2025年高考二輪復(fù)習(xí)化學(xué)選擇題熱點練10電解原理及創(chuàng)新應(yīng)用

10.電解原理及創(chuàng)新應(yīng)用(分值:52分)學(xué)生用書P269(選擇題每小題4分)1.(2024·吉林白山二模)大連理工大學(xué)提出了一種低能耗、無陽極氯腐蝕的電解混合海水制氫新技術(shù),如圖所示。下列敘述錯誤的是()A.在該條件下,N2H4的放電能力強(qiáng)于ClB.a極與電源負(fù)極連接,發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生O2C.b極反應(yīng)式為N2H4+4OH4eN2↑+4H2OD.逸出2.24L氣體1(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時外電路轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.2NA答案:B解析:由題干信息可知,無陽極氯腐蝕,故在該條件下,N2H4的放電能力強(qiáng)于Cl,不是氯離子失電子得氯氣,而是N2H4失電子生成N2,A正確;該電解池采用電解制氫新技術(shù),結(jié)合A選項中分析,b極失電子為陽極,則a極為陰極,與電源負(fù)極連接,氣體1為H2,發(fā)生還原反應(yīng):2H2O+2e2OH+H2↑,B錯誤;b極為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),N2H4失電子生成N2,電極反應(yīng)式正確,C正確;a極反應(yīng)式為2H2O+2e2OH+H2↑,根據(jù)電極反應(yīng)式知,標(biāo)準(zhǔn)狀況下,產(chǎn)生0.1molH2時外電路轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.2NA,D正確。2.(2024·安徽安慶二模)電催化氮還原反應(yīng)法(NRR)是以水和氮氣為原料,在常溫常壓下通過電化學(xué)方法催化合成氨氣,其工作電極材料是由六亞甲基四胺(HMTA)與三氯化釩合成的二維釩基復(fù)合納米材料(簡稱VHMTA),其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A.石墨電極與外接電源正極相連B.工作電極VHMTA具有較高的表面積,能提高單位時間內(nèi)氨氣的產(chǎn)率C.電路中通過0.06mol電子時,兩極共有0.035mol氣體逸出D.隔膜為質(zhì)子交換膜答案:D解析:由題意可知該原理是用電解法將氮氣合成氨氣,故左側(cè)工作電極為陰極,電極反應(yīng)式為N2+6e+6H2O2NH3+6OH,右側(cè)石墨電極為陽極,電極反應(yīng)式為4OH4eO2↑+2H2O。由分析可知工作電極為陰極,石墨電極為陽極,則石墨電極與外接電源正極相連,A正確;工作電極VHMTA具有較高的表面積,能吸附氮氣,加快反應(yīng)速率,從而提高單位時間內(nèi)氨氣的產(chǎn)率,B正確;陰極電極反應(yīng)式為N2+6e+6H2O2NH3+6OH,陽極電極反應(yīng)式為4OH4eO2↑+2H2O,電路中通過0.06mol電子時,陰極產(chǎn)生0.02mol氣體,陽極產(chǎn)生0.015mol氣體,兩極共產(chǎn)生0.035mol氣體,C正確;結(jié)合電極反應(yīng)式可知隔膜為允許氫氧根離子通過的陰離子交換膜,D錯誤。3.(2024·貴州六校聯(lián)盟聯(lián)考三)實驗室模擬工業(yè)上用“雙極室成對電解法”生產(chǎn)乙醛酸(HOOC—CHO),原理如圖所示,該裝置中M、N均為惰性電極,兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸。下列說法正確的是()A.以鉛酸蓄電池作為直流電源進(jìn)行電解,M極接Pb電極B.陰極區(qū)溶液pH下降C.N電極上的電極反應(yīng)式:HOOC—COOH+2e+2H+HOOC—CHO+H2OD.