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第30讲　电解原理的综合应用
[课程标准]　掌握电解原理在解决工农业生产的实际应用。
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1．电解原理常见的考查点
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、电解反应方程式的书写、溶液离子浓度变化及有关计算等。
2．“5点”突破电解综合应用题
(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极反应为“阳氧阴还”。
(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。
(3)注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。
(4)出现介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现OH－，碱性介质不出现H＋；不能想当然地认为金属作阳极，电极产物为金属阳离子。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。
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一、利用电解原理制备物质
1．(2022·山东潍坊二模)科技工作者开发以乙醇为原料制备DDE()的电解装置如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．电源的电极电势：a＞b
B．阳极电极反应式为：C2H5OH＋Cl－－2e－===C2H5OCl＋H＋
C．乙醛为该转化过程的催化剂
D．每产生1 mol DDE，电路中通过2 mol e－
C　[A.电解池阳极连接电源正极，阴极连接电源负极，右侧电极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，则右侧电极为阴极，故左侧电极为阳极，a为正极，b为负极，电极电势a＞b，A正确；B.左侧电极为阳极，电极反应式为：C2H5OH＋Cl－－2e－===C2H5OCl＋H＋，B正确；C.由题图可知，C2H5OCl先转化为CH3CHO，CH3CHO再和C2H5OH反应生成水和DDE，则CH3CHO为中间产物，C错误；D.由题图可知，产生1 mol DDE需要消耗1 mol CH3CHO，而1 mol CH3CH2OH转化为1 mol CH3CHO需要转移2 mol e－，每产生1 mol DDE，电路中通过2 mol e－，D正确。]
2．(双选)(2022·山东模拟预测)科学家利用多晶铜高效催化电解CO2制乙烯，原理如图所示。已知：电解前后电解液浓度几乎不变。下列说法错误的是(　　)
A．铂电极产生的气体是O2和CO2
B．铜电极的电极反应式为2CO2＋12HCO＋12e－===C2H4＋12CO＋4H2O
C．通电过程中，溶液中HCO通过阴离子交换膜向右槽移动
D．当电路中通过0.6 mol电子时，理论上能产生标况下C2H4 1.12 L
BC　[CO2制乙烯，碳的化合价降低，得电子，故多晶铜电极作电解池的阴极；阴极生成HCO，HCO经阴离子交换膜进入阳极区，因电解前后电解液浓度几乎不变，可判断其与水一起失去电子生成O2和CO2。A.据分析，铂电极产生的气体是O2和CO2，A正确；B.铜电极CO2得电子生成乙烯，电极反应式为14CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12HCO，B错误；C.通电过程中，溶液中HCO向阳极移动，即通过阴离子交换膜向左槽移动，C错误；D.根据14CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12HCO，电路中通过0.6 mol 电子时理论上能产生0.05 mol C2H4，即标况下V＝nVm＝0.05 mol×22.4 L/mol＝1.12 L，D正确。]
学生用书?第147页
二、利用电解原理处理污水
3．三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示，在直流电源的作用下，两膜中间的NH和NO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是(　　)
A．a极为电源负极，b极为电源正极
B．c膜是阴离子交换膜，d膜是阳离子交换膜
C．阴极电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
D．当电路中通过2 mol电子的电量时，阳极产生标准状况下的O2 5.6 L
A　[根据题意两极均得到副产品NH4NO3可知，Ⅱ室废水中的NH移向Ⅰ室、NO移向Ⅲ室，根据电解过程中离子的移动方向可知，Ⅰ室石墨电极为阴极，Ⅲ室石墨电极为阳极。阴极所连的a极为电源负极，阳极所连的b极为电源正极，A项正确；c膜通过的是NH，故c膜应为阳离子交换膜，同理可知，d膜为阴离子交换膜，B项错误；阴极上H＋得电子生成氢气，C项错误；阳极上OH－失电子生成氧气，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当电路中通过1 mol电子的电量时，阳极产生标准状态下的O2体积为5.6 L，D项错误。]
4．MFC 电芬顿技术不需要外加能量即可发生，通过产生羟基自由基(·OH)处理有机污染物，可获得高效的废水净化效果。其耦合系统原理示意图如图，下列说法中错误的是(　　)
