高考化學一輪復習課件微專題15　電解原理的應用

微專題15

電解原理的應用高考怎么考

高考考什么

命題角度一

電解原理的應用

命題角度二

離子交換膜的應用高考精準練高考怎么考1.[2023?湖北卷]我國科學家設計如圖所示的電解池,實現(xiàn)了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變,電解生成氫氣的速率為xmol·h-1。下列說法錯誤的是

(

)A.b電極反應式為2H2O+2e-

=H2↑+2OH-B.離子交換膜為陰離子交換膜C.電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜D.海水為電解池補水的速率為2xmol·h-1D

高考怎么考[解析]由圖可知,該裝置為電解水制取氫氣的裝置,a電極與電源正極相連,為電解池的陽極,b電極與電源負極相連,為電解池的陰極,陰極反應為2H2O+2e-

=H2↑+2OH-,陽極反應為4OH--4e-

=O2↑+2H2O,電解池總反應為2H2O2H2↑+O2↑,據(jù)此解答。b電極為陰極,發(fā)生還原反應,b電極反應式為2H2O+2e-

=H2↑+2OH-,故A正確;該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變,陽極發(fā)生的電極反應為4OH--4e-

=O2↑+2H2O,為保持OH-濃度不變,則陰極產生的OH-要通過離子交換膜進入陽極室,即離子交換膜應為陰離子交換膜,故B正確;高考怎么考PTFE膜可透氣但不透液態(tài)水,電解時電解槽中不斷有水被消耗,海水中動能高的水分子即氣態(tài)水而非液態(tài)水可穿過PTFE膜,為電解池補水,使KOH溶液的濃度不變,故C正確;由電解總反應可知,每生成1molH2要消耗1molH2O,生成H2的速率為xmol·h-1,則補水的速率也應是xmol·h-1,故D錯誤。高考怎么考2.[2022?遼寧卷]如圖,c管為上端封口的量氣管,為測定乙酸溶液濃度,量取10.00mL待測樣品加入b容器中,接通電源,進行實驗。下列說法正確的是(

)A.左側電極反應:2H2O-4e-

=O2↑+4H+B.實驗結束時,b中溶液紅色恰好褪去C.若c中收集氣體11.20mL,則樣品中乙酸濃度為0.1mol·L-1D.把鹽橋換為U形銅導線,不影響測定結果A

高考怎么考[解析]本裝置為電解池,為測定乙酸溶液的濃度,右側電極消耗CH3COOH電離產生的H+析出H2,pH增大,酚酞指示終點,則右側電極為陰極,左側陽極析出氧氣,據(jù)此分析解題。左側陽極析出氧氣,左側電極反應為2H2O-4e-

=O2↑+4H+,A正確;右側電極反應為2CH3COOH+2e-

=H2↑+2CH3COO-,反應結束時溶液中存在CH3COO-,水解后溶液顯堿性,故b中溶液為紅色,B錯誤;高考怎么考c中收集氣體11.20mL,若在標準狀況下,c中收集氣體的物質的量為5×10-4mol,轉移電子的物質的量為5×10-4mol×4=2×10-3mol,故產生氫氣的物質的量為1×10-3mol,則樣品中乙酸濃度為2×10-3mol÷(10×10-3L)=0.2mol·L-1,但題中未給定氣體所處狀況,不能準確計算,C錯誤;鹽橋換為U形銅導線后,右池Pt電極為陰極,Cu導線為陽極,則有Cu2+進入溶液,電解過程中Cu2+會在Pt電極上析出,影響CH3COOH的反應,從而影響測定結果,D錯誤。高考怎么考3.[2023?廣東卷]用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖),可實現(xiàn)大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時,H2O在雙極膜界面處被催化解離成H+和OH-,有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是

(

)A.電解總反應: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的物質的量不因反應而改變D.相比于平面結構雙極膜,“卯榫”結構可提高氨生成速率B

高考怎么考

高考怎么考每生成1molNH3·H2O,陰極得8mole-,同時雙極膜處有8molH+進入陰極室,即有8mol的H2O解離,故B錯誤;電解過程中,陽極室每消耗4molOH-,同時有4molOH-通過雙極膜進入陽極室,KOH的物質的量不因反應而改變,故C正確;相比于平面結構雙極膜,“卯榫”結構具有更大的膜面積,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。高考怎么考

C

高考怎么考

命題角度一電解原理的應用整合要點·夯實必備高考考什么1.構建電解池模型整合要點·夯實必備高考考什么2.電解池陰、陽極的判斷方法整合要點·夯實必備高考考什么3.電解計算破題“3方法”探究典例·提升能力高考考什么例1[2023?遼寧卷]某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如下圖所示,其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生。下列說法正確的是 (

)

A.b端電勢高于a端電勢B.理論上轉移2mole-生成4gH2C.電解后海水pH下降D.陽極發(fā)生:Cl-+H2O-2e-

=HClO+H+D

[解析]由圖可知,右側電極產生氫氣,則右側鈦箔-MnOx電極為陰極,b電極為負極,左側鈦網(wǎng)-PRT電極為陽極,a電極為正極,以此解題。由分析可知,a為正極,b為負極,則a端電勢高于b端電勢,A錯誤;該電解裝置的目的是制H2,陰極發(fā)生反應2H2O+2e-

=H2↑+2OH-,則理論上轉移2mole-時,生成2gH2,B錯誤;探究典例·提升能力高考考什么例1[2023?遼寧卷]某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如下圖所示,其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生。下列說法正確的是 (

)

A.b端電勢高于a端電勢B.理論上轉移2mole-生成4gH2C.電解后海水pH下降D.陽極發(fā)生:Cl-+H2O-2e-

=HClO+H+D

高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生,則陽極上的電極反應式為Cl-+H2O-2e-

=HClO+H+,結合陰極反應式可知,電解后海水pH不會下降,C錯誤,D正確。

A

探究典例·提升能力高考考什么

A陰極區(qū)電極反應為2H2O+2e-

=2OH-+H2↑,根據(jù)得失電子守恒,由陽極反應和陰極反應知,生成O2和H2的物質的量之比為1∶2,生成O2和H2的質量比為8∶1,B項正確;陰極區(qū)電極反應為2H2O+2e-

=2OH-+H2↑,電解一段時間后陰極區(qū)溶液OH-的濃度增大,C項正確。探究典例·提升能力高考考什么命題角度二離子交換膜的應用整合要點·夯實必備高考考什么1.離子交換膜的分類與作用整合要點·夯實必備高考考什么2.含膜電化學裝置原理分析整合要點·夯實必備高考考什么3.電滲析法的應用模型將含AnBm的廢水再生為HnB和A(OH)m的模型及原理如下,已知A為金屬活動順序中氫之前的金屬,Bn-為含氧酸根離子。探究典例·提升能力高考考什么例2

硼酸(H3BO3)為一元弱酸,已知H3BO3與足量NaOH溶液反應的離子方程式為H3BO3+OH-

=[B(OH)4]-,H3BO3可以通過電解的方法制備。電解Na[B(OH)4]溶液制備H3BO3的原理如圖所示,下列敘述正確的是

(

)A.通電片刻后,從左至右,各室的pH依次增大、不變、不變、減小B.a膜、c膜為陰離子交換膜,b膜為陽離子交換膜C.產品室中發(fā)生的反應為[B(OH)4]-+H+

=H3BO3+H2OD.理論上每生成1molH3BO3,兩極室共產生標準狀況下11.2L氣體C探究典例·提升能力高考考什么[解析]M室中石墨電極為陽極,電解時陽極上水失電子生成O2和H+,電極反應式為2H2O-4e-

=O2↑+4H+,H+透過a膜進入產品室,但水減少,M室pH減小;N室中石墨電極為陰極,電解時陰極上水得電子生成H2和OH-,電極反應式為2H2O+2e-

=H2↑+2OH-,原料室中Na+透過c膜進入N室,N室pH增大,A項錯誤。原料室中的[B(OH)4]-通過b膜進入產品室,Na+通過c膜進入N室,M室中H+通過a膜進入產品室,所以產品室中發(fā)生的反應為[B(OH)4]-+H+

=H3BO3+H2O,則a膜、c膜為陽離子交換膜,b膜為陰離子交換膜,B項錯誤,C項正確。理論上每生成1molH3BO3,M室生成1molH+,轉移電子1mol,N室生成0.5molH2,M室生成0.25molO2,兩極室共產生標準狀況下16.8L氣體,D項錯誤?！舅季S過程】探究典例·提升能力高考考什么試題信息解讀電極反應原理分析由圖中電源的正負極可知M室為陽極室,發(fā)生電極反應為2H2O-4e-

=O2↑+4H+,又因為H3BO3應該在產品室中產生,則產品室發(fā)生反應為[B(OH)4]-+H+

=H3BO3+H2O膜的分析

M室中產生的H+通過a膜進入產品室,故a膜為陽離子交換膜,同時需要原料室中的[B(OH)4]-通過b膜進入產品室,則b膜為陰離子交換膜;N室為陰極室,發(fā)生的電極反應為2H2O+2e-

=H2↑+2OH-,則原料室中的Na+通過c膜進入N室,c膜為陽離子交換膜

D探究典例·提升能力高考考什么

探究典例·提升能力高考考什么

探究典例·提升能力高考考什么1.[2023?全國甲卷]用可再生能源電還原CO2時,采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率,裝置如下圖所示。下列說法正確的是(

)A.析氫反應發(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)生的反應有:2CO2+12H++12e-

=C2H4+4H2OD.每轉移1mol電子,陽極生成11.2L氣體(標準狀況)C

高考精準練高考精準練[解析]結合圖示裝置中電源正負極連接情況,可知IrOx-Ti電極為陽極,Cu電極為陰極,析氫時H+得電子被還原,該反應應在Cu電極上進行,A錯誤;質子交換膜不允許Cl-通過,B錯誤;左側的H+可通過質子交換膜進入陰極區(qū),酸性條件下CO2在陰極發(fā)生還原反應生成乙烯、乙醇等,電極反應式有2CO2+12H++12e-

=C2H4+4H2O,C正確;陽極上H2O放電,電極反應式為2H2O-4e-

=O2↑+4H+,生成標準狀況下11.2L氣體,其物質的量為0.5mol,此時電路中轉移2mol電子,D錯誤。2.[2022?湖北卷]含磷有機物應用廣泛。電解法可實現(xiàn)由白磷直接制備Li[P(CN)2],過程如圖所示(Me為甲基)。下列說法正確的是 (

)A.生成1molLi[P(CN)2],理論上外電路需要轉移2mol電子B.陰極上的電極反應為P4+8CN--4e-

=4[P(CN)2]-C.在電解過程中CN-向鉑電極移動D.電解產生的H2中的氫元素來自于LiOHD[解析]

P4→Li[P(CN)2],P元素的化合價升高,發(fā)生氧化反應,所以石墨電極為陽極,對應的電極反應式為P4+8CN--4e-

=4[P(CN)2]-,則生成1molLi[P(CN)2],理論上外電路需要轉移1mol電子,A錯誤;陰極上得電子發(fā)生還原反應,對應的電極反應式為2HCN+2e-

=H2↑+2CN-,B錯誤;高考精準練2.[2022?湖北卷]含磷有機物應用廣泛。電解法可實現(xiàn)由白磷直接制備Li[P(CN)2],過程如圖所示(Me為甲基)。下列說法正確的是 (

)A.生成1molLi[P(CN)2],理論上外電路需要轉移2mol電子B.陰極上的電極反應為P4+8CN--4e-

=4[P(CN)2]-C.在電解過程中CN-向鉑電極移動D.電解產生的H2中的氫元素來自于LiOHD電解過程中,CN-應該向陽極移動,即移向石墨電極,C錯誤;由圖示可知HCN在陰極放電,產生CN-和H2,而HCN中的H來自LiOH,則電解產生的H2中的氫元素來自LiOH,D正確。高考精準練3.[2023?湖北十堰一模]1,2-二氯乙烷主要用作聚氯乙烯單體制取過程的中間體,用電有機合成法合成1,2-二氯乙烷的裝置如圖所示。下列說法中正確的是(

)A.直流電源電極a為負極B.X為陽離子交換膜,Y為陰離子交換膜C.液相反應中,C2H4被氧化為1,2-二氯乙烷D.該裝置總反應為2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑高考精準練C高考精準練[解析]由電解池裝置圖可知,左側CuCl被氧化為CuCl2,為電解池的陽極,則a為電源正極,A錯誤;溶液中Cl-經(jīng)過陰離子交換膜X移向陽極,溶液中Na+經(jīng)過陽離子交換膜Y移向陰極,同時生成NaOH,故X為陰離子交換膜,Y為陽離子交換膜,B錯誤;液相反應中,C2H4與CuCl2反應生成1,2-二氯乙烷時碳元素化合價升高,發(fā)生氧化反應,應為C2H4被CuCl2氧化為1,2-二氯乙烷,C正確;以NaCl溶液和乙烯為原料合成1,2-二氯乙烷,CuCl循環(huán)使用,其實質是NaCl、H2O與CH2CH2反應,故總反應為CH2

=CH2+2H2O+2