若有2molH+通過質(zhì)子交換膜并完全參與反應(yīng),則電解生成的乙醛酸為1mol答案:C解析:M、N均為惰性電極,兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸,乙二醛發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙醛酸,所以M是陽極;乙二酸發(fā)生還原反應(yīng)生成乙醛酸,N為陰極。鉛酸蓄電池中Pb電極為負(fù)極,以鉛酸蓄電池作為直流電源進(jìn)行電解,N極接Pb電極,A錯誤;N為陰極,陰極發(fā)生反應(yīng)HOOC—COOH+2e+2H+HOOC—CHO+H2O,消耗氫離子,陰極區(qū)溶液pH升高,B錯誤;N為陰極,乙二酸發(fā)生還原反應(yīng)生成乙醛酸,N電極上的電極反應(yīng)式:HOOC—COOH+2e+2H+HOOC—CHO+H2O,C正確;M為陽極,陽極反應(yīng)式為OHC—CHO2e+H2OHOOC—CHO+2H+,N為陰極,電極反應(yīng)式:HOOC—COOH+2e+2H+HOOC—CHO+H2O,若有2molH+通過質(zhì)子交換膜并完全參與反應(yīng),陰極、陽極各生成1mol乙醛酸,則電解生成的乙醛酸為2mol,D錯誤。4.(2024·浙江溫州一模)利用電化學(xué)富集海水中鋰的電化學(xué)系統(tǒng)如圖所示。該電化學(xué)系統(tǒng)的工作步驟如下:①啟動電源1,MnO2所在腔室的海水中的Li+進(jìn)入MnO2結(jié)構(gòu)而形成LixMn2O4;②關(guān)閉電源1和海水通道,啟動電源2,使LixMn2O4中的Li+脫出進(jìn)入腔室2。下列說法不正確的是()A.啟動電源1時,電極1為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)B.啟動電源2時MnO2電極反應(yīng)式為xLi++2MnO2+xeLixMn2O4C.電化學(xué)系統(tǒng)提高了腔室2中LiOH的濃度D.啟動至關(guān)閉電源1,轉(zhuǎn)化的n(MnO2)與生成的n(O2)之比為20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2答案:B解析:由題意知,啟動電源1,使海水中Li+進(jìn)入MnO2結(jié)構(gòu)形成LixMn2O4,可知二氧化錳中錳的化合價降低,為陰極,電極反應(yīng)式為2MnO2+xLi++xeLixMn2O4,電極1為陽極,連接電源正極;關(guān)閉電源1和海水通道,啟動電源2,向電極2上通入空氣,使LixMn2O4中的Li+脫出進(jìn)入腔室2,可知電極2為陰極,電極反應(yīng)式:2H2O+O2+4e4OH,陽極的電極反應(yīng)式:LixMn2O4xe2MnO2+xLi+。由分析知,腔室1中電極1連接電源1的正極,作陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),A正確;啟動電源2時MnO2作陽極,電極反應(yīng)式:LixMn2O4xe2MnO2+xLi+,B錯誤;電化學(xué)系統(tǒng)提高了腔室2中LiOH的濃度,C正確;啟動至關(guān)閉電源1,轉(zhuǎn)化的n(MnO2)與生成的n(O2)之比為20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2,D正確。5.(2024·遼寧沈陽一模)環(huán)氧乙烷(,簡稱EO)是一種重要的工業(yè)原料和消毒劑。由乙烯經(jīng)電解制備EO的原理示意圖如下,下列說法中錯誤的是()A.電極1連接外接電源的正極B.電極2的電極反應(yīng)式為2H++2eH2↑C.溶液a可能含有兩種溶質(zhì),溶液b可循環(huán)使用D.離子膜可選擇性地透過H+和K+答案:B解析:從圖中可知,電極1上Cl失電子生成Cl2,電極1為陽極,生成的氯氣與水反應(yīng)生成HClO,HClO與CH2CH2反應(yīng)生成HOCH2CH2Cl,電極2為陰極,陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子,鉀離子可通過離子膜向下層移動,溶液a為KOH和KCl的混合溶液,KOH與HOCH2CH2Cl反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷和KCl溶液,溶液b為KCl溶液。電極1為陽極,連接電源的正極,A正確;電極2上水得電子生成氫氣和氫氧根離子,電極反應(yīng)為2H2O+2eH2↑+2OH,B錯誤;溶液a可能含有KCl和KOH兩種溶質(zhì),溶液b為KCl溶液,可循環(huán)使用,C正確;電解質(zhì)溶液中,陽離子向陰極移動,則鉀離子和氫離子可通過離子膜向下層移動,D正確。6.(2024·黑龍江齊齊哈爾一模)一種清潔、低成本的三步法氯堿工藝工作原理的示意圖如下,下列說法正確的是()A.第三步中a為直流電源的正極B.第一步生產(chǎn)NaOH的總反應(yīng)為4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44xMnO2+4xNaOHC.第二步為原電池,正極質(zhì)量增加,負(fù)極質(zhì)量減少D.第三步外電路上每轉(zhuǎn)移4mol電子,電解池中就有4molHCl被電解答案:B解析:由圖可知,第三步中Ag電極的變化是AgCl得到電子轉(zhuǎn)化為Ag,發(fā)生還原反應(yīng),是陰極,則a為直流電源的負(fù)極,A錯誤;第一步為電解池,陽極反應(yīng)為Na2.44MnO2xeNa2.44xMnO2+xNa+,陰極反應(yīng)為O2+4e+2H2O4OH,根據(jù)得失電子守恒,可得第一步電解池的總反應(yīng)為4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44xMnO2+4xNaOH,B正確;第二步為原電池,正極反應(yīng)為Na2.44xMnO2+xNa++xeNa2.44MnO2,負(fù)極反應(yīng)為Age+ClAgCl,生成的AgCl附著在負(fù)極表面,故正、負(fù)極質(zhì)量均增加,C錯誤;第三步的總反應(yīng)為2AgCl2Ag+Cl2↑,溶液中HCl的物質(zhì)的量保持不變,D錯誤。7.(2024·遼寧錦州質(zhì)檢)電芬頓工藝被認(rèn)為是一種很有應(yīng)用前景的高級氧化技術(shù),通過電解過程中產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)處理酸性廢水中有機(jī)污染物[如(苯酚)],其工作原理如圖a所示,一段時間內(nèi),Fe2+或H2O2電極產(chǎn)生量與電流強(qiáng)度關(guān)系如圖b所示。下列說法錯誤的是()圖a圖bA.Pt電極應(yīng)與直流電源的正極相連B.HMC3電極反應(yīng)有:O2+2e+2H+H2O2,Fe3++eFe2+C.根據(jù)圖b可判斷合適的電流強(qiáng)度約為60mAD.若處理0.1mol,理論上HMC3電極消耗2.8molO2答案:C解析:由圖可知,HMC3電極上鐵元素、氧元素價態(tài)降低得電子,故HMC3電極為陰極,電極反應(yīng)式分別為O2+2e+2H+H2O2、Fe3++eFe2+,后發(fā)生反應(yīng)Fe2++H2O2+H+Fe3++·OH+H2O,·OH氧化苯酚,反應(yīng)為C6H5OH+28·OH6CO2↑+17H2O,Pt電極為陽極,電極反應(yīng)式為2H2O4e4H++O2↑。由分析可知,Pt與電源正極相連,作陽極,A正確;HMC3電極反應(yīng)有:O2+2e+2H+H2O2,Fe3++eFe2+,B正確;過量的過氧化氫會氧化亞鐵離子,導(dǎo)致生成的羥基自由基減少,使得降解去除廢水中的持久性有機(jī)污染物的效率下降,故據(jù)圖b可判斷合適的電流強(qiáng)度范圍為40mA左右,C錯誤;苯酚轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水,C6H5OH+28·OH6CO2↑+17H2O,由圖可知,反應(yīng)中氧氣轉(zhuǎn)化為H2O2,H2O2轉(zhuǎn)化為·OH,轉(zhuǎn)化關(guān)系為O2~H2O2~·OH,故而C6H5OH~28O2,若處理0.1mol,則陰極消耗氧氣的物質(zhì)的量為2.8mol,D正確。8.(2024·陜西渭南質(zhì)檢Ⅰ)濃差電池是一種利用電解質(zhì)溶液濃度差產(chǎn)生電勢差而形成的電池,理論上當(dāng)電解質(zhì)溶液的濃度相等時停止放電。圖1為濃差電池,圖2為電滲析法制備磷酸二氫鈉,用濃差電池為電源完成電滲析法制備磷酸二氫鈉。下列說法錯誤的是()圖1圖2A.電極a應(yīng)與Ag(Ⅰ)相連B.電滲析裝置中膜a為陽離子交換膜C.電滲析過程中左、右室中NaOH和H2SO4的濃度均增大D.電池從開始到停止放電,理論上可制備1.2gNaH2PO4答案:D解析:濃差電池是一種利用電解質(zhì)溶液濃度差產(chǎn)生電勢差而形成的電池,由于右側(cè)AgNO3濃度大,則Ag(Ⅰ)為負(fù)極,Ag(Ⅱ)正極;電滲析法制備磷酸二氫鈉,右室中的氫離子通過膜b進(jìn)入中間室,中間室中的鈉離子通過膜a進(jìn)入左室,則電極a為陰極,電極b為陽極。電極a應(yīng)與Ag(Ⅰ)相連,A正確。中間室中的鈉離子通過膜a進(jìn)入左室,膜a為陽離子交換膜,B正確。陽極中的水失電子電解生成氧氣和氫離子,氫離子通過膜b進(jìn)入中間室,消耗水,硫酸的濃度增大;陰極水得電子電解生成氫氣,中間室中的鈉離子通過膜a進(jìn)入左室,左室NaOH的濃度增大,C正確。電池從開始到停止放電時,濃差電池兩邊AgNO3濃度相等,所以正極析出0.025mol銀,電路中轉(zhuǎn)移0.025mol電子,電滲析裝置生成0.0125molNaH2PO4,質(zhì)量為1.5g,D錯誤。9.(2023·遼寧卷)某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如圖所示,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端電勢高于a端電勢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+H2O2eHClO+H+答案:D解析:由圖可知,左側(cè)電極產(chǎn)生氧氣,則左側(cè)電極為陽極,電極a為正極,右側(cè)電極為陰極,b電極為負(fù)極,該裝置的總反應(yīng)產(chǎn)生氧氣和氫氣,相當(dāng)于電解水。由分析可知,a為正極,b電極為負(fù)極,則a端電勢高于b端電勢,A錯誤;右側(cè)電極上產(chǎn)生氫氣的電極反應(yīng)式為2H++2eH2↑,則理論上轉(zhuǎn)移2mole生成2gH2,B錯誤;由圖可知,該裝置的總反應(yīng)為電解海水的裝置,隨著電解的進(jìn)行,海水的濃度增大,但是其pH基本不變,C錯誤;由圖可知,陽極上的電極反應(yīng)為Cl+H2O2eHClO+H+,D正確。10.(2024·山東卷)以不同材料修飾的Pt為電極,一定濃度的NaBr溶液為電解液,采用電解和催化相結(jié)合的循環(huán)方式,可實現(xiàn)高效制H2和O2,裝置如圖所示。下列說法錯誤的是()A.電極a連接電源負(fù)極B.加入Y的目的是補(bǔ)充NaBrC.電解總反應(yīng)式為Br+3H2OBrO3-+3H2D.催化階段反應(yīng)產(chǎn)物物質(zhì)的量之比n(Z)∶n(Br)=3∶2答案:B解析:電極b上Br發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成BrO3-,電極b為陽極,電極反應(yīng)為Br6e+3H2OBrO3-+6H+;電極a為陰極,電極a的電極反應(yīng)為6H++6e3H2↑;電解總反應(yīng)式為Br+3H2OBrO3-+3H2↑;催化循環(huán)階段BrO3-被還原成Br循環(huán)使用、同時生成O2,實現(xiàn)高效制H2和O2,即Z為O2。根據(jù)分析,電極a為陰極,連接電源負(fù)極,A項正確;根據(jù)分析電解過程中消耗H2O和Br,而催化階段BrO3-被還原成Br循環(huán)使用,故加入Y的目的是補(bǔ)充H2O,維持NaBr溶液為一定濃度,B項錯誤;根據(jù)分析電解總反應(yīng)式為Br+3H2OBrO3-+3H2↑,C項正確;催化階段,Br元素的化合價由+5價降至1價,生成1molBr得到6mol電子,O元素的化合價由2價升至0價,生成1molO2失去4mol電子,根據(jù)得失電子守恒,反應(yīng)產(chǎn)物物質(zhì)的量之比n(O2)∶11.(2024·山東菏澤一模)以濃差電池(電解質(zhì)溶液濃度不同造成電勢差)為電源,用石墨作電極將NH3轉(zhuǎn)化為高純H2的裝置如圖。下列說法錯誤的是()A.Cu(1)的電極反應(yīng)式為Cu2eCu2+B.離子交換膜Ⅱ可以為陰離子交換膜C.工作時,M電極附近溶液的pH降低D.電解停止時,理論上Cu(1)和Cu(2)電極的質(zhì)量差為256g答案:A解析:以濃差電池為電源,以石墨為電極將NH3轉(zhuǎn)化為高純H2,M電極上,NH3轉(zhuǎn)化為N2,N元素化合價升高,發(fā)生氧化反應(yīng),M電極為陽極,則N電極為陰極,Cu(1)為正極,Cu(2)為負(fù)極。Cu(1)為正極,正極發(fā)生反應(yīng):Cu2++2eCu,故A錯誤;M電極為陽極,發(fā)生電極反應(yīng):2NH36e+6OHN2+6H2O,消耗了OH,則丙室內(nèi)陰離子濃度降低,N電極為陰極,發(fā)生電極反應(yīng):2H2O+2eH2↑+2OH,丁室內(nèi)陰離子濃度增大,為保持兩側(cè)電荷守恒,可以是丙室中鉀離子進(jìn)入丁室,則離子交換膜為陽離子交換膜,也可以是丁中氫氧根離子進(jìn)入丙室,則離子交換膜可以為陰離子交換膜,故B正確;電極M為陽極,發(fā)生電極反應(yīng):2NH36e+6OHN2+6H2O,消耗了OH,堿性減弱,pH減小,故C正確;電池從開始工作到停止放電,正極區(qū)硫酸銅溶液的濃度由2.5mol·L1降低到1.5mol·L1,負(fù)極區(qū)硫酸銅溶液的濃度由0.5mol·L1升到1.5mol·L1,正極反應(yīng)可還原Cu2+的物質(zhì)的量為2L×(2.51.5)mol·L1=2mol,正極質(zhì)量增加128g,電路中轉(zhuǎn)移4mol電子,負(fù)極反應(yīng):Cu2eCu2+,轉(zhuǎn)移4mol電子時,負(fù)極消耗2molCu單質(zhì),質(zhì)量減少128g,理論上Cu(1)和Cu(2)電極的質(zhì)量差為256g,故D正確。12.羥基自由基(·OH)有極強(qiáng)的氧化性,其氧化性僅次于氟單質(zhì)。我國科學(xué)家設(shè)計的一種能將苯酚(C6H6O)氧化為CO2和H2O的原電池—電解池組合裝置如圖所示,該裝置能實現(xiàn)發(fā)電、環(huán)保二位一體。下列說法正確的是()A.該裝置工作時,電流方向為電極b→Ⅲ室→Ⅱ室→Ⅰ室→電極aB.裝置工作時,c極區(qū)溶液堿性明顯增強(qiáng)C.電極d的電極反應(yīng)式為H2O+eH++·OHD.當(dāng)電極b上有0.6molCO2生成時,電極c、d兩極共產(chǎn)生氣體22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)答案:A解析:根據(jù)裝置圖可知左邊是原電池裝置,右邊是電解池裝置,a電極上Cr元素從+6價變成+3價,化合價降低,得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),則a為正極,b為負(fù)極;苯酚廢水在d處被氧化,d處水分子失去電子形成羥基自由基,發(fā)生氧化反應(yīng),則d為電解池陽極,c為電解池陰極。根據(jù)分析可知,a為正極,b為負(fù)極,該裝置工作時,內(nèi)電路電流由b極經(jīng)Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ室流向a極,A正確;電極c上的電極反應(yīng)式為2H2O+2eH2↑+2OH,與此同時,有H+從陽極室透過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室,因此c極