2025高考化學(xué)熱點(diǎn)-電解池及膜的應(yīng)用

0第一部分小題各個(gè)擊破專(zhuān)題二十

電解池及膜的應(yīng)用題型分析01題型專(zhuān)練02目錄CONTENTS題型分析【題型分析】電解池及膜的應(yīng)用是高考熱點(diǎn)題型，主要以物質(zhì)制備與分離提純、廢水廢氣處理為目的考查陰、陽(yáng)極判斷，兩極區(qū)pH的變化，離子移動(dòng)方向及隔膜的屬性，電極反應(yīng)式正誤判斷及有關(guān)計(jì)算等，具有較好區(qū)分度。例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(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↑1例2

(2023·廣東卷)用一種具有“卯榫”結(jié)構(gòu)的雙極膜組裝電解池(右圖)，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(shuō)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(guò)程中，陽(yáng)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)可提高氨生成速率電解時(shí)電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)步驟(1)判—判斷電解池的陰、陽(yáng)極(2)看—看清電解池的陽(yáng)極材料是惰性電極還是活性電極(除Au、Pt外的金屬電極一般為活性電極)1．電解池工作原理2．電解池陰、陽(yáng)極的判斷(1)根據(jù)所連接的外加電源判斷：與直流電源正極相連的為陽(yáng)極，與直流電源負(fù)極相連的為陰極。(2)根據(jù)電子流動(dòng)方向判斷：電子流動(dòng)方向?yàn)閺碾娫簇?fù)極流向陰極，從陽(yáng)極流向電源正極。(3)根據(jù)電解池里電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向判斷：陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)。(4)根據(jù)電解池兩極反應(yīng)判斷(一般情況下)①陰極上物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，有元素化合價(jià)降低。②陽(yáng)極上物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，有元素化合價(jià)升高。3．電解池中的注意事項(xiàng)(1)只有水被電解時(shí)，不要誤認(rèn)為溶液的pH不變或一定變化。若電解NaOH溶液，pH增大；電解H2SO4溶液，pH減??；電解Na2SO4溶液，pH不變。(2)在電解食鹽水的過(guò)程中，陰極區(qū)顯堿性。不要誤認(rèn)為陰極上產(chǎn)生的OH－因帶負(fù)電荷，移向陽(yáng)極，使陽(yáng)極區(qū)顯堿性(該電解池中一般有陽(yáng)離子交換膜)。(3)電解MgCl2和AlCl3溶液時(shí)，雖然放電離子和電解NaCl溶液一樣，但總的電解離子方程式不同。(4)判斷電解質(zhì)溶液質(zhì)量變化時(shí)，不能只注意電極產(chǎn)物(沉淀、氣體)的影響，還要關(guān)注離子遷移對(duì)溶液質(zhì)量的影響。(5)對(duì)于活潑金屬電極，不能想當(dāng)然地認(rèn)為電極產(chǎn)物為金屬離子，因?yàn)楫a(chǎn)生的金屬離子一般會(huì)與電解質(zhì)溶液中的離子繼續(xù)反應(yīng)，最終的氧化產(chǎn)物要根據(jù)題中信息確定。(6)在計(jì)算電解池中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目、電極產(chǎn)物的量、電解質(zhì)溶液濃度等問(wèn)題時(shí)，要注意一個(gè)電極放電的物質(zhì)可能有多種，一般需結(jié)合離子放電順序及得失電子守恒判斷放電物質(zhì)的種類(lèi)及物質(zhì)的量。4．離子交換膜5．含膜電化學(xué)裝置原理分析6．電滲析法的應(yīng)用模型將含AnBm的廢水再生為HnB和A(OH)m的模型及原理如下，已知A為金屬活動(dòng)順序中氫之前的金屬，Bn－為含氧酸根離子。1．(2024·沈陽(yáng)市高三教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè))環(huán)氧乙烷(，簡(jiǎn)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，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(

)A．電極1連接外接電源的正極B．電極2的電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑C．溶液a可能含有兩種溶質(zhì)，溶液b可循環(huán)使用D．離子膜可選擇性地透過(guò)H＋和K＋解析：從圖中可知，電極1上Cl－失電子生成Cl2，電極1為陽(yáng)極，生成的氯氣與水反應(yīng)生成HClO，HClO與CH2===CH2反應(yīng)生成HOCH2CH2Cl，電極2為陰極，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，鉀離子可通過(guò)離子膜向下層移動(dòng)，溶液a為KOH和KCl的混合溶液，KOH與HOCH2CH2Cl反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷和KCl溶液，溶液b為KCl溶液。電極2的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B錯(cuò)誤。2．(2024·濟(jì)南市高三年級(jí)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(shuō)法正確的是(

)A．電勢(shì)：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(guò)1mole－時(shí)，整套裝置將制得1molH2SO43．(2024·石家莊市普通高中高三教學(xué)質(zhì)量檢測(cè))高純鎵(Ga)是制備第三代半導(dǎo)體的一種中間體，其化學(xué)性質(zhì)與鋁相似。工業(yè)精煉鎵的裝置如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．鉑電極Ⅰ接直流電源正極B．電解過(guò)程中OH－由右室移向左室C．鉑電極Ⅱ上發(fā)生反應(yīng)：[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－D．導(dǎo)線中通過(guò)3mole－時(shí)，理論上生成高純鎵的質(zhì)量等于70g解析：分析題圖可知鉑電極Ⅰ為陽(yáng)極，電解過(guò)程中OH－向陽(yáng)極移動(dòng)，由左室移向右室，B錯(cuò)誤。4．(2024·廣東六校高三第二次聯(lián)考)我國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出在堿性海水里直接電解制氫的技術(shù)，工作原理如圖1所示。MnOx隔水薄膜可以起到阻擋Cl－與電極催化劑活性中心接觸的作用，離子交換膜選擇性透過(guò)在電極A反應(yīng)的物質(zhì)，電極A含有M金屬催化劑，發(fā)生的電極反應(yīng)過(guò)程如圖2所示。下列說(shuō)法不正確的是(

)A．A極的電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2OB．離子交換膜為陰離子交換膜C．每轉(zhuǎn)移2mol電子，理論上電極B產(chǎn)生0.5mol氣體D．去掉MnOx隔水薄膜后電極A會(huì)產(chǎn)生Cl2解析：由圖2可知，M金屬催化劑催化OH－在電極A上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A正確；電極A為陽(yáng)極，電極B為陰極，根據(jù)電解的目的是制H2知陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故離子交換膜應(yīng)允許參與電極A反應(yīng)的OH－通過(guò)，為陰離子交換膜，B正確；每轉(zhuǎn)移2mol電子，理論上電極B產(chǎn)生1molH2，C錯(cuò)誤；去掉MnOx隔水薄膜，海水中的Cl－會(huì)在電極A上失去電子生成Cl2，D正確。題型專(zhuān)練2．(2024·甘肅卷)某固體電解池工作原理如圖所示，下列說(shuō)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(yáng)極，電極反應(yīng)為2O2－－4e－===O2↑，B錯(cuò)誤。4．(2023·浙江6月選考)氯堿工業(yè)能耗大，通過(guò)如圖改進(jìn)的設(shè)計(jì)可大幅度降低能耗，下列說(shuō)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(yáng)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(guò)提高電極B上反應(yīng)物的氧化性來(lái)降低電解電壓，減少能耗解析：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。5．(2023·湖北卷)我國(guó)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(yáng)極無(wú)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(shuō)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(guò)PTFE膜D．海水為電解池補(bǔ)水的速率為2xmol·h－16．(2023·浙江1月選考)在熔融鹽體系中，通過(guò)電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi)，電解裝置如圖，下列說(shuō)法正確的是(

)A．石墨電極為陰極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．電極A的電極反應(yīng)：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2OC．該體系中，石墨優(yōu)先于Cl－參與反應(yīng)D．電解時(shí)，陽(yáng)離子向石墨電極移動(dòng)解析：石墨電極為陽(yáng)極，A錯(cuò)誤；該電解池的電解質(zhì)為熔融鹽，不存在H＋，B錯(cuò)誤；根據(jù)陽(yáng)極上生成CO知，石墨優(yōu)先于Cl－參與反應(yīng)，C正確；石墨電極為陽(yáng)極，陰離子O2－向石墨電極移動(dòng)，D錯(cuò)誤。7．(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)來(lái)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)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，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；銅電極為陰極，電極反應(yīng)式為2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O等，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。析氫反應(yīng)為還原反應(yīng)，應(yīng)在陰極發(fā)生，即在銅電極上發(fā)生，A錯(cuò)誤；離子交換膜為質(zhì)子交換膜，只允許氫離子通過(guò)，Cl－不能通過(guò)，B錯(cuò)誤；根據(jù)陽(yáng)極電極反應(yīng)式知，每轉(zhuǎn)移1mol電子，生成0.25molO2，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為5.6L，D錯(cuò)誤。9．(2022·浙江6月選考)通過(guò)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(guò)。電解過(guò)程中溶液的體積變化忽略不計(jì))。下列說(shuō)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(guò)調(diào)節(jié)pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO3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(yáng)極，則電極A為陰極，得電子，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(guò)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·河北保定一模)用一種陰、陽(yáng)離子雙隔膜三室電解槽處理廢液中的NH，實(shí)現(xiàn)其回收利用。a、b分別是一類(lèi)離子選擇透過(guò)膜，模擬裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(

)A．電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，有11.2LH2生成B．a(chǎn)是陽(yáng)離子選擇透過(guò)膜C．最終的處理產(chǎn)物中可能有(NH4)3PO4D．電解一段時(shí)間后，陰極室溶液中的pH先升高后降低2．(2024·河南省豫北名校高三聯(lián)考)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)電解技術(shù)從含葡萄糖酸鈉(用GCOONa表示)的溶液中提取NaOH和葡萄糖酸(GCOOH)，工作原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．M極為陰極B．③室和④室所得產(chǎn)物相同C．膜a為陽(yáng)離子交換膜，膜b為陰離子交換膜D．N極電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑解析：在直流電源作用下高效制備GCOOH和NaOH，由題圖可知，M極為陰極，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；②室葡萄糖酸鈉溶液中鈉離子透過(guò)膜a向①室遷移，葡萄糖酸根離子透過(guò)膜b向③室遷移，故膜a為陽(yáng)離子交換膜，膜b為陰離子交換膜；水解離出的氫離子經(jīng)過(guò)膜c向③室遷移，膜c為陽(yáng)離子交換膜，N極為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；⑤室葡萄糖酸鈉溶液中葡萄糖酸根離子透過(guò)膜f向⑥室遷移，鈉離子透過(guò)膜e向④室遷移，故膜e為陽(yáng)離子交換膜，膜f為陰離子交換膜，水解離出的氫氧根離子經(jīng)過(guò)膜d向④室遷移，膜d為陰離子交換膜。經(jīng)分析可知，③室產(chǎn)生葡萄糖酸，④室產(chǎn)生氫氧化鈉，兩室產(chǎn)物不相同，B錯(cuò)誤。3．(2024·內(nèi)蒙古呼和浩特市高三質(zhì)檢)己二腈[NC(CH2)4CN]是制尼龍-66的原料，利用丙烯腈(CH2===CHCN，不溶于水)為原料、四甲基溴化銨[(CH3)4NBr]為鹽溶液制備己二腈的電化學(xué)合成裝置如圖所示，其總反應(yīng)為4CH2===CHCN＋2H2O===2NC(CH2)4CN＋O2↑。下列說(shuō)法正確的是(

)A．電解過(guò)程中，H＋向電極b移動(dòng)B．電極a的電極反應(yīng)為2CH2===CHCN＋2H＋－2e－===NC(CH2)4CNC．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mole－時(shí)，陽(yáng)極室溶液質(zhì)量增加9gD．(CH3)4NBr在電化學(xué)合成中作電解質(zhì)，并有利于丙烯腈的溶解解析：由圖結(jié)合總反應(yīng)可知，a極丙烯腈得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成己二腈：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，則a為陰極，b為陽(yáng)極，b極水失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，電解過(guò)程中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，故H＋向電極a移動(dòng)，A、B錯(cuò)誤；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mole－時(shí)，陽(yáng)極室生成氧氣0.25mol，質(zhì)量為8g，同時(shí)有1mol氫離子(質(zhì)量為1g)進(jìn)入陰極區(qū)，故溶液質(zhì)量減少9g，C錯(cuò)誤。4．(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(chǎng)作用下，雙極膜將水解離為H＋和OH－，并實(shí)現(xiàn)其定向通過(guò)。下列說(shuō)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(guò)2mol電子時(shí)，雙極膜中水的質(zhì)量減少18gC．陽(yáng)極區(qū)發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑D