備考2025屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)分層練習(xí)第六章化學(xué)反應(yīng)與能量變化第5講電解池及其工作原理

第5講電解池及其工作原理1.[2024貴陽(yáng)摸底考試]電解催化CO2還原為乙烯能緩解碳排放引發(fā)的溫室效應(yīng)，還將成為獲得重要化工原料的補(bǔ)充形式，原理如圖所示（a、b均為惰性電極）。下列說(shuō)法正確的是（D）A.B為電源負(fù)極B.H＋從左邊透過(guò)陽(yáng)離子交換膜到右邊C.電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極區(qū)溶液的c（OH－）增大D.陰極反應(yīng)為2CO2＋12e－＋12H＋C2H4＋4H2O解析二氧化碳得電子生成乙烯，發(fā)生還原反應(yīng)，所以a為陰極，b為陽(yáng)極，則B為電源正極，A錯(cuò)誤；電解池中陽(yáng)離子從陽(yáng)極向陰極移動(dòng)，故H＋從右邊向左邊移動(dòng)，B錯(cuò)誤；由題圖知，陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)：2H2O－4e－4H＋＋O2↑，故陽(yáng)極區(qū)溶液中c（OH－）減小，C錯(cuò)誤；陰極二氧化碳得電子生成乙烯，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2CO2＋12H＋＋12e－C2H4＋4H2O，D正確。2.[固體電解質(zhì)][2024江西臨川一中考試改編]用固體二氧化鈦（TiO2）生產(chǎn)海綿鈦的裝置如圖所示，其原理是在較低的陰極電位下，TiO2（陰極）中的氧離子進(jìn)入熔融鹽，陰極最終只剩下純鈦。下列說(shuō)法正確的是（B）A.陽(yáng)極上生成O2的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－4H＋＋O2↑B.陰極的電極反應(yīng)式為T(mén)iO2＋4e－Ti＋2O2－C.通電后，O2－、Cl－均向陰極移動(dòng)D.石墨電極的質(zhì)量不發(fā)生變更解析由題圖中O2－向石墨電極移動(dòng)知，石墨電極為電解池的陽(yáng)極，氧離子在陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成氧氣，電極反應(yīng)式為2O2－－4e－O2↑，故A錯(cuò)誤；電解池的陰極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為T(mén)iO2＋4e－Ti＋2O2－，故B正確；通電后，陰離子O2－、Cl－均向陽(yáng)極移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；石墨電極會(huì)和陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成一氧化碳、二氧化碳，所以石墨電極本身會(huì)被消耗，導(dǎo)致石墨電極的質(zhì)量減小，故D錯(cuò)誤。3.[2024海南]液氨中存在平衡：2NH3?NH4＋＋NH2－。如圖所示為電解池裝置，以KNH2的液氨溶液為電解液，電解過(guò)程中a、b兩個(gè)惰性電極上都有氣泡產(chǎn)生。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是A.b電極連接的是電源的負(fù)極B.a電極的反應(yīng)為2NH3＋2e－H2↑＋2NH2C.電解過(guò)程中，陰極旁邊K＋濃度減小D.理論上兩極產(chǎn)生的氣體物質(zhì)的量之比為1∶1解析由題圖可知，b電極上NH2－失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成N2和NH3，故b電極為陽(yáng)極，連接電源的正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；a電極為陰極，由題圖可知，NH3在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為2NH3＋2e－2NH2－＋H2↑，B項(xiàng)正確；電解過(guò)程中，陽(yáng)離子向陰極遷移，即鉀離子移向陰極，陰極旁邊K＋濃度增大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；b電極反應(yīng)為6NH2－－6e－4NH3＋N2↑，依據(jù)得失電子守恒知，電解一段時(shí)間后，a電極生成的H2和b電極生成的N2的物質(zhì)的量之比為3∶4.[2024江蘇]通過(guò)下列方法可分別獲得H2和O2：①通過(guò)電解獲得NiOOH和H2（裝置如圖所示）；②在90℃將NiOOH與H2O反應(yīng)生成Ni（OH）2并獲得O2。下列說(shuō)法正確的是（B）A.電解后KOH溶液的物質(zhì)的量濃度減小B.電解時(shí)陽(yáng)極電極反應(yīng)式：Ni（OH）2＋OH－－e－NiOOH＋H2OC.電解的總反應(yīng)方程式：2H2O電解2H2↑＋O2↑D.電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移4mol電子，理論上可獲得22.4LO2解析由題圖中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系知，電解時(shí)，陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，陽(yáng)極反應(yīng)式為Ni（OH）2＋OH－－e－NiOOH＋H2O，則電解時(shí)的總反應(yīng)為2Ni（OH）2電解2NiOOH＋H2↑，故電解后KOH溶液的物質(zhì)的量濃度不變，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；未指明是標(biāo)準(zhǔn)狀況下，無(wú)法計(jì)算生成的O2的體積，D項(xiàng)錯(cuò)誤。5.[2024南京六校調(diào)研]電催化還原CO2制備高附加值化學(xué)品是實(shí)現(xiàn)碳中和的有效方法之一。一種接受金屬有機(jī)框架（MOF）催化劑電催化還原CO2為CO的裝置原理如圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是（C）A.裝置圖中外電路箭頭方向表示電流的方向B.電極b的電極反應(yīng)式為CO2－2e－＋2H＋CO＋H2OC.電極a上生成1molO2時(shí)，理論上可還原標(biāo)準(zhǔn)狀況下44.8LCO2D.選用合適的催化劑，該裝置也無(wú)法將CO2轉(zhuǎn)化為CH4、CH3OH等解析a電極上，H2O轉(zhuǎn)化為O2，發(fā)生反應(yīng)2H2O－4e－O2↑＋4H＋，a電極為陽(yáng)極；b電極上，CO2轉(zhuǎn)化為CO，發(fā)生反應(yīng)CO2＋2e－＋2H＋CO＋H2O，b電極為陰極，外電路中電流由電源正極流向電源負(fù)極，A、B錯(cuò)誤；由電極反應(yīng)可知，生成1molO2轉(zhuǎn)移4mol電子，理論上可還原2mol即標(biāo)準(zhǔn)狀況下44.8LCO2，C正確；選用合適的催化劑，該裝置可將CO2轉(zhuǎn)化為CH4、CH3OH等，D錯(cuò)誤。6.[2024遼寧沈陽(yáng)三模]利用間接成對(duì)電化學(xué)法，以間硝基甲苯為原料合成間氨基苯甲酸的工作原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（D）A.物質(zhì)X為間硝基苯甲酸B.右側(cè)電極電勢(shì)高于左側(cè)電極電勢(shì)C.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：2Cr3＋－6e－＋7H2OCr2O72－＋D.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移8mol電子時(shí)，理論上可得到1mol間氨基苯甲酸解析由題圖可知，X被Ti3＋還原為間氨基苯甲酸，則物質(zhì)X為間硝基苯甲酸，A正確。右側(cè)電極連接電源正極，為陽(yáng)極，左側(cè)電極連接電源負(fù)極，為陰極，則右側(cè)電極電勢(shì)高于左側(cè)電極電勢(shì)，B正確。右側(cè)電極為陽(yáng)極，陽(yáng)極上Cr3＋失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cr2O72－，電極反應(yīng)式為2Cr3＋－6e－＋7H2OCr2O72－＋14H＋，C正確。左側(cè)電極為陰極，電極反應(yīng)式為T(mén)i4＋＋e－Ti3＋，陰極槽外反應(yīng)為間硝基苯甲酸和Ti3＋反應(yīng)生成間氨基苯甲酸和Ti4＋，即＋6Ti3＋＋6H＋＋2H2O＋6Ti4＋，則當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移6mol電子時(shí)，理論上可得到1mol間氨基苯甲酸，D7.（1）[全國(guó)Ⅱ高考]環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵[Fe（C5H5）2，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為]，后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中。二茂鐵的電化學(xué)制備原理如圖1所示，其中電解液為溶解有溴化鈉（電解質(zhì)）和環(huán)戊二烯的DMF溶液（DMF為惰性有機(jī)溶劑）。該電解池的陽(yáng)極為Fe電極，總反應(yīng)為Fe＋2電解＋H2↑[或Fe＋2C5H6電解Fe（C5H5）2＋H2↑]。電解制備須要在無(wú)水條件下進(jìn)行，緣由為水會(huì)阻礙中間產(chǎn)物Na的生成；水會(huì)電解生成OH－，進(jìn)一步與Fe2＋反應(yīng)生成Fe（OH）2。圖1（2）[2024山東]利用膜電解技術(shù)（裝置如圖2所示），以Na2CrO4為主要原料制備N(xiāo)a2Cr2O7的總反應(yīng)方程式為4Na2CrO4＋4H2O電解2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。則Na2Cr2O7在陽(yáng)（填“陰”或“陽(yáng)”）極室制得，電解時(shí)通過(guò)膜的離子主要為Na＋。圖2（3）[2024湖南]利用電解原理，將氨轉(zhuǎn)化為高純氫氣，其裝置如圖3所示。圖3①電解過(guò)程中OH－的移動(dòng)方向?yàn)閺挠彝螅ㄌ睢皬淖笸摇被颉皬挠彝蟆保?；②?yáng)極的電極反應(yīng)式為2NH3－6e－＋6OH－N2＋6H2O。（4）[全國(guó)Ⅲ高考]在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)家最近接受碳基電極材料設(shè)計(jì)了一種新的工藝方案，主要包括電化學(xué)過(guò)程和化學(xué)過(guò)程，如圖4所示：圖4負(fù)極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)有Fe3＋＋e－Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O（寫(xiě)反應(yīng)方程式）。電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，需消耗氧氣5.6L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。解析（1）結(jié)合題圖1所示電解原理可知，F(xiàn)e電極發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽(yáng)極；在陰極上有H2生成，故電解時(shí)的總反應(yīng)為Fe＋2電解＋H2↑或Fe＋2C5H6電解Fe（C5H5）2＋H2↑。結(jié)合相關(guān)反應(yīng)可知，電解制備須要在無(wú)水條件下進(jìn)行，否則水會(huì)阻礙中間產(chǎn)物Na的生成；水會(huì)電解生成OH－，OH－會(huì)進(jìn)一步與Fe2＋反應(yīng)生成Fe（OH）2，從而阻礙二茂鐵的生成。（2）由2CrO42－＋2H＋?Cr2O72－＋H2O及陽(yáng)極上發(fā)生反應(yīng)2H2O－4e－O2↑＋4H＋，知Na2Cr2O7在陽(yáng)極室制得，電解時(shí)陰極上發(fā)生反應(yīng)4H2O＋4e－4OH－＋2H2↑，為保持溶液呈電中性，Na＋應(yīng)向陰極移動(dòng)，故通過(guò)膜的離子主要為Na＋。（3）①因?yàn)樽髠?cè)電極上NH3→N2，NH3失去電子，所以左側(cè)電極為陽(yáng)極，電解質(zhì)溶液中的OH－向陽(yáng)極移動(dòng)，移動(dòng)方向?yàn)閺挠彝?。②?yáng)極反應(yīng)是NH3－e－→N2，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，故陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2NH3－6e－＋6OH－N2＋6H2O。（4）電解池中，負(fù)極區(qū)發(fā)生還原反應(yīng)Fe3＋＋e－Fe2＋，生成的Fe2＋又被氧氣氧化成Fe3＋，發(fā)生反應(yīng)4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O，由反應(yīng)可知電路中轉(zhuǎn)移4mol電子消耗1molO2，則轉(zhuǎn)移1mol電子消耗氧氣14mol，其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為14mol×22.4L·mol－1＝5.6L8.[利用雙極膜制備氫碘酸][2024廣東六校聯(lián)考]電解法制備氫碘酸的裝置如圖所示。其中雙極膜（BPM）是陰、陽(yáng)復(fù)合膜，在直流電作用下復(fù)合層間的H2O解離成H＋和OH－（少量I－會(huì)因?yàn)闈舛炔钔ㄟ^(guò)雙極膜）。下列說(shuō)法正確的是（B）A.a極的電勢(shì)比b極的低B.A、B膜均為陽(yáng)離子交換膜C.若撤去A膜，對(duì)該電解池的工作無(wú)影響D.電解過(guò)程中，圖中三處H2SO4溶液的濃度均不變解析依據(jù)裝置出口處物質(zhì)可推斷出