2025年高考二輪復(fù)習(xí)化學(xué)選擇題熱點(diǎn)練9電解原理及創(chuàng)新應(yīng)用

9.電解原理及創(chuàng)新應(yīng)用(分值:24分)學(xué)生用書P267(選擇題每小題3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(cuò)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(shí)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(xiàng)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(cuò)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(shí)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?dú)鉃樵?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(jiǎn)稱VHMTA),其工作原理如圖所示。下列說法錯(cuò)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(shí)間內(nèi)氨氣的產(chǎn)率C.電路中通過0.06mol電子時(shí),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?dú)夂铣砂睔?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?dú)?加快反應(yīng)速率,從而提高單位時(shí)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(shí),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(cuò)誤。3.(2024·貴州六校聯(lián)盟聯(lián)考三)實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上用“雙極室成對(duì)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(cuò)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(cuò)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(cuò)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(dòng)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(dòng)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(dòng)電源1時(shí),電極1為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)B.啟動(dòng)電源2時(shí)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(dòng)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(dòng)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(jià)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(dòng)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(dòng)電源2時(shí)MnO2作陽極,電極反應(yīng)式:LixMn2O4xe2MnO2+xLi+,B錯(cuò)誤;電化學(xué)系統(tǒng)提高了腔室2中LiOH的濃度,C正確;啟動(dòng)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·湖南岳陽二模)環(huán)氧乙烷(,簡(jiǎn)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。一定條件下,反應(yīng)物按一定流速通過該裝置。電解效率η和選擇性S的定義分別為:η(B)=n(生成B所用的電子)n(通過電極的電子)×100%,S(B)=A.陽極室產(chǎn)生Cl2后發(fā)生的反應(yīng)有Cl2+H2OHClO+HClB.a為KOH和KCl混合溶液C.當(dāng)乙烯完全消耗時(shí),測(cè)得η(EO)=60%,S(EO)=90%,假設(shè)沒有生成EO的乙烯全部在陽極放電生成CO2,則η(CO2)=30%D.制備環(huán)氧乙烷總反應(yīng)為CH2CH2+H2O+H2答案:C解析:由圖可知,通乙烯的電極區(qū)氯離子放電生成氯氣:2Cl2eCl2↑,所以通乙烯的電極為陽極,陰極區(qū)水得電子生成氫氣,其電極反應(yīng)式為2H2O+2eH2↑+2OH。根據(jù)以上分析可知,陽極室產(chǎn)生Cl2,圖中顯示Cl2轉(zhuǎn)化為HClO,所以陽極室產(chǎn)生Cl2后發(fā)生的反應(yīng)有Cl2+H2OHClO+HCl,故A正確;陰極區(qū)水得電子生成氫氣,其電極反應(yīng)式為2H2O+2eH2↑+2OH,陰極生成氫氧根離子,鉀離子通過陽離子交換膜向陰極定向移動(dòng),所以a為KOH和KCl混合溶液,故B正確;設(shè)生成的EO物質(zhì)的量為amol,則轉(zhuǎn)化的乙烯的物質(zhì)的量為a90%mol,C2H4中碳元素化合價(jià)為2價(jià)、EO中碳元素化合價(jià)為1價(jià),生成EO轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2amol,此時(shí)轉(zhuǎn)移電子的總物質(zhì)的量為2a60%mol,轉(zhuǎn)化為二氧化碳的乙烯的物質(zhì)的量為a90%molamol=a9mol,由C2H4~2CO2可知,生成的二氧化碳的物質(zhì)的量為2a9mol,C2H4中碳元素化合價(jià)為2價(jià)、CO2中碳元素化合價(jià)為+4價(jià),假設(shè)沒有生成EO的乙烯全部在陽極放電生成CO2,則η(CO2)=2a9×62a60%×100%=40%,故C錯(cuò)誤;由以上分析可知,由乙烯電解制備EO時(shí),乙烯轉(zhuǎn)化成EO,水放電生成氫氣,所以制備環(huán)氧乙烷總反應(yīng)為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(cuò)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(cuò)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(cuò)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(jí)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(shí)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(cuò)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(jià)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(huì)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(cuò)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·湖南長(zhǎng)沙一中三模)我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種表面鋰摻雜的錫納米粒子催化劑sSnLi,可提高電催化制甲酸鹽的產(chǎn)率,同時(shí)釋放電能,實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示,圖2為使用不同催化劑時(shí)反應(yīng)過程中的相對(duì)能量的變化。下列說法錯(cuò)誤的是()圖1圖2A.放電時(shí),催化電極附近溶液pH升高B.充電時(shí),電解質(zhì)溶液的pH增大C.使用催化劑Sn或sSnLi均能有效提高甲酸鹽的選擇性D.放電時(shí),當(dāng)Zn電極質(zhì)量減少6.5g時(shí),電解質(zhì)溶液增重6.5g答案:D解析:放電時(shí),Zn失電子生成[Zn(OH)4]2,電極反應(yīng)式為Zn2e+4OH[Zn(OH)4]2,Zn是負(fù)極;正極二氧化碳得電子生成HCOO,電極反應(yīng)式為CO2+2e+H2OHCOO+OH;放電時(shí),催化電極上發(fā)生反應(yīng)CO2+2e+H2OHCOO+OH,氫氧根濃度增大,附近溶液pH升高,A正確;充電時(shí),陰極發(fā)生反應(yīng)[Zn(OH)4]2+2eZn+4OH,陽極發(fā)生反應(yīng):4OH4eO2↑+2H2O,按陰陽極上得失電子數(shù)守恒,每轉(zhuǎn)移2mol電子,陰極生成4mol氫