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小题专攻4　电解原理及金属的防护
1.（2025·江西十校协作体第二次联考）电解法能同时处理含多种有害物质的废水，以提高处理效率。如图为双极膜电解池中通过电解产生极强的氧化能力的羟基自由基（·OH），来处理含苯酚废水和含甲醛废水的工作原理。已知：双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。下列说法正确的是（　　）
A.N极连接电源负极，电极反应式为OH－－e－·OH
B.双极膜b为阳离子膜，·OH由H2O得电子直接生成
C.处理含甲醛废水时，该处每生成4.4 g二氧化碳，理论上消耗双极膜中0.4 mol H2O
D.通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2的物质的量之比为7∶6
2.（2025·河北高考10题）科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2（x＜1）再锂化的电化学装置，其示意图如下：
已知：参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是（　　）
A.LixCoO2电极上发生的反应：LixCoO2＋xe－＋xLi＋LiCoO2
B.产生标准状况下5.6 L O2时，理论上可转化 mol的LixCoO2
C.再锂化过程中，S向LixCoO2电极迁移
D.电解过程中，阳极附近溶液pH升高
3.（2025·北京高考14题）用电解Na2SO4溶液（图1）后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取Na2SO4溶液并用图2装置按ⅰ→ⅳ顺序依次完成实验。
实验 电极Ⅰ 电极Ⅱ 电压/Ⅴ 关系
ⅰ 石墨1 石墨2 a a＞d＞c＞b＞0
ⅱ 石墨1 新石墨 b
ⅲ 新石墨 石墨2 c
ⅳ 石墨1 石墨2 d
下列分析不正确的是（　　）
A.a＞0，说明实验ⅰ中形成原电池，反应为2H2＋O22H2O
B.b＜d，是因为ⅱ中电极Ⅱ上缺少H2作为还原剂
C.c＞0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应
D.d＞c，是因为电极Ⅰ上吸附H2的量：ⅳ＞ⅲ
4.（2025·广东茂名二模）如图是一种光电催化装置，它可以将空气中捕获的CO2转化为各种化工原料。下列说法正确的是（　　）
A.工作时，H＋从N区移向M区
B.制备CO时，理论上生成1 mol O2同时，可生成1 mol CO
C.制备CH3OH时，阴极区发生反应：CO2＋6H＋＋6e－CH3OH＋H2O
D.制备HCOOH时，理论上每生成1 mol O2的同时，阳极区溶液减少32 g
5.（2025·广西南宁一模）为适应可再生能源的波动性和间歇性，我国科学家设计了一种电化学装置，其原理如图所示。当闭合K1和K3，打开K2时，装置处于蓄电状态；当打开K1和K3，闭合K2时，装置处于放电状态。放电状态时，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－并分别向两侧迁移。下列有关该电化学装置工作时的说法错误的是（　　）
A.蓄电时，碳锰电极为阳极
B.蓄电时，右池中右侧电极发生的反应为4OH－－4e－2H2O＋O2↑
C.放电时，每消耗1 mol MnO2，理论上有4 mol H＋由双极膜向碳锰电极迁移
D.理论上，该电化学装置运行过程中不需要补充H2SO4和KOH溶液
6.（2025·河北邯郸三调）一种高效除去废水中的的电化学装置如图所示。已知常温下，Ksp（FePO4）＝1.3×10－22，Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39。下列说法正确的是（　　）
A.若以铅蓄电池为电源，则a极应与Pb电极相连
B.阳极发生的电极反应为4Fe2＋＋O2＋4H＋＋44FePO4↓＋2H2O
C.开始电解前应先调节pH约为2，若pH＞4，该电解原理除去的效率更高
D.电路中有0.3 mol电子通过时，理论上最多生成的FePO4的质量为22.65 g
7.（2025·陕晋青宁13题）我国科研人员采用图示的电解池，由百里酚（TY）合成了百里醌（TQ）。电极b表面的主要反应历程见图（灰球表示电极表面催化剂）。下列说法错误的是（　　）
A.电解时，H＋从右室向左室移动
B.电解总反应：TY＋H2OTQ＋2H2↑
C.以为原料，也可得到TQ
D.用18O标记电解液中的水，可得到
8.（2024·吉林高考12题）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为
＋H2。下列说法错误的是（　　）
A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应：2H2O＋2e－2OH－＋H2↑
C.电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D.阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑
9.（2024·广东高考16题）一种基于氯碱工艺的新型电解池（如图），可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是（　　）
A.阳极反应：2Cl－－2e－Cl2↑
B.阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高
C.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
小题专攻4　电解原理及金属的防护
1.C　M电极通入O2，发生反应生成自由基·OH，反应式为O2＋2e－＋2H＋2·OH，M作阴极；双极膜解离产生的OH－移向N极，在N极上失去电子生成·OH，反应式为OH－－e－·OH，N为阳极，与电源的正极相连，A、B错误；甲醛生成CO2电子转移个数为4，生成4.4 g二氧化碳即0.1 mol，电子转移0.4 mol，理论上消耗双极膜中0.4 mol H2O，C正确；根据氧化还原反应规律，1 mol甲醛生成CO2转移4 mol e－，1 mol苯酚生成CO2转移28 mol e－，若有28 mol电子转移，则苯酚生成的CO2为6 mol，甲醛生成的CO2为7 mol，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为6∶7，D错误。
2.B　
由电池分析知，A错误；由电极反应式可知，每产生标准状况下5.6 L（0.25 mol）O2时转移1 mol电子，根据得失电子守恒，理论上转化的LixCoO2的物质的量为 mol，B正确；S为阴离子，应向阳极（即Pt电极）迁移，C错误；由阳极的电极反应式知，电解过程中阳极有H＋生成，且消耗H2O，故阳极附近溶液pH降低，D错误。
3.D　按照图1电解Na2SO4溶液，石墨1为阳极，发生反应2H2O－4e－O2↑＋4H＋，石墨1中会吸附少量氧气；石墨2为阴极，发生反应2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，石墨2中会吸附少量氢气；实验ⅰ会形成原电池，a＞0，反应为2H2＋O22H2O，A正确；因为ⅱ中电极Ⅱ为新石墨，不含有H2，缺少H2作为还原剂，故导致b＜d，B正确；图2中，电极Ⅰ发生还原反应，实验ⅲ中新石墨可能含有空气中的少量氧气，c＞0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应，C正确；d＞c，实验ⅲ与实验ⅳ中电极Ⅰ不同，d＞c，是因为电极Ⅰ上吸附O2的量：ⅳ＞ⅲ，D错误。
4.C　根据图示，M区水失电子放出氧气，M区是阳极区，左侧电极为阳极；N极区是阴极区，右侧电极为阴极。工作时，M区是阳极区、N区是阴极区，H＋从M区移向N区，A错误；理论上生成1 mol O2同时，电路中转移4 mol电子，制备CO时，C元素化合价由＋4降低为＋2，根据电子守恒，可生成2 mol CO，B错误；制备CH3OH时，二氧化碳在阴极区得电子生成甲醇，阴极电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－CH3OH＋H2O，C正确；制备HCOOH时，理论上每生成1 mol O2的同时，电路中转移4 mol电子，有4 mol氢离子从M区移向N区，阳极区溶液减少36 g，D错误。
5.C　蓄电时即为电解池，Mn2＋失电子生成MnO2，碳锰电极为阳极，A正确；蓄电时，右侧电解池中ZnO得电子生成Zn，电极反应式为ZnO＋2e－＋H2OZn＋2OH－，OH－失电子生成O2，电极反应式为4OH－－4e－O2↑＋2H2O，发生的总反应为2ZnO2Zn＋O2↑，B正确；放电时，碳锰电极为正极，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋Mn2＋＋2H2O，每消耗1 mol MnO2，外电路转移2 mol电子，溶液中有2 mol H＋通过双极膜向碳锰电极迁移，C错误；该电化学装置运行过程中H＋得电子生成H2，但实际过程消耗了溶剂水，氢离子浓度增大，OH－失电子生成O2，实际也消耗了溶剂水，氢氧根离子浓度同样增大，则不需要不断补充H2SO4和KOH溶液，D正确。
6.D　由图可知，该电化学装置使转化为FePO4沉淀除去，则铁为阳极，产生Fe2＋，氧气将Fe2＋氧化为Fe3＋，石墨为阴极，故a为正极，b为负极，铅蓄电池中Pb电极为负极，若以铅蓄电池为电源，则b极应与Pb电极相连，A错误；Fe电极为阳极，Fe失去电子生成Fe2＋，电极方程式为Fe－2e－Fe2＋，选项中的是阳极区总反应，而非电极反应，B错误；由Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39可知，Fe3＋完全转化为Fe（OH）3沉淀时，c（OH－）＝＝ mol·L－1≈6.5×10－12 mol·L－1，c（H＋）＝ mol·L－1≈1.5×10－3 mol·L－1，pH＝2.8，开始电解前应先调节pH约为2，抑制Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀，若pH＞4，Fe3＋会转化为Fe（OH）3沉淀，除去P的效率会降低，C错误；Fe电极为阳极，电极方程式为Fe－2e－Fe2＋，电路中有0.3 mol电子通过时，生成0.15 mol Fe2＋，氧气将Fe2＋氧化为Fe3＋，理论上最多生成的FePO4的物质的量为0.15 mol，质量为151 g· mol－1×0.15 mol＝22.65 g，D正确。
7.D　结合TY和TQ的结构简式可知，电极b上TY转化为TQ，发生“得氧失氢”的氧化反应，故电极b为电解池的阳极，结合电极b表面上的主要反应历程图可得，电极反应式为＋H2O－4e－＋4H＋，电极a为电解池的阴极，电极反应式为4H＋＋4e－2H2↑。电解池中，阳离子移向阴极，故H＋通过质子交换膜移向电极a，即从右室移向左室，A正确；电解的总反应＝阳极的电极反应式＋阴极的电极反应式，结合上述分析可知，电解总反应为TY＋H2OTQ＋2H2↑，B正确；根据反应历程图可知，TY中酚羟基转化为酮羰基，水中—OH连在酚羟基的对位上，进而转化为酮羰基，结合的结构并联系反应机理可知，也可以转化为TQ，C正确；根据反应历程图可知，位于甲基邻位的酮羰基上的氧原子来自水，故若用18O标记电解液中的水，则可得到，D错误。
8.A　该装置为带膜电解池。
阳极反应：①HCHO＋OH－－e－→HCOOH＋H2，②HCOOH＋OH－HCOO－＋H2O，阴极反应2H2O－2e－H2↑＋2OH－，即转移2 mol电子时，阴、阳两极各生成1 mol H2，共2 mol H2，而传统电解水：2H2O2H2↑＋O2↑，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误。
9.C　该装置用于湿法冶铁，则左侧电极为阴极，电极反应式为Fe2O3＋6e－＋3H2O2Fe＋6OH－，右侧电极为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－Cl2↑。由上述分析知，A项正确；阴极反应产生OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，B项正确；理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，阳极室有6 mol Cl－放电，同时有6 mol Na＋透过阳离子交换膜进入阴极室，阳极室减少6 mol NaCl，质量为58.5 g·mol－1×6 mol＝351 g，阴极室增加的质量为23 g·mol－1×6 mol＝138 g，C项错误，D项正确。
4 / 4小题专攻4　电解原理及金属的防护
【例1】　（2024·湖北高考14题）我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－[OCH2O]2－＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2－－e－HCOO－＋H·。下列说法错误的是（　　）
A.电解一段时间后阳极区c（OH－）减小