A.标准状况下，乙池中消耗22.4 L O2时，可以产生2 mol·OH
B．甲池是将化学能转化为电能，其中a极上发生氧化反应
C．电子移动方向为：a→Y，X→b
D．乙池中生成羟基自由基的反应为Fe2＋＋H2O2＋H＋===Fe3＋＋H2O＋·OH
A　[A.乙池中Y电极上的反应为O2＋2H＋＋2e－===H2O2，之后再发生H2O2＋H＋＋Fe2＋===Fe3＋＋H2O＋·OH，当产生1 mol羟基自由基时，需要1 mol H2O2，消耗1 mol 的O2。所以，标准状况下，消耗22.4 L的O2时，产生的是1 mol 的羟基自由基，A错误；B.甲池为原电池，将化学能转化为电能，是燃料电池，b极上氧气被还原，为正极，a电极为负极，发生的是氧化反应，B正确；C.甲池为原电池，a电极为负极，b电极为正极。乙池为电解池，X电极为阳极，Y电极为阴极。串联装置中，电子由原电池负极流向电解池阴极，即a→Y，由电解池的阳极流向原电池正极，即X→b，C正确；D.乙池中Y极为阴极，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，则生成·OH的反应为Fe2＋＋H2O2＋H＋===·OH＋Fe3＋＋H2O，D正确。]
三、利用电解原理处理大气污染
5．SO2和NOx是主要大气污染物，利用如图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是(　　)
A．a极为直流电源的负极，与其相连的电极发生还原反应
B．阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol
C．吸收池中发生反应的离子方程式为：2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
D．阳极发生的反应式为SO2＋2e－＋2H2O===SO＋4H＋
D　[A项，阴极发生还原反应，亚硫酸氢根离子得电子生成硫代硫酸根离子，a是直流电源的负极，正确；B项，阴极发生还原反应，电极反应式为：2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol，正确；C项，硫代硫酸根离子与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气，离子反应方程式为：2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，正确；D项，阳极发生失去电子的氧化反应，错误。]
6．空气污染物NO通常用含Ce4＋的溶液吸收，生成HNO2、NO，再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为无毒物质，同时生成Ce4＋，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．H＋由右室进入左室
B．Ce4＋从电解槽的c口流出，且可循环使用
C．阴极的电极反应式：2HNO2＋6H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
D．若用甲烷燃料电池作为电源，当消耗标准状况下33.6 L甲烷时，理论上可转化HNO2 2 mol
C　[A项，根据电解原理，H＋由左室向右室移动，错误；B项，空气污染物NO通常用含Ce4＋溶液吸收，生成HNO2、NO，N的化合价升高，Ce4＋的化合价降低，然后对此溶液进行电解，又产生Ce4＋，根据电解原理，应在阳极上产生，即Ce4＋从a口流出，可循环使用，错误；C项，根据电解原理，阴极上得电子，化合价降低，HNO2转化为无毒物质，即转化为N2，阴极电极反应式为2HNO2＋6H＋＋6e－===N2↑＋4H2O，正确；D项，3CH4～8HNO2～24e－，标准状况下，33.6 L甲烷参与反应转移电子物质的量为 mol＝12 mol，理论上可转化HNO2的物质的量为 mol＝4 mol，错误。]
四、利用电解原理淡化海水
7．双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是(　　)
学生用书?第148页
A．阴极室发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
C．若去掉双极膜(BP)，阳极室会有Cl2生成
D.电路中每转移1 mol电子，两极共得到0.5 mol气体
D　[阴极室氢离子得电子生成氢气，发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，故A正确；阴极生成氢氧化钠，钠离子穿过M进入阴极室，所以M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，故B正确；若去掉双极膜(BP)，氯离子进入阳极室放电生成氯气，故C正确；电路中每转移1 mol电子，阳极生成0.25 mol氧气、阴极生成0.5 mol氢气，两极共得到0.75 mol气体，故D错误。]
8．电渗析法淡化海水装置示意图如下，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的是(　　)
A．离子交换膜b为阳离子交换膜
B．各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水
C．通电时，电极1附近溶液的pH值比电极2附近溶液的pH值变化明显
D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值
B　[由题图分析可知，电极1为电解池阳极，氯离子放电生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电极2为阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，离子交换膜a是阳离子交换膜，离子交换膜b是阴离子交换膜，A错误；结合阴、阳离子移动方向可知①③⑤⑦为淡水，B正确；由电极反应式可知，电极2附近溶液的pH值比电极1附近溶液pH值变化明显，C错误；淡化过程中，得到的浓缩海水可以提取氯化钠、镁、镍等，有使用价值，D错误。]
真题演练　明确考向
1．(2022·海南卷)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是(　　)
A．在b电极上，N2被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
A　[由装置可知，b电极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－＋4e－===O2↑，据此分析解答；A.由分析可得，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A正确；B.a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；C.改变工作电源的电压，电流强度发生改变，反应速率也会改变，C错误；D.电解过程中，阴极电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，阳极电极反应式为2O2－＋4e－===O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会改变，D错误。]
2．(2022·浙江6月选考)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，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(　　)
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
C　[A.由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为了MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；B.由电解示意图可知，电极B上Mn2＋失电子转化为了MnO2，电极反应式为：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正确；C.电极A为阴极，LiMn2O4得电子，电极反应式为：2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为：2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C错误；D.电解池总反应为：2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确。]
3．(2022·湖北卷)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)2]，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是(　　)
A．生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移2 mol电子
B．阴极上的电极反应为：P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－
C．在电解过程中CN－向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
D　[A.石墨电极发生反应的物质：P4→Li[P(CN)2]，化合价升高发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为：P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－，则生成1 mol Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1 mol电子，A错误；B.阴极上发生还原反应，应该得电子，则P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－为阳极发生的反应，B错误；C.石墨电极：P4→Li[P(CN)2]，发生氧化反应，为阳极，铂电极为阴极，CN－应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；D.由题图可知HCN在阴极放电，产生CN－和H2，而HCN中的H来自LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D正确。]
课时精练(三十)　电解原理的综合应用
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
1．(2022·广东茂名模拟预测)当斯法是经典的制钠方法，电解熔盐(氯化钠和氯化钙)装置如图所示。阳极为碳棒，阴极为圆柱形钢，两极间有交换膜隔开。下列叙述正确的是(　　)
A．氯化钙作助熔剂，流程中存在反应：Ca＋2NaCl===2Na＋CaCl2
B．金属钠的密度大于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在下层
C．每生成1 mol氯气，会有2 mol Na＋穿过铁基交换膜
D．电解槽中应通入CO2作保护气，产品氯气可用钢瓶存放
A　[A.本装置的目的是电解熔融氯化钠，可以联想电解铝工业中的助熔剂冰晶石，加入氯化钙的目的同样为作助熔剂，少量Ca2＋在阴极也会放电，形成钙单质，在熔盐中会发生Ca＋2NaCl===2Na＋CaCl2，选项A正确；B.金属钠在上部收集，所以猜想到钠的密度小于混合盐的密度，(另：钠与水反应中可知，钠的密度比水小，当然小于熔融盐)，选项B不正确；C.若铁基交换膜为阴膜，Na＋无法穿过，若铁基交换膜为阳膜，透过的还有钙离子，钠离子的量无法计算，选项C不正确；D.钠高温与二氧化碳发生反应，应以惰性气体作保护气，如氖，氯气(或液氯)常温下与铁不能反应(需要点燃)能用钢瓶存放，选项D不正确。]
2．H3BO3可以通过电解Na[B(OH)4]溶液的方法制备，其工作原理如图。下列叙述错误的是(　　)
A．M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中：a%＜b%
C．Ⅱ膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸
D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体
D　[A项，M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正确；B项，N室为阴极室，溶液中由水电离的H＋得电子发生还原反应，生成H2，促进水的电离，溶液中OH－浓度增大，即a%＜b%，正确；C项，阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的[B(OH)4]－穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3，则Ⅱ膜为阴膜，正确；D项，每生成1 mol 产品，转移电子的物质的量为1 mol，阴极室生成0.5 mol H2，其标准状况下体积为11.2 L，错误。]
3．(2022·宁夏石嘴山模拟)电渗析法是海水淡化的常用方法之一。一种利用微生物对有机废水进行处理的电化学装置如图所示，该装置在废水处理的同时还可以进行海水淡化。下列说法正确的是(　　)
A．该装置工作时，化学能转化为电能，M为正极
B．X为阴离子交换膜，Y为阳离子交换膜
C．M极电极反应式为CH3CHO＋10OH－－10e－===2CO2↑＋7H2O
D．当有1 mol Na＋通过离子交换膜时，N极消耗的空气体积约为26.7 L
B　[由题图可知，该装置为原电池，是将化学能转化为电能，电极N中氧气发生还原反应，N作正极；电极M中甲醛发生氧化反应，M作负极，故A项错误；电极N中氧气发生还原反应，电极反应式为5O2＋20e－＋10H2O===20OH－，生成阴离子，故钠离子向N极移动，Y为阳离子交换膜，电极M中甲醛发生氧化反应，电极反应式为CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，Cl－向M极移动，X为阴离子交换膜，故B项正确，C错误；N电极反应式为5O2＋20e－＋10H2O===20OH－，当有20 mol Na＋通过离子交换膜时，标准状况消耗氧气的体积为5×22.4 L/mol，标准状况，当有1 mol Na＋通过离子交换膜时，N极消耗的空气体积约为5×5××22.4 L＝28 L，选项无标准状况这一前提，故D项错误。]
4．(2022·北京市八一中学二模)在直流电源作用下，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，利用双极膜电解池产生强氧化性的羟基自由基(·OH)，处理含苯酚废水和含SO2的烟气的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．从膜b进入溶液的离子是H＋
B．阴极电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH
C．每处理9.4 g苯酚，理论上有2.8 mol H＋透过膜a
D．若·OH只与苯酚和SO2反应，则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14
C　[双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，M极上O2得电子与H＋反应生成羟基自由基(·OH)，说明M极为阴极，连接电源的负极，M极上产生的羟基自由基将苯酚氧化生成CO2；N极为阳极，H2O解离产生的OH－失电子产生羟基自由基，羟基自由基将SO2氧化为SO。A.M极上O2得电子生成羟基自由基(·OH)，说明M极为阴极，电解池中阳离子移向阴极，则从膜b进入溶液的离子是H＋，A正确；B.M为阴极，阴极上O2得电子生成羟基自由基(·OH)，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，B正确；C.每1 mol苯酚转化为CO2，转移电子28 mol，每处理9.4 g苯酚即物质的量n＝＝＝0.1 mol，理论上有2.8 mol电子转移，则有2.8 mol H＋透过膜b，C错误；D.若·OH只与苯酚和SO2反应，转移电子数之比为28∶2，则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14，D正确。]
5．(2022·安徽芜湖三模)天津大学研究团队以KOH溶液为电解质，CoP和Ni2P纳米片为催化电极材料，电催化合成偶氮化合物()的装置如图所示(R代表烃基)。下列说法正确的是(　　)
A．CoP极连接直流电源的正极
B．Ni2P电极反应式为RCH2NH2－4e－＋4OH－===RCN＋4H2O
C．合成1 mol偶氮化合物，需转移4 mol电子
D．离子交换膜是阳离子交换膜
B　[A.CoP电极上硝基苯转化为偶氮化合物，发生的是还原反应，为电解池的阴极，CoP极连接直流电源的负极，故A错误；B.Ni2P电极上是RCH2NH2失电子生成RCN，发生氧化反应，Ni2P为阳极，电极反应为：RCH2NH2－4e－＋4OH－===RCN＋4H2O，故B正确；C.CoP电极上硝基苯转化为偶氮化合物，电极反应：2NO2＋8e－＋4H2O===NN＋8OH－，合成1 mol偶氮化合物，要转移8 mol电子，故C错误；D.由Ni2P电极反应式可知，阳极上的反应会消耗OH－，阴极生成OH－，左端OH－通过阴离子交换膜移向右端，所以该离子交换膜是阴离子交换膜，故D错误。]
6．(2022·辽宁二模)目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水，同时获得副产品A和B。其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜，在直流电作用下，双极阴阳膜(BP)复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子源。下列说法正确的是(　　)
A．X电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，BP膜作用是选择性通过Cl－和Na＋
C．电路中每生成标准状况5.6 L气体a，理论上获得副产品A和B各1 mol
D．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
D　[由BP双极膜中H＋、OH－移动方向可知：X电极为电解池的阳极，电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑；Y电极为阴极，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑，电解总反应为2H2O＋2Cl－Cl2↑＋H2↑＋2OH－。精制食盐水中Na＋经过M膜移向产品A室，与BP双极膜中转移过来的OH－结合生成NaOH，所以M膜为阳离子交换膜，精制食盐水中Cl－经过N膜移向产品B室，与BP双极膜中转移过来的H＋结合生成HCl，所以N膜为阴离子交换膜，据此分析解答。A.由以上分析知，X电极为电解池的阳极，电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y电极为阴极，电极反应式为：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A错误；B.由题意可知，精制食盐水中Na＋经过M膜移向产品A室，与BP双极膜中转移过来的OH－结合生成NaOH，所以M膜为阳离子交换膜，精制食盐水中Cl－经过N离子交换膜移向产品B室，与BP双极膜中转移过来的H＋结合生成HCl，所以N膜为阴离子交换膜，BP膜作用是选择性通过H＋和OH－，B错误；C.阳极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，电路中每生成标况5.6 L气体Cl2，其物质的量是0.25 mol，转移电子0.5 mol，理论上获得副产品A(NaOH溶液)和B(HCl溶液)各0.5 mol，C错误；D.“双极膜组”电渗析法从NaCl溶液获得酸(HCl)和碱(NaOH)，由此推知：也可从MX溶液制备相应的酸(HX)和碱(MOH)，D正确。]
7．(2022·新疆二模)电解合成1，2 二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是(　　)
A．a为电源正极
B．该装置总反应为
C．X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D．液相反应为CH2ＦCH2＋2CuCl2===ClCH2CH2Cl＋2CuCl(s)
C　[图中电源b端所连电极发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，说明这一极为电解池的阴极，b为电源负极，NaCl溶液中的Na＋通过阳离子交换膜Y进入右侧阴极区生成NaOH，NaCl溶液中的Cl－通过阴离子交换膜X进入左侧阳极区发生反应CH2= CH2＋2Cl－－2e－===ClCH2CH2Cl。A.据分析可知Cl－在左侧电极失电子被氧化，因此a所连电极为电解池的阳极，a为电源正极，A选项正确；B.该装置中阳极反应式CuCl－e－===Cu2＋＋Cl－，阴极反应式2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应式为CH2ＦCH2＋2NaCl＋2H2OClCH2CH2Cl＋2NaOH＋H2，B选项正确；C.据题目分析可知X、Y依次为阴离子交换膜、阳离子交换膜，C选项错误；D．由物质进出方向可知液相反应为CH2=CH2＋2CuCl2===ClCH2CH2Cl＋2CuCl(s)，D选项正确。]
8．“碳中和”大背景下，一种利用Ag Cu纳米阴极将CO2电化学转化为C2H4或C2H5OH的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．M极应与外接电源的正极相连
B．装置中离子透过膜为阴离子透过膜
C．装置工作时，N极区SO的浓度不变(N极为石墨电极)
D．M极生成乙醇的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O
D　[该装置为电解池装置，M极二氧化碳转变为乙烯、乙醇等，发生还原反应，故M极为阴极，N极为阳极。阴极反应：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O；阳极为水失电子生成氧气和氢离子，故氢离子通过交换膜向左移动，为阳离子交换膜。A.M极为阴极，与外接电源的负极相连，A错误；B.由分析可知，为阳离子交换膜，B错误；C.阳极水失电子，氢离子向左迁移，水减少了，硫酸根离子浓度增大，C错误；D.由分析可知生成乙醇的电极反应为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，D正确。]
9．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。某高校研究团队提出，利用TiO2基催化剂光催化还原CO2转化为甲醇，并利用产生的电能进一步电解制备新型高效净水剂Na2FeO4，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电极c为负极，发生还原反应
B．电极d的电极反应式为2H2O＋4e－===O2↑＋4H＋
C．Fe电极的电势高于Cu电极的电势
D．离子交换膜n、m分别为阴、阳离子交换膜
C　[A.电极c上CO2转化为甲醇其中C元素化合价降低，c为正极，A错误；B.电极d上水转化为氧气，O元素化合价升高，则d为负极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B错误；C.与电源负极相连的是电解池的阴极，则Cu为阴极，Fe为阳极，则Fe电极的电势高于Cu电极的电势，C正确；D.Fe电极区发生的电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，中间室的OH－会通过离子交换膜m移向右室来平衡电荷，则m为阴离子交换膜，Cu电极区发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－浓度增大，中间室Na＋会通过离子交换膜n移向左室来平衡电荷，则n为阳离子交换膜，D错误。]
10．(2022·广东汕头二模)研究微生物燃料电池不仅可以获得高效能源，还能对工业污水等进行处理。利用微生物燃料电池处理含硫废水并电解制备KIO3的原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．光照强度大小不影响KIO3的制备速率
B．右侧电池中K＋通过阳离子交换膜从P极移向Q极
C．电极N处发生电极反应：S－6e－＋4H2O===SO＋8H＋
D．不考虑损耗，电路中每消耗1 mol O2，理论上Q极可制得342.4 g KIO3
C　[A.光照强度大小影响单位时间内生成氧气的量，即影响电流强度，会影响KIO3的制备速率，故A错误；B.铂电极P为阴极，铂电极Q为阳极，阴极生成氢氧根离子，而阳极生成的IO比消耗的OH－少，溶液中K＋通过阳离子交换膜从Q极移向P极，故B错误；C.N极为负极，硫氧化菌将FeSx氧化为S，硫再放电生成SO，负极电极反应式为S－6e－＋4H2O===SO＋8H＋，故C正确；D.不考虑损耗，电路中每消耗1 mol O2，转移电子为4 mol，阳极反应式为I2＋12OH－－10e－===2IO＋6H2O，可知生成KIO3为4 mol×＝0.8 mol，理论上Q极可制得KIO3的质量为0.8 mol×214 g/mol＝171.2 g，故D错误。]
11．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：
(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示：
①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的 (填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为 。
②a极区pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
③图中应使用 (填“阴”或“阳”)离子交换膜。
(2)电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，其化学方程式为 。
用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下：
则D的化学式为 ；阳极的电极反应式为 ；
阳离子迁移方向是 。
(3)电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示：
①阴极的电极反应式为 。
②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为 。
解析：　(1)①根据题意可知，Cl－放电生成ClO2的电极为阳极，接电源的正极。根据元素守恒，有水参加反应，同时生成H＋，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋；②a极区为阴极区，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区OH－浓度增大，溶液的pH增大；③根据溶液中电荷守恒的规律，图中应使用阳离子交换膜。(2)软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH小火加热至熔融，得到K2MnO4，Mn元素化合价由＋4价升为＋6价，则空气中的O2作氧化剂，化学方程式为2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O；电解锰酸钾溶液时，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，K＋通过阳离子交换膜由左侧向右侧迁移，所以D是氢氧化钾溶液，阳极上MnO失电子生成MnO，电极反应式为MnO－e－===MnO。(3)①由题图可知，NO在阴极上得电子生成NH，电极反应式为NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O。②NO在阳极上失电子生成NO，电极反应式为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，电解总反应式为8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，故当实际参加反应的NO为8 mol时，要将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，还应通入2 mol NH3，则n(NH3)∶n(NO)＝2 mol∶8 mol＝1∶4。
答案：　(1)①正极　Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋　②增大　③阳
(2)2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O KOH　MnO－e－===MnO　K＋通过阳离子交换膜由左侧向右侧迁移
(3)①NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O　②1∶4
12．(2022·北京模拟预测)回答下列问题。
(1)氢碘酸也可以用“电解法”制备，装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－；A、B为离子交换膜。
①B膜最佳应选择 。
②阳极的电极反应式是 。
③少量的I－因浓度差通过BPM膜，若撤去A膜，其缺点是 。
(2)利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH，使处理含苯酚(C6H5OH)废水更加高效，装置如图所示。已知a极主要发生的反应是O2生成H2O2，然后在电解液中产生·OH并迅速与苯酚反应。
①b极连接电源的 极(填“正”或“负”)。
②a极的电极反应式为 。
③除电极反应外，电解液中主要发生的反应方程式有 。
解析：　(1)①从题图上看，右端的BPM膜和B膜之间产生NaOH，BPM膜提供OH－，B膜最好是Na＋交换膜；②阳极附近溶液为硫酸溶液，水电离出的氢氧根离子失电子，故阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；③A膜应为阳离子交换膜，阳极产生的H＋透过A膜和少量的I－反应得到少量的HI，若撤去A膜，I－会在阳极失电子得到碘单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板。
(2)①a极主要发生的反应是O2生成H2O2，O元素化合价降低，得到电子，发生还原反应，则a电极为阴极，与电源负极相接，所以b电极为阳极，与电源正极相接；②a电极为阴极，O2得到电子生成H2O2，电解质溶液显酸性，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2；③H2O2分解产生·OH，化学方程式为H2O2===2·OH，·OH与苯酚反应生成无毒的氧化物，该氧化物为CO2，反应的化学方程式为C6H6O＋28·OH===6CO2↑＋17H2O。
答案：　(1)①Na＋交换膜　②2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　③I－会在阳极失电子得到碘单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板　(2)①正　②O2＋2e－＋2H＋===H2O2　③C6H6O＋28·OH===6CO2↑＋17H2O
13．回答下列问题：
(1)我国某科研团队设计了一种电解装置，将CO2和NaCl高效转化为CO和NaClO，原理如图1所示：
通入CO2气体的一极为 (填“阴极”“阳极”“正极”或“负极”)，写出该极的电极反应式： 。
(2)全钒液流电池是利用不同价态的含钒离子在酸性条件下发生反应，其电池结构如图2所示。已知酸性溶液中钒以VO(黄色)、V2＋(紫色)、VO2＋(蓝色)、V3＋(绿色)的形式存在。放电过程中，电池的正极反应式为 ，右侧储液罐中溶液颜色变化为 。
解析：　(1)该装置为电解池，CO2→CO，碳元素化合价降低，发生还原反应，则通入CO2气体的一极为阴极，电极反应式：2H＋＋CO2＋2e－===CO＋H2O；(2)有电子流入的一极为正极，则X为正极，放电时正极上反应式：2H＋＋VO＋e－===VO2＋＋H2O；放电过程中，右罐为负极，电极反应式：V2＋－e－===V3＋，则溶液颜色逐渐由紫色变为绿色。
答案：　(1)阴极　2H＋＋CO2＋2e－===CO＋H2O　(2)2H＋＋VO＋e－===VO2＋＋H2O　溶液颜色由紫色变为绿色

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