资源简介 (共72张PPT)2025年高考化学考向分析电解池电解原理与应用1.(2022广东)以熔融盐为电解液,以含、和 等的铝合金废料为阳极进行电解,实现 的再生。该过程中( )CA.阴极发生的反应为 B.阴极上 被氧化C.在电解槽底部产生含 的阳极泥 D.阳极和阴极的质量变化相等【解析】 根据题目信息“以含、和等的铝合金废料为阳极进行电解,实现 的再生”可知,控制一定的条件,让在阳极发生氧化反应,由于比 还原性强,因此阳极也会发生的氧化,和不参与反应;该题中以熔融盐为电解液,因此阴极 得电子生成单质,从而实现 的再生。为 在阳极发生的氧化反应。在阳极上被氧化成 。阳极材料中和不参与氧化反应,在电解槽底部可形成含 的阳极泥。阳极除了被氧化以外,也会失去电子,另外和 也会沉降形成阳极泥,而阴极只有得电子生成 单质,所以在阳极失电子和阴极得电子数相同的情况下,阳极与阴极的质量变化不相等。2.(2023浙江6月选考)氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅度降低能耗,下列说法不正确的是( )BA.电极A接电源正极,发生氧化反应B.电极B的电极反应式为C.应选用阳离子交换膜,在右室获得浓度较高的溶液D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗【解析】 由题图可知,电极A上变为 ,电极反应式为 ,电极A为阳极,与电源正极相接,发生氧化反应。电极B为阴极,通入氧化剂 ,电极反应式为。根据电极B的电极反应式可知,右室生成 ,应选用阳离子交换膜,电解池工作时, 由阳极(左室)移向阴极(右室)(口诀:阴阳相吸),在右室获得浓度较高的 溶液。传统的氯碱工业中,阴极电极反应式为 ,而改进设计中反应物改为 ,氧化性提高,可以通过提高反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗。3.(2023湖北)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无生成且 溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为 。下列说法错误的是( )DA.电极反应式为B.离子交换膜为阴离子交换膜C.电解时海水中动能高的水分子可穿过 膜D.海水为电解池补水的速率为【解析】 由题图可知,惰性电极 与电源负极相接,为电解池阴极,电极反应式为;惰性电极 与电源正极相接,为电解池阳极,根据题目信息“阳极无 生成且溶液的浓度不变”,可知阴极生成的 经阴离子交换膜移向阳极,阳极电极反应式为 。电解池的总反应为 ,反应过程中会消耗,为了保持溶液的浓度不变,电解时需补充 ,根据题目信息“透汽不透液态水的膜”可知,动能高的水分子以水蒸气形式存在,可以穿过膜,保持 溶液的浓度不变。由电解总反应可知,每生成会消耗 ,因此需要同时补充,电解生成氢气的速率为,补水的速率也应是 。4.(2023全国甲)用可再生能源电还原 时,采用高浓度的 抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说法正确的是( )CA.析氢反应发生在 电极上B.从电极迁移到 电极C.阴极发生的反应有:D.每转移电子,阳极生成 气体(标准状况)【解析】 电极连接电源正极,为电解池阳极,发生失电子的氧化反应;电极连接电源负极,为电解池阴极,发生得电子的还原反应。析氢反应是将价 还原为0价(形成 ),发生在电解池阴极,即电极。该装置的离子交换膜为质子交换膜,只允许通过, 不能通过。根据题目信息,装置的设计目的是提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,且由题图可知,酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等。