专题11 电解原理及应用 -备战高考化学核心考点归纳与最新模拟测试 (全国通用）

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  专题11  电解原理及应用 考点一、电解池的工作原理1、电解池的工作原理 2．电极上离子放电顺序(1)阴极：与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，放电顺序：[微点拨]　①放电指的是电极上的得、失电子。②活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属，惰性电极指的是Pt、Au、C电极，不参与电极反应。③阴极材料若为金属电极，一般是增强导电性但不参与反应。3．惰性电极电解电解质溶液的四种类型考点二、 电解原理的应用1、电解饱和食盐水（氯碱工业）阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)总反应方程式：2NaCl＋2H2O   2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2、电解精炼铜(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。   (2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。(3)电极反应：阳极：Zn－2e－==Zn2＋、Fe－2e－==Fe2＋、Ni－2e－==Ni2＋、Cu－2e－==Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－==Cu。(4)阳极泥的形成：在电解过程中，活动性位于铜之后的银、金等杂质，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。3、电镀图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。(3)电极反应：阳极：Ag－e－===Ag＋；阴极：Ag＋＋e－===Ag。(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。考点三、金属的腐蚀与防护1、化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 2、析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例进行分析）类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe－2e－===Fe2＋ 正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍       3、金属的防护(1)电化学防护。①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理a．负极：比被保护金属活泼的金属；   b．正极：被保护的金属设备。②外加电流的阴极保护法—电解原理a．阴极：被保护的金属设备；        b．阳极：惰性金属或石墨。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。考点四、离子交换膜在电化学装置中的应用1、常见的离子交换膜种类允许通过的离子及移动方向说明阳离子交换膜阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极阴离子和气体不能通过阴离子交换膜阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极阳离子和气体不能通过质子交换膜质子→移向电解池的阴极或原电池的正极只允许H＋通过2．离子交换膜的功能(1)选择性透过离子，平衡电荷，形成闭合回路(2)隔离某些分子和离子，防止副反应——氯碱工业(3)应用于制备物质、分离物质等【解题模型】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO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。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。①弄清是原电池还是电解池，电极有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极②根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类Na＋→通过ab→阴极⇒ab是阳离子交换膜SO→通过cd→阳极⇒cd是阴离子交换膜③根据放电顺序写出电极反应式阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋>Na＋，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－>SO，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。④根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO生成H2SO4。 【真题回顾练】1．（2021·广东真题）钴()的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的均增大B．生成，Ⅰ室溶液质量理论上减少C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变D．电解总反应：2．（2021·海南真题）液氨中存在平衡：。如图所示为电解池装置，以的液氨溶液为电解液，电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是A．b电极连接的是电源的负极 B．a电极的反应为C．电解过程中，阴极附近K+浓度减小 D．理论上两极产生的气体物质的量之比为1:13．（2021·辽宁真题）利用(Q)与电解转化法从烟气中分离的原理如图。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．在M极被还原 D．分离出的从出口2排出4．（2021·天津真题）如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是A．a是电源的负极B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大D．当完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)5．（2021·湖北真题）Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是A．电解时只允许H+通过离子交换膜B．生成O2和H2的质量比为8∶1C．电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大D．CrO3的生成反应为：Cr2O+2H+=2CrO3+H2O6．（2020.1·浙江真题）在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是（   ）       离子交换膜A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气B．离子交换膜为阳离子交换膜C．饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出D．OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量7．（2020·山东真题）采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是A．阳极反应为B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H+由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量【模拟仿真练】1．（2022·陕西宝鸡·一模）光电池在光照条件下可产生电压，如图所示装置可实现光能的充分利用。双极膜复合层间的H2O能解离为H+和OH－，且双极膜能实现H+和OH－的定向通过。下列说法的不合理的是 A．该装置工作时涉及光能、化学能及电能的转化B．光照过程中阳极区溶液中的n(OH－)基本不变C．再生池中的反应为2V2++2H+2V3++H2↑D．阳极生成1molO2时，理论上双极膜共解离出离子数4NA个 2．（2022·山东济南·一模）采用电渗析法可以从含NH4H2PO4和(NH4)2HPO4的废水中回收NH3·H2O和H3PO4，电解装置如图所示。下列说法正确的是A．X电极应连电源的正极B．M口处回收产生的浓氨水C．隔膜ab为阳离子交换膜，隔膜cd为阴离子交换膜D．电解一段时间后，产生的NH3·H2O和H3PO4物质的量相等3．（2022·福建宁德·一模）我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂可提高电催化制甲酸盐的产率，同时释放电能，实验原理如图所示。下列说法不正确的是A．充电时，电极周围升高B．放电时，每生成，转移个电子C．使用催化剂或者均能有效减少副产物的生成D．使用催化剂，中间产物更不稳定4．（2022·安徽六安·模拟预测）羟基白由基(OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2、H2O的原电池-电解池组合装置(如图所示)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是A．b极为负极，d极为阳极B．b电极区每产生3molCO2，C电极区溶液质量减轻14gC．d电极的电极反应式：H2O-e-=OH-+H+D．左侧装置中M、N为离子交换膜，工作时如果NaCl溶液浓度降低，则M为阳离子交换膜5．（2022·广东茂名·模拟预测）已知在水溶液中发生如下变化：。一种电解法制备硼酸的装置如图所示。假设电解过程中，溶液不溢出电解池。下列有关说法正确的是A．m电极接电源负极B．制得1mol时，n电极产生11.2L气体(标准状况)C．b＜aD．外电路转移1mol电子时，理论上右室溶液质量增加22g6．（2022·陕西周至·一模）中科院研制出了双碳双离子电池，以石墨(Cn )和中间相炭微粒球(MCMB)为电极，电解质溶液为含有KPF6的有机溶液，其充电示意图如图所示。其反应机理为：充电时，电解液中的钾离子运动到中间相碳微粒球负极表面，并嵌入至石墨层中，同时六氟磷酸根阴离子插层到正极石墨中；放电时，钾离子从负极石墨层中脱出，同时正极石墨中的六氟磷酸根脱嵌回到电解液中。下列说法正确的是A．放电时石墨电极的电势比MCMB电极电势低B．当转移电子1 mol时，参与反应的K+与PF的物质的量共1 molC．放电时正极反应式是Cn(PF6)x+xe—-=Cn+xPFD．充电时MCMB电极发生氧化反应7．（2021·重庆巴蜀中学高三月考）下图为工业上电化学法对煤脱硫处理的模拟装置图。下列说法不正确的是A．石墨Ⅰ上发生氧化反应，电源a为正极B．电流由石墨Ⅰ经电解质混合溶液回到石墨2C．脱硫的总反应：D．若12g被处理时，溶液中变化的数目为8．（2021·重庆·高三月考）下图为 剑桥法用固体二氧化钛()生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，(阴极)中氧解离进入熔盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是A．阳极的电极反应式为B．阴极的电极反应式为C．通电后，、均向阴极移动D．石墨电极的质量不发生变化9．（2021·湖南·雅礼中学高三月考）羟基自由基()是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为、的原电池-电解池组合装置(如图)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法正确的是A．电池工作时，b电极附近pH增加B．a极每单个参与反应，通过质子交换膜的H+数理论上有6NA个C．d极区苯酚被氧化的化学方程式为D．右侧装置中，每转移0.7mol电子，c、d两极共产生气体11.2L10．（2021·江苏常州·高三期中）我国学者以熔融的NaOH—KOH作电解质，在Fe2O3/AC催化条件下，以N2和H2O为原料气，在250℃、常压条件下成功实现电催化合成氨，其装置如下图所示。下列有关说法不正确的是A．电极a应连接电源负极B．电极b上的反应为N2+6H2O+6e-=2NH3+6OH-C．反应过程中，OH-由b极区向a极区迁移D．该电催化合成氨反应的化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O211．（2021·江苏镇江·高三期中）最近我国科学家以CO2与辛胺为原料实现了甲酸盐和辛腈的高选择性合成，该合成的原理如下图所示。下列说法正确的是A．Ni2P电极与电源负极相连B．In/In2O3-x电极上可能有副产物O2生成C．离子交换膜为阳离子选择性交换膜D．在Ni2P电极上发生的反应为：CH3(CH2)7NH2-4e-＋4OH-=CH3(CH2)6CN＋4H2O12．（2021·山东省实验中学高三月考）某科研团队利用连续闭合的电化学—化学反应循环实现氮还原的原理示意图如图所示，其中Fe-TiO2作为氮还原的催化剂，则下列说法正确的是A．氢离子由A电极经过质子交换膜移向B电极B．电解液中POM2转化为POM1的过程为还原反应C．A电极的电势高于B电极D．该电池生成3mol氧气时可还原标准状况下的氮气44.8L13．（2021·江苏连云港·高三期中）钴(Co)合金广泛应用于机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴和回收盐酸的装置图。下列说法正确的是A．a为直流电源负极B．X膜为阳离子交换膜C．移除两交换膜后，两电极上发生的反应都不变D．每生成1molCo，I室溶液质量理论上减少16g14．（2021·湖南·雅礼中学高三月考）国际社会高度赞扬中国在应对新冠肺炎疫情时所采取的措施。疫情防控中要对环境进行彻底消毒，二氧化氯(ClO2黄绿色易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备ClO2的原理如图所示。下列说法不正确的是A．c为电源的正极，在b极区流出的Y溶液是浓盐酸B．电解池a极上发生的电极反应为C．二氧化氯发生器内，发生的氧化还原反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为6：1D．当有0.3 mol阴离子通过离子交换膜时，二氧化氯发生器中产生标准状况下1.12 L 15.（2021·辽宁省八省联考）在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌(该厌氧细菌最佳生存环境在pH为7~8之间)可促使与反应生成，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法正确的是(   )A.正极的电极反应式为 B.的反应可表示为C.酸性条件下，厌氧菌失去活性，钢管不易被腐蚀D.管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀16．（2021·浙江台州·一模）如图为2021年新研发的车载双电极镍氢电池，放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金，可表示为MH；充电时b、d电极的反应物为吸附的，下列叙述正确的是A．a、b为电池负极，c、d为电池正极B．图示显示的是电池充电的过程，c极上的反应可表示为C．隔膜中的电解液可为KOH溶液，放电时外电路每通过1mol电子，该电池正极共增重2gD．充电时电子的流动路径为外接电源负极→a、d→外接电源正极，而a→b、b→c、c→d的导电过程均借助离子迁移完成17．（2021·河南·高三期中）中国科学院福建物质结构研究所课题组基于二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计并实现了一种可逆的水系金属—二氧化碳二次电池，放电时工作原理如图所示。下列有关电池放电时的说法错误的是A．N极发生还原反应B．电子由N极流出经导线流入M极C．N极的电极反应式为D．若电路中流过个电子，则理论上M极有3.25g锌参加反应18．（2021·山东滕州·高三期中）一种锂电池的工作原理如图所示，正极反应被可以在正极区和氧化罐间循环流通，氧化罐中加入的可以将Fe2+氧化、自身被还原为。下列关于该电池的说法正确的是A．电池放电时将电能转化为化学能B．放电时Li+由正极区移向负极区C．放电时的负极反应为D．氧化罐中反应的离子方程式为 19．（2022·辽宁沈阳·一模）下图装置利用燃料电池与电解池组合制备KMnO4，电极甲、乙、丙、丁均为惰性电根。下列说法中错误的是A．气体X为H2B．KOH溶液的质量分数： a%＜b%＜c%C．丁电极发生的电极反应为MnO-e-= MnOD．甲电极上每消耗22.4L气体时，阳极质量减轻78g20．（2022·广东深圳·一模）利用电化学原理可对海水(主要成分NaCl和H2O，还含有少量微生物)进行消毒，并能清除残留的含氯消毒物质(工作原理如图，其中电极均为惰性电极)。已知：工作时，先断开K2，闭合K1，一段时间后，断开K1，闭合K2下列说法不正确的是A．闭合K1后的总反应为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-B．闭合K2后，Na+通过离子交换膜从Ⅱ室迁移至Ⅲ室C．工作完成后，Ⅱ室中有金属Na剩余D．残留的含氯消毒物质在III室放电被脱除