2025版《微專題小練習(xí)》化學(xué)專練37電解池原理及應(yīng)用

專練37電解池原理及應(yīng)用授課提示：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書73頁(yè)1．[2022·廣東卷]以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽(yáng)極進(jìn)行電解，實(shí)現(xiàn)Al的再生。該過(guò)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(yáng)極泥D．陽(yáng)極和陰極的質(zhì)量變化相等答案：C解析：陰極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原，A項(xiàng)、B項(xiàng)錯(cuò)誤；由金屬活動(dòng)性順序可知，Mg、Al在陽(yáng)極失電子，離子進(jìn)入電解液，Cu金屬活動(dòng)性弱，則陽(yáng)極泥主要含Si、Cu，C項(xiàng)正確；陰極Al3＋得電子生成Al單質(zhì)，陽(yáng)極上Mg、Al均失電子變成離子進(jìn)入電解液中，故陽(yáng)極和陰極的質(zhì)量變化不相等，D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．[2024·湖北卷]我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種雙位點(diǎn)PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學(xué)催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H＋和OH－在電場(chǎng)作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉(zhuǎn)化為HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－?[OCH2O]2－＋H2O。Cu電極上發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)為[OCH2O]2－－e－＝HCOO－＋H·。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．電解一段時(shí)間后陽(yáng)極區(qū)c（OH－）減小B．理論上生成1molH3N＋CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離C．陽(yáng)極總反應(yīng)式為2HCHO＋4OH－－2e－=2HCOO－＋H2↑＋2H2OD．陰極區(qū)存在反應(yīng)H2C2O4＋2H＋＋2e－=CHOCOOH＋H2O答案：B解析：根據(jù)題干信息可知，Cu電極所在的陽(yáng)極區(qū)先后發(fā)生反應(yīng)：HCHO＋OH－?HOCH2O－、HOCH2O－＋OH－?[OCH2O]2－＋H2O、[OCH2O]2－－e－=HCOO－＋H·，H·可轉(zhuǎn)化為H2，則陽(yáng)極總反應(yīng)式為2HCHO＋4OH－－2e－=2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C正確；根據(jù)陽(yáng)極總反應(yīng)可知，每消耗4個(gè)OH－，電路中通過(guò)2e－，根據(jù)電荷守恒，雙極膜中有2個(gè)OH－向陽(yáng)極遷移，即陽(yáng)極區(qū)c（OH－）減小，A正確；由題給信息知，陰極總反應(yīng)物為H2C2O4、NH2OH，總產(chǎn)物為H3N＋CH2COOH，電極反應(yīng)式為H2C2O4＋NH2OH＋6e－＋7H＋=H3N＋CH2COOH＋3H2O，每生成1molH3N＋CH2COOH，電路中通過(guò)6mole－，雙極膜中需有6molH2O解離出6molH＋向陰極遷移，B錯(cuò)誤；雙極膜中H2O解離出的H＋向陰極移動(dòng)，因此H2C2O4在陰極Pb電極上轉(zhuǎn)化為OHCCOOH的反應(yīng)為H2C2O4＋2H＋＋2e－=OHCCOOH＋H2O，D正確。3．[2023·全國(guó)甲卷]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（）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）答案：C解析：由圖可知，該裝置為電解池，與直流電源正極相連的IrOx-Ti電極為電解池的陽(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＋，A錯(cuò)誤；銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯、乙醇等，電極反應(yīng)式為2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－=C2H5OH＋3H2O，C正確；電解池工作時(shí)，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜由陽(yáng)極室進(jìn)入陰極室，B錯(cuò)誤；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＋，每轉(zhuǎn)移1mol電子，生成0.25molO2，在標(biāo)況下體積為5.6L，故D錯(cuò)誤；答案選C。4．[2024·吉林卷]“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統(tǒng)電解水制“綠氫”陽(yáng)極電勢(shì)高、反應(yīng)速率緩慢的問(wèn)題，科技工作者設(shè)計(jì)耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應(yīng)機(jī)理為：下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．相同電量下H2理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的1.5倍B．陰極反應(yīng)：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C．電解時(shí)OH－通過(guò)陰離子交換膜向b極方向移動(dòng)D．陽(yáng)極反應(yīng)：2HCHO－2e－＋4OH－=2HCOO－＋2H2O＋H2↑答案：A解析：電極電極名稱電極反應(yīng)式a陰極2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑b陽(yáng)極2HCHO－2e－＋4OH－=2HCOO－＋2H2O＋H2↑傳統(tǒng)電解水過(guò)程中每轉(zhuǎn)移4mole－可制得2molH2，耦合HCHO高效制H2過(guò)程中每轉(zhuǎn)移4mole－，陰、陽(yáng)極均可產(chǎn)生2mol氫氣，則相同電量下H2理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的2倍，A錯(cuò)誤；由上述分析可知，陰極的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，B正確；綜合圖像中的離子交換膜為陰離子交換膜及電解池中陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)知，OH－通過(guò)交換膜向b極區(qū)移動(dòng)，C正確；由上述分析可知，D正確。5．