新高考化学二轮复习高频考点24 电解池的工作原理及应用（含解析）

高频考点24  电解池工作原理及应用

1．（2022·广东卷）以熔融盐为电解液，以含和等的铝合金废料为阳极进行电解，实现的再生。该过程中（  ）

A．阴极发生的反应为 B．阴极上被氧化

C．在电解槽底部产生含的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等

1.  C  A．阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A错误；B．Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；C．阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；D．因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误；故选C。

2．（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，过程如图所示(为甲基)。下列说法正确的是（  ）

A．生成，理论上外电路需要转移电子

B．阴极上的电极反应为：

C．在电解过程中向铂电极移动

D．电解产生的中的氢元素来自于

2.D  A．石墨电极发生反应的物质：P4→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：，则生成，理论上外电路需要转移电子，A错误；B．阴极上发生还原反应，应该得电子，为阳极发生的反应， B错误；C．石墨电极：P4→发生氧化反应，为阳极，铂电极为阴极，应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；D．由所给图示可知HCN在阴极放电，产生和，而HCN中的H来自，则电解产生的中的氢元素来自于，D正确；故选D。

3．（2021·全国乙卷）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率，为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。

下列叙述错误的是（   ）

A．阳极发生将海水中的氧化生成的反应

B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的

C．阴极生成的应及时通风稀释安全地排入大气

D．阳极表面形成的等积垢需要定期清理

3.D  A．根据分析可知，阳极区海水中的Cl-会优先失去电子生成Cl2，发生氧化反应，A正确；B．设置的装置为电解池原理，根据分析知，阳极区生成的Cl2与阴极区生成的OH-在管道中会发生反应生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，B正确；C．因为H2是易燃性气体，所以阴极区生成的H2需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除安全隐患，C正确；D．阴极的电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，会使海水中的Mg2+沉淀积垢，所以阴极表面会形成Mg(OH)2等积垢需定期清理，D错误。故选D。

4．（双选）（2022·湖南·邵阳市第一中学三模）高矿化度矿井水节能脱盐新技术是利用有机物(C8H18)和水作电极反应物的电解池，借助离子交换膜进行离子交换脱盐，其工作原理如图所示。下列有关说法中正确的是（   ）

A．每脱除1molNaCl，外电路转移电子为2mol

B．反应过程中阳极室的pH变小

C．标准状况下，每消耗11.2L氧气，电路中转移电子数为2mol

D．负极反应的电极反应方程式为C8H18+16H2O-50e-=8CO2+50H+

4.BC  A．由两极反应可知，每转移1mol电子，有1mol钠离子透过阳离子交换膜向右迁移，同时有1mol氯离子透过阴离子交换膜向左迁移，故脱除1molNaCl，转移1mol电子，选项A错误；B．a极为阳极，电极反应式为C8H18+16H2O-50e-=8CO2+50H+，生成氢离子，pH减小，选项B正确；C．标准状况下，每消耗11.2L即0.5mol氧气，电路中转移电子数为0.5mol4= 2mol，选项C正确；D．b极为阴极，电极反应式为O2 + 2H2O+ 4e-=4OH-，选项D错误；

答案选BC。

5．（2022·浙江·高三开学考试）某研究小组设计了如图所示的制备装置，其中双极膜是阴、阳两侧复合膜，层间的能解离成OH-、H+并可分别通过阴、阳膜定向移动。下列说法不正确的是(    )

A．b端为电源的正极

B．随着反应的进行，阴极室内溶液碱性减弱

C．多孔铂电极上的电极反应式为

D．双极膜的左、右两侧分别属于阴膜和阳膜

5.D  A.在电解池的阳极NH3失去电子被氧化成N2H4，因此b端为电源的正极，故A项正确；

B.NaClO溶液呈碱性，阴极室内发生的反应为：ClO- + 2e- + H2O= Cl- + 2OH-。NaClO浓度降低，因此溶液碱性减弱，故B项正确；C.多孔铂电极上NH3失去电子，电极反应式为：2NH3 - 2e- +2OH- = N2H4 + 2H2O，故C项正确； D.在电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，因此双极膜的左右两侧分别为阳膜和阴膜，故D项错误。故答案选：D。

