(新高考)高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí)課件第6章第38講電解原理的綜合應(yīng)用(含解析)

電解原理的綜合應(yīng)用第38講復(fù)習(xí)目標(biāo)提升應(yīng)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(yīng)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(yīng)式、電解反應(yīng)方程式的書寫、溶液離子濃度變化及有關(guān)計算等。夯實必備知識2.“5點”突破電解綜合應(yīng)用題(1)分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負(fù)極相連的為陰極，兩極反應(yīng)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?；蛭镔|(zhì)。(4)注意介質(zhì)，正確判斷反應(yīng)產(chǎn)物，酸性介質(zhì)不出現(xiàn)OH－，堿性介質(zhì)不出現(xiàn)H＋；不能想當(dāng)然地認(rèn)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(yīng)式。一、電解原理在物質(zhì)制備中的應(yīng)用提升關(guān)鍵能力1.(2021·廣東1月適應(yīng)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(jié)束，移出交換膜，兩區(qū)混合反應(yīng)：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列說法錯誤的是A.乙烯應(yīng)通入陰極區(qū)B.移出交換膜前存在反應(yīng)：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(yīng)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(yīng)：Cl2＋H2O

HCl＋HClO，HClO與乙烯發(fā)生加成反應(yīng)生成HOCH2CH2Cl；陰極區(qū)發(fā)生反應(yīng)：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，電解結(jié)束，移出交換膜，兩區(qū)混合反應(yīng)：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(yīng)過程中KCl并沒有被消耗，實際上是水、乙烯反應(yīng)，總反應(yīng)為H2C===CH2＋H2O===H2＋C2H4O，故D正確。二、電解原理應(yīng)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(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B.陽極的電極反應(yīng)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(yīng)式為LixV2O5－xe－===V2O5

＋xLi＋D.除去CN－的反應(yīng)：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(yīng)在堿性環(huán)境中發(fā)生，反應(yīng)的離子方程式不應(yīng)出現(xiàn)H＋，D項錯誤。三、電解原理在大氣治理方面的應(yīng)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用與金屬處理4.(2022·浙江重點中學(xué)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(xué)性質(zhì)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(yīng)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(dǎo)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(fù)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(zhì)溶液到達電解池陰極，再由陰極流向電源負(fù)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(zhì)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(yīng)，若沒控制合適的條件，該競爭反應(yīng)可能會更明顯，導(dǎo)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(xué)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(xué)合成過程中只起電解質(zhì)

的作用B.陽極上的反應(yīng)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(xué)合成過程中除作電解質(zhì)外，同時還是電解過程中陽極的反應(yīng)物，生成的Br2與乙二醛反應(yīng)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(zhuǎn)移的電子為2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸轉(zhuǎn)移的電子為2mol，根據(jù)轉(zhuǎn)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(yīng)有：_______________________、CH2===CH2＋HClO―→HOCH2CH2Cl。②結(jié)合電極反應(yīng)式說明生成溶液a的原理：______________________________________________________________________。12陰極反應(yīng)：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(yīng)生成次氯酸，其化學(xué)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(yīng)：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(jié)合形成氫氧化鉀。(2)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：12①若η(EO)＝100%，則溶液b的溶質(zhì)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(dāng)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(zhì)是______。12O2陽極有H2O放電時會產(chǎn)生氧氣，故需要檢驗的物質(zhì)是O2ii.假設(shè)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(wù)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(zhuǎn)化為CO，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。如圖所示，下列有關(guān)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(yīng)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(zhuǎn)化為CO，故選項所寫電極反應(yīng)為陰極電極反應(yīng)，C錯誤；根據(jù)得失電子守恒和陰、陽極電極反應(yīng)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(shù)，反應(yīng)原理如圖所示。電解產(chǎn)生的H2O2與Fe2＋發(fā)生反應(yīng)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(fù)極B.與電源B極相連電極的電極反應(yīng)式為H2O－e－===H＋

＋·OHC.Fenton反應(yīng)為H2O2＋Fe2＋===Fe(OH)2＋＋·OHD.每消耗2.24LO2(標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)化為亞鐵離子，發(fā)生還原反應(yīng)，左端電極為陰極，則A為電源負(fù)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(fù)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(yīng)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(dāng)有0.1mole－通過導(dǎo)線時，則鈉

箔減重2.3gD.充電時，碳紙與電源負(fù)極相連，電極反應(yīng)式

為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑12345678910111213√12345678910111213放電時，總反應(yīng)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(yīng)Na＋＋e－===Na，當(dāng)有0.1mole－通過導(dǎo)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正確；a極上發(fā)生還原反應(yīng)，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(xué)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(zhì)，該電解質(zhì)能傳導(dǎo)O2－，已知S(g)在負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，則下列說法正確的是A.在負(fù)極，S(g)只發(fā)生反應(yīng)S－6e－＋3O2－===SO3B.該工藝用稀硫酸吸收SO3可提高S(g)的轉(zhuǎn)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(zhì)量減少12345678910111213√12345678910111213據(jù)圖可知反應(yīng)過程中有SO2生成，所以負(fù)極還發(fā)生：S－4e－＋2O2－===SO2，故A錯誤；S(g)在負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，吸收生成物SO3可使反應(yīng)正向移動，提高S的轉(zhuǎn)化率，故B正確；工藝中稀硫酸濃度增大的原因是負(fù)極生成的三氧化硫與水反應(yīng)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(dāng)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(zhì)D.鐵片的電極反應(yīng)：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(yīng)生成Fe(OH)2，其被氧化生成灰綠色物質(zhì)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(zhì)，C項錯誤；鐵片作陽極，電極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，D項錯誤。7.(2022·湖北重點中學(xué)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(guān)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(yīng)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑√12345678910111213乙池電極為電解池陰極，和電源負(fù)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(zhì)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(jié)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(yīng)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(fù)極，該電極發(fā)生氧化反應(yīng)C.充電時，陽極反應(yīng)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(dāng)有0.2mol

電子轉(zhuǎn)移時，Pb電極質(zhì)量減少20.7g12345678910111213√123456789101112139.人工腎臟可用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素[CO(NH2)2]。下列有關(guān)說法正確的是A.a為電源的負(fù)極B.電解結(jié)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(yīng)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(shè)氯氣全部參與反應(yīng))12345678910111213√12345678910111213由圖可知，左室電極產(chǎn)物為CO2和N2，發(fā)生氧化反應(yīng)，則左室電極為陽極，a為電源的正極，陽極反應(yīng)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(yīng)，則右室電極為陰極，b為電源負(fù)極，陰極反應(yīng)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(yīng)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(yīng)產(chǎn)生的H＋通過質(zhì)子交換膜進入陰極室與OH－恰好反應(yīng)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(xué)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(yīng)式：I2＋2e－===2I－B.放電時，電解質(zhì)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(yīng)式為I2＋2e－===2I－，A項正確；放電時，A極電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋，所以電解質(zhì)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(yīng)，負(fù)極區(qū)生成Zn2＋，正極區(qū)生成I－，所以Cl－通過M膜進入負(fù)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(yīng)式為Zn2＋＋2e－===Zn，A極增重65g，轉(zhuǎn)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(xué)方法把CO2轉(zhuǎn)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(yīng)式為_________________________。負(fù)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(yīng)式為_________________________________，電解槽中的隔膜為_____(填“陽”或“陰”)離子交換膜。123456789101112