2025高考化學(xué)高三化學(xué)大二輪專項(xiàng)專題小題各個(gè)擊破題型18電解原理含答案及解析 - 副本

1．(2024·遼寧卷)“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統(tǒng)電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應(yīng)速率緩慢的問題，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－通過陰離子交換膜向b極方向移動(dòng)D．陽極反應(yīng)：2HCHO－2e－＋4OH－=2HCOO－＋2H2O＋H2↑答案：A解析：據(jù)圖示可知，b電極上HCHO轉(zhuǎn)化為HCOO－，而HCHO轉(zhuǎn)化為HCOO－為氧化反應(yīng)，所以b電極為陽極，a電極為陰極，HCHO為陽極反應(yīng)物，由反應(yīng)機(jī)理可知陽極反應(yīng)：①HCHO＋OH－－e－→HCOOH＋eq\f(1,2)H2，②HCOOH＋OH－=HCOO－＋H2O，陰極反應(yīng)為2H2O－2e－=H2↑＋2OH－。由以上分析可知，轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陰、陽兩極各生成1molH2，共2molH2，而傳統(tǒng)電解水：2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑，轉(zhuǎn)移2mol電子，只有陰極生成1molH2，所以相同電量下H2理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的2倍，A錯(cuò)誤。2．(2024·甘肅卷)某固體電解池工作原理如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是()A．電極1的多孔結(jié)構(gòu)能增大與水蒸氣的接觸面積B．電極2是陰極，發(fā)生還原反應(yīng)：O2＋4e－=2O2－C．工作時(shí)O2－從多孔電極1遷移到多孔電極2D．理論上電源提供2mole－能分解1molH2O答案：B解析：多孔電極1上H2O(g)發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，多孔電極1為陰極，電極反應(yīng)為2H2O＋4e－=2H2↑＋2O2－；多孔電極2上O2－發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，多孔電極2為陽極，電極反應(yīng)為2O2－－4e－=O2↑，B錯(cuò)誤。3．(2024·山東卷)以不同材料修飾的Pt為電極，一定濃度的NaBr溶液為電解液，采用電解和催化相結(jié)合的循環(huán)方式，可實(shí)現(xiàn)高效制H2和O2，裝置如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．電極a連接電源負(fù)極B．加入Y的目的是補(bǔ)充NaBrC．電解總反應(yīng)式為Br－＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))BrOeq\o\al(－,3)＋3H2↑D．催化階段反應(yīng)產(chǎn)物物質(zhì)的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2答案：B解析：電極b上Br－發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成BrOeq\o\al(－,3)，電極b為陽極，電極反應(yīng)為Br－－6e－＋3H2O=BrOeq\o\al(－,3)＋6H＋；則電極a為陰極，電極a的電極反應(yīng)為6H＋＋6e－=3H2↑；電解總反應(yīng)式為Br－＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))BrOeq\o\al(－,3)＋3H2↑；催化循環(huán)階段BrOeq\o\al(－,3)被還原成Br－循環(huán)使用、同時(shí)生成O2，實(shí)現(xiàn)高效制H2和O2，即Z為O2。根據(jù)分析電解過程中消耗H2O和Br－，而催化階段BrOeq\o\al(－,3)被還原成Br－循環(huán)使用，故加入Y的目的是補(bǔ)充H2O，維持NaBr溶液為一定濃度，B錯(cuò)誤。4．(2024·湖南卷)在KOH水溶液中，電化學(xué)方法合成高能物質(zhì)K4C6N16時(shí)，伴隨少量O2生成，電解原理如圖所示，下列說法正確的是()A．電解時(shí)，OH－向Ni電極移動(dòng)B．生成C6Neq\o\al(4－,16)的電極反應(yīng)：2C3N8H4＋8OH－－4e－=C6Neq\o\al(4－,16)＋8H2OC．