專練37電解池原理及應(yīng)用授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書73頁1．[2022·廣東卷]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：陰極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原，A項(xiàng)、B項(xiàng)錯誤；由金屬活動性順序可知，Mg、Al在陽極失電子，離子進(jìn)入電解液，Cu金屬活動性弱，則陽極泥主要含Si、Cu，C項(xiàng)正確；陰極Al3＋得電子生成Al單質(zhì)，陽極上Mg、Al均失電子變成離子進(jìn)入電解液中，故陽極和陰極的質(zhì)量變化不相等，D項(xiàng)錯誤。2．[2024·湖北卷]我國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種雙位點(diǎn)PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學(xué)催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H＋和OH－在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉(zhuǎn)化為HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－?[OCH2O]2－＋H2O。Cu電極上發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)為[OCH2O]2－－e－＝HCOO－＋H·。下列說法錯誤的是（）A．電解一段時間后陽極區(qū)c（OH－）減小B．理論上生成1molH3N＋CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離C．陽極總反應(yīng)式為2HCHO＋4OH－－2e－=2HCOO－＋H2↑＋2H2OD．陰極區(qū)存在反應(yīng)H2C2O4＋2H＋＋2e－=CHOCOOH＋H2O答案：B解析：根據(jù)題干信息可知，Cu電極所在的陽極區(qū)先后發(fā)生反應(yīng)：HCHO＋OH－?HOCH2O－、HOCH2O－＋OH－?[OCH2O]2－＋H2O、[OCH2O]2－－e－=HCOO－＋H·，H·可轉(zhuǎn)化為H2，則陽極總反應(yīng)式為2HCHO＋4OH－－2e－=2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C正確；根據(jù)陽極總反應(yīng)可知，每消耗4個OH－，電路中通過2e－，根據(jù)電荷守恒，雙極膜中有2個OH－向陽極遷移，即陽極區(qū)c（OH－）減小，A正確；由題給信息知，陰極總反應(yīng)物為H2C2O4、NH2OH，總產(chǎn)物為H3N＋CH2COOH，電極反應(yīng)式為H2C2O4＋NH2OH＋6e－＋7H＋=H3N＋CH2COOH＋3H2O，每生成1molH3N＋CH2COOH，電路中通過6mole－，雙極膜中需有6molH2O解離出6molH＋向陰極遷移，B錯誤；雙極膜中H2O解離出的H＋向陰極移動，因此H2C2O4在陰極Pb電極上轉(zhuǎn)化為OHCCOOH的反應(yīng)為H2C2O4＋2H＋＋2e－=OHCCOOH＋H2O，D正確。3．[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(yīng)可提高多碳產(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，陽極生成11.2L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）答案：C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，水在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，A錯誤；銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯、乙醇等，電極反應(yīng)式為2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－=C2H5OH＋3H2O，C正確；電解池工作時，氫離子通過質(zhì)子交換膜由陽極室進(jìn)入陰極室，B錯誤；水在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，每轉(zhuǎn)移1mol電子，生成0.25molO2，在標(biāo)況下體積為5.6L，故D錯誤；答案選C。4．[2024·吉林卷]“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OH－通過陰離子交換膜向b極方向移動D．陽極反應(yīng)：2HCHO－2e－＋4OH－=2HCOO－＋2H2O＋H2↑答案：A解析：電極電極名稱電極反應(yīng)式a陰極2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑b陽極2HCHO－2e－＋4OH－=2HCOO－＋2H2O＋H2↑傳統(tǒng)電解水過程中每轉(zhuǎn)移4mole－可制得2molH2，耦合HCHO高效制H2過程中每轉(zhuǎn)移4mole－，陰、陽極均可產(chǎn)生2mol氫氣，則相同電量下H2理論產(chǎn)量是傳統(tǒng)電解水的2倍，A錯誤；由上述分析可知，陰極的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，B正確；綜合圖像中的離子交換膜為陰離子交換膜及電解池中陰離子向陽極移動知，OH－通過交換膜向b極區(qū)移動，C正確；由上述分析可知，D正確。5．[2024·河北滄州1月檢測]我國科研工作者通過研發(fā)新型催化劑，利用太陽能電池將工業(yè)排放的CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，原理如圖所示。下列說法正確的是（）A.該過程中存在的能量轉(zhuǎn)化形式只有太陽能→化學(xué)能B.離子交換膜為陰離子交換膜C.P極的電極反應(yīng)式為CO2＋2e－＋2H＋=HCOOHD．N極催化轉(zhuǎn)化22.4LH2時，P極生成HCOOH的質(zhì)量為46g答案：C解析：6．[情境創(chuàng)新]雙極膜（BPM）是陰、陽復(fù)合膜，在直流電的作用下，陰、陽膜復(fù)合層間的H2O解離成H＋和OH－，作為H＋和OH－離子源。利用雙極膜電滲析法電解食鹽水可獲得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如圖所示，M、N為離子交換膜。下列說法不正確的是（）A.相同條件下，不考慮氣體溶解，陰極得到氣體體積是陽極兩倍B.電解過程中Na＋向左遷移，N為陰離子交換膜C.若去掉雙極膜（BPM），陽極室會有Cl2生成D.電解結(jié)束后，陰極附近溶液酸性明顯增強(qiáng)答案：D解析：陰極得到的氣體為氫氣，陽極得到的氣體為氧氣，根據(jù)電解水的原理知，陰極得到氣體體積是陽極兩倍，A項(xiàng)正確；電解過程中Na＋向陰極移動，即向左遷移，Cl－向右遷移，故N為陰離子交換膜，B項(xiàng)正確；若去掉雙極膜（BPM），陽極上會發(fā)生2Cl－－2e－=Cl2↑，陽極室會有Cl2生成，C項(xiàng)正確；陰極上氫離子放電，故附近溶液酸性不會明顯增強(qiáng)，D項(xiàng)錯誤。7．[2023·遼寧卷]某無隔膜流動海水電解法制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：由圖可知，左側(cè)電極產(chǎn)生氧氣，則左側(cè)電極為陽極，a為電源正極，右側(cè)電極為陰極，b為電源負(fù)極，該裝置的總反應(yīng)產(chǎn)生氧氣和氫氣，相當(dāng)于電解水，以此解題。由分析可知，a為正極，b為負(fù)極，則a端電勢高于b端電勢，A錯誤；右側(cè)電極上產(chǎn)生氫氣的電極方程式為：2H＋＋2e－=H2↑，則理論上轉(zhuǎn)移2mole－生成2gH2，B錯誤；由圖可知，該裝置的總反應(yīng)為電解海水，隨著電解的進(jìn)行，海水的濃度增大，但是其pH基本不變，C錯誤；由圖可知，陽極上的電極反應(yīng)為：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋，D正確；故選D。8．[2022·湖北卷]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：石墨電極物質(zhì)轉(zhuǎn)化為：P4→Li[P（CN）2]，磷元素化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以石墨電極為陽極，對應(yīng)的電極反應(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，右側(cè)電極為陰極，A、B錯誤；電解池工作過程中陽離子移向陰極，陰離子移向陽極，CN－應(yīng)該向陽極移動，即移向石墨電極，C錯誤；由圖示物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，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。9．[2024·湖北武漢檢測]利用電化學(xué)原理富集海水中鋰的電化學(xué)系統(tǒng)如圖所示。該電化學(xué)系統(tǒng)的工作步驟：①啟動電源1，MnO2所在腔室的海水中的Li＋進(jìn)入MnO2結(jié)構(gòu)形成LixMn2O4；②關(guān)閉電源1和海水通道，啟動電源2，同時向電極2上通入空氣，使LixMn2O4中的Li＋脫出進(jìn)入腔室2。下列說法錯誤的是（）A.啟動電源1時，電極1為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)B.啟動電源2時，MnO2電極的電極反應(yīng)式為xLi＋＋2MnO2＋xe－=LixMn2O4C.電化學(xué)系統(tǒng)提高了腔室2中LiOH溶液的濃度D.若從啟動至關(guān)閉電源1，轉(zhuǎn)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：啟動電源1時，電極1為陽極，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，MnO2電極的電極反應(yīng)式為2MnO2＋xLi＋＋xe－=LixMn2O4，可得關(guān)系式O2～4e－、2MnO2～xe－；若從啟動至關(guān)閉電源1，轉(zhuǎn)化的n（MnO2）與生成的n（O2）之比為20∶3，假設(shè)轉(zhuǎn)化的n（MnO2）為20mol，生成的n（O2）為3mol，根據(jù)兩電極上轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量相等，結(jié)合上述關(guān)系式可得，10x＝12，x＝1.2，D正確。10．[2024·武漢市調(diào)研考試]含硝酸鹽廢水和乙二醇共電解可生成氨氣和乙醇酸，原理如圖所示。下列說法正確的是（）A.b為直流電源的負(fù)極B.每轉(zhuǎn)移2mol電子，理論上應(yīng)生成5.6LNH3C.消耗NOeq\o\al(－,3)與乙二醇的物質(zhì)的量之比為1∶2D.H＋通過質(zhì)子交換膜向左遷移，左側(cè)溶液pH下降答案：C解析：由圖可知，左側(cè)電極上NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為NH3，發(fā)生還原反應(yīng)，故左側(cè)電極為陰極，則a為直流電源的負(fù)極，A項(xiàng)錯誤；根據(jù)陰極反應(yīng)：NOeq\o\al(－,3)＋8e－＋9H＋=NH3＋3H2O，每轉(zhuǎn)移2mol電子，生成0.25molNH3，其