9.電解原理及創新應用1.(2024·吉林白山二模)大連理工大學提出了一種低能耗、無陽極氯腐蝕的電解混合海水制氫新技術,如圖所示。下列敘述錯誤的是()A.在該條件下,N2H4的放電能力強于Cl-B.a極與電源負極連接,發生氧化反應產生O2C.b極反應式為N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2OD.逸出2.24L氣體1(標準狀況)時外電路轉移電子數為0.2NA2.(2024·安徽安慶二模)電催化氮還原反應法(NRR)是以水和氮氣為原料,在常溫常壓下通過電化學方法催化合成氨氣,其工作電極材料是由六亞甲基四胺(HMTA)與三氯化釩合成的二維釩基復合納米材料(簡稱V-HMTA),其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A.石墨電極與外接電源正極相連B.工作電極V-HMTA具有較高的表面積,能提高單位時間內氨氣的產率C.電路中通過0.06mol電子時,兩極共有0.035mol氣體逸出D.隔膜為質子交換膜3.(2024·貴州六校聯盟聯考三)實驗室模擬工業上用“雙極室成對電解法”生產乙醛酸(HOOC—CHO),原理如圖所示,該裝置中M、N均為惰性電極,兩極室均可產生乙醛酸。下列說法正確的是()A.以鉛酸蓄電池作為直流電源進行電解,M極接Pb電極B.陰極區溶液pH下降C.N電極上的電極反應式:HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2OD.若有2molH+通過質子交換膜并完全參與反應,則電解生成的乙醛酸為1mol4.(2024·浙江溫州一模)利用電化學富集海水中鋰的電化學系統如圖所示。該電化學系統的工作步驟如下:①啟動電源1,MnO2所在腔室的海水中的Li+進入MnO2結構而形成LixMn2O4;②關閉電源1和海水通道,啟動電源2,使LixMn2O4中的Li+脫出進入腔室2。下列說法不正確的是()A.啟動電源1時,電極1為陽極,發生氧化反應B.啟動電源2時MnO2電極反應式為xLi++2MnO2+xe-LixMn2O4C.電化學系統提高了腔室2中LiOH的濃度D.啟動至關閉電源1,轉化的n(MnO2)與生成的n(O2)之比為20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.25.(2024·遼寧沈陽一模)環氧乙烷(,簡稱EO)是一種重要的工業原料和消毒劑。由乙烯經電解制備EO的原理示意圖如下,下列說法中錯誤的是()A.電極1連接外接電源的正極B.電極2的電極反應式為2H++2e-H2↑C.溶液a可能含有兩種溶質,溶液b可循環使用D.離子膜可選擇性地透過H+和K+6.(2024·黑龍江齊齊哈爾一模)一種清潔、低成本的三步法氯堿工藝工作原理的示意圖如下,下列說法正確的是()A.第三步中a為直流電源的正極B.第一步生產NaOH的總反應為4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44-xMnO2+4xNaOHC.第二步為原電池,正極質量增加,負極質量減少D.第三步外電路上每轉移4mol電子,電解池中就有4molHCl被電解7.(2024·遼寧錦州質檢)電芬頓工藝被認為是一種很有應用前景的高級氧化技術,通過電解過程中產生的羥基自由基(·OH)處理酸性廢水中有機污染物[如(苯酚)],其工作原理如圖a所示,一段時間內,Fe2+或H2O2電極產生量與電流強度關系如圖b所示。下列說法錯誤的是()圖a圖bA.Pt電極應與直流電源的正極相連B.HMC-3電極反應有:O2+2e-+2H+H2O2,Fe3++e-Fe2+C.根據圖b可判斷合適的電流強度約為60mAD.若處理0.1mol,理論上HMC-3電極消耗2.8molO28.(2024·陜西渭南質檢Ⅰ)濃差電池是一種利用電解質溶液濃度差產生電勢差而形成的電池,理論上當電解質溶液的濃度相等時停止放電。圖1為濃差電池,圖2為電滲析法制備磷酸二氫鈉,用濃差電池為電源完成電滲析法制備磷酸二氫鈉。下列說法錯誤的是()圖1圖2A.電極a應與Ag(Ⅰ)相連B.電滲析裝置中膜a為陽離子交換膜C.電滲析過程中左、右室中NaOH和H2SO4的濃度均增大D.電池從開始到停止放電,理論上可制備1.2gNaH2PO49.電解原理及創新應用1.(2024·吉林白山二模)大連理工大學提出了一種低能耗、無陽極氯腐蝕的電解混合海水制氫新技術,如圖所示。下列敘述錯誤的是()A.在該條件下,N2H4的放電能力強于Cl-B.a極與電源負極連接,發生氧化反應產生O2C.b極反應式為N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2OD.逸出2.24L氣體1(標準狀況)時外電路轉移電子數為0.2NA答案:B解析:由題干信息可知,無陽極氯腐蝕,故在該條件下,N2H4的放電能力強于Cl-,不是氯離子失電子得氯氣,而是N2H4失電子生成N2,A正確;該電解池采用電解制氫新技術,結合A選項中分析,b極失電子為陽極,則a極為陰極,與電源負極連接,氣體1為H2,發生還原反應:2H2O+2e-2OH-+H2↑,B錯誤;b極為陽極,發生氧化反應,N2H4失電子生成N2,電極反應式正確,C正確;a極反應式為2H2O+2e-2OH-+H2↑,根據電極反應式知,標準狀況下,產生0.1molH2時外電路轉移電子數為0.2NA,D正確。2.(2024·安徽安慶二模)電催化氮還原反應法(NRR)是以水和氮氣為原料,在常溫常壓下通過電化學方法催化合成氨氣,其工作電極材料是由六亞甲基四胺(HMTA)與三氯化釩合成的二維釩基復合納米材料(簡稱V-HMTA),其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A.石墨電極與外接電源正極相連B.工作電極V-HMTA具有較高的表面積,能提高單位時間內氨氣的產率C.電路中通過0.06mol電子時,兩極共有0.035mol氣體逸出D.隔膜為質子交換膜答案:D解析:由題意可知該原理是用電解法將氮氣合成氨氣,故左側工作電極為陰極,電極反應式為N2+6e-+6H2O2NH3+6OH-,右側石墨電極為陽極,電極反應式為4OH--4e-O2↑+2H2O。由分析可知工作電極為陰極,石墨電極為陽極,則石墨電極與外接電源正極相連,A正確;工作電極V-HMTA具有較高的表面積,能吸附氮氣,加快反應速率,從而提高單位時間內氨氣的產率,B正確;陰極電極反應式為N2+6e-+6H2O2NH3+6OH-,陽極電極反應式為4OH--4e-O2↑+2H2O,電路中通過0.06mol電子時,陰極產生0.02mol氣體,陽極產生0.015mol氣體,兩極共產生0.035mol氣體,C正確;結合電極反應式可知隔膜為允許氫氧根離子通過的陰離子交換膜,D錯誤。3.(2024·貴州六校聯盟聯考三)實驗室模擬工業上用“雙極室成對電解法”生產乙醛酸(HOOC—CHO),原理如圖所示,該裝置中M、N均為惰性電極,兩極室均可產生乙醛酸。下列說法正確的是()A.以鉛酸蓄電池作為直流電源進行電解,M極接Pb電極B.陰極區溶液pH下降C.N電極上的電極反應式:HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2OD.若有2molH+通過質子交換膜并完全參與反應,則電解生成的乙醛酸為1mol答案:C解析:M、N均為惰性電極,兩極室均可產生乙醛酸,乙二醛發生氧化反應生成乙醛酸,所以M是陽極;乙二酸發生還原反應生成乙醛酸,N為陰極。鉛酸蓄電池中Pb電極為負極,以鉛酸蓄電池作為直流電源進行電解,N極接Pb電極,A錯誤;N為陰極,陰極發生反應HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2O,消耗氫離子,陰極區溶液pH升高,B錯誤;N為陰極,乙二酸發生還原反應生成乙醛酸,N電極上的電極反應式:HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2O,C正確;M為陽極,陽極反應式為OHC—CHO-2e-+H2OHOOC—CHO+2H+,N為陰極,電極反應式:HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2O,若有2molH+通過質子交換膜并完全參與反應,陰極、陽極各生成1mol乙醛酸,則電解生成的乙醛酸為2mol,D錯誤。4.(2024·浙江溫州一模)利用電化學富集海水中鋰的電化學系統如圖所示。該電化學系統的工作步驟如下:①啟動電源1,MnO2所在腔室的海水中的Li+進入MnO2結構而形成LixMn2O4;②關閉電源1和海水通道,啟動電源2,使LixMn2O4中的Li+脫出進入腔室2。下列說法不正確的是()A.啟動電源1時,電極1為陽極,發生氧化反應B.啟動電源2時MnO2電極反應式為xLi++2MnO2+xe-LixMn2O4C.電化學系統提高了腔室2中LiOH的濃度D.啟動至關閉電源1,轉化的n(MnO2)與生成的n(O2)之比為20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2答案:B解析:由題意知,啟動電源1,使海水中Li+進入MnO2結構形成LixMn2O4,可知二氧化錳中錳的化合價降低,為陰極,電極反應式為2MnO2+xLi++xe-LixMn2O4,電極1為陽極,連接電源正極;關閉電源1和海水通道,啟動電源2,向電極2上通入空氣,使LixMn2O4中的Li+脫出進入腔室2,可知電極2為陰極,電極反應式:2H2O+O2+4e-4OH-,陽極的電極反應式:LixMn2O4-xe-2MnO2+xLi+。由分析知,腔室1中電極1連接電源1的正極,作陽極,發生氧化反應,A正確;啟動電源2時MnO2作陽極,電極反應式:LixMn2O4-xe-2MnO2+xLi+,B錯誤;電化學系統提高了腔室2中LiOH的濃度,C正確;啟動至關閉電源1,轉化的n(MnO2)與生成的n(O2)之比為20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2,D正確。5.(2024·遼寧沈陽一模)環氧乙烷(,簡稱EO)是一種重要的工業原料和消毒劑。由乙烯經電解制備EO的原理示意圖如下,下列說法中錯誤的是()A.電極1連接外接電源的正極B.電極2的電極反應式為2H++2e-H2↑C.溶液a可能含有兩種溶質,溶液b可循環使用D.離子膜可選擇性地透過H+和K+答案:B解析:從圖中可知,電極1上Cl-失電子生成Cl2,電極1為陽極,生成的氯氣與水反應生成HClO,HClO與CH2CH2反應生成HOCH2CH2Cl,電極2為陰極,陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子,鉀離子可通過離子膜向下層移動,溶液a為KOH和KCl的混合溶液,KOH與HOCH2CH2Cl反應生成環氧乙烷和KCl溶液,溶液b為KCl溶液。電極1為陽極,連接電源的正極,A正確;電極2上水得電子生成氫氣和氫氧根離子,電極反應為2H2O+2e-H2↑+2OH-,B錯誤;溶液a可能含有KCl和KOH兩種溶質,溶液b為KCl溶液,可循環使用,C正確;電解質溶液中,陽離子向陰極移動,則鉀離子和氫離子可通過離子膜向下層移動,D正確。6.(2024·黑龍江齊齊哈爾一模)一種清潔、低成本的三步法氯堿工藝工作原理的示意圖如下,下列說法正確的是()A.第三步中a為直流電源的正極B.第一步生產NaOH的總反應為4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44-xMnO2+4xNaOHC.第二步為原電池,正極質量增加,負極質量減少D.第三步外電路上每轉移4mol電子,電解池中就有4molHCl被電解答案:B解析:由圖可知,第三步中Ag電極的變化是AgCl得到電子轉化為Ag,發生還原反應,是陰極,則a為直流電源的負極,A錯誤;第一步為電解池,陽極反應為Na2.44MnO2-xe-Na2.44-xMnO2+xNa+,陰極反應為O2+4e-+2H2O4OH-,根據得失電子守恒,可得第一步電解池的總反應為4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44-xMnO2+4xNaOH,B正確;第二步為原電池,正極反應為Na2.44-xMnO2+xNa++xe-Na2.44MnO2,負極反應為Ag-e-+Cl-AgCl,生成的AgCl附著在負極表面,故正、負極質量均增加,C錯誤;第三步的總反應為2AgCl2Ag+Cl2↑,溶液中HCl的物質的量保持不變,D錯誤。7.(2024·遼寧錦州質檢)電芬頓工藝被認為是一種很有應用前景的高級氧化技術,通過電解過程中產生的羥基自由基(·OH)處理酸性廢水中有機污染物[如(苯酚)],其工作原理如圖a所示,一段時間內,Fe2+或H2O2電極產生量與電流強度關系如圖b所示。下列說法錯誤的是()圖a圖bA.Pt電極應與直流電源的正極相連B.HMC-3電極反應有:O2+2e-+2H+H2O2,Fe3++e-Fe2+C.根據圖b可判斷合適的電流強度約為60mAD.若處理0.1mol,理論上HMC-3電極消耗2.8molO2答案:C解析:由圖可知,HMC-3電極上鐵元素、氧元素價態降低得電子,故HMC-3電極為陰極,電極反應式分別為O2+2e-+2H+H2O2、Fe3++e-Fe2+,后發生反應Fe2++H2O2+H+Fe3++·OH+H2O,·OH氧化苯酚,反應為C6H5OH+28·OH6CO2↑+17H2O,Pt電極為陽極,電極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑。由分析可知,Pt與電源正極相連,作陽極,A正確;HMC-3電極反應有:O2+2e-+2H+H2O2,Fe3++e-Fe2+,B正確;過量的過氧化氫會氧化亞鐵離子,導致生成的羥基自由基減少,使得降解去除廢水中的持久性有機污染物的效率下降,故據圖b可判斷合適的電流強度范圍為40mA左右,C錯誤;苯酚轉化為二氧化碳和水,C6H5OH+28·OH6CO2↑+17H2O,由圖可知,反應中氧氣轉化為H2O2,H2O2轉化為·OH,轉化關系為O2~H2O2~·OH,故而C6H5OH