電解一段時(shí)間后，溶液pH升高D．每生成1molH2的同時(shí)，生成0.5molK4C6N16答案：B解析：由電解原理圖可知，Ni電極產(chǎn)生氫氣，發(fā)生還原反應(yīng)，作陰極，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；Pt電極C3N8H4失去電子生成C6Neq\o\al(4－,16)，作陽極，電極反應(yīng)為2C3N8H4＋8OH－－4e－=C6Neq\o\al(4－,16)＋8H2O，同時(shí)，Pt電極還伴隨少量O2生成，電極反應(yīng)為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O。由分析可知，Ni電極為陰極，Pt電極為陽極，電解過程中，陰離子向陽極移動(dòng)，即OH－向Pt電極移動(dòng)，A錯(cuò)誤；由分析可知，陽極主要反應(yīng)為2C3N8H4－4e－＋8OH－=C6Neq\o\al(4－,16)＋8H2O，陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，總反應(yīng)主要為2C3N8H4＋4OH－=C6Neq\o\al(4－,16)＋4H2O＋2H2↑，反應(yīng)消耗OH－，生成H2O，電解一段時(shí)間后，溶液pH降低，C錯(cuò)誤；根據(jù)電解總反應(yīng)：2C3N8H4＋4OH－=C6Neq\o\al(4－,16)＋4H2O＋2H2↑可知，每生成1molH2，生成0.5molK4C6N16，但Pt電極還伴隨少量O2生成，發(fā)生電極反應(yīng)：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，則生成1molH2時(shí)生成的K4C6N16小于0.5mol，D錯(cuò)誤。5．(2024·廣東卷)一種基于氯堿工藝的新型電解池(下圖)，可用于濕法冶鐵的研究。電解過程中，下列說法不正確的是()A．陽極反應(yīng)：2Cl－－2e－=Cl2↑B．陰極區(qū)溶液中OH－濃度逐漸升高C．理論上每消耗1molFe2O3，陽極室溶液減少213gD．理論上每消耗1molFe2O3，陰極室物質(zhì)最多增加138g答案：C解析：根據(jù)題意可知，此氯堿工藝的電解池可用于濕法冶鐵，則右側(cè)電極為陽極，Cl－放電產(chǎn)生氯氣，電極反應(yīng)為2Cl－－2e－=Cl2↑；左側(cè)電極為陰極，F(xiàn)e2O3在堿性條件下轉(zhuǎn)化為Fe，電極反應(yīng)為Fe2O3＋6e－＋3H2O=2Fe＋6OH－；Na＋由陽極向陰極移動(dòng)。由分析可知，理論上每消耗1molFe2O3，轉(zhuǎn)移6mol電子，產(chǎn)生3molCl2，同時(shí)有6molNa＋由陽極轉(zhuǎn)移至陰極，則陽極室溶液減少3×71g＋6×23g＝351g，C錯(cuò)誤。6．(2023·浙江6月選考)氯堿工業(yè)能耗大，通過如圖改進(jìn)的設(shè)計(jì)可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是()A．電極A接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．電極B的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．應(yīng)選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液D．改進(jìn)設(shè)計(jì)中通過提高電極B上反應(yīng)物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗答案：B解析：電極B為陰極，氧氣得電子，其電極反應(yīng)式為2H2O＋4e－＋O2=4OH－，故B錯(cuò)誤。7．(2023·遼寧卷)某無隔膜流動(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。下列說法正確的是()A．b端電勢高于a端電勢B．理論上轉(zhuǎn)移2mole－生成4gH2C．電解后海水pH下降D．陽極發(fā)生：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋答案：D解析：由題圖可知，鈦箔電極上有H2生成，H2O得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b為電源負(fù)極，a為電源正極，a端電勢高于b端電勢，A錯(cuò)誤；鈦箔電極上每生成1molH2轉(zhuǎn)移2mol電子，則生成4g(2mol)H2理論上轉(zhuǎn)移電子4mol，B錯(cuò)誤；陽極O2的產(chǎn)生被抑制，海水中Cl－發(fā)生反應(yīng)：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋，陰極發(fā)生反應(yīng)：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，結(jié)合兩極反應(yīng)可知電解后海水pH升高，C錯(cuò)誤，D正確。8．(2022·廣東高考)以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進(jìn)行電解，實(shí)現(xiàn)Al的再生。該過程中()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的陽極泥D．陽極和陰極的質(zhì)量變化相等答案：C解析：根據(jù)電解原理可知，電解池中陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，該題中以熔融鹽為電解液，含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進(jìn)行電解，Mg和Al發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，分別生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不參與反應(yīng)，陰極上Al3＋得電子生成Al單質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)Al的再生。Mg在陽極失電子生成Mg2＋，A錯(cuò)誤；Al在陽極上被氧化生成Al3＋，B錯(cuò)誤；陽極除了鋁參與電子轉(zhuǎn)移，鎂也參與了電子轉(zhuǎn)移，且還會(huì)形成陽極泥，而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質(zhì)，陽極與陰極的質(zhì)量變化不相等，D錯(cuò)誤。9．(2022·海南高考)一種采用H2O(g)和N2(g)為原料制備NH3(g)的裝置示意圖如下。下列有關(guān)說法正確的是()A．在b電極上，N2被還原B．金屬Ag可作為a電極的材料C．改變工作電源電壓，反應(yīng)速率不變D．電解過程中，固體氧化物電解質(zhì)中O2－不斷減少答案：A解析：由裝置圖可知，N2在b電極轉(zhuǎn)化為NH3，N元素的化合價(jià)降低，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，因此b電極為陰極，電極反應(yīng)式為N2＋3H2O＋6e－=2NH3＋3O2－，a電極為陽極，電極反應(yīng)式為2O2－－4e－=O2；由分析可知A正確；a電極為陽極，若金屬Ag作a電極的材料，則金屬Ag優(yōu)先失去電子，B錯(cuò)誤；改變工作電源的電壓，反應(yīng)速率會(huì)發(fā)生改變，C錯(cuò)誤；電解過程中，固體氧化物電解質(zhì)中O2－不會(huì)改變，D錯(cuò)誤。10．(2023·湖北卷)我國科學(xué)家設(shè)計(jì)如圖所示的電解池，實(shí)現(xiàn)了海水直接制備氫氣技術(shù)的綠色化。該裝置工作時(shí)陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為xmol·h－1。下列說法錯(cuò)誤的是()A．b電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解時(shí)海水中動(dòng)能高的水分子可穿過PTFE膜D．海水為電解池補(bǔ)水的速率為2xmol·h－1答案：D解析：由題圖可知，該裝置為電解水制取氫氣的裝置，a電極與電源正極相連，為電解池的陽極，b電極與電源負(fù)極相連，為電解池的陰極，陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，陽極反應(yīng)為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，電池總反應(yīng)為2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2H2↑＋O2↑。由電解總反應(yīng)可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率為xmol·h－1，則補(bǔ)水的速率也應(yīng)是xmol·h－1，D錯(cuò)誤。11．(2023·廣東卷)用一種具有“卯榫”結(jié)構(gòu)的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實(shí)現(xiàn)大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時(shí)，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H＋和OH－，有利于電解反應(yīng)順利進(jìn)行。下列說法不正確的是()A．電解總反應(yīng)：KNO3＋3H2O=NH3·H2O＋2O2↑＋KOHB．每生成1molNH3·H2O，雙極膜處有9mol的H2O解離C．電解過程中，陽極室中KOH的物質(zhì)的量不因反應(yīng)而改變D．相比于平面結(jié)構(gòu)雙極膜，“卯榫”結(jié)構(gòu)可提高氨生成速率答案：B解析：由信息可知，在電極a處KNO3放電生成NH3，發(fā)生還原反應(yīng)，故電極a為陰極，電極反應(yīng)式為NOeq\o\al(－,3)＋8e－＋8H＋=NH3·H2O＋H2O＋OH－，電極b為陽極，電極反應(yīng)式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，“卯榫”結(jié)構(gòu)的雙極膜中的H＋移向電極a，OH－移向電極b。每生成1molNH3·H2O，陰極得8mole－，同時(shí)雙極膜處有8molH＋進(jìn)入陰極室，即有8mol的H2O解離，B錯(cuò)誤。12．(2022·湖北高考)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]，過程如圖所示(Me為甲基)。下列說法正確的是()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．在電解過程中CN－向鉑電極移動(dòng)D．電解產(chǎn)生的H2中的氫元素來自于LiOH答案：D解析：石墨電極：P4→Li[P(CN)2]，磷元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以石墨電極為陽極，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，A、B錯(cuò)誤；CN－向陽極移動(dòng)，即移向石墨電極，C錯(cuò)誤；由題給圖示可知HCN在陰極放電，產(chǎn)生CN－和H2，而HCN中的H來自LiOH，則電解產(chǎn)生的H2中的氫元素來自于LiOH，D正確。13．(2022·浙江6月選考)通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2O4可獲得難溶性的Li2CO3和MnO2，電解示意圖如下(其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自由通過。電解過程中溶液的體積變化忽略不計(jì))。下列說法不正確的是()A．電極A為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)B．電極B的電極反應(yīng)：2H2O＋Mn2＋－2e－=MnO2＋4H＋C．電解一段時(shí)間后溶液中Mn2＋濃度保持不變D．電解結(jié)束，可通過調(diào)節(jié)pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO3答案：C解析：由電解示意圖可知，電極B上Mn2＋轉(zhuǎn)化為了MnO2，錳元素化合價(jià)升高，失電子，電極B為陽極，則電極A為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，A正確；由電解示意圖可知，電極B上Mn2＋失電子轉(zhuǎn)化為了MnO2，電極反應(yīng)式為2H2O＋Mn2＋－2e－=MnO2＋4H＋，B正確；電極A為陰極，LiMn2O4得電子，電極反應(yīng)式為2LiMn2O4＋6e－＋16H＋=2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依據(jù)得失電子守恒，電解池總反應(yīng)為2LiMn2O4＋4H＋=2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反應(yīng)生成了Mn2＋，Mn2＋濃度增大，C錯(cuò)誤；由分析可知，電解結(jié)束后，可通過調(diào)節(jié)溶液pH將錳離子轉(zhuǎn)化為沉淀除去，然后再加入碳酸鈉溶液，從而獲得碳酸鋰，D正確。1．(2024·廣東省南粵名校高三聯(lián)考)利用光能分解水的裝置如圖所示，在直流電場作用下，雙極膜將水解離為H＋和OH－，并實(shí)現(xiàn)其定向通過。下列說法正確的是()A．光電池裝置是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能B．當(dāng)電路中通過2mol電子時(shí)，雙極膜中水的質(zhì)量減少18gC．陽極區(qū)發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑D．再生池中發(fā)生的反應(yīng)為2V3＋＋H2=2V2＋＋2H＋答案：C解析：由題圖可知，光電池左側(cè)為電子的流出極，故電解池左側(cè)為陰極，電極反應(yīng)式為V3＋＋e－=V2＋，右側(cè)為陽極，電極反應(yīng)式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑；由題圖可知，光電池裝置將光能轉(zhuǎn)化為電能，再利用電解池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，最終達(dá)到分解水的目的，A錯(cuò)誤；由上述分析可知，當(dāng)電路中通過1mol電子時(shí)，雙極膜中水也會(huì)消耗1mol，B錯(cuò)誤；由裝置圖可知，再生池中發(fā)生的反應(yīng)方程式為2V2＋＋2H＋=2V3＋＋H2↑，D錯(cuò)誤。2．(2024·濟(jì)南市高三年級摸底考試)在直流電源作用下，雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－。某技術(shù)人員利用雙極膜(膜c、膜d)和離子交換膜高效制備H2SO4和NaOH，工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A．電勢：N電極<M電極B．雙極膜膜c輸出H＋，膜a、膜e為陰離子交換膜C．N極電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2＋2OH－D．當(dāng)電路中通過1mole－時(shí)，整套裝置將制得1molH2SO4答案：D解析：裝置中電極反應(yīng)和離子遷移情況如圖所示：根據(jù)上述分析知，M極為陰極，N極為陽極，則電勢：N電極>M電極，A、B、C錯(cuò)誤；根據(jù)上述分析知，當(dāng)電路中通過1mole－時(shí)，N極生成0.5molH2SO4，同時(shí)在膜b和膜c之間的區(qū)域生成0.5molH2SO4，故整套裝置將制得1molH2SO4，D正確。3．(2024·吉林省白山市高三一模)SOEC裝置是一種高溫固體氧化物電解池，可以從大氣中回收CO2，其工作溫度為600～1000℃，利用固態(tài)CeO2中的O2－定向移動(dòng)形成離子電流。SOEC由多個(gè)層狀工作單元疊加而成，拆解后裝置如圖所示(CO2在電極b上反應(yīng)，外接電源與部分氣體管路、流向未顯示)。下列說法正確的是()A．電極b為陽極，電極反應(yīng)為CO2＋2e－=CO＋O2－B．在氣孔Z附近檢測到少量Ce3＋，說明發(fā)生了電極反應(yīng)：CeO2＋e－=Ce3＋＋2O2－C．裝置工作過程中，CeO2(s)電解質(zhì)中的O2－由電極a移向電極bD．由于產(chǎn)生有毒氣體CO，故必須將各層密封，防止氣體泄漏答案：D解析：由題干圖示信息可知，CO2經(jīng)導(dǎo)管X進(jìn)入電極b中，發(fā)生反應(yīng)CO2＋2e－=CO＋O2－，故電極b為陰極，未反應(yīng)的CO2和生成的CO經(jīng)氣孔Z流出，O2－經(jīng)固態(tài)CeO2定向移動(dòng)到a電極，在a電極上放電，發(fā)生反應(yīng)：2O2－－4e－=O2↑，產(chǎn)生的O2經(jīng)導(dǎo)管Y流出，A、C錯(cuò)誤；在氣孔Z附近檢測到少量Ce3＋，不能說明發(fā)生了電極反應(yīng)：CeO2＋e－=Ce3＋＋2O2－，可能是高溫下CO將CeO2還原為Ce3＋，B錯(cuò)誤。4．(2024·浙江省樂清市知臨中學(xué)高三仿真模擬)利用電化學(xué)原理治理硝酸鹽污水中的NOeq\o\al(－,3)(如圖所示)。下列說法不正確的是()A．直流電源電極：A為正極，B為負(fù)極B．電解過程，溶液中質(zhì)子從Pt電極向Ag-Pt電極移動(dòng)C．在陽極發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陰極室質(zhì)量減少5.6g答案：D解析：根據(jù)題圖知，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N2，則Ag-Pt電極為陰極，Pt電極為陽極，則A為電源正極，B為電源負(fù)極，A正確；電解質(zhì)溶液中質(zhì)子向陰極移動(dòng)，所以電解過程中質(zhì)子從Pt電極向Ag-Pt電極移動(dòng)，B正確；陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陽極產(chǎn)生2molH＋進(jìn)入陰極室，陰極上電極反應(yīng)式為2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，產(chǎn)生0.2molN2，質(zhì)量為5.6g，同時(shí)有2molH＋(質(zhì)量為2g)進(jìn)入，因此，陰極室質(zhì)量減少3.6g，C正確，D錯(cuò)誤。5．(2024·安徽省巢湖市第一中學(xué)高三月考)近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研