0第一部分小題各個擊破專題二十

電解池及膜的應用題型分析01題型專練02目錄CONTENTS題型分析【題型分析】電解池及膜的應用是高考熱點題型，主要以物質制備與分離提純、廢水廢氣處理為目的考查陰、陽極判斷，兩極區pH的變化，離子移動方向及隔膜的屬性，電極反應式正誤判斷及有關計算等，具有較好區分度。例1

(2024·遼寧卷)“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題，科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應機理為：

。下列說法錯誤的是(

)A．相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍B．陰極反應：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C．電解時OH－通過陰離子交換膜向b極方向移動D．陽極反應：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑1例2

(2023·廣東卷)用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(右圖)，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H＋和OH－，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是(

)A．電解總反應：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的物質的量不因反應而改變D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率電解時電極反應式的書寫步驟(1)判—判斷電解池的陰、陽極(2)看—看清電解池的陽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、陽極的判斷(1)根據所連接的外加電源判斷：與直流電源正極相連的為陽極，與直流電源負極相連的為陰極。(2)根據電子流動方向判斷：電子流動方向為從電源負極流向陰極，從陽極流向電源正極。(3)根據電解池里電解質溶液中離子的移動方向判斷：陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。(4)根據電解池兩極反應判斷(一般情況下)①陰極上物質發生還原反應，有元素化合價降低。②陽極上物質發生氧化反應，有元素化合價升高。3．電解池中的注意事項(1)只有水被電解時，不要誤認為溶液的pH不變或一定變化。若電解NaOH溶液，pH增大；電解H2SO4溶液，pH減小；電解Na2SO4溶液，pH不變。(2)在電解食鹽水的過程中，陰極區顯堿性。不要誤認為陰極上產生的OH－因帶負電荷，移向陽極，使陽極區顯堿性(該電解池中一般有陽離子交換膜)。(3)電解MgCl2和AlCl3溶液時，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)判斷電解質溶液質量變化時，不能只注意電極產物(沉淀、氣體)的影響，還要關注離子遷移對溶液質量的影響。(5)對于活潑金屬電極，不能想當然地認為電極產物為金屬離子，因為產生的金屬離子一般會與電解質溶液中的離子繼續反應，最終的氧化產物要根據題中信息確定。(6)在計算電解池中電子轉移數目、電極產物的量、電解質溶液濃度等問題時，要注意一個電極放電的物質可能有多種，一般需結合離子放電順序及得失電子守恒判斷放電物質的種類及物質的量。4．離子交換膜5．含膜電化學裝置原理分析6．電滲析法的應用模型將含AnBm的廢水再生為HnB和A(OH)m的模型及原理如下，已知A為金屬活動順序中氫之前的金屬，Bn－為含氧酸根離子。1．(2024·沈陽市高三教學質量監測)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＋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CH2===CH2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2的電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B錯誤。2．(2024·濟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極電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．當電路中通過1mole－時，整套裝置將制得1molH2SO43．(2024·石家莊市普通高中高三教學質量檢測)高純鎵(Ga)是制備第三代半導體的一種中間體，其化學性質與鋁相似。工業精煉鎵的裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A．鉑電極Ⅰ接直流電源正極B．電解過程中OH－由右室移向左室C．鉑電極Ⅱ上發生反應：[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－D．導線中通過3mole－時，理論上生成高純鎵的質量等于70g解析：分析題圖可知鉑電極Ⅰ為陽極，電解過程中OH－向陽極移動，由左室移向右室，B錯誤。4．(2024·廣東六校高三第二次聯考)我國科學家開發出在堿性海水里直接電解制氫的技術，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在電極A反應的物質，電極A含有M金屬催化劑，發生的電極反應過程如圖2所示。下列說法不正確的是(

)A．A極的電極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2OB．離子交換膜為陰離子交換膜C．每轉移2mol電子，理論上電極B產生0.5mol氣體D．去掉MnOx隔水薄膜后電極A會產生Cl2解析：由圖2可知，M金屬催化劑催化OH－在電極A上發生失電子的氧化反應，電極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A正確；電極A為陽極，電極B為陰極，根據電解的目的是制H2知陰極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故離子交換膜應允許參與電極A反應的OH－通過，為陰離子交換膜，B正確；每轉移2mol電子，理論上電極B產生1molH2，C錯誤；去掉MnOx隔水薄膜，海水中的Cl－會在電極A上失去電子生成Cl2，D正確。題型專練2．(2024·甘肅卷)某固體電解池工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是(

)A．電極1的多孔結構能增大與水蒸氣的接觸面積B．電極2是陰極，發生還原反應：O2＋4e－===2O2－C．工作時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)發生得電子的還原反應，多孔電極1為陰極，電極反應為2H2O＋4e－===2H2↑＋2O2－；多孔電極2上O2－發生失電子的氧化反應，多孔電極2為陽極，電極反應為2O2－－4e－===O2↑，B錯誤。4．(2023·浙江6月選考)氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是(

