(新高考)高考化学大一轮复习课件第6章第38讲电解原理的综合应用(含解析)

这是一份(新高考)高考化学大一轮复习课件第6章第38讲电解原理的综合应用(含解析)，共57页。PPT课件主要包含了复习目标，真题演练明确考向，KCl，课时精练，N2O5，石墨Ⅰ等内容，欢迎下载使用。
提升应用电解原理解决工业生产、生活中实际问题的能力。
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)注意介质，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。
一、电解原理在物质制备中的应用
1.(2021·广东1月适应性测试，13)环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是A.乙烯应通入阴极区B.移出交换膜前存在反应：Cl2＋H2O HCl＋HClOC.使用Cl－交换膜阻止OH－通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小D.制备过程的总反应为H2C===CH2＋H2O===H2＋C2H4O
环氧乙烷的制备原理：Cl－在阳极失电子生成Cl2，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2O HCl＋HClO，HClO与乙烯发生加成反应生成HOCH2CH2Cl；阴极区发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解结束，移出交换膜，两区混合反应： HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。根据分析可知阳极区会生成HCl，使用Cl－交换膜阻止OH－通过，HCl的浓度不断增大，pH逐渐减小，故C正确；根据分析可知该反应过程中KCl并没有被消耗，实际上是水、乙烯反应，总反应为H2C===CH2＋H2O===H2＋C2H4O，故D正确。
二、电解原理应用与污水处理
2.用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是A.阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B.阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2OC.电解时使用锂钒氧化物二次电池(V2O5＋xLi LixV2O5)作 电源，电池充电时a电极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5 ＋xLi＋D.除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，两种气体为CO2和N2，该反应在碱性环境中发生，反应的离子方程式不应出现H＋，D项错误。
三、电解原理在大气治理方面的应用
3.(2022·湖南衡阳市高三联考)用“吸收—电解”循环法脱除烟气中的SO2，可减少对大气的污染。室温下，电解液K再生的装置如图所示，其中电解液的pH随n( )∶n( )变化的关系见下表，下列对此判断正确的是
D.若产生标准状况下2.24 L气体N，则d膜上共通过0.2 ml阳离子
若产生标准状况下2.24 L气体N(0.1 ml H2)，阴极消耗0.2 ml H＋，减少0.2 ml正电荷，需要补充0.2 ml正电荷以达到平衡，则d膜上会通过0.2 ml阳离子，D项正确。
四、电解原理应用与金属处理
4.(2022·浙江重点中学联考)电解精炼法提纯镓(Ga)是工业上常用的方法，具体原理如图所示。已知：金属活动性顺序：Zn＞Ga＞Fe；镓的化学性质与铝相似。下列说法错误的是A.该装置中电流方向为N极→粗Ga→NaOH溶液 →高纯Ga→M极B.电解精炼镓时产生阳极泥的主要成分为Fe、CuC.阴极发生的电极反应为Ga3＋＋3e－===GaD.电解过程中需控制合适的条件，否则阴极可能会产生H2导致电解效率下降
题图中粗Ga作阳极，纯Ga作阴极，N极为正极，M极为负极。电解池中电流由电源正极流向电解池阳极，经过电解质溶液到达电解池阴极，再由阴极流向电源负极，A项正确；
根据题中给出的金属活动性顺序，镓比铁、铜活泼，故铁、铜在电解精炼过程中形成阳极泥，B项正确；
电解池中，若电解质溶液为水溶液，阴极上会存在H＋(或水电离出的H＋)得电子被还原为H2的竞争反应，若没控制合适的条件，该竞争反应可能会更明显，导致电解效率下降，D项正确。
1.(2021·全国甲卷，13)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H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是A.KBr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： ＋2H＋ ＋2e－―→ ＋H2OC.制得2 ml乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 ml电子D.双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2与乙二醛反应制备乙醛酸，故A错误；阳极上Br－失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；
电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1 ml乙二酸生成1 ml乙醛酸转移的电子为2 ml，1 ml乙二醛生成1 ml乙醛酸转移的电子为2 ml，根据转移电子守恒可知制得2 ml乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2 ml电子，故C错误；由上述分析可知，双极膜中间层的H＋在外电场作用下移向阴极，即H＋移向铅电极，故D正确。
2.(2021·北京，15)环氧乙烷( ，简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下。
(1)①阳极室产生Cl2后发生的反应有：_______________________、CH2===CH2＋HClO―→HOCH2CH2Cl。②结合电极反应式说明生成溶液a的原理：______________________________________________________________________。
阴极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，K＋穿过阳离子膜进入阴极室形成KOH
阳极产生氯气后，可以和水发生反应生成次氯酸，其化学方程式为Cl2 ＋H2OHCl＋ HClO；溶液a是阴极的产物，在阴极发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，同时阳极的钾离子会向阴极移动和氢氧根离子结合形成氢氧化钾。
(2)一定条件下，反应物按一定流速通过该装置。电解效率η和选择性S的定义：
①若η(EO)＝100%，则溶液b的溶质为______。
若η(EO)＝100%，则说明在电解过程中只有乙烯中的碳化合价发生变化，其他元素化合价没有变化。
②当乙烯完全消耗时，测得η(EO)≈70%，S(EO)≈97%。推测η(EO)≈70%的原因：Ⅰ.阳极有H2O放电Ⅱ.阳极有乙烯放电Ⅲ.阳极室流出液中含有Cl2和HClO……i.检验电解产物，推测Ⅰ不成立。需要检验的物质是______。
阳极有H2O放电时会产生氧气，故需要检验的物质是O2
ii.假设没有生成EO的乙烯全部在阳极放电生成CO2，则η(CO2)≈_____%。经检验阳极放电产物没有CO2。
iii.实验证实推测Ⅲ成立，所用试剂及现象是____________________________________________________________________________。可选试剂：AgNO3溶液、KI溶液、淀粉溶液、品红溶液
KI溶液和淀粉溶液，溶液变蓝(或品红
溶液，品红褪色或KI溶液，溶液变成棕黄色)
实验证实推测Ⅲ成立，则会产生氯气，验证氯气即可。
1.(2022·汕头市高三模拟)2021年3月5日，李克强总理在国务院政府报告中指出，扎实做好碳达峰、碳中和各项工作。科研工作者通过开发新型催化剂，利用太阳能电池将工业排放的CO2转化为CO，实现节能减排的目标。如图所示，下列有关说法正确的是A.N极为阴极B.离子交换膜为阴离子交换膜C.阳极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO ＋H2OD.理论上该装置在工作时，H3PO4与KH2PO4缓 冲溶液的pH保持不变
N极为阳极，A错误；离子交换膜为阳离子交换膜，B错误；CO2在阴极转化为CO，故选项所写电极反应为阴极电极反应，C错误；
根据得失电子守恒和阴、阳极电极反应知，缓冲溶液流入阴极的H＋和阳极流入缓冲溶液的H＋数目相等，故缓冲溶液中c(H＋)保持不变，故pH保持不变，D正确。
2.电—Fentn法是用于水体中有机污染物降解的高级氧化技术，反应原理如图所示。电解产生的H2O2与Fe2＋发生反应生成的羟基自由基(·OH)能氧化降解有机污染物。下列说法错误的是A.电源的A极为负极B.与电源B极相连电极的电极反应式为H2O－e－===H＋ ＋· OHC.Fentn反应为H2O2＋Fe2＋===Fe(OH)2＋＋· OHD.每消耗2.24 L O2(标准状况)，整个电解池中理论上可 产生的·OH为0.2 ml
根据图示，三价铁离子在左端电极得到电子转化为亚铁离子，发生还原反应，左端电极为阴极，则A为电源负极，B为电源正极，右端电极为阳极。根据上述分析，电源的A极为负极，故A正确；与电源B极相连的电极为阳极，根据图示，水在阳极上失电子产生羟基自由基(· OH)，电极反应式为H2O－e－===H＋＋· OH，故B正确。
3.某钠—空气水电池的充、放电过程原理示意图如图所示，下列说法正确的是A.放电时，电子由钠箔经非水系溶液流向碳纸B.放电时，NaOH溶液浓度变大C.充电时，当有0.1 ml e－通过导线时，则钠 箔减重2.3 gD.充电时，碳纸与电源负极相连，电极反应式 为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
