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微专题16　电解原理的拓展应用
电解原理及应用是高考高频考点,该类试题往往与生产、生活及新科技等相联系,以装置图或流程图为载体呈现,题材广、信息新,题目具有一定难度。主要考查阴阳极的判断、电极反应式及电解总反应式的书写、溶液离子浓度变化及有关计算等。
一、电解与物质制备
1.(2023·浙江1月选考,11)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置如图,下列说法正确的是(　　)
[A] 石墨电极为阴极,发生氧化反应
[B] 电极A的电极反应:8H++TiO2+SiO2+8e-TiSi+4H2O
[C] 该体系中,石墨优先于Cl-参与反应
[D] 电解时,阳离子向石墨电极移动
2.(2025·陕晋青宁高考适应性考试)为了从海水中提取锂,某团队设计了图示的电解池。保持电源正负极不变,每运行一段时间后,将电极1与4取下互换,电极2与3取下互换,实现锂的富集。下列说法正确的是(　　)
[A] 电路中电子的流向随着电极互换而改变
[B] 电极2上发生的反应为Ag-e-Ag+
[C] 理论上,电极1与电极4的质量之和保持不变
[D] 理论上,电路通过1 mol电子时,有0.5 mol Li+富集在右侧电解液中
二、电解与分离、提纯
3.一种将电氧化法和电还原法联合处理含HCHO的酸性废水的装置如图所示。
下列说法错误的是(　　)
[A] SnO2PdORuO2TiO2电极为阳极
[B] 反应前后Cl-/HClO数量不变
[C] 消耗1 mol氧气,可得到2 mol HCOOH
[D] 外电路转移4 mol电子,能处理60 g HCHO
4.利用电解可以实现烟气中氮氧化物的脱除,同时可以将甲烷转化成乙烯,工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 电解时,电极X与电源的正极相连
[B] 电解时,O2-由电极Y向电极X迁移
[C] 电极Y的电极反应式为2CH4+4e-+2O2-C2H4+2H2O
[D] 若要脱除1 mol NO2,理论上需通入CH4的物质的量为2 mol
三、电解与环境保护
5.(2024·河北石家庄模拟)科学家利用高温固体氧化物燃料电池技术实现了废气资源回收,并得到单质硫。该电池工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] 电子从电极b流出
[B] 电极a的电极反应式为2H2S+2O2-+4e-S2+2H2O
[C] 该电池消耗1 mol H2S转化成的电能理论上小于其燃烧热值
[D] 电路中每通过2 mol电子,则有2 mol O2-流向电极a
6.(2021·辽宁卷,13)利用(Q)与(QH2)电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极,溶液不能通过。下列说法错误的是(　　)
[A] a为电源负极
[B] 溶液中Q的物质的量保持不变
[C] CO2在M极被还原
[D] 分离出的CO2从出口2排出
四、电有机合成
7.(2024·湖南长沙模拟)四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂,如图为以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料,利用光伏并网发电装置采用电渗析法合成(CH3)4NOH,下列叙述正确的是(　　)
[A] a极电极反应式:2(CH3)4N++2H2O-2e-2(CH3)4NOH+H2↑
[B] 制备0.4 mol (CH3)4NOH时,两极共产生 6.72 L 气体(标准状况)
[C] c为阳离子交换膜,d、e均为阴离子交换膜
[D] 保持电流恒定,升高温度可以增大合成(CH3)4NOH的反应速率
微专题16　电解原理的拓展应用
1.C　A.石墨电极发生反应C-2e-+O2-CO,故石墨电极为阳极,错误;B.电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-,错误;C.由题中信息可知,阳极上石墨失电子,而Cl-未失电子,故该体系中,石墨优先于Cl-参与反应,正确;D.石墨电极为阳极,电解时阴离子向石墨电极移动,错误。
2.C　为从海水中提取锂,电极1的电极反应式为FePO4+e-+Li+LiFePO4,则电极1为阴极,电极2为阳极,电极3为阴极,电极4为阳极,在电极4上发生的反应为 LiFePO4-e-Li++FePO4,实现了锂的提取。保持电源正负极不变,则电子流向不变,故A错误;由分析可知,电极2为阳极,海水中有Cl-,则电极2的电极反应式为 Ag-e-+Cl-AgCl,故B错误;由分析可知,通过相同电量,电极1上附着的Li+的量和电极4上失去的Li+的量相等,所以理论上,电极1与电极4的质量之和保持不变,故C正确;根据得失电子守恒,电路中各处的电量相等,所以理论上,电路通过 1 mol电子时,有1 mol Li+富集在右侧电解液中,故D错误。
3.D　在SnO2PdORuO2TiO2电极上Cl-失去电子发生氧化反应,为阳极,故A正确;在反应过程中Cl-/HClO循环利用,反应前后数量不变,故B正确;消耗1 mol氧气,外电路转移
2 mol电子,两极分别生成1 mol H2O2和1 mol HClO,又分别氧化1 mol甲醛生成HCOOH,总共生成 2 mol HCOOH,故C正确;外电路转移4 mol电子,可以处理4 mol甲醛,其质量为120 g,故D错误。
4.D　电极X上NO2→N2,氮元素化合价降低,得电子,故电极X为阴极,与电源的负极相连,A错误;电解池中,阴离子向阳极(电极Y)移动,B错误;电极Y为阳极,电极反应式为2CH4-4e-+2O2-C2H4+2H2O,C错误;若要脱除 1 mol NO2,转移电子4 mol,理论上需通入CH4的物质的量为 2 mol,D正确。
5.C　由电池装置图分析可知,电极a上通入硫化氢生成单质硫,硫元素的化合价升高,故电极a为负极,通入氧气的电极b为正极,电子从电极a流出,A错误;电极a为负极,硫化氢在负极上失去电子,同时结合氧离子生成单质硫和水,故电极a的电极反应式为2H2S+2O2--4e-S2+2H2O,B错误;该电池消耗1 mol H2S转化成的电能理论上不等于其燃烧热值,硫化氢燃烧要生成二氧化硫,释放的热量更多,C正确;电路中每通过 2 mol电子,则有1 mol O2-流向电极a,D错误。
6.C　由题图可知,M极发生的是由(Q)转化为(QH2)的还原反应,故M极为阴极,电极反应式为+2H2O+2e-+2OH-,故与M极相连的a为电源负极,N极为阳极,电极反应式为-2e-+2H+,b为电源正极。由分析可知,a为电源负极,A正确;溶液中Q的物质的量保持不变,B正确;CO2在M极发生的反应为CO2+OH-HC,C错误;在M极上生成的HC向阳极移动,N极上发生的反应为HC+H+H2O+CO2↑,故分离出的CO2从出口2排出,
D正确。
7.B　根据de池中浓度变化得出,钠离子从b极池通过e膜进入de池,氯离子从cd池通过d膜进入de池,由电解池中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动可知,a极为阴极,b极为阳极,a极与Ⅰ极相连,b极与Ⅱ极相连,所以Ⅰ极为负极,Ⅱ极为正极。由上述分析可知,a极为阴极,发生得电子的还原反应,其电极反应式为 2(CH3)4N++2H2O+2e-2(CH3)4NOH+H2↑,故A错误;a极电极反应式为 2(CH3)4N++2H2O+2e-2(CH3)4NOH+H2↑,生成 0.4 mol (CH3)4NOH时,收集氢气0.2 mol,转移电子为 0.4 mol,b极电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,收集氧气为0.1 mol,标准状况下两极可得气体体积为 0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L,故B正确;由上述分析可知,Na+通过e膜,Cl-通过d膜,(CH3)4N+通过c膜,所以c、e为阳离子交换膜,d为阴离子交换膜,故C错误;保持电流恒定,则单位时间内a极得到的电子数目是恒定的,升高温度,合成(CH3)4NOH的速率不变,故D错误。
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电解原理的拓展应用
微专题16
电解原理及应用是高考高频考点,该类试题往往与生产、生活及新科技等相联系,以装置图或流程图为载体呈现,题材广、信息新,题目具有一定难度。主要考查阴阳极的判断、电极反应式及电解总反应式的书写、溶液离子浓度变化及有关计算等。
一、电解与物质制备
1.(2023·浙江1月选考,11)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置如图,下列说法正确的是(　　)
[A] 石墨电极为阴极,发生氧化反应
[B] 电极A的电极反应:8H++TiO2+SiO2+8e- TiSi+4H2O
[C] 该体系中,石墨优先于Cl-参与反应
[D] 电解时,阳离子向石墨电极移动
C
C
二、电解与分离、提纯
3.一种将电氧化法和电还原法联合处理含HCHO的酸性废水的装置如图所示。
下列说法错误的是(　　)
[A] SnO2-PdO-RuO2-TiO2电极为阳极
[B] 反应前后Cl-/HClO数量不变
[C] 消耗1 mol氧气,可得到2 mol HCOOH
[D] 外电路转移4 mol电子,能处理60 g HCHO
D
【解析】 在SnO2-PdO-RuO2-TiO2电极上Cl-失去电子发生氧化反应,为阳极,故A正确;在反应过程中Cl-/HClO循环利用,反应前后数量不变,故B正确;消耗1 mol氧气,外电路转移2 mol电子,两极分别生成1 mol H2O2和
1 mol HClO,又分别氧化1 mol甲醛生成HCOOH,总共生成 2 mol HCOOH,故C正确;外电路转移4 mol电子,可以处理4 mol甲醛,其质量为120 g,故D错误。
4.利用电解可以实现烟气中氮氧化物的脱除,同时可以将甲烷转化成乙烯,工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 电解时,电极X与电源的正极相连
[B] 电解时,O2-由电极Y向电极X迁移
[C] 电极Y的电极反应式为2CH4+4e-+2O2- C2H4+2H2O
[D] 若要脱除1 mol NO2,理论上需通入CH4的物质的量为2 mol
D
三、电解与环境保护
5.(2024·河北石家庄模拟)科学家利用高温固体氧化物燃料电池技术实现了废气资源回收,并得到单质硫。该电池工作原理如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] 电子从电极b流出
[B] 电极a的电极反应式为2H2S+2O2-+4e- S2+2H2O
[C] 该电池消耗1 mol H2S转化成的电能理论上小于其燃烧热值
[D] 电路中每通过2 mol电子,则有2 mol O2-流向电极a
C
C
[A] a为电源负极
[B] 溶液中Q的物质的量保持不变
[C] CO2在M极被还原
[D] 分离出的CO2从出口2排出
四、电有机合成
7.(2024·湖南长沙模拟)四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂,如图为以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料,利用光伏并网发电装置采用电渗析法合成(CH3)4NOH,下列叙述正确的是(　　)
[A] a极电极反应式:2(CH3)4N++2H2O-2e- 2(CH3)4NOH+H2↑
[B] 制备0.4 mol (CH3)4NOH时,两极共产生 6.72 L 气体(标准状况)
[C] c为阳离子交换膜,d、e均为阴离子交换膜
[D] 保持电流恒定,升高温度可以增大合成(CH3)4NOH的反应速率
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