)A．電極A接電源正極，發生氧化反應B．電極B的電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液D．改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗解析：電極B為陰極，氧氣得電子，其電極反應式為2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B錯誤。5．(2023·湖北卷)我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無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。下列說法錯誤的是(

)A．b電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜D．海水為電解池補水的速率為2xmol·h－16．(2023·浙江1月選考)在熔融鹽體系中，通過電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi)，電解裝置如圖，下列說法正確的是(

)A．石墨電極為陰極，發生氧化反應B．電極A的電極反應：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2OC．該體系中，石墨優先于Cl－參與反應D．電解時，陽離子向石墨電極移動解析：石墨電極為陽極，A錯誤；該電解池的電解質為熔融鹽，不存在H＋，B錯誤；根據陽極上生成CO知，石墨優先于Cl－參與反應，C正確；石墨電極為陽極，陰離子O2－向石墨電極移動，D錯誤。7．(2023·全國甲卷)用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K＋抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是(

)A．析氫反應發生在IrOx-Ti電極上B．Cl－從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極C．陰極發生的反應有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2OD．每轉移1mol電子，陽極生成11.2L氣體(標準狀況)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電極為電解池的陽極，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；銅電極為陰極，電極反應式為2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O等，電解池工作時，氫離子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室。析氫反應為還原反應，應在陰極發生，即在銅電極上發生，A錯誤；離子交換膜為質子交換膜，只允許氫離子通過，Cl－不能通過，B錯誤；根據陽極電極反應式知，每轉移1mol電子，生成0.25molO2，在標準狀況下體積為5.6L，D錯誤。9．(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)。下列說法不正確的是(

)A．電極A為陰極，發生還原反應B．電極B的電極反應：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋C．電解一段時間后溶液中Mn2＋濃度保持不變D．電解結束，可通過調節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＋轉化為了MnO2，錳元素化合價升高，失電子，電極B為陽極，則電極A為陰極，得電子，發生還原反應，A正確；由電解示意圖可知，電極B上Mn2＋失電子轉化為了MnO2，電極反應式為2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正確；電極A為陰極，LiMn2O4得電子，電極反應式為2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依據得失電子守恒，電解池總反應為2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反應生成了Mn2＋，Mn2＋濃度增大，C錯誤；由分析可知，電解結束后，可通過調節溶液pH將錳離子轉化為沉淀除去，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、陽離子雙隔膜三室電解槽處理廢液中的NH，實現其回收利用。a、b分別是一類離子選擇透過膜，模擬裝置如圖所示。下列說法正確的是(

)A．電路中轉移1mol電子時，有11.2LH2生成B．a是陽離子選擇透過膜C．最終的處理產物中可能有(NH4)3PO4D．電解一段時間后，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－。某技術人員利用雙極膜(膜c、膜d)電解技術從含葡萄糖酸鈉(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。下列說法錯誤的是(

)A．M極為陰極B．③室和④室所得產物相同C．膜a為陽離子交換膜，膜b為陰離子交換膜D．N極電極反應式為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，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；②室葡萄糖酸鈉溶液中鈉離子透過膜a向①室遷移，葡萄糖酸根離子透過膜b向③室遷移，故膜a為陽離子交換膜，膜b為陰離子交換膜；水解離出的氫離子經過膜c向③室遷移，膜c為陽離子交換膜，N極為陽極，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；⑤室葡萄糖酸鈉溶液中葡萄糖酸根離子透過膜f向⑥室遷移，鈉離子透過膜e向④室遷移，故膜e為陽離子交換膜，膜f為陰離子交換膜，水解離出的氫氧根離子經過膜d向④室遷移，膜d為陰離子交換膜。經分析可知，③室產生葡萄糖酸，④室產生氫氧化鈉，兩室產物不相同，B錯誤。3．(2024·內蒙古呼和浩特市高三質檢)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合成裝置如圖所示，其總反應為4CH2===CHCN＋2H2O===2NC(CH2)4CN＋O2↑。下列說法正確的是(

)A．電解過程中，H＋向電極b移動B．電極a的電極反應為2CH2===CHCN＋2H＋－2e－===NC(CH2)4CNC．當電路中轉移1mole－時，陽極室溶液質量增加9gD．(CH3)4NBr在電化學合成中作電解質，并有利于丙烯腈的溶解解析：由圖結合總反應可知，a極丙烯腈得到電子發生還原反應生成己二腈：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN，則a為陰極，b為陽極，b極水失去電子發生氧化反應生成氧氣：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，電解過程中陽離子向陰極移動，故H＋向電極a移動，A、B錯誤；當電路中轉移1mole－時，陽極室生成氧氣0.25mol，質量為8g，同時有1mol氫離子(質量為1g)進入陰極區，故溶液質量減少9g，C錯誤。4．(2024·廣東省南粵名校高三聯考)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－，并實現其定向通過。下列說法正確的是(

)A．光電池裝置是將化學能轉化為光能B．當電路中通過2mol電子時，雙極膜中水的質量減少18gC．陽極區發生的電極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑D