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(共28张PPT)
专题五　电化学
(热点)——电解原理及其应用
1.电解池基础模型
2.电解问题的解答步骤
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。
(2)再分析电解质的组成,找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。
(3)然后排出阴、阳两极离子的放电顺序。
电解池阴、阳两极的放电顺序:
3.掌握电解计算的“三方法”
4.金属的电化学腐蚀与防护
1.(2025·广东惠州一调)一种合成氨的电解池工作原理如图所示,工作时,H2O在双极膜界面处被催化解离成为H+和OH-,有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(　　)
A.阴极反应:N+8e-+6H2O═NH3+9OH-
B.电解过程中,阳极室pH减小
C.理论上每生成1 mol NH3,双极膜处有8 mol H2O解离
D.理论上每生成1 mol NH3,阳极室溶液质量减少64 g
D　
【解析】由分析,阴极反应:N+6H2O+8e-═NH3+9OH-,A正确;电解过程中,阳极室中生成水,使得氢氧化钾浓度减小,溶液碱性减小,pH减小,B正确;由分析,理论上每生成1 mol NH3,转移8 mol电子,则双极膜处有8 mol H2O解离,C正确;理论上每生成1 mol NH3,转移8 mol电子,阳极室生成2 mol氧气,但同时有8 mol OH-移向阳极,则溶液质量增加8 mol×17 g/mol-32 g/mol×2 mol=72 g,D错误。
2.(2025·广东省二模)一种固态氧化物电解池能电解CO2和H2O制备合成气(CO、H2),其装置如图所示。该装置工作时,下列说法正确的是(　　)
A.a电极连接外接电源的负极
B.O2-从a电极移向b电极
C.b电极上CO2的反应为CO2+2e-═CO+O2-
D.生成的O2中的O元素均来自CO2
C　
【解析】由分析可知,a电极为阳极,连接外接电源的正极,A不正确;在电解池中,阴离子向阳极移动,a电极为阳极,则O2-从b电极移向a电极,B不正确;b电极上,CO2得电子生成CO和O2-,则b电极上CO2的反应为CO2+2e-═CO+O2-,C正确;在b电极,CO2得电子生成CO和O2-、H2O得电子生成H2和O2-,则生成的O2中的O元素来自固态氧化物、CO2和H2O,D不正确。
3.(2025·广州二模)通过控制电位可以实现从地下卤水(主要含有Na+、K+、Cl-、Br-)中提取溴单质,其工作原理如图。电解过程中,下列说法不正确的是(　　)
A.Pt电极上发生还原反应
B.石墨电极上发生的反应有:2Br--2e-═Br2
C.溶液中的阳离子从阳极室进入阴极室
D.阴极室溶液的pH逐渐降低
D　
【解析】由分析可知,Pt电极为阴极,在Pt电极上H2O得电子发生还原反应,A正确;石墨电极为阳极,由于Cl-放电能力弱于Br-,所以阳极首先发生的反应
有:2Br--2e-═Br2,B正确;电解池工作时,阳离子向阴极移动,则溶液中的阳离子从阳极室进入阴极室,C正确;阴极室中,发生的电极反应为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,溶液的pH逐渐变大,D不正确。
4.(2025·大湾区二模)电渗析系统可从空气中大规模捕获CO2。以KOH溶液为基底溶液的CO2吸收系统工作原理如下图(a、b需接直流电源电极)。下列说法不正确的是(　　)
A.a接直流电源的负极
B.M膜为阳离子交换膜
C.b上发生的电极反应式为:2H2O+2e-═H2↑+2OH-
D.理论上每分离得到1 mol CO2,电路中转移n(e-)≤2 mol
A　
【解析】由分析可知,a电极为阳极应接电源正极,A错误;由分析可知,M膜可让钾离子通过,则为阳离子交换膜,B正确;b电极为阴极,水在阴极发生还原反应生成氢气,反应式为:2H2O+2e-═H2↑+2OH-,C正确;二氧化碳在碱溶液中转化为碳酸根或碳酸氢根,在分离器中分离出来后的氢氧化钾可循环使用,所以每分离得到1 mol CO2,电路中转移n(e-)≤2 mol ,D正确。
5.(2025·佛山二模)科研团队使用碳纳米管作电极,实现了常温、常压条件下尿素的合成,原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.活性电极的电极电势高于Pt电极
B.活性电极上CO2被还原
C.“气体”经过分离后,可以补充甲室消耗的CO2
D.电路中转移16 mol电子时,甲侧溶液质量增加44 g
C　
【解析】活性电极是阴极,Pt电极是阳极,阳极电势高于阴极,A错误;活性电极上CO2转化为CO,元素化合价并未发生变化,没有被还原,B错误;由分析可知,气体中含有O2、CO2,经分离以后得到的CO2可以补充甲室消耗的CO2,C正确;由分析可知,甲侧的电极反应为
当转移16 mol e-时,甲池溶液质量增加了1 molCO2 ,同时乙池中会有16 mol K+移向甲池,故增加的质量不是44 g,D错误。
6.(2024·佛山二模)某实验小组利用下图所示的装置探究电化学法保护铁制品的原理。反应一段时间后,下列说法错误的是(　　)
A.装置甲利用的是牺牲阳极法
B.取a处溶液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀
C.向c处滴加几滴酚酞溶液,变红
D.在d处上方放置湿润的淀粉-KI试纸,试纸变蓝
B　
【解析】装置甲中,Zn的活泼性较强,为负极,电极反应式为Zn-2e-═
Zn2+,Fe为正极,电极反应式为2H2O+4e-+O2═4OH-;装置乙中,C为阳极,电极反应式为2Cl--2e-═Cl2↑,Fe为阴极,电极反应式为2H2O+2e-═2OH-+H2↑。装置甲利用了牺牲阳极法保护铁制品不被腐蚀,A正确;a处不会生成Fe2+,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,不会产生蓝色沉淀,B错误;c处有OH-生成,滴加酚酞溶液,溶液变红,C正确;d处有Cl2生成,在d处上方放置湿润的淀粉-KI试纸,试纸变蓝,D正确。
