備考2024屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義第六章化學(xué)反應(yīng)與能量變化第7講電解池工作原理的新型應(yīng)用

第7講電解池工作原理的新型應(yīng)用課標(biāo)要求核心考點(diǎn)五年考情核心素養(yǎng)對(duì)接能分析、解釋電解池的工作原理電解池工作原理的新型應(yīng)用2023北京，T5、T16；2023全國(guó)甲，T12；2023湖北，T10；2022湖北，T14；2021遼寧，T13；2021天津，T11；2021廣東，T16證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能分析、識(shí)別復(fù)雜的電解池裝置并進(jìn)行推理命題分析預(yù)測(cè)1.電解池工作原理的新型應(yīng)用常結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)中的多室膜電解槽（電滲析法）制備或分離提純物質(zhì)，考查多室膜電解槽中離子交換膜類(lèi)型的判斷、電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向等。2.預(yù)計(jì)2025年高考仍會(huì)結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際考查電解池工作原理的應(yīng)用，要重點(diǎn)關(guān)注：（1）溫室氣體（如CO2）的還原，體現(xiàn)電解池原理在物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化中的作用；（2）結(jié)合工業(yè)流程通過(guò)電解制備金屬單質(zhì)；（3）通過(guò)電解治理污染考點(diǎn)電解池工作原理的新型應(yīng)用應(yīng)用電解池進(jìn)行物質(zhì)制備（多室電解池）裝置工作原理四室電滲析法制備H3PO2（次磷酸）陽(yáng)極反應(yīng)式：[1]2H2O－4e－O2↑＋4H＋。陰極反應(yīng)式：[2]2H2O＋2e－H2↑＋2OH－（1）若去掉陽(yáng)極室與產(chǎn)品室之間的陽(yáng)離子交換膜，生成物中除H3PO2外，還有[3]H3PO4，生成該物質(zhì)的電極反應(yīng)式為[4]H2PO2－－4e－＋2H2OH3PO4＋3H＋（2）若原料室中物質(zhì)改為NaNO3濃溶液，則產(chǎn)品室中溶質(zhì)為[5]HNO3（填化學(xué)式，下同）。（3）若原料室中物質(zhì)改為NaHSO3濃溶液，則產(chǎn)品室中可能的產(chǎn)物為[6]H2SO3（或SO2）。（4）若原料室中物質(zhì)改為NaBr濃溶液，則產(chǎn)品室中溶質(zhì)為[7]HBr2.應(yīng)用電解池除去有害或有毒物質(zhì)裝置工作原理陽(yáng)極區(qū)反應(yīng)式：[8]2Cl－－2e－Cl2↑、Cl2＋H2O?HCl＋HClO、3HClO＋CO（NH2）2CO2↑＋N2↑＋3HCl＋2H2O。提示：HClO氧化尿素生成CO2、N2。陰極反應(yīng)式：[9]2H2O＋2e－H2↑＋2OH－若將尿素更換為少量NaCN，則次氯酸氧化CN－生成CO2、N2的離子方程式為[10]5HClO＋2CN－2CO2↑＋N2↑＋5Cl－＋H2O＋3H＋3.電解池與“碳中和”裝置工作原理（1）CO2制備乙烯時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)式為[11]4OH－－4e－O2↑＋2H2O；陰極反應(yīng)式為[12]2CO2＋12e－＋12H＋CH2CH2＋4H2O。（2）CO2制備HCOOH時(shí)，陰極反應(yīng)式為[13]CO2＋2e－＋2H＋HCOOH。（3）CO2制備CH3OH（CH3CH2CH2OH）時(shí)，陰極反應(yīng)式為[14]CO2＋6e－＋6H＋CH3OH＋H2O（3CO2＋18e－＋18H＋CH3CH2CH2OH＋5H2O）雙極膜中水電離出的H＋移向[15]右（填“左”或“右”）池4.應(yīng)用電解池實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化裝置工作原理CH4和CO2的耦合轉(zhuǎn)化CH4→CH3CH3時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)式：[16]2CH4－2e－＋O2－CH3CH3＋H2O。CH4→C2H4時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)式：[17]2CH4－4e－＋2O2－CH2CH2＋2H2O。陰極反應(yīng)式：[18]CO2＋2e－CO＋O2－。電解池反應(yīng)：[19]2CH4＋CO2CH3CH3＋CO＋H2O，[20]2CH4＋2CO2CH2CH2＋2CO＋2H2O研透高考明確方向命題點(diǎn)1多室電解池1.[2021天津]如圖所示電解裝置中，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，F(xiàn)e2O3逐漸溶解，下列判斷錯(cuò)誤的是（C）A.a是電源的負(fù)極B.通電一段時(shí)間后，向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現(xiàn)紅色C.隨著電解的進(jìn)行，CuCl2溶液濃度變大D.當(dāng)0.01molFe2O3完全溶解時(shí)，至少產(chǎn)生氣體336mL（折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下）解析由上述分析知，A項(xiàng)正確；石墨電極Ⅱ上H2O放電產(chǎn)生O2和H＋：2H2O－4e－4H＋＋O2↑，通電一段時(shí)間后，石墨電極Ⅱ附近溶液顯酸性，能使石蕊顯紅色，B項(xiàng)正確；電解時(shí)，Cu2＋在石墨電極Ⅰ上放電生成Cu，左室中Cl－通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入中間室，故CuCl2溶液的濃度減小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由Fe2O3＋6H＋2Fe3＋＋3H2O和陽(yáng)極反應(yīng)式可得Fe2O3～32O2，故產(chǎn)生O2的體積是32×0.01mol×22.4L·mol－1×103mL·L－1＝336mL，D項(xiàng)正確。命題拓展[選項(xiàng)拓展]判斷正誤：通電一段時(shí)間后，若要使CuCl2溶液恢復(fù)至原濃度，需加入一定量的CuCl2固體。（√）命題點(diǎn)2電解池實(shí)現(xiàn)有機(jī)物轉(zhuǎn)化2.[浙江高考]電解高濃度RCOONa（羧酸鈉）的NaOH溶液，在陽(yáng)極RCOO－放電可得到R—R（烷烴）。下列說(shuō)法不正確的是（A）A.電解總反應(yīng)方程式：2RCOONa＋2H2O電解R—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOHB.RCOO－在陽(yáng)極放電，發(fā)生氧化反應(yīng)C.陰極的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－2OH－＋H2↑D.電解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷解析RCOO－在陽(yáng)極放電可得到R—R（烷烴）和CO2，在強(qiáng)堿性環(huán)境中，CO2會(huì)與OH－反應(yīng)生成CO32－和H2O，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2RCOO－－2e－＋4OH－R—R＋2CO32－＋2H2O，陰極上H2O電離產(chǎn)生的H＋放電生成H2，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，因而電解總反應(yīng)式為2RCOONa＋2NaOH電解R—R＋2Na2CO3＋H2↑，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B、C項(xiàng)正確；根據(jù)電解RCOONa的NaOH溶液生成R—R可知，電解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH的混合溶液，CH3—、CH3CH2命題拓展[變式拓展]Kolbe電解羧酸鹽法可制取高純度的烷烴。以Pt為電極，電解高濃度的丙酸鈉（CH3CH2COONa）溶液可獲得丁烷、CO2。（1）該裝置應(yīng)選擇陽(yáng)（填“陽(yáng)”或“陰”）離子交換膜；（2）A電極的電極反應(yīng)式為2CH3CH2COO－－2e－CH3CH2CH2CH3↑＋2CO2↑。命題點(diǎn)3電解池實(shí)現(xiàn)金屬的制備3.[2021廣東]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(shuō)法正確的是（D）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＋＋2H2O電解2Co＋O2↑＋4H＋解析題給裝置為電解池，石墨電極為陽(yáng)極，水在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－O2↑＋4H＋，氫離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動(dòng)；鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鈷，電極反應(yīng)式為Co2＋＋2e－Co，Ⅲ室中氯離子通過(guò)陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動(dòng)。