B.理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C.阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－CHOCOOH＋H2O
答案：B
【流程分析】
【例2】　（2024·浙江6月选考13题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。如图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：
下列说法正确的是（　　）
A.图1、图2中，阳极材料本身均失去电子
B.图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2＋4e－＋2H2O4OH－
C.图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果
D.图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应
答案：B
【流程分析】
【模型构建】
1.电解原理应用解题思路
2.离子交换膜的原理及作用分析
（1）离子交换膜
（2）新型交换膜——双极膜
①示意图
②双极膜是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产生H＋和OH－，可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。
1.（2024·广东高考5题）我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是（　　）
A.钢铁外壳为负极
B.镶嵌的锌块可永久使用
C.该法为外加电流法
D.锌发生反应：Zn－2e－Zn2＋
2.（2025·甘肃高考12题）我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水（pH＝8.2）电解系统（如图），以新型MoNi/NiMoO4为催化剂（生长在泡沫镍电极上），在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是（　　）
A.将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率
B.在外电路中，电子从电极1流向电极4
C.电极3的反应为4OH－－4e－2H2O＋O2↑
D.理论上，每通过2 mol电子，可产生1 mol H2
3.（2024·山东高考13题）以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.电极a连接电源负极
B.加入Y的目的是补充NaBr
C.电解总反应式为Br－＋3H2OBr＋3H2↑
D.催化阶段反应产物物质的量之比n（Z）∶n（Br－）＝3∶2
4.（2024·湖南高考10题）在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是（　　）
A.电解时，OH－向Ni电极移动
B.生成C6的电极反应：2C3N8H4＋8OH－－4e－C6＋8H2O
C.电解一段时间后，溶液pH升高
D.每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16
　
1.（2025·湖南高考9题）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.电解过程中，K＋向左室迁移
B.电解过程中，左室中N的浓度持续下降
C.用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色
D.N完全转化为NH3的电解总反应：N＋8Cl－＋6H2ONH3↑＋9OH－＋4Cl2↑
2.（2025·云南高考11题）一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。除硼原理：＋H＋B（OH）3＋H2O。下列说法错误的是（　　）
A.Pt电极反应：4OH－－4e－O2↑＋2H2O
B.外加电场可促进双极膜中水的电离
C.Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D.Ⅳ室每生成1 mol NaOH，同时Ⅱ室最多生成1 mol B（OH）3
3.（2025·湖北高考15题）某电化学制冷系统的装置如图所示。和在电极上发生相互转化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动（①→②→③→④→①）实现制冷。装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是（　　）
A.阴极反应为＋e－
B.已知②处的电解液温度比①处的低，可推断比稳定
C.多孔隔板可以阻止阴极区和阳极区间的热交换
D.已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自电子转移后和结构的改变
4.（2025·河南高考12题）一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是（　　）
A.Ⅱ为阳离子交换膜
B.电极a附近溶液的pH减小
C.电极b上发生的电极反应为
[Fe（CN）6]4－＋e－[Fe（CN）6]3－
D.若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5 g NaCl，理论上可回收1 mol LiCl
小题专攻4　电解原理及金属的防护
【真题研做·明确考向】
1.D　钢铁外壳、锌块、海水形成原电池，锌比铁活泼，锌块为负极，钢铁外壳为正极，A项错误；镶嵌的锌块为负极，发生氧化反应转化为Zn2＋，需要定期更换，B项错误；该法利用原电池原理，为牺牲阳极法，C项错误；锌为负极，发生反应：Zn－2e－Zn2＋，D项正确。
2.D　由题图可知，电极1上发生转化Mg→Mg（OH）2，则电极1为原电池的负极，电极2为原电池的正极，电极3与原电池正极相连，为电解池阳极，同理电极4为电解池阴极，结合题目信息海水pH＝8.2可得各电极的电极反应式，电极1：Mg＋2OH－－2e－Mg（OH）2；电极2：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－；电极3：4OH－－4e－O2↑＋2H2O；电极4：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－。将催化剂生长在泡沫镍电极上，可增大催化剂与反应物的接触面积，提高催化效率，A正确；由上述分析可知，电极1为原电池负极，故外电路中电子从电极1流向电极4，B正确；由电池分析可知，C正确；由得失电子守恒可知，理论上，电路中每通过2 mol电子，电极2和电极4均产生1 mol H2，共产生2 mol H2，D错误。
3.B　
4.B　
根据电解总反应：2C3N8H4＋4OH－C6＋4H2O＋2H2↑可知，每生成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6H16，但Pt电极伴随少量O2生成，发生电极反应：4OH－－4e－O2↑＋2H2O，则生成1 mol H2时得到的部分电子由OH－放电产生O2提供，所以生成K4C6H16小于0.5 mol，D错误。
【对点演练·能力培养】
1.B　电池分析：左侧电极上N转化为N、NH3，N的化合价降低，发生还原反应，故左侧电极为阴极；右侧电极上Cl－转化为Cl2，Cl的化合价升高，发生氧化反应，故右侧电极为阳极。左侧电极为阴极，电解时阳离子向阴极迁移，则K＋向左室迁移，A项正确；电解过程中左室中N转化为N，N转化为NH3，N是中间产物，其浓度变化取决于生成速率和消耗速率的相对快慢，若前者比后者快，则N浓度增大，B项错误；b处产生Cl2，Cl2能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色，C项正确；左室阴极反应为N＋8e－＋6H2ONH3↑＋9OH－，右室阳极反应为8Cl－－8e－4Cl2↑，则电解总反应为N＋8Cl－＋6H2ONH3↑＋9OH－＋4Cl2↑，D项正确。
2.C　由图中H＋和OH－的流向，可推出左侧Pt电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极发生的反应为4OH－－4e－O2↑＋2H2O，阴极发生的反应为2H＋＋2e－H2↑，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子往阴极方向移动，氯离子往阳极方向移动，A正确；在外加电场作用下，使H＋和OH－往两侧移动，降低了浓度，可促进双极膜中水的电离，B正确；Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明Na＋往阴极方向移动，Cl－往阳极方向移动，即Na＋往右侧移动，通过Y膜，则Y膜为阳离子交换膜，Cl－往左侧移动，通过X膜，则X膜为阴离子交换膜，C错误；Ⅳ室每生成1 mol NaOH，则转移1 mol电子，有1 mol氢离子移到Ⅱ室中，生成1 mol B（OH）3，D正确。
3.B　由图可知，左侧电极发生反应－e－，则左侧为阳极，右侧电极反应为＋e－，则右侧电极为阴极，A正确；已知②处的电解液温度比①处的低，则可推断＋e－是吸热反应，则更稳定，B错误；多孔隔板可以阻止两电极区的溶液对流，可阻止热交换，C正确；题干明确指出电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。这意味着电子转移（即氧化还原反应）本身不会直接导致结构变化，热效应实际上来源于电子转移完成后，新生成的离子：和因配位环境或电荷分布变化引起的结构重组导致热量变化，D正确。
4.D　根据电解池装置中电极上物质变化及实现海水淡化，并以LiCl形式回收锂元素，对电解池进行如下具体分析：
为实现海水的淡化，海水中Na＋应通过离子交换膜Ⅰ进入最左侧，为以LiCl形式回收锂元素，海水中Cl－应通过离子交换膜Ⅱ向右侧迁移，Li＋应通过离子交换膜Ⅲ向左侧迁移，故离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜，A错误；由阴极反应知，电极a附近溶液的pH增大，B错误；由上述分析知，C错误；每脱除58.5 g（1 mol）NaCl，溶液中有1 mol Na＋、1 mol Cl－和1 mol Li＋迁移，所以可回收1 mol LiCl，D正确。
5 / 5(共56张PPT)
小题专攻4
电解原理及金属的防护
02
真题研做
01
典例分析
模型构建
明确考向
03
对点演练
能力培养
04
课后作业
巩固提升
目 录
contents
典例分析 模型构建
【例1】　（2024·湖北高考14题）我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，
甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋
OH－ [OCH2O]2－＋H2O。Cu电极上发生的电
子转移反应为[OCH2O]2－－e－ HCOO－＋H·。
下列说法错误的是（　　）
A. 电解一段时间后阳极区c（OH－）减小
B. 理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C. 阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－ 2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D. 阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－ CHOCOOH＋H2O
√
【流程分析】
【例2】　（2024·浙江6月选考13题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐
蚀快慢与材料种类、所处环境有关。如图为两种对海水中钢闸门的防腐措
施示意图：
A. 图1、图2中，阳极材料本身均失去电子
B. 图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2＋4e－＋2H2O 4OH－
C. 图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果
D. 图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应
下列说法正确的是（　　）
√
【流程分析】
【模型构建】
1. 电解原理应用解题思路
2. 离子交换膜的原理及作用分析
（1）离子交换膜
（2）新型交换膜——双极膜
①示意图
②双极膜是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子
选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水
电离产生H＋和OH－，可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两
侧的半反应提供各自理想的pH条件。
真题研做 明确考向
1. （2024·广东高考5题）我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵
一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学
原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是（　　）
A. 钢铁外壳为负极
B. 镶嵌的锌块可永久使用
C. 该法为外加电流法
D. 锌发生反应：Zn－2e－ Zn2＋
√
解析：钢铁外壳、锌块、海水形成原电池，锌比铁活泼，锌块为负极，钢铁外壳为正极，A项错误；镶嵌的锌块为负极，发生氧化反应转化为Zn2＋，需要定期更换，B项错误；该法利用原电池原理，为牺牲阳极法，C项错误；锌为负极，发生反应：Zn－2e－ Zn2＋，D项正确。
2. （2025·甘肃高考12题）我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海
水（pH＝8.2）电解系统（如图），以新
型MoNi/NiMoO4为催化剂（生长在泡沫镍
电极上），在电池和电解池中同时产生氢
气。下列关于该系统的说法错误的是（　）
A. 将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率
B. 在外电路中，电子从电极1流向电极4
C. 电极3的反应为4OH－－4e－ 2H2O＋O2↑
D. 理论上，每通过2 mol电子，可产生1 mol H2
√
解析：　由题图可知，电极1上发生转化Mg→Mg（OH）2，则电极1为原
电池的负极，电极2为原电池的正极，电极3与原电池正极相连，为电解池
阳极，同理电极4为电解池阴极，结合题目信息海水pH＝8.2可得各电极的
电极反应式，电极1：Mg＋2OH－－2e－ Mg（OH）2；电极2：2H2O＋
2e－ H2↑＋2OH－；电极3：4OH－－4e－ O2↑＋2H2O；电极4：2H2O
＋2e－ H2↑＋2OH－。将催化剂生长在泡沫镍电极上，可增大催化剂与
反应物的接触面积，提高催化效率，A正确；由上述分析可知，电极1为原
电池负极，故外电路中电子从电极1流向电极4，B正确；由电池分析可
知，C正确；由得失电子守恒可知，理论上，电路中每通过2 mol电子，电
极2和电极4均产生1 mol H2，共产生2 mol H2，D错误。
3. （2024·山东高考13题）以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr
溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和
O2，装置如图所示。下列说法错误的是（　　）
A. 电极a连接电源负极
B. 加入Y的目的是补充NaBr
C. 电解总反应式为Br－＋3H2O Br ＋3H2↑
D. 催化阶段反应产物物质的量之比n（Z）∶n（Br－）＝3∶2
√
解析：　
4. （2024·湖南高考10题）在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质
K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是
（　　）
A. 电解时，OH－向Ni电极移动
B. 生成C6 的电极反应：2C3N8H4＋8OH－－4e－ C6 ＋8H2O
C. 电解一段时间后，溶液pH升高
D. 每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16
√
解析：
根据电解总反应：2C3N8H4＋4OH－ C6 ＋4H2O＋2H2↑可知，每生
成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6H16，但Pt电极伴随少量O2生成，发生电极
反应：4OH－－4e－ O2↑＋2H2O，则生成1 mol H2时得到的部分电子由
OH－放电产生O2提供，所以生成K4C6H16小于0.5 mol，D错误。
对点演练 能力培养
1. （2025·湖南高考9题）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所
示。下列说法错误的是（　　）
A. 电解过程中，K＋向左室迁移
B. 电解过程中，左室中N 的浓度持续下降
C. 用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色
D. N 完全转化为NH3的电解总反应：N ＋8Cl－
＋6H2O NH3↑＋9OH－＋4Cl2↑
√
解析：电池分析：左侧电极上N 转化为N 、NH3，N的化合价降低，发生还原反应，故左侧电极为阴极；右侧电极上Cl－转化为Cl2，Cl的化合价升高，发生氧化反应，故右侧电极为阳极。左侧电极为阴极，电解时阳离子向阴极迁移，则K＋向左室迁移，A项正确；电解过程中左室中N 转化为N ，N 转化为NH3，N 是中间产物，其浓度变化取决于生成速率和消耗速率的相对快慢，若前者比后者快，则N 浓度增大，B项错误；b处产生Cl2，Cl2能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色，C项正确；左室阴极反应为N ＋8e－＋6H2O NH3↑＋9OH－，右室阳极反应为8Cl－－8e－ 4Cl2↑，则电解总反应为N ＋8Cl－＋6H2O NH3↑＋9OH－＋4Cl2↑，D项正确。
2. （2025·云南高考11题）一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所
示，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。除硼原理：
＋H＋ B（OH）3＋H2O。下列说法错误的是（　　）
A. Pt电极反应：4OH－－4e－ O2↑＋2H2O
B. 外加电场可促进双极膜中水的电离
C. Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D. Ⅳ室每生成1 mol NaOH，同时Ⅱ室最多生成1 mol B（OH）3
√
解析：　由图中H＋和OH－的流向，可推出左侧Pt电极为阳极，右侧石墨
电极为阴极，阳极发生的反应为4OH－－4e－ O2↑＋2H2O，阴极发生的
反应为2H＋＋2e－ H2↑，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子往阴极
方向移动，氯离子往阳极方向移动，A正确；在外加电场作用下，使H＋和
OH－往两侧移动，降低了浓度，可促进双极膜中水的电离，B正确；Ⅲ室
中氯化钠浓度降低了，说明Na＋往阴极方向移动，Cl－往阳极方向移动，即
Na＋往右侧移动，通过Y膜，则Y膜为阳离子交换膜，Cl－往左侧移动，通
过X膜，则X膜为阴离子交换膜，C错误；Ⅳ室每生成1 mol NaOH，则转移
1 mol电子，有1 mol氢离子移到Ⅱ室中，生成1 mol B（OH）3，D正确。
3. （2025·湖北高考15题）某电化学制冷系统的装置如图所示。
和 在电极上发生相互转化，伴随着热量的
吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动（①→②→③→④→①）
实现制冷。装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。
下列描述错误的是（　　）
A. 阴极反应为 ＋e－
B. 已知②处的电解液温度比①处的低，可推断 比
稳定
C. 多孔隔板可以阻止阴极区和阳极区间的热交换
D. 已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自电
子转移后 和 结构的改变
√
解析：由图可知，左侧电极发生反应 －e－ ，则左侧为阳极，右侧电极反应为
＋e－ ，则右侧电极为阴极，A正确；已知②处的电解
液温度比①处的低，则可推断 ＋e－
是吸热反应，则 更稳定，B错误；多孔隔板可以阻止两电
极区的溶液对流，可阻止热交换，C正确；题干明确指出电子转移过程非
常快，物质结构来不及改变。这意味着电子转移（即氧化还原反应）本身
不会直接导致结构变化，热效应实际上来源于电子转移完成后，新生成的
离子： 和 因配位环境或电荷分布变化引
起的结构重组导致热量变化，D正确。
4. （2025·河南高考12题）一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂
元素，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是（　　）
A. Ⅱ为阳离子交换膜
B. 电极a附近溶液的pH减小
C. 电极b上发生的电极反应为[Fe（CN）6]4－＋e－ [Fe（CN）6]3－
D. 若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5 g NaCl，理论上可回收1 mol
LiCl
√
解析：根据电解池装置中电极上物质变化及实现海水淡化，并以LiCl形式回收锂元素，对电解池进行如下具体分析：
为实现海水的淡化，海水中Na＋应通过离子交换膜Ⅰ进入最左侧，为以LiCl形式回收锂元素，海水中Cl－应通过离子交换膜Ⅱ向右侧迁移，Li＋应通过离子交换膜Ⅲ向左侧迁移，故离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜，A错误；由阴极反应知，电极a附近溶液的pH增大，B错误；由上述分析知，C错误；每脱除58.5 g（1 mol）NaCl，溶液中有1 mol Na＋、1 mol Cl－和1 mol Li＋迁移，所以可回收1 mol LiCl，D正确。
课后作业 巩固提升
1. （2025·江西十校协作体第二次联考）电解法能同时处理含多种有害物
质的废水，以提高处理效率。如图为双极膜电解池中通过电解产生极强的
氧化能力的羟基自由基（·OH），来处理含苯酚废水和含甲醛废水的工作
原理。已知：双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。下列说法正确的是
（　　）
1
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3
4
5
6
7
8
9
A. N极连接电源负极，电极反应式为OH－－e－ ·OH
B. 双极膜b为阳离子膜，·OH由H2O得电子直接生成
C. 处理含甲醛废水时，该处每生成4.4 g二氧化碳，理论上消耗双极膜中
0.4 mol H2O
D. 通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2的物质的量之比为
7∶6
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析：　M电极通入O2，发生反应生成自由基·OH，反应式为O2＋2e－＋
2H＋ 2·OH，M作阴极；双极膜解离产生的OH－移向N极，在N极上失
去电子生成·OH，反应式为OH－－e－ ·OH，N为阳极，与电源的正极
相连，A、B错误；甲醛生成CO2电子转移个数为4，生成4.4 g二氧化碳即
0.1 mol，电子转移0.4 mol，理论上消耗双极膜中0.4 mol H2O，C正确；
根据氧化还原反应规律，1 mol甲醛生成CO2转移4 mol e－，1 mol苯酚生成
CO2转移28 mol e－，若有28 mol电子转移，则苯酚生成的CO2为6 mol，甲
醛生成的CO2为7 mol，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为
6∶7，D错误。
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9
2. （2025·河北高考10题）科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2（x＜1）再锂化的电化学装置，其示意图如右：
已知：参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件，不干
扰电极反应。下列说法正确的是（　　）
A. LixCoO2电极上发生的反应：LixCoO2＋xe－＋xLi＋ LiCoO2
B. 产生标准状况下5.6 L O2时，理论上可转化 mol的LixCoO2
C. 再锂化过程中，S 向LixCoO2电极迁移
D. 电解过程中，阳极附近溶液pH升高
√
1
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4
5
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解析：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
由电池分析知，A错误；由电极反应式可知，每产生标准状况下5.6 L
（0.25 mol）O2时转移1 mol电子，根据得失电子守恒，理论上转化的
LixCoO2的物质的量为 mol，B正确；S 为阴离子，应向阳极（即Pt
电极）迁移，C错误；由阳极的电极反应式知，电解过程中阳极有H＋生
成，且消耗H2O，故阳极附近溶液pH降低，D错误。
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9
3. （2025·北京高考14题）用电解Na2SO4溶液（图1）后的石墨电极
1、2探究氢氧燃料电池，重新取Na2SO4溶液并用图2装置按ⅰ→ⅳ顺序
依次完成实验。
实验 电极Ⅰ 电极Ⅱ 电压/Ⅴ 关系
ⅰ 石墨1 石墨2 a a＞d＞c＞b＞0
ⅱ 石墨1 新石墨 b ⅲ 新石墨 石墨2 c ⅳ 石墨1 石墨2 d 1
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5
6
7
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9
下列分析不正确的是（　　）
A. a＞0，说明实验ⅰ中形成原电池，反应为2H2＋O2 2H2O
B. b＜d，是因为ⅱ中电极Ⅱ上缺少H2作为还原剂
C. c＞0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应
D. d＞c，是因为电极Ⅰ上吸附H2的量：ⅳ＞ⅲ
√
1
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解析：按照图1电解Na2SO4溶液，石墨1为阳极，发生反应2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，石墨1中会吸附少量氧气；石墨2为阴极，发生反应2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，石墨2中会吸附少量氢气；实验ⅰ会形成原电池，a＞0，反应为2H2＋O2 2H2O，A正确；因为ⅱ中电极Ⅱ为新石墨，不含有H2，缺少H2作为还原剂，故导致b＜d，B正确；图2中，电极Ⅰ发生还原反应，实验ⅲ中新石墨可能含有空气中的少量氧气，c＞0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应，C正确；d＞c，实验ⅲ与实验ⅳ中电极Ⅰ不同，d＞c，是因为电极Ⅰ上吸附O2的量：ⅳ＞ⅲ，D错误。
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9
4. （2025·广东茂名二模）如图是一种光电催化装置，它可以将空气中捕获的CO2转化为各种化工原料。下列说法正确的是（　　）
A. 工作时，H＋从N区移向M区
B. 制备CO时，理论上生成1 mol O2同时，可生成1 mol CO
C. 制备CH3OH时，阴极区发生反应：CO2＋6H＋＋6e－ CH3OH＋H2O
D. 制备HCOOH时，理论上每生成1 mol O2的同时，阳极区溶液减少32 g
√
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解析：根据图示，M区水失电子放出氧气，M区是阳极区，左侧电极为
阳极；N极区是阴极区，右侧电极为阴极。工作时，M区是阳极区、N区是
阴极区，H＋从M区移向N区，A错误；理论上生成1 mol O2同时，电路中转
移4 mol电子，制备CO时，C元素化合价由＋4降低为＋2，根据电子守恒，
可生成2 mol CO，B错误；制备CH3OH时，二氧化碳在阴极区得电子生成
甲醇，阴极电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－ CH3OH＋H2O，C正确；制
备HCOOH时，理论上每生成1 mol O2的同时，电路中转移4 mol电子，有4
mol氢离子从M区移向N区，阳极区溶液减少36 g，D错误。
1
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5. （2025·广西南宁一模）为适应可再生能源的波动性和间歇性，我国科
学家设计了一种电化学装置，其原理如图所示。当闭合K1和K3，打开K2
时，装置处于蓄电状态；当打开K1和
K3，闭合K2时，装置处于放电状态。
放电状态时，双极膜中间层中的H2O
解离为H＋和OH－并分别向两侧迁移。
下列有关该电化学装置工作时的说法
错误的是（　　）
1
2
3
4
5
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9
A. 蓄电时，碳锰电极为阳极
B. 蓄电时，右池中右侧电极发生的反应为4OH－－4e－ 2H2O＋O2↑
C. 放电时，每消耗1 mol MnO2，理论上有4 mol H＋由双极膜向碳锰电极迁移
D. 理论上，该电化学装置运行过程中不需要补充H2SO4和KOH溶液
√
1
2
3
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9
解析：蓄电时即为电解池，Mn2＋失电子生成MnO2，碳锰电极为阳极，A正确；蓄电时，右侧电解池中ZnO得电子生成Zn，电极反应式为ZnO＋2e－＋H2O Zn＋2OH－，OH－失电子生成O2，电极反应式为4OH－－4e－ O2↑＋2H2O，发生的总反应为2ZnO 2Zn＋O2↑，B正确；放电时，碳锰电极为正极，电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋ Mn2＋＋2H2O，每消耗1 mol MnO2，外电路转移2 mol电子，溶液中有2 mol H＋通过双极膜向碳锰电极迁移，C错误；该电化学装置运行过程中H＋得电子生成H2，但实际过程消耗了溶剂水，氢离子浓度增大，OH－失电子生成O2，实际也消耗了溶剂水，氢氧根离子浓度同样增大，则不需要不断补充H2SO4和KOH溶液，D正确。
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6. （2025·河北邯郸三调）一种高效除去废水中的 的电化学装置如图所示。已知常温下，Ksp（FePO4）＝1.3×10－22，Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39。下列说法正确的是（　　）
A. 若以铅蓄电池为电源，则a极应与Pb电极相连
B. 阳极发生的电极反应为4Fe2＋＋O2＋4H＋＋4 4FePO4↓＋2H2O
C. 开始电解前应先调节pH约为2，若pH＞4，该电解原理除去 的效率更高
D. 电路中有0.3 mol电子通过时，理论上最多生成的FePO4的质量为22.65 g
√