放电时，总反应方程式是4Na＋O2＋2H2O===4NaOH，NaOH溶液浓度变大，B项正确；充电时，阴极发生反应Na＋＋e－===Na，当有0.1 ml e－通过导线时，则钠箔增重2.3 g，C项错误；
充电时，碳纸与电源正极相连，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，D项错误。
4.某混合物浆液中含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组设计了利用石墨电极电解的分离装置(如图所示)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素的溶液，并回收利用。下列说法错误的是A.a极室的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B.上述装置中a极室的电极可换成金属铁C.电解后，b极室得到Na2SO4和Na2CrO4的混合液D.若电解后b极室溶液含铬元素0.52 g，则电路中通 过0.02 ml e－
通过装置图可知 要透过阴离子交换膜向b极移动，可知a为阴极，b为阳极，则a极室的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正确；a极上发生还原反应，故将电极换成铁电极，Fe不会被消耗，B正确；
5.工业上电化学法生产硫酸的工艺示意图如图，电池以固体金属氧化物作电解质，该电解质能传导O2－，已知S(g)在负极发生的反应为可逆反应，则下列说法正确的是A.在负极，S(g)只发生反应S－6e－＋3O2－===SO3B.该工艺用稀硫酸吸收SO3可提高S(g)的转化率C.每生产1 L浓度为98%，密度为1.84 g·mL－1的浓 硫酸，理论上将消耗30 ml氧气D.该工艺中稀硫酸浓度增大的原因是水参与电极 放电，质量减少
据图可知反应过程中有SO2生成，所以负极还发生：S－4e－＋2O2－===SO2，故A错误；S(g)在负极发生的反应为可逆反应，吸收生成物SO3可使反应正向移动，提高S的转化率，故B正确；
工艺中稀硫酸浓度增大的原因是负极生成的三氧化硫与水反应生成硫酸，故D错误。
6.(2022·湘东七校联考)一些净水器推销商在推销其产品时，进行所谓的“电解水法”实验，将纯净水与自来水进行对比。当电解装置插入纯净水和自来水中通电数分钟后，纯净水颜色无变化或略显黄色，而自来水却冒出气泡并生成灰绿色或红棕色的沉淀。根据上述现象，下列选项说法正确的是A.通电时，铝片作阳极，铁片作阴极B.生成的气泡、灰绿色或红棕色的沉淀都是电解的直接 或间接产物C.通过对比，确实能说明自来水中含有大量对人体有毒有害的物质D.铁片的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
自来水冒出气泡并生成灰绿色或红棕色的沉淀，说明Fe失电子生成Fe2＋，与水电解生成的OH－反应生成Fe(OH)2，其被氧化生成灰绿色物质或氢氧化铁红棕色沉淀。由分析可知，通电时，铁片作阳极，铝片作阴极，A项错误；
通过对比，能说明自来水中含有大量的离子，不一定为对人体有毒有害的物质，C项错误；铁片作阳极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。
7.(2022·湖北重点中学联考)以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置图如下：
上述装置工作时，下列有关说法正确的是A.乙池电极接电池正极，气体X为H2B.Na＋由乙池穿过交换膜进入甲池C.NaOH溶液Z的浓度比NaOH溶液Y的小D.甲池中只发生反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
乙池电极为电解池阴极，和电源负极连接，溶液中氢离子放电生成氢气，A项错误；电解池中阳离子移向阴极，钠离子移向乙池，B项错误；
阴极附近氢离子放电破坏了水的电离平衡，电极附近氢氧根离子浓度增大，NaOH溶液Y的浓度比NaOH溶液Z的大，C项正确；放出氧气的电极为阳极，电解质溶液中氢氧根离子放电生成氧气，氢离子浓度增大，碳酸根离子结合氢离子生成碳酸氢根离子，出口为碳酸氢钠溶液，则电极反应为
8.以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是A.放电时，Na＋由右室移向左室B.放电时，Mg箔为负极，该电极发生氧化反应C.充电时，阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－ ===Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋D.用铅酸蓄电池为该电池充电时，当有0.2 ml 电子转移时，Pb电极质量减少20.7 g
9.人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO(NH2)2]。下列有关说法正确的是A.a为电源的负极B.电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将升高C.除去尿素的反应为CO(NH2)2＋2Cl2＋H2O===N2 ＋CO2＋4HClD.若两极共收集到气体0.6 ml，则除去的尿素为 0.12 ml(忽略气体溶解，假设氯气全部参与反应)
由图可知，左室电极产物为CO2和N2，发生氧化反应，则左室电极为阳极，a为电源的正极，阳极反应式为6Cl－－6e－===3Cl2↑，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl，右室电解产物为H2，发生还原反应，则右室电极为阴极，b为电源负极，
阴极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑。由上述分析可知，a为电源的正极，A项错误；根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH－、H＋的数目相等，阳极室中反应产生的H＋通过质子交换膜进入阴极室与OH－恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变，B项错误；
11.我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是
A.放电时，B电极反应式：I2＋2e－===2I－B.放电时，电解质储罐中离子总浓度增大C.M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜D.充电时，A极增重65 g时，C区增加的离子数为4NA
放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A项正确；放电时，A极电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以电解质储罐中的离子总浓度增大，B项正确；
离子交换膜的作用是防止I2、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋，正极区生成I－，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C项错误；
充电时，A极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g，转移2 ml电子，所以C区增加2 ml K＋、2 ml Cl－，增加的离子总数为4NA，D项正确。
12.按要求回答下列问题。(1)有人研究了用电化学方法把CO2转化为CH3OH，其原理如图1所示：
则图中A电极接电源_____极。已知B电极为惰性电极，则在水溶液中，该极的电极反应式为_________________________。
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
(2)以连二亚硫酸盐( )为还原剂脱除烟气中的NO，并通过电解再生，装置如图2所示。阴极的电极反应式为_________________________________，电解槽中的隔膜为_____(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(3)甲醛超标会危害人体健康，需对甲醛进行含量检测及污染处理。某甲醛气体传感器的工作原理如图3所示，b极的电极反应式为______________________________，当电路中转移4×10－4 ml电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHO)为_____mg。
HCHO－4e－＋H2O===CO2＋4H＋
由图可知，甲醛气体传感器为原电池原理，b极为负极，甲醛发生氧化反应生成CO2，电极反应式为HCHO－4e－＋ H2O===CO2＋4H＋；由反应式可知，当电路中转移4×10－4 ml电子时，传感器内参加反应的甲醛(HCHO)为 ×30 g·ml－1＝3×10－3g＝3 mg。
(1)甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨Ⅱ是电池的____(填“正”或“负”)极；石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为__________________________。
(2)工作时，甲池内的 向________(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)极移动；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为________。
电池工作时，电解质溶液中的阴离子移向负极，即甲池内的 向石墨Ⅰ极移动；根据两极的电极反应式及得失电子守恒知，在相同条件下，消耗O2和NO2的体积比为1∶4。
(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为_________________。
Fe－2e－===Fe2＋
乙池为电解池，Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋。