(新高考)高考化學大一輪復習課件第6章第38講電解原理的綜合應用(含解析)

電解原理的綜合應用第38講復習目標提升應用電解原理解決工業(yè)生產(chǎn)、生活中實際問題的能力。1.電解原理常見的考查點電解原理及應用是高考高頻考點，該類試題往往與生產(chǎn)、生活及新科技等相聯(lián)系，以裝置圖或流程圖為載體呈現(xiàn)，題材廣、信息新，題目具有一定難度。主要考查陰、陽極的判斷、電極反應式、電解反應方程式的書寫、溶液離子濃度變化及有關計算等。夯實必備知識2.“5點”突破電解綜合應用題(1)分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，兩極反應為“陽氧陰還”。(2)剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。(3)注意放電順序，正確判斷放電的微粒或物質。(4)注意介質，正確判斷反應產(chǎn)物，酸性介質不出現(xiàn)OH－，堿性介質不出現(xiàn)H＋；不能想當然地認為金屬作陽極，電極產(chǎn)物為金屬陽離子。(5)注意得失電子守恒和電荷守恒，正確書寫電極反應式。一、電解原理在物質制備中的應用提升關鍵能力1.(2021·廣東1月適應性測試，13)環(huán)氧乙烷(C2H4O)常用于醫(yī)用消毒，一種制備方法為：使用惰性電極電解KCl溶液，用Cl－交換膜將電解液分為陰極區(qū)和陽極區(qū)，其中一區(qū)持續(xù)通入乙烯；電解結束，移出交換膜，兩區(qū)混合反應：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列說法錯誤的是A.乙烯應通入陰極區(qū)B.移出交換膜前存在反應：Cl2＋H2O

HCl＋HClOC.使用Cl－交換膜阻止OH－通過，可使Cl2生成區(qū)的pH逐漸減小D.制備過程的總反應為H2C===CH2＋H2O===H2＋C2H4O√環(huán)氧乙烷的制備原理：Cl－在陽極失電子生成Cl2，Cl2與水發(fā)生反應：Cl2＋H2O

HCl＋HClO，HClO與乙烯發(fā)生加成反應生成HOCH2CH2Cl；陰極區(qū)發(fā)生反應：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，電解結束，移出交換膜，兩區(qū)混合反應：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。根據(jù)分析可知陽極區(qū)會生成HCl，使用Cl－交換膜阻止OH－通過，HCl的濃度不斷增大，pH逐漸減小，故C正確；根據(jù)分析可知該反應過程中KCl并沒有被消耗，實際上是水、乙烯反應，總反應為H2C===CH2＋H2O===H2＋C2H4O，故D正確。二、電解原理應用與污水處理2.用如圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，陽極產(chǎn)生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體，下列說法不正確的是A.陰極的電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B.陽極的電極反應式為Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2OC.電解時使用鋰釩氧化物二次電池(V2O5＋xLi

LixV2O5)作

電源，電池充電時a電極的電極反應式為LixV2O5－xe－===V2O5

＋xLi＋D.除去CN－的反應：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O√陽極產(chǎn)生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體，兩種氣體為CO2和N2，該反應在堿性環(huán)境中發(fā)生，反應的離子方程式不應出現(xiàn)H＋，D項錯誤。三、電解原理在大氣治理方面的應用3.(2022·湖南衡陽市高三聯(lián)考)用“吸收—電解”循環(huán)法脫除煙氣中的SO2，可減少對大氣的污染。室溫下，電解液K再生的裝置如圖所示，其中電解液的pH隨n()∶n()變化的關系見下表，下列對此判斷正確的是電解液

pHK9∶916.2L1∶17.2M91∶98.2D.若產(chǎn)生標準狀況下2.24L氣體N，則d膜上共通過0.2mol陽離子√電解液

pHK9∶916.2L1∶17.2M91∶98.2若產(chǎn)生標準狀況下2.24L氣體N(0.1molH2)，陰極消耗0.2molH＋，減少0.2mol正電荷，需要補充0.2mol正電荷以達到平衡，則d膜上會通過0.2mol陽離子，D項正確。四、電解原理應用與金屬處理4.(2022·浙江重點中學聯(lián)考)電解精煉法提純鎵(Ga)是工業(yè)上常用的方法，具體原理如圖所示。已知：金屬活動性順序：Zn＞Ga＞Fe；鎵的化學性質與鋁相似。下列說法錯誤的是A.該裝置中電流方向為N極→粗Ga→NaOH溶液

→高純Ga→M極B.電解精煉鎵時產(chǎn)生陽極泥的主要成分為Fe、CuC.陰極發(fā)生的電極反應為Ga3＋＋3e－===GaD.電解過程中需控制合適的條件，否則陰極可能會產(chǎn)生H2導致電解效率下降√題圖中粗Ga作陽極，純Ga作陰極，N極為正極，M極為負極。電解池中電流由電源正極流向電解池陽極，經(jīng)過電解質溶液到達電解池陰極，再由陰極流向電源負極，A項正確；根據(jù)題中給出的金屬活動性順序，鎵比鐵、銅活潑，故鐵、銅在電解精煉過程中形成陽極泥，B項正確；電解池中，若電解質溶液為水溶液，陰極上會存在H＋(或水電離出的H＋)得電子被還原為H2的競爭反應，若沒控制合適的條件，該競爭反應可能會更明顯，導致電解效率下降，D項正確。真題演練明確考向1.(2021·全國甲卷，13)乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是A.KBr在上述電化學合成過程中只起電解質

的作用B.陽極上的反應式為：

＋2H＋

＋2e－―→

＋H2OC.制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1mol電子D.雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移√1212KBr在上述電化學合成過程中除作電解質外，同時還是電解過程中陽極的反應物，生成的Br2與乙二醛反應制備乙醛酸，故A錯誤；陽極上Br－失去電子生成Br2，Br2將乙二醛氧化為乙醛酸，故B錯誤；電解過程中陰、陽極均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸轉移的電子為2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸轉移的電子為2mol，根據(jù)轉移電子守恒可知制得2mol乙醛酸時，理論上外電路中遷移了2mol電子，故C錯誤；由上述分析可知，雙極膜中間層的H＋在外電場作用下移向陰極，即H＋移向鉛電極，故D正確。2.(2021·北京，15)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。12(1)①陽極室產(chǎn)生Cl2后發(fā)生的反應有：_______________________、CH2===CH2＋HClO―→HOCH2CH2Cl。②結合電極反應式說明生成溶液a的原理：______________________________________________________________________。12陰極反應：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，K＋穿過陽離子膜進入陰極室形成KOH陽極產(chǎn)生氯氣后，可以和水發(fā)生反應生成次氯酸，其化學方程式為Cl2

＋H2OHCl＋

HClO；溶液a是陰極的產(chǎn)物，在陰極發(fā)生反應：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，同時陽極的鉀離子會向陰極移動和氫氧根離子結合形成氫氧化鉀。(2)一定條件下，反應物按一定流速通過該裝置。電解效率η和選擇性S的定義：12①若η(EO)＝100%，則溶液b的溶質為______。KCl若η(EO)＝100%，則說明在電解過程中只有乙烯中的碳化合價發(fā)生變化，其他元素化合價沒有變化。②當乙烯完全消耗時，測得η(EO)≈70%，S(EO)≈97%。推測η(EO)≈70%的原因：Ⅰ.陽極有H2O放電Ⅱ.陽極有乙烯放電Ⅲ.陽極室流出液中含有Cl2和HClO……i.檢驗電解產(chǎn)物，推測Ⅰ不成立。需要檢驗的物質是______。12O2陽極有H2O放電時會產(chǎn)生氧氣，故需要檢驗的物質是O2ii.假設沒有生成EO的乙烯全部在陽極放電生成CO2，則η(CO2)≈_____%。經(jīng)檢驗陽極放電產(chǎn)物沒有CO2。1213iii.實驗證實推測Ⅲ成立，所用試劑及現(xiàn)象是____________________________________________________________________________?？蛇x試劑：AgNO3溶液、KI溶液、淀粉溶液、品紅溶液12KI溶液和淀粉溶液，溶液變藍(或品紅溶液，品紅褪色或KI溶液，溶液變成棕黃色)實驗證實推測Ⅲ成立，則會產(chǎn)生氯氣，驗證氯氣即可。課時精練1234567891.(2022·汕頭市高三模擬)2021年3月5日，李克強總理在國務院政府報告中指出，扎實做好碳達峰、碳中和各項工作。科研工作者通過開發(fā)新型催化劑，利用太陽能電池將工業(yè)排放的CO2轉化為CO，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。如圖所示，下列有關說法正確的是A.N極為陰極B.離子交換膜為陰離子交換膜C.陽極的電極反應式為CO2＋2e－＋2H＋===CO

＋H2OD.理論上該裝置在工作時，H3PO4與KH2PO4緩

沖溶液的pH保持不變√1011121312345678910111213N極為陽極，A錯誤；離子交換膜為陽離子交換膜，B錯誤；CO2在陰極轉化為CO，故選項所寫電極反應為陰極電極反應，C錯誤；根據(jù)得失電子守恒和陰、陽極電極反應知，緩沖溶液流入陰極的H＋和陽極流入緩沖溶液的H＋數(shù)目相等，故緩沖溶液中c(H＋)保持不變，故pH保持不變，D正確。2.電—Fenton法是用于水體中有機污染物降解的高級氧化技術，反應原理如圖所示。電解產(chǎn)生的H2O2與Fe2＋發(fā)生反應生成的羥基自由基(·OH)能氧化降解有機污染物。下列說法錯誤的是A.電源的A極為負極B.與電源B極相連電極的電極反應式為H2O－e－===H＋

＋·OHC.Fenton反應為H2O2＋Fe2＋===Fe(OH)2＋＋·OHD.每消耗2.24LO2(標準狀況)，整個電解池中理論上可

產(chǎn)生的·OH為0.2mol√1234567891011121312345678910111213根據(jù)圖示，三價鐵離子在左端電極得到電子轉化為亞鐵離子，發(fā)生還原反應，左端電極為陰極，則A為電源負極，B為電源正極，右端電極為陽極。根據(jù)上述分析，電源的A極為負極，故A正確；與電源B極相連的電極為陽極，根據(jù)圖示，水在陽極上失電子產(chǎn)生羥基自由基(·OH)，電極反應式為H2O－e－===H＋＋·OH，故B正確。3.某鈉—空氣水電池的充、放電過程原理示意圖如圖所示，下列說法正確的是A.放電時，電子由鈉箔經(jīng)非水系溶液流向碳紙B.放電時，NaOH溶液濃度變大C.充電時，當有0.1mole－通過導線時，則鈉

箔減重2.3gD.充電時，碳紙與電源負極相連，電極反應式

為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑12345678910111213√12345678910111213放電時，總反應方程式是4Na＋O2＋2H2O===4NaOH，NaOH溶液濃度變大，B項正確；充電時，陰極發(fā)生反應Na＋＋e－===Na，當有0.1mole－通過導線時，則鈉箔增重2.3g，C項錯誤；充電時，碳紙與電源正極相連，電極反應式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，D項錯誤。4.某混合物漿液中含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4?？紤]到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小組設計了利用石墨電極電解的分離裝置(如圖所示)，使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素的溶液，并回收利用。下列說法錯誤的是A.a極室的電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B.上述裝置中a極室的電極可換成金屬鐵C.電解后，b極室得到Na2SO4和Na2CrO4的混合液D.若電解后b極室溶液含鉻元素0.52g，則電路中通

過0.02mole－12345678910111213√12345678910111213通過裝置圖可知

要透過陰離子交換膜向b極移動，可知a為陰極，b為陽極，則a極室的電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正確；a極上發(fā)生還原反應，故將電極換成鐵電極，F(xiàn)e不會被消耗，B正確；5.工業(yè)上電化學法生產(chǎn)硫酸的工藝示意圖如圖，電池以固體金屬氧化物作電解質，該電解質能傳導O2－，已知S(g)在負極發(fā)生的反應為可逆反應，則下列說法正確的是A.在負極，S(g)只發(fā)生反應S－6e－＋3O2－===SO3B.該工藝用稀硫酸吸收SO3可提高S(g)的轉化率C.每生產(chǎn)1L濃度為98%，密度為1.84g·mL－1的濃

硫酸，理論上將消耗30mol氧氣D.該工藝中稀硫酸濃度增大的原因是水參與電極

放電，質量減少12345678910111213√12345678910111213據(jù)圖可知反應過程中有SO2生成，所以負極還發(fā)生：S－4e－＋2O2－===SO2，故A錯誤；S(g)在負極發(fā)生的反應為可逆反應，吸收生成物SO3可使反應正向移動，提高S的轉化率，故B正確；工藝中稀硫酸濃度增大的原因是負極生成的三氧化硫與水反應生成硫酸，故D錯誤。6.(2022·湘東七校聯(lián)考)一些凈水器推銷商在推銷其產(chǎn)品時，進行所謂的“電解水法”實驗，將純凈水與自來水進行對比。當電解裝置插入純凈水和自來水中通電數(shù)分鐘后，純凈水顏色無變化或略顯黃色，而自來水卻冒出氣泡并生成灰綠色或紅棕色的沉淀。根據(jù)上述現(xiàn)象，下列選項說法正確的是A.通電時，鋁片作陽極，鐵片作陰極B.生成的氣泡、灰綠色或紅棕色的沉淀都是電解的直接