[2024·河北滄州1月檢測(cè)]我國(guó)科研工作者通過(guò)研發(fā)新型催化劑，利用太陽(yáng)能電池將工業(yè)排放的CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）A.該過(guò)程中存在的能量轉(zhuǎn)化形式只有太陽(yáng)能→化學(xué)能B.離子交換膜為陰離子交換膜C.P極的電極反應(yīng)式為CO2＋2e－＋2H＋=HCOOHD．N極催化轉(zhuǎn)化22.4LH2時(shí)，P極生成HCOOH的質(zhì)量為46g答案：C解析：6．[情境創(chuàng)新]雙極膜（BPM）是陰、陽(yáng)復(fù)合膜，在直流電的作用下，陰、陽(yáng)膜復(fù)合層間的H2O解離成H＋和OH－，作為H＋和OH－離子源。利用雙極膜電滲析法電解食鹽水可獲得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如圖所示，M、N為離子交換膜。下列說(shuō)法不正確的是（）A.相同條件下，不考慮氣體溶解，陰極得到氣體體積是陽(yáng)極兩倍B.電解過(guò)程中Na＋向左遷移，N為陰離子交換膜C.若去掉雙極膜（BPM），陽(yáng)極室會(huì)有Cl2生成D.電解結(jié)束后，陰極附近溶液酸性明顯增強(qiáng)答案：D解析：陰極得到的氣體為氫氣，陽(yáng)極得到的氣體為氧氣，根據(jù)電解水的原理知，陰極得到氣體體積是陽(yáng)極兩倍，A項(xiàng)正確；電解過(guò)程中Na＋向陰極移動(dòng)，即向左遷移，Cl－向右遷移，故N為陰離子交換膜，B項(xiàng)正確；若去掉雙極膜（BPM），陽(yáng)極上會(huì)發(fā)生2Cl－－2e－=Cl2↑，陽(yáng)極室會(huì)有Cl2生成，C項(xiàng)正確；陰極上氫離子放電，故附近溶液酸性不會(huì)明顯增強(qiáng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。7．[2023·遼寧卷]某無(wú)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(shuō)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(yáng)極發(fā)生：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋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(yáng)極，a為電源正極，右側(cè)電極為陰極，b為電源負(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，以此解題。由分析可知，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；由圖可知，該裝置的總反應(yīng)為電解海水，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(cuò)誤；由圖可知，陽(yáng)極上的電極反應(yīng)為：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋，D正確；故選D。8．[2022·湖北卷]含磷有機(jī)物應(yīng)用廣泛。電解法可實(shí)現(xiàn)由白磷直接制備Li[P（CN）2]，過(guò)程如圖所示（Me為甲基）。下列說(shuō)法正確的是（）A.生成1molLi[P（CN）2]，理論上外電路需要轉(zhuǎn)移2mol電子B.陰極上的電極反應(yīng)為：P4＋8CN－－4e－=4[P（CN）2]－C.在電解過(guò)程中CN－向鉑電極移動(dòng)D.電解產(chǎn)生的H2中的氫元素來(lái)自于LiOH答案：D解析：石墨電極物質(zhì)轉(zhuǎn)化為：P4→Li[P（CN）2]，磷元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以石墨電極為陽(yáng)極，對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)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(zhuǎn)移1mol電子，右側(cè)電極為陰極，A、B錯(cuò)誤；電解池工作過(guò)程中陽(yáng)離子移向陰極，陰離子移向陽(yáng)極，CN－應(yīng)該向陽(yáng)極移動(dòng)，即移向石墨電極，C錯(cuò)誤；由圖示物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，HCN在陰極放電，產(chǎn)生CN－和H2，而HCN中的H來(lái)自LiOH，則電解產(chǎn)生的H2中的氫元素來(lái)自于LiOH，D正確。9．[2024·湖北武漢檢測(cè)]利用電化學(xué)原理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：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)形成LixMn2O4；②關(guān)閉電源1和海水通道，啟動(dòng)電源2，同時(shí)向電極2上通入空氣，使LixMn2O4中的Li＋脫出進(jìn)入腔室2。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.啟動(dòng)電源1時(shí)，電極1為陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)B.啟動(dòng)電源2時(shí)，MnO2電極的電極反應(yīng)式為xLi＋＋2MnO2＋xe－=LixMn2O4C.電化學(xué)系統(tǒng)提高了腔室2中LiOH溶液的濃度D.若從啟動(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：?jiǎn)?dòng)電源1時(shí)，電極1為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，MnO2電極的電極反應(yīng)式為2MnO2＋xLi＋＋xe－=LixMn2O4，可得關(guān)系式O2～4e－、2MnO2～xe－；若從啟動(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，假設(shè)轉(zhuǎn)化的n（MnO2）為20mol，生成的n（O2）為3mol，根據(jù)兩電極上轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量相等，結(jié)合上述關(guān)系式可得，10x＝12，x＝1.2，D正確。10．[2024·武漢市調(diào)研考試]含硝酸鹽廢水和乙二醇共電解可生成氨氣和乙醇酸，原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）A.b為直流電源的負(fù)極B.每轉(zhuǎn)移2mol電子，理論上應(yīng)生成5.6LNH3C.消耗NOeq\o\al(－,3)與乙二醇的物質(zhì)的量之比為1∶2D.H＋通過(guò)質(zhì)子交換膜向左遷移，左側(cè)溶液pH下降答案：C解析：由圖可知，左側(cè)電極上NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為NH3，發(fā)生還原反應(yīng)，故左側(cè)電極為陰極，則a為直流電源的負(fù)極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)陰極反應(yīng)：NOeq\o\al(－,3)＋8e－＋9H＋=NH3＋3H2O，每轉(zhuǎn)移2mol電子，生成0.25molNH3，其