6．（2022·安徽·高三开学考试）氟离子热电池是一种新型电池，具有极高的能量密度，其放电时变化原理如下图所示。下列说法错误的是(     )

A．放电时电极上电势：电极Ⅰ＞电极Ⅱ

B．电能转化为化学能时总反应：

C．放电时电极Ⅰ上电极反应式：

D．充电时当电极Ⅱ减少时，电路中有电子转移

6.D   A．放电时，电极Ⅰ为正极，电极Ⅱ为负极，电极上电势：电极Ⅰ＞电极Ⅱ，A正确；

B．充电时，电能转化为化学能，其总反应为，B正确；C．放电时，BiF3在电极Ⅰ发生得电子的还原反应生成Bi，电极反应式：，C正确；

D．充电时，电极Ⅱ为阴极，电极反应式为，当电路中有电子转移时，消耗2mol，生成2mol，电极Ⅱ质量减少，D错误；故答案选D。

7．（2022·安徽蚌埠·高三阶段练习）铜基配合物电催化还原CO2的装置原理如图所示，下列说法不正确的是(     )

A．石墨烯为阳极，发生电极反应为CO2+2e-+2H+=HCOOH

B．Pt电极附近溶液的pH值减小

C．每转移2mol电子，阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值为28g

D．该装置可减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用

7.A   A．石墨烯为阴极，A错误；B．Pt电极上H2O失电子转化为O2，电极反应为，所以电极附近溶液的pH减小，B正确；C．每转移2mol电子，由阴极电极反应式可知生成1molHCOOH，所以阴极室溶液|m阴|=46g/mol×1mol=46g；根据阳极室反应可知每转移2mol电子时阳极消耗1mol水，生成0.5mol氧气，同时有2molH+转移至阴极室，所以|m阳|=18g/mol×1mol=18g，所以|m阴||m阳|=46g-18g=28g，C正确；

D．该装置可减少CO2在大气中累计和实现可再生能源有效利用，D正确；故选A。

8．（2022· 青岛市第一中学二模）某科研团队成功合成了具有拉伸应力的超薄多孔Pd纳米片，以超薄多孔Pd纳米片作阳极，在常温常压下通过电解将氮气直接转化为硝酸根离子。其工作原理示意图如图所示。已知：Pd会向PdO2发生转化，在极少量PdO2生成后开始有硝酸根离子生成，Pd溶于硝酸。下列说法错误的是(    )

A．可采用阴离子交换膜

B．电解过程中，Pd、N2均在阳极附近发生反应

C．超薄多孔Pd纳米片有助于其转化为PdO2，提高硝酸根离子的产生效率

D．开始产生硝酸根离子时，电解的总反应式为

8.D   A．由通电于能溶于硝酸，由此可推测电解质溶液为碱性环境，电解方程式为，可通过交换膜进入阳极室，A正确；B．由题意当产生时，开始产生硝酸根离子，说明先在阳极放电，B正确；

C．超薄多孔增大了反应接触面积，有助于转化为，由题意可知开始产生时，开始产生硝酸根离子，C正确；D．由通电于能溶于硝酸，由此可推测电解质溶液为碱性环境，电解方程式为，可通过交换膜进入阳极室，D项错误。

9．（2022·河南·高三阶段练习）乙醛酸钠(OHC- COONa)是一种精细化工产品。科研工作者设计如图所示装置制备乙醛酸钠，同时完成CO2的综合利用。该装置工作时，下列说法正确的是(     )

A．电极a上的电势低于电极b上的电势

B．阴极的电极反应式为OHC- CHO+3+H2O- 2e- =OHC- COO-+3

C．生成OHC-COO-与生成CO的物质的量相等。

D．由阳极区移向阴极区

9.C  A．电极a连接电解池的阳极，为电源正极，则电势高于电极b上的电势，A错误；

B．阴极发生还原反应，为得到电子的反应，不是失去电子；阳极发生氧化反应，失去电子，电极反应式为OHC- CHO+3+H2O- 2e- =OHC- COO-+3，B错误；C．阴极电子转移情况为：CO2~ 2e- ~CO，根据电子守恒可知，OHC-COO-~ 2e- ~CO，则生成OHC-COO-与生成CO的物质的量相等，C正确； D．电解池中阴离子向阳极运动，由阴极区移向阳极区，D错误；故选C。

10．（2021·北京卷节选）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)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_______。

10.(1)     Cl2 +H2O= HCl+ HClO    (2) 阴极发生反应： 2H2O+2e-=H2↑ + 2OH-生成OH-，K+ 通过阳离子交换膜从阳极迁移到阴极，形成KOH和KCl的混合溶液

解析：阳极产生氯气后，可以和水发生反应生成次氯酸其方程式为：Cl2 +H2O= HCl+ 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结合形成氢氧化钾，故答案为：阴极发生反应： 2H2O+2e-=H2↑ + 2OH-生成OH-，K+ 通过阳离子交换膜从阳极迁移到阴极，形成KOH和KCl的混合溶液；

11．（2022·北京石景山·高三期末）CO2是一种自然界大量存在的“碳源”化合物，借助零碳能源(太阳能等)制得的H2可将CO2转化为燃料，能缓解温室效应和解决能源危机问题。

(1)硅太阳能电池可实现太阳能向电能的转化，Si在元素周期表中的位置____。

(2)电解水制H2，阴极电极反应式是____。

(3)聚乙烯亚胺捕获CO2并原位氢化为甲醇，反应历程如图1所示。

①写出CO2的电子式____。

②写出生成甲醇的总反应_____。

(4)微生物电解池能将CO2转化为CH4，其工作原理如图2所示，写出所有生成CH4的反应_____。

11.(1)第三周期ⅣA族

(2)2H2O+2e-=2OH-+H2↑或2H++2e-=H2↑

(3)          CO2+3H2CH3OH+H2O

(4)CO2+4H2CH4+2H2O，CO2+8H++8e-= CH4+2H2O

解析：（1）硅原子序数为14，核外电子分3层排布，依次为2、8、4个，Si在元素周期表中的位置第三周期ⅣA族。

（2）电解水制H2，阴极上水电离产生的氢离子得电子变氢气，阴极电极反应式是2H2O+2e-=2OH-+H2↑或2H++2e-=H2↑。

（3）①CO2是共价化合物，分子内每个氧原子和碳原子共用两对电子对、电子式。

②由图知，CO2和H2反应生成CH3OH和H2O，在生成甲醇的反应中聚乙烯亚胺是催化剂，则生成甲醇的总反应为CO2+3H2CH3OH+H2O。

（4）由图知，右侧电极上在产甲烷菌的作用下CO2与H2反应生成了CH4和H2O，右侧为阴极区，CO2得电子被还原为CH4，则所有生成CH4的反应为：CO2+4H2CH4+2H2O，CO2+8H++8e-= CH4+2H2O。

12．（2022·全国·高三模拟）根据下列要求回答下列问题。

(1)次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备，原理如图：

则Co的电极反应式为___________，A、B、C为离子交换膜，其中B为___________离子交换膜(填“阳”或“阴”)。

(2)我国科研人员研制出的可充电“Na­CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na＋3CO22Na2CO3＋C．放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：

①放电时，正极的电极反应式为___________。

②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28g时，转移电子的物质的量为___________。

③可选用高氯酸钠­四甘醇二甲醚作电解液的理由是___________。

12.(1)     Co-2e-=Co2＋     阴

(2)     3CO2＋4Na＋＋4e-=2Na2CO3＋C     0.5mol     导电性好、与金属钠不反应、难挥发等

解析：(1)以金属钴和次磷酸钠为原料，用电解法制备次磷酸钴[Co(H2PO2)2]，Co的化合价从0升高到＋2，则Co的电极反应式为Co-2e-=Co2+，产品室可得到次磷酸钴的原因是阳极室中的Co2＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室与Co2＋结合生成Co(H2PO2)2，所以B是阴离子交换膜；

(2)①放电时，正极发生得到电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e-=2Na2CO3＋C；

②根据反应式可知每转移4mol电子，正极质量增加2×106g＋12g=224g，所以当正极增加的质量为28g时，转移电子的物质的量为×4mol=0.5mol；

③根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠­四甘醇二甲醚作电解液的理由是其导电性好、与金属钠不反应、难挥发等。