7.(2024·南京联考)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该装置将化学能转化为电能
B.M电极的电极反应: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　
【解析】由题图可知,该装置有外加电源,为电解池,将电能转化为化学能,A项错误;由题给条件可知,M电极上TiO2和SiO2发生得电子的还原反应生成TiSi,M电极为阴极,发生还原反应,熔融盐体系中不存在H+,故电极反应为TiO2+SiO2+8e-═TiSi+4O2-,B项错误;石墨电极中的C单质转化为CO,失电子发生氧化反应,而Cl-未反应,说明石墨优先于Cl-参与反应,C项正确;电解时阳离子向阴极移动,而石墨电极为阳极,M电极为阴极,阳离子应向M电极移动,D项错误。
1.(2025·广东卷)一种高容量水系电池示意图如图。已知:放电时,电极Ⅱ上MnO2减少;电极材料每转移1 mol电子,对应的理论容量为26.8 A·h。下列说法错误的是(　　)
A.充电时Ⅱ为阳极
B.放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低
C.放电时负极反应为:MnS-2e-═S+Mn2+
D.充电时16 g S能提供的理论容量为26.8 A·h
B　
【解析】由分析可知,放电时电极Ⅱ为正极,故充电时电极Ⅱ为阳极,A正确;由分析可知,放电时电极Ⅱ为正极,正极反应为:MnO2+2e-+4H+═Mn2++2H2O,反应消耗H+,溶液的pH升高,B错误;由分析可知,放电时电极Ⅰ为原电池负极,负极反应为:MnS-2e-═S+Mn2+,C正确;根据放电时负极反应,可知充电时阴极反应为S+Mn2++2e-═MnS,每消耗16 g S,即0.5 mol S,转移1 mol电子,据题意可知,能提供的理论容量为26.8A·h,D正确。
2.(2025·全国卷)某研究小组设计如下电解池,既可将中性废水中的硝酸盐转化为氨,又可将废塑料(PET)碱性水解液中的乙二醇转化为羟基乙酸盐(如
图),实现变废为宝。电解时,下列说法错误的是(　　)
A.阳极区pH下降
B.OH-从阴极区向阳极区迁移
C.阴极发生反应N+7H2O+8e-═NH3·H2O+9OH-
D.阴极转化,阳极将生成4 mol HOCH2COO-
D　
【解析】根据分析,阳极区消耗了OH-,pH下降,A正确;阴极区生成了OH-,阳极区消耗了OH-,按照离子移动方向,OH-从阴极区通过阴离子交换膜向阳极区迁移,B正确;根据分析阴极发生还原反应,电极反应式为:N+7H2O+8e-═NH3·H2O+9OH-,C正确;阴极转化1 mol N,转移8 mol e-,此时阳极将生成2 mol HOCH2COO-,D错误。
3.(2024·浙江6月选考)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。下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-+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
B　
【解析】图1为牺牲阳极法,牺牲阳极一般为较活泼金属,作为原电池的负极,失去电子被氧化;图2为外加电流的阴极保护法,阳极材料为辅助阳极,通常是惰性电极,本身不失去电子,电解质溶液中的阴离子在阳极表面失去电子,如海水中的Cl-,A错误。图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面积累的电子很多,除了海水中的H+放电外,海水中溶解的O2也会竞争放电,故可发生反应O2+4e-+2H2O═4OH-,B正确。图2为外加电流的阴极保护法,理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好;腐蚀电流会随着环境的变化而变化,若外加电压保持恒定不变,则不能保证抵消腐蚀电流,不利于提高对钢闸门的防护效果,C错误。图1、图2
中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe-2e-═Fe2+的发生,钢闸门不发生化学反应,但是牺牲阳极发生了氧化反应,辅助阳极上也发生了氧化反应,D错误。
4.(2024·甘肃卷)某固体电解池工作原理如下图所示。下列说法错误的是
(　　)
A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B.电极2是阴极,发生还原反应:O2+4e-═2O2-
C.工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D.理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O
B　
【解析】电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g),电极1为阴极,电极反应式为2H2O(g)+4e-═2H2+2O2-;电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g),电极2为阳极,电极反应式为2O2--4e-═O2↑。电极1的多孔结构能增大电极的表面积,增大与水蒸气的接触面积,A正确;根据分析可知,电极2是阳极,发生氧化反应:2O2--4e-═O2↑,B错误;工作时,O2-向阳极移动,即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2,C正确;根据分析可知,电解总反应为2H2O(g) 2H2(g)+O2(g),分解2 mol H2O转移4 mol电子,理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O,D正确。

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