阴极第一步:根据题目信息写出谁变成谁,确认得失电子数,注意变价元素原子守恒(中C的化合价可看作,2个价个 价C)(中C的化合价可看作,2个价个 价C)第二步:酸性环境,用 调平电荷第三步:看补 ,用 检查阳极是利用惰性电极电解 溶液,等同电解水,电极反应式为,每转移电子,生成 ,在标准状况下体积为。杰哥补充电解池中阳极需优先考虑电极材料,题目并未说明 电极是否会反应,但D选项指出阳极电解会有气体产物,结合高中所学知识即可确认阳极是电解水生成氧气,因此在考试中一定要“揣摩”命题老师的想法,达到心领神会的境界。5.(2022浙江6月选考)通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的 和,电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒,但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )CA.电极A为阴极,发生还原反应B.电极B的电极反应:C.电解一段时间后溶液中 浓度保持不变D.电解结束,可通过调节除去,再加入 溶液以获得【解析】阴极 阳极根据信息判断阴、阳 极 根据化合价变化可知, (2个共 价)在电极A得电 子变成(为 价),因 此电极A为阴极 根据化合价变化可知,(为 价)在电极B失电子变成(为 价),因此电极B为阳极第一步:确定得失电 子数,写出反应物与 最终产物(变价元素 原子守恒) 2个化合价共的 个化合 价共的阴极 阳极第二步:调平电荷 产物为 ,环境为酸性,用 调平电荷 溶液中,环境为酸性,用调平电荷第三步:看 补 ,用 检查将阴、阳极反应式调 成转移电子数相同后 相加,消掉电子,得 总反应 续表由上述分析可知,电极A为阴极,发生还原反应。电极B的电极反应为。由总反应可知,反应生成了,溶液中 浓度增大。电解结束,可通过调节让形成 沉淀,再加入碳酸钠溶液,从而获得碳酸锂。6.(2022重庆)硝酮是重要的有机合成中间体,可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。下列说法错误的是( )CA.惰性电极2为阳极B.反应前后 数量不变C.消耗氧气,可得到 硝酮D.外电路通过电子,可得到 水【解析】 根据题图知,惰性电极1的电极反应式为 ,因此惰性电极1为阴极,生成的再将 氧化为,可将二丁基 羟基胺氧化为硝酮。惰性电极2的电极反应式为,因此惰性电极2为阳极,生成的可将二丁基 羟基胺氧化为硝酮。惰性电极2为阳极。由题图可知,循环反应,反应前后 数量不变。硝酮的生成有两个途径:,再由 氧化二丁基 羟基胺,根据得失电子守恒找关系量: ;;(【杰哥补充】每1分子二丁基 羟基胺失去2个 原子变成硝酮,化合价升2,失去2个 ),由以上关系量可知,途径①中: 。②将二丁基 羟基胺氧化为硝酮,根据得失电子守恒知 。消耗氧气,惰性电极2上生成 ,同时考虑途径①和②可知,可得到 硝酮(【杰哥支招】也可以直接从总反应角度分析,反应至最后真正得电子的是 ,其还原产物是,1个 反应化合价共降低4;反应至最后真正失电子被氧化的是 ,其氧化产物是 ,生成1个化合价共升高2,总反应式为 ,因此每消耗氧气,可得到 硝酮)。惰性电极1以及后续反应为 ,,③ ,由以上三步骤可知: ,因此外电路通过电子,可得到 水。双极膜在电解池中的应用7.(前沿科技)(2023河北石家庄检测)我国科学家研究发现,在 氧化还原介质的辅助下,可将电解水分离为制氢和制氧两个独立的过程,从而实现低电压下电解水,其电化学原理如图所示。下列说法错误的是( )BA.、 为电源的负极B.向左端闭合时, 电极发生的反应为C.产生等物质的量的和时, 电极质量减小D.向右端闭合时,电解过程中 的物质的量不变【解析】、 为电源的负极。向左端闭合时,电极为阳极,失去电子生成 ,电极反应式为。向左端闭合时,电极上产生转移电子,电极生成 ;向右端闭合时,电极上发生反应,产生 转移电子,电极上发生反应,消耗 ,故产生等物质的量的和时, 电极质量减小。向右端闭合时,电极上发生反应,虽然消耗了 ,但双极膜中水电离产生的会移动到电极附近,且电极上消耗的 与双极膜中水电离产生的的物质的量相同,因此电解过程中 的物质的量不变。8.(2023广东六校联考)“电解法”制备氢碘酸的装置如图所示。其中双极膜 是阴、阳复合膜,在直流电作用下复合层间的解离成和(少量会因为浓度差通过 膜)。下列说法正确的是( )BA.极的电势比 极的低B.A、B膜均为阳离子交换膜C.若撤去A膜,对该电解池的工作无影响D.电解过程中,图中三处 溶液的浓度均不变【解析】.极为阴极,极为阳极,极的电势比 极的高。、B膜均为阳离子交换膜。若撤去A膜,可在极失去电子生成 ,对该电解池的工作有影响。电解过程中,极上水失去电子生成和 ,溶液体积减小,故①室中 溶液的浓度增大;②室中与反应产生,溶液浓度减小;极上得电子生成,同时有等量经 膜补充入⑤室,且溶液体积不变,⑤室 溶液浓度不变。9.(2021全国甲)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的解离为和 ,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是( )DA. 在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B.阳极上的反应式为C.制得乙醛酸,理论上外电路中迁移了 电子D.双极膜中间层中的 在外电场作用下向铅电极方向迁移【解析】 解题前必备知识点:被氧化成(相当于多1个),C化合价升2; 被还原成(相当于少1个 ),C化合价降2。由示意图可知, 在铅电极被还原成由上述分析可知, 不只起到电解质的作用。(相当于1个个),因此铅电极为阴极,双极膜中间层中的 移向阴极,电极反应式为 ; 在石墨电极被氧化成,因此石墨电极为阳极,电极反应式为,生成的 再将. 氧化为 。为阴极的电极反应式。电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸,每转移 电子,阳极与阴极各生成乙醛酸,因此制得 乙醛酸时,理论上外电路中迁移了 电子。根据电解池中离子移动方向为“阴阳相吸”可知,双极膜中间层的在外电场作用下移向阴极,即 移向铅电极。10.(前沿科技)(2023四川攀枝花三模)双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的 转化为而矿化封存,其工作原理如图所示。双极膜中间层中的解离成和 ,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是( )BA.两个双极膜中间层中的 均向左侧迁移B.若碱室中比值增大,则有利于 的矿化封存C.电解一段时间后,酸室中盐酸的浓度增大D.该技术中电解固碳总反应的离子方程式为【解析】.左侧双极膜中的 向左移动进入左侧硝酸钠溶液中,右侧双极膜中的 向左移动进入酸室,故 均向左侧迁移。该装置目的是将捕集的转化为 ,因此含C的离子应尽可能转化成 ,才有利于形成沉淀,若碱室中 比值增大,则不利于 的矿化封存。溶液中的 通过阴离子交换膜进入酸室,右侧双极膜中的 向左移动进入酸室,所以电解一段时间后,酸室中盐酸的浓度增大。根据以上分析,该技术中电解固碳总反应的离子方程式为 。多室电解装置大招13 对应练习解题觉醒第一步,根据装置图判断电解池的阴阳极。第二步,根据题目信息判断原料室/产品室。(1)若为原料室(提供离子),则离子由中间往两边移动。(2)若为产品室(获得离子),则离子由两边往中间移动。第三步,根据电解池离子移动口诀“阴阳相吸”,判断具体是什么离子移动,并确定膜的种类。11.(生态环保)(2023河北名校联考)污水资源化利用既可以缓解水的供需矛盾,又可以减少水污染。化学工作者提出采用电解法除去工业污水中的 ,其原理如图所示,通电前先向污水中加入适量食盐并调整其 维持碱性( 不参与电极反应)。下列说法错误的是( )CA.右侧电极为阳极,氧化 为氮气B.当生成(标准状况)时,电路中通过 电子C.隔膜Ⅰ为阴离子交换膜,隔膜Ⅱ为阳离子交换膜D.通电前向污水中加适量食盐可增强溶液的导电性【解析】 .根据分析知,A项正确、C项错误。左侧电极为阴极,电极反应式为,为,当生成(标准状况)时,电路中通过 电子。通电前向污水中加适量食盐, 为强电解质,溶液中离子浓度增大,溶液的导电性增强。12.次磷酸 是一种在精细磷化工中发挥重要作用的产品,它可用作化学电镀的还原剂,也可用于阻止磷酸树脂的变色,还可用作酯化的催化剂等。一种以次磷酸钠为原料通过电渗析法制备次磷酸的装置如图所示,下列说法错误的是( )CA. 极与电源的负极相连B.离子交换膜1、3为阳离子交换膜C.当、两极共产生气体 (标准状况下)时,产品室增重D.离子交换膜1可有效防止次磷酸的氧化【解析】根据上述分析, 极为阴极,与电源的负极相连。离子交换膜1、3为阳离子交换膜,离子交换膜2为阴离子交换膜。阳极反应式为 、阴极反应式为,当转移电子时,共产生 气体(阳极生成、阴极生成)。现在、两极共产生气体 (标准状况下),气体物质的量为,电路中通过电子的物质的量是 ,则有和 进入产品室,产品室质量会增加。离子交换膜1为阳离子交换膜,可以防止往极(阳极)移动被阳极产物氧化。原电池与电解池综合13.(2022山东,双选)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境 稳定,借助其降解乙酸盐生成,将废旧锂离子电池的正极材料转化为 ,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )BDA.装置工作时,甲室溶液 逐渐增大B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸C.乙室电极反应式为D.若甲室减少,乙室增加 ,则此时已进行过溶液转移【解析】 .装置工作时,电解池阳极(含乙酸盐溶液的电极)电极反应式为 ,生成的经阳膜移向甲室(阴极),甲室溶液 逐渐减小。原电池负极(含乙酸盐溶液的电极)电极反应式也是,但转移电子数相同时乙室消耗的 更多,因此电池工作一段时间后应该补充盐酸。乙室电解质溶液为盐酸,不能用 调平电荷,乙室电极反应式为 。根据关系式:(甲室减少的)(乙室增加的),知甲室减少 ,理论上乙室应增加,现乙室只增加 ,则此时已进行过溶液转移。14.(2023山东枣庄模拟)氯碱工业是高耗能产业,将电解池与燃料电池串联组合的新工艺可节能,装置如图所示。已知:空气中氧气的体积分数为 。下列叙述错误的是( )DA.为,为B.C.标准状况下,若生成,则消耗空气D.燃料电池中阳离子的移动方向是从右侧移向左侧【解析】根据得失电子守恒可得关系式:, ,所以(空气) ,则标准状况下,(空气) 。15.(2023福建名校联考)实验室利用浓差电池实现电解丙烯腈 合成己二腈[NC(CH2)4CN],装置如图所示(实验前,隔膜两侧溶液均为,铜电极质量均为 )。下列说法正确的是( )DA.极为负极,其电极反应式为B.隔膜为阴离子交换膜, 极为阴极C.上述装置理论上可制备 己二腈D.当电解停止时,理论上极与极质量相差【解析】当原电池左室和右室中铜离子浓度相同时放电完毕,设隔膜两侧铜离子浓度变化量为 ,,得 ,所以转移电子的物质的量是 ,由阴极电极反应式可知,理论上可制备 己二腈。由C项分析知,当电解停止时,电极上析出, 电极上溶解,故理论上极与极质量相差 。16.(生态环保)(2023山东泰安二模,双选) 空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化,某兴趣小组用该电池模拟工业CDA.交换膜 为阴离子交换膜B.乙池中总反应的离子方程式为C.当浓缩室得到盐酸时,室溶液的质量变化为 (溶液体积变化忽略不计)D.若甲池有参加反应,则乙池中处理废气和的总体积为处理废气和废水的过程,装置如图所示。下列说法错误的是( )【解析】根据分析知,交换膜 为阴离子交换膜。将乙池中阴、阳极电极反应式得失电子数调成一样后相加,消去 ,得到总反应为丙池左侧电极的电极反应式为 ,当浓缩室得到盐酸时,室转移至浓缩室的 的物质的量为,所以室生成,相当于减少 ,则室溶液的质量变化为 。选项中没有给出气体所处状况,无法计算气体体积。1.(2023浙江杭州联考)科学家利用多晶铜高效催化电解 制乙烯,原理如图所示。已知:电解前后电解液浓度几乎不变。下列说法正确的是( )AA.铂电极为阳极,产生的气体是和B.多晶铜电极的电极反应式为C.通电过程中,溶液中 通过阴离子交换膜向右槽移动D.当电路中通过 电子时,理论上能产生【解析】2.(2023湖北名校检测)科学工作者提出了一种在室温条件下以和甲醇为原料合成碳酸二甲酯的电化学方案,其原理如图所示。下列说法错误的是( )BA.催化电极 连接电源的正极B. 的数目在反应过程中减少C.阴极的电极反应式为D.电路中转移电子时,理论上会产生 碳酸二甲酯【解析】 由题图可知,催化电极上转化为 ,发生氧化反应,则催化电极为阳极,催化电极 连接电源的正极。电池总反应为, 的数目在反应过程中不发生变化(【杰哥支招】在协同转化电池或电解池中,要分清楚哪个是电极反应,哪个是电极区反应,要注意电极及电极区均可能存在多个反应,有些物质在整个过程中会先消耗后生成。)。根据题图可知,阴极(催化电极 )的电极反应式为,电路中转移 电子时,理论上会产生碳酸二甲酯,其质量为 。3.(2023山东青岛检测,双选)设计如图装置处理含甲醇的废水并进行粗铜的精炼。下列说法正确的是( )CDA.甲电极增加的质量等于乙电极减少的质量B.装置工作一段时间后,原电池装置中溶液的 不变C.理论上每产生标准状况下 ,甲电极增重D.原电池正极反应式为【解析】 由题意可知,该装置中左池为原电池,右池为电解池。甲电极为阴极,发生反应 ,乙电极为阳极,先是锌、铁等杂质放电,后是铜放电,因此甲电极增加的质量不等于乙电极减少的质量。原电池装置中总反应为 ,减小,溶液的 增大。根据失,知理论上每产生标准状况下 ,转移的电子为,根据甲电极反应及各电极上转移电子数相等可知,甲电极析出,增重 。由以上分析知,D项正确。4.(2024辽宁大连一中月考)1, 戊二胺( )是生物法制备尼龙材料的重要原料,利用双极膜 电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1, 戊二胺硫酸盐(含 和)转换为1, 戊二胺,实现无害化提取,工作原理如图所示。下列说法错误的是( )DA.极的电势比 极的低B.膜为阳离子交换膜, 膜为阴离子交换膜C.电解过程中,极室溶液的 逐渐减小D.极区每生成气体(标准状况),理论上可生成, 戊二胺【解析】 根据工作原理图,可知生物发酵液中通过膜进入产品室,极附近中的进入产品室,两者反应生成1,戊二胺,则 极为阴极,发生反应 ,阴极的电势比阳极的低。生物发酵液中的通过膜进入产品室,则膜为阳离子交换膜, 极为阳极,生物发酵液中的通过膜进入极室, 膜为阴离子交换膜。极为阳极,极附近中的进入极室,使溶液 逐渐减小。极反应为,则极区每生成 气体 (标准状况),转移电子的物质的量为,有进入产品室,可生成, 戊二胺。5.(2024河北石家庄十七中月考)在直流电源作用下,双极膜中间层中的解离为和,利用双极膜电解池产生的强氧化性羟基自由基处理含苯酚废水和含的烟气的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )CA.电势:电极 电极B.阴极电极反应式为C.每处理苯酚,理论上有 透过膜D.若·OH只与苯酚和 反应,则参加反应的苯酚和物质的量之比为【解析】 极上得电子生成羟基自由基 ,电极反应为,则 极为阴极,连接电源的负极,膜允许 透过进入阴极区,极上产生的羟基自由基将苯酚氧化成; 极为阳极,其电极反应为,则膜允许透过进入阳极区, 极上产生的羟基自由基将氧化为 。阳极电势大于阴极电势。由以上分析知,B项正确。苯酚转化为,失去电子,则每处理 苯酚,理论上有透过膜 。苯酚()失,失 ,根据得失电子守恒知,消耗相同量的·OH,参加反应的苯酚和物质的量之比为 。6.(信息应用)(2024江苏调研)电化学还原 将其转化为其他化学产品是一种综合利用 的好方法。已知:选择性和法拉第效率 的定义:; 。(1) 碱性电化学还原前,先在中性电解液中通电一段时间, 及电流稳定后,再通。在阴极区,和同时得到等物质的量的电子,且阴极区电解液的 几乎保持不变(忽略溶液体积变化)。① 补全阴极产生 的电极反应:___ _______ _____ ___ _____。868② 阴极附近发生反应___________________________(用离子方程式表示),生成的难以放电,降低了。结合上述信息, 的理论最大值为__。③ 结合化学用语分析阳极区产生 的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。阳极电极反应为,阴极区产生的透过阴离子交换膜进入阳极区,发生反应:(2) 控制、电解液中存在时,电化学还原过程中 (其他含碳产物未标出)和 的法拉第效率变化如图3所示。① 结合图3的变化规律,推测 可能的作用是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。大于时,抑制了(阴极)析氢,总体而言提高了电化学还原生成的选择性(或的存在有利于还原生成,不利于生成)② 时,(已折合为标准状况,下同)的 被完全吸收并还原为和,分离后,将和 混合气体通入如图4所示装置(反应完全),出口处收集到气体。则 为_____。【解析】 碱性电化学还原 ,则电极Ⅱ为阴极,电极Ⅰ为阳极。阴极(电极Ⅱ) 阳极(电极Ⅰ)第一步 根据题目信息写出谁变 成谁,确认得失电子 数,注意变价元素原子 守恒 (1个价个 价C) (2个价个0价 )(2个价 个0价)阴极(电极Ⅱ) 阳极(电极Ⅰ)第二步 根据信息调平电荷 用 调平电荷 用 调平电荷第三步 看补 , 用 检查控制、电解液中存在时,电化学还原,则电极Ⅳ为阴极,、 得电子发生还原反应,电极反应式为 (【杰哥提醒】酸性环境,用调平电荷)、 ,电极Ⅲ为阳极, 失电子发生氧化反应,电极反应式为 。(1)①根据分析,阴极产生的电极反应为 。②阴极附近发生反应,若阴极区生成 ,消耗,得电子,生成,也会得到电子,生成 ,共,发生反应,消耗 (【杰哥提醒】关键信息1:阴极区、得电子数目相等。关键信息2:阴极区电解液 不变),阴极区共消耗,根据 。③阳极区发生电极反应 ,溶液中 浓度增大,发生反应,产生 。(2)①结合题图3的变化规律,随着浓度增大,的法拉第效率降低, 可能的作用是降低氢气的法拉第效率。②,的法拉第效率为,将和 混合气体通入题图4所示装置(反应完全),被吸收,出口处收集到(标准状况)气体为 ,的物质的量为,生成的电极反应式为 ,可知生成得到电子,法拉第效率为 ,则通过阴极的电子为,共有被完全吸收并还原为和 ,根据碳原子守恒,的物质的量为,生成 的电极反应式为,可知生成得到 电子,则。谢谢21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源网站兼职招聘:https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin 展开更多...... 收起↑ 资源预览