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解析：由图可知，该电化学装置使 转化为FePO4沉淀除去，则铁为阳极，产生Fe2＋，氧气将Fe2＋氧化为Fe3＋，石墨为阴极，故a为正极，b为负极，铅蓄电池中Pb电极为负极，若以铅蓄电池为电源，则b极应与Pb电极相连，A错误；Fe电极为阳极，Fe失去电子生成Fe2＋，电极方程式为Fe－2e－ Fe2＋，选项中的是阳极区总反应，而非电极反应，B错误；由Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39可知，Fe3＋完全转化为Fe（OH）3沉淀时，c（OH－）＝ ＝ mol·L－1≈6.5×10－12 mol·L－1，c（H＋）＝ mol·L－1≈1.5×10－3 mol·L－1，pH＝2.8，开始电解前
1
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9
应先调节pH约为2，抑制Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀，若pH＞4，Fe3＋会转
化为Fe（OH）3沉淀，除去P 的效率会降低，C错误；Fe电极为阳极，
电极方程式为Fe－2e－ Fe2＋，电路中有0.3 mol电子通过时，生成0.15
mol Fe2＋，氧气将Fe2＋氧化为Fe3＋，理论上最多生成的FePO4的物质的量为
0.15 mol，质量为151 g· mol－1×0.15 mol＝22.65 g，D正确。
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7. （2025·陕晋青宁13题）我国科研人员采用图示的电解池，由百里酚
（TY）合成了百里醌（TQ）。电极b表面的主要反应历程见图（灰球表示
电极表面催化剂）。下列说法错误的是（　　）
A. 电解时，H＋从右室向左室移动
B. 电解总反应：TY＋H2O TQ＋2H2↑
C. 以 为原料，也可得到TQ
D. 用18O标记电解液中的水，可得到
√
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解析：　结合TY和TQ的结构简式可知，电极b上TY转化为TQ，发生
“得氧失氢”的氧化反应，故电极b为电解池的阳极，结合电极b表面上的
主要反应历程图可得，电极反应式为 ＋H2O－4e－ ＋4H
＋，电极a为电解池的阴极，电极反应式为4H＋＋4e－ 2H2↑。电解池
中，阳离子移向阴极，故H＋通过质子交换膜移向电极a，即从右室移向左
室，A正确；电解的总反应＝阳极的电极反应式＋阴极的电极反应式，结
合上述分析可知，电解总反应为TY＋H2O TQ＋2H2↑，B正确；
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根据反应历程图可知，TY中酚羟基转化为酮羰基，水中—OH连在酚羟基
的对位上，进而转化为酮羰基，结合 的结构并联系反应机理可
知， 也可以转化为TQ，C正确；根据反应历程图可知，位于甲基邻
位的酮羰基上的氧原子来自水，故若用18O标记电解液中的水，则可得
到 ，D错误。
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8. （2024·吉林高考12题）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解
水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合
HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理
为 ＋ H2。下列说法错误的是（　　）
A. 相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B. 阴极反应：2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑
C. 电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D. 阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－ 2HCOO－＋2H2O＋H2↑
√
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解析：该装置为带膜电解池。
阳极反应：①HCHO＋OH－－e－→HCOOH＋ H2，②HCOOH＋OH－
HCOO－＋H2O，阴极反应2H2O－2e－ H2↑＋2OH－，即转移2 mol电子
时，阴、阳两极各生成1 mol H2，共2 mol H2，而传统电解水：2H2O
2H2↑＋O2↑，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H2，所以相同电量下H2
理论产量是传统电解水的2倍，A错误。
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9. （2024·广东高考16题）一种基于氯碱工艺的新型电解池（如图），可
用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是（　　）
A. 阳极反应：2Cl－－2e－ Cl2↑
B. 阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高
C. 理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D. 理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
√
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解析：该装置用于湿法冶铁，则左侧电极为阴极，电极反应式为Fe2O3＋6e－＋3H2O 2Fe＋6OH－，右侧电极为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－ Cl2↑。由上述分析知，A项正确；阴极反应产生OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，B项正确；理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，阳极室有6 mol Cl－放电，同时有6 mol Na＋透过阳离子交换膜进入阴极室，阳极室减少6 mol NaCl，质量为58.5 g·mol－1×6 mol＝351 g，阴极室增加的质量为23 g·mol－1×6 mol＝138 g，C项错误，D项正确。
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