或間接產(chǎn)物C.通過對比，確實能說明自來水中含有大量對人體有毒有害的物質D.鐵片的電極反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－√1234567891011121312345678910111213自來水冒出氣泡并生成灰綠色或紅棕色的沉淀，說明Fe失電子生成Fe2＋，與水電解生成的OH－反應生成Fe(OH)2，其被氧化生成灰綠色物質或氫氧化鐵紅棕色沉淀。由分析可知，通電時，鐵片作陽極，鋁片作陰極，A項錯誤；通過對比，能說明自來水中含有大量的離子，不一定為對人體有毒有害的物質，C項錯誤；鐵片作陽極，電極反應為Fe－2e－===Fe2＋，D項錯誤。7.(2022·湖北重點中學聯(lián)考)以純堿溶液為原料，通過電解的方法可制備小蘇打，原理裝置圖如下：12345678910111213上述裝置工作時，下列有關說法正確的是A.乙池電極接電池正極，氣體X為H2B.Na＋由乙池穿過交換膜進入甲池C.NaOH溶液Z的濃度比NaOH溶液Y的小D.甲池中只發(fā)生反應：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑√12345678910111213乙池電極為電解池陰極，和電源負極連接，溶液中氫離子放電生成氫氣，A項錯誤；電解池中陽離子移向陰極，鈉離子移向乙池，B項錯誤；陰極附近氫離子放電破壞了水的電離平衡，電極附近氫氧根離子濃度增大，NaOH溶液Y的濃度比NaOH溶液Z的大，C項正確；放出氧氣的電極為陽極，電解質溶液中氫氧根離子放電生成氧氣，氫離子濃度增大，碳酸根離子結合氫離子生成碳酸氫根離子，出口為碳酸氫鈉溶液，則電極反應為8.以柏林綠Fe[Fe(CN)6]為代表的新型可充電鈉離子電池，其放電工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是A.放電時，Na＋由右室移向左室B.放電時，Mg箔為負極，該電極發(fā)生氧化反應C.充電時，陽極反應式為Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－

===Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋D.用鉛酸蓄電池為該電池充電時，當有0.2mol

電子轉移時，Pb電極質量減少20.7g12345678910111213√123456789101112139.人工腎臟可用間接電化學方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素[CO(NH2)2]。下列有關說法正確的是A.a為電源的負極B.電解結束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將升高C.除去尿素的反應為CO(NH2)2＋2Cl2＋H2O===N2

＋CO2＋4HClD.若兩極共收集到氣體0.6mol，則除去的尿素為

0.12mol(忽略氣體溶解，假設氯氣全部參與反應)12345678910111213√12345678910111213由圖可知，左室電極產(chǎn)物為CO2和N2，發(fā)生氧化反應，則左室電極為陽極，a為電源的正極，陽極反應式為6Cl－－6e－===3Cl2↑，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl，右室電解產(chǎn)物為H2，發(fā)生還原反應，則右室電極為陰極，b為電源負極，陰極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑。由上述分析可知，a為電源的正極，A項錯誤；根據(jù)上述反應式可以看出在陰、陽極上產(chǎn)生的OH－、H＋的數(shù)目相等，陽極室中反應產(chǎn)生的H＋通過質子交換膜進入陰極室與OH－恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變，B項錯誤；12345678910111213√1234567891011121311.我國科學家研發(fā)出一種新型的鋅碘單液流電池，其原理如圖所示。下列說法不正確的是12345678910111213A.放電時，B電極反應式：I2＋2e－===2I－B.放電時，電解質儲罐中離子總濃度增大C.M為陽離子交換膜，N為陰離子交換膜D.充電時，A極增重65g時，C區(qū)增加的離子數(shù)為4NA√12345678910111213放電時，B電極為正極，I2得到電子生成I－，電極反應式為I2＋2e－===2I－，A項正確；放電時，A極電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，所以電解質儲罐中的離子總濃度增大，B項正確；離子交換膜的作用是防止I2、Zn接觸發(fā)生反應，負極區(qū)生成Zn2＋，正極區(qū)生成I－，所以Cl－通過M膜進入負極區(qū)，K＋通過N膜進入正極區(qū)，所以M為陰離子交換膜，N為陽離子交換膜，C項錯誤；12345678910111213充電時，A極的電極反應式為Zn2＋＋2e－===Zn，A極增重65g，轉移2mol電子，所以C區(qū)增加2molK＋、2mol

Cl－，增加的離子總數(shù)為4NA，D項正確。12.按要求回答下列問題。(1)有人研究了用電化學方法把CO2轉化為CH3OH，其原理如圖1所示：12345678910111213則圖中A電極接電源_____極。已知B電極為惰性電極，則在水溶液中，該極的電極反應式為_________________________。負2H2O－4e－===4H＋＋O2↑(2)以連二亞硫酸鹽()為還原劑脫除煙氣中的NO，并通過電解再生，裝置如圖2所示。陰極的電極反應式為_________________________________，電解槽中的隔膜為_____(填“陽”或“陰”)離子交換膜。123456789101112