由以上分析可知，氫離子通過(guò)陽(yáng)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，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陰極生成1mol鈷時(shí)電路中轉(zhuǎn)移2mol電子，陽(yáng)極產(chǎn)生0.5molO2（16g），且有2molH＋從Ⅰ室進(jìn)入Ⅱ室，即生成1molCo時(shí)，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少18g，B項(xiàng)錯(cuò)誤；若移除離子交換膜，由于氯離子的放電能力強(qiáng)于水，氯離子會(huì)在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，則石墨電極的電極反應(yīng)會(huì)發(fā)生變化，C項(xiàng)錯(cuò)誤；電解總反應(yīng)為2Co2＋＋2H2O電解2Co＋O2↑＋4H＋，D項(xiàng)正確。命題拓展[變式拓展]用雙極膜電解制備金屬鈷的裝置如圖所示。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。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（C）A.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B.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陰離子交換膜左側(cè)溶液的質(zhì)量理論上增加80gC.電解過(guò)程中溶液中的SO42D.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－O2↑＋4H＋解析電解池工作時(shí)，雙極膜中的H＋向陰極移動(dòng)，所以電極b是陰極，SO42－透過(guò)陰離子交換膜向左移動(dòng)，與H＋結(jié)合生成硫酸，所以陰離子交換膜與雙極膜之間的溶液的pH減小，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生0.5molO2，同時(shí)有1molSO42－透過(guò)陰離子交換膜向左移動(dòng)，所以陰離子交換膜左側(cè)溶液的質(zhì)量理論上增加96g－16g＝80g，B項(xiàng)正確；電極a為陽(yáng)極，陽(yáng)極上水放電產(chǎn)生O2命題點(diǎn)4電解池實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)化合物的合成4.[2022海南]一種采用H2O（g）和N2（g）為原料制備N(xiāo)H3（g）的裝置示意圖如圖。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（A）A.在b電極上，N2被還原B.金屬Ag可作為a電極的材料C.改變工作電源電壓，反應(yīng)速率不變D.電解過(guò)程中，固體氧化物電解質(zhì)中O2－不斷減少解析b電極上N2轉(zhuǎn)化為NH3，氮元素由0價(jià)降低為－3價(jià)，N2被還原，b電極為陰極，A項(xiàng)正確；a電極上O2－轉(zhuǎn)化為O2，為陽(yáng)極，若用金屬Ag作為電極材料，則陽(yáng)極反應(yīng)為2Ag－2e－＋O2－Ag2O，B項(xiàng)錯(cuò)誤；改變工作電源電壓，反應(yīng)速率發(fā)生改變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；電解總反應(yīng)為2N2＋6H2O電解4NH3＋3O2，固體氧化物電解質(zhì)不參與總反應(yīng)，因此固體氧化物電解質(zhì)中O2－數(shù)目不變，D項(xiàng)錯(cuò)誤。命題點(diǎn)5電解池與“碳中和”5.[2023全國(guó)甲]用可再生能源電還原CO2時(shí)，采用高濃度的K＋抑制酸性電解液中的析氫反應(yīng)可提高多碳產(chǎn)物（乙烯、乙醇等）的生成率，裝置如下圖所示。下列說(shuō)法正確的是（C）A.析氫反應(yīng)發(fā)生在IrOx－Ti電極上B.Cl－從Cu電極遷移到IrOx－Ti電極C.陰極發(fā)生的反應(yīng)有：2CO2＋12H＋＋12e－C2H4＋4H2OD.每轉(zhuǎn)移1mol電子，陽(yáng)極生成11.2L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）解析IrOx－Ti電