝置，硝基苯()發(fā)生還原反應(yīng)生成對(duì)氨基苯酚()，則a為陰極，電極反應(yīng)式為＋4H＋＋4e－→＋H2O；b為陽極，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，b電極區(qū)的氫離子經(jīng)過質(zhì)子交換膜進(jìn)入a電極區(qū)。乙醇為有機(jī)溶劑，a極區(qū)加入乙醇的目的是增大硝基苯的溶解度，A錯(cuò)誤；根據(jù)電極反應(yīng)，a極區(qū)不需要補(bǔ)充硫酸，C錯(cuò)誤；生成氣體的溫度、壓強(qiáng)未知，無法計(jì)算氣體的體積，D錯(cuò)誤。6．(2023·佛山市高三下學(xué)期調(diào)研)電有機(jī)合成相對(duì)于傳統(tǒng)有機(jī)合成具有顯著優(yōu)勢(shì)，利用如圖所示裝置實(shí)現(xiàn)電催化合成2,5-呋喃二甲酸。下列說法錯(cuò)誤的是()A．催化電極b連接電源的負(fù)極B．陰極區(qū)溶液中c(H2SO4)不變C．陽極區(qū)的總反應(yīng)為D．每消耗1mol對(duì)硝基苯酚同時(shí)生成1mol2,5-呋喃二甲酸答案B解析由圖可知，a極上發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽極，則b極為陰極，連接電源的負(fù)極，A正確；＋6H＋→＋2H2O，反應(yīng)生成水，故溶液中c(H2SO4)減小，B錯(cuò)誤，C正確；由兩電極反應(yīng)式可知，根據(jù)得失電子守恒，每消耗1mol對(duì)硝基苯酚同時(shí)生成1mol2,5-呋喃二甲酸，D正確。7．(2022·山東煙臺(tái)市、德州市高三一模)電解法處理含有Cl－、NOeq\o\al(－,3)的酸性廢水，其工作原理及電極b中鐵的化合物的催化機(jī)理如圖所示，H表示氫原子。下列說法錯(cuò)誤的是()A．電極b接電源負(fù)極B．處理1molNOeq\o\al(－,3)，電路中轉(zhuǎn)移5mole－C．HClO在陽極生成：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋D．H＋與NOeq\o\al(－,3)反應(yīng)的電極反應(yīng)式為10H＋＋NOeq\o\al(－,3)＋8e－=NHeq\o\al(＋,4)＋3H2O答案B解析由圖知，電極b上硝酸根離子轉(zhuǎn)變?yōu)殇@根離子，被還原，則電極b為陰極，接電源負(fù)極，A正確；硝酸根離子轉(zhuǎn)變?yōu)殇@根離子，N元素化合價(jià)從＋5價(jià)降低到－3價(jià)，則處理1molNOeq\o\al(－,3)，電路中轉(zhuǎn)移8mole－，B不正確；陽極氯離子失去電子被氧化，生成HClO：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋，C正確；電極b上硝酸根離子轉(zhuǎn)變?yōu)殇@根離子，H＋與NOeq\o\al(－,3)反應(yīng)的電極反應(yīng)式為10H＋＋NOeq\o\al(－,3)＋8e－=NHeq\o\al(＋,4)＋3H2O，D正確。8．(2023·遼寧鞍山市普通高中高三一模)處理高濃度的乙醛廢水的新方法——隔膜電解法，總反應(yīng)為2CH3CHO＋H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))CH3CH2OH＋CH3COOH(不考慮其他反應(yīng))。實(shí)驗(yàn)室中，以一定濃度的乙醛和H2SO4溶液為電解質(zhì)溶液，模擬含乙醛的工業(yè)廢水，用惰性電極進(jìn)行電解，裝置如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是()A．b電極反應(yīng)式為CH3CHO－2e－＋H2O=CH3COOH＋2H＋B．電解一段時(shí)間后，電解池右側(cè)pH增大C．若以CH4-空氣燃料電池為直流電源，a極應(yīng)該與燃料電池中通入CH4的一極相連D．理論上處理1mol乙醛，將有1molH＋通過質(zhì)子交換膜答案B解析b電極為陽極，電極反應(yīng)式為CH3CHO－2e－＋H2O=CH3COOH＋2H＋，故A正確；電解一段時(shí)間后，電解池右側(cè)消耗水，生成CH3COOH和H＋，H＋通過質(zhì)子交換膜移向左側(cè)，但電解質(zhì)n(H2SO4)不變，因此pH減小，故B錯(cuò)誤