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2025年高考化学精品教案第六章化学反应与能量变化第7讲电解池工作原理的新型应用
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这是一份2025年高考化学精品教案第六章化学反应与能量变化第7讲电解池工作原理的新型应用，共17页。
考点 电解池工作原理的新型应用
应用电解池进行物质制备（多室电解池）
2.应用电解池除去有害或有毒物质
3.电解池与“碳中和”
4.应用电解池实现有机物的转化
命题点1 多室电解池
1.[2021天津]如图所示电解装置中，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（ C ）
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0.01 ml Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL（折合成标准状况下）
解析
由上述分析知，A项正确；石墨电极Ⅱ上H2O放电产生O2和H＋：2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，通电一段时间后，石墨电极Ⅱ附近溶液显酸性，能使石蕊显红色，B项正确；电解时，Cu2＋在石墨电极Ⅰ上放电生成Cu，左室中Cl－通过阴离子交换膜进入中间室，故CuCl2溶液的浓度减小，C项错误；由Fe2O3＋6H＋ 2Fe3＋＋3H2O和阳极反应式可得Fe2O3～32O2，故产生O2的体积是32×0.01 ml×22.4 L·ml－1×103 mL·L－1＝336 mL，D项正确。
命题拓展
[选项拓展]判断正误：通电一段时间后，若要使CuCl2溶液恢复至原浓度，需加入一定量的CuCl2固体。（ √ ）
命题点2 电解池实现有机物转化
2.[浙江高考]电解高浓度RCOONa（羧酸钠）的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R（烷烃）。下列说法不正确的是（ A ）
A.电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2O 电解 R—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B.RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C.阴极的电极反应：2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑
D.电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
解析 RCOO－在阳极放电可得到R—R（烷烃）和CO2，在强碱性环境中，CO2会与OH－反应生成CO32－和H2O，则阳极的电极反应式为2RCOO－－2e－＋4OH－ R—R＋2CO32－＋2H2O，阴极上H2O电离产生的H＋放电生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑，因而电解总反应式为2RCOONa＋2NaOH 电解 R—R＋2Na2CO3＋H2↑，A项错误，B、C项正确；根据电解RCOONa的NaOH溶液生成R—R可知，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH的混合溶液，CH3—、CH3CH2—可结合成乙烷、丙烷、丁烷，D项正确。
命题拓展
[变式拓展]Klbe电解羧酸盐法可制取高纯度的烷烃。以Pt为电极，电解高浓度的丙酸钠（CH3CH2COONa）溶液可获得丁烷、CO2。
（1）该装置应选择 阳 （填“阳”或“阴”）离子交换膜；
（2）A电极的电极反应式为 2CH3CH2COO－－2e－ CH3CH2CH2CH3↑＋2CO2↑ 。
命题点3 电解池实现金属的制备
3.[2021广东]钴（C）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（ D ）
A.工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 ml C，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
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：2C2＋＋2H2O 电解 2C＋O2↑＋4H＋
解析 题给装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动；钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为C2＋＋2e－ C，Ⅲ室中氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动。由以上分析可知，氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，A项错误；阴极生成1 ml钴时电路中转移2 ml电子，阳极产生0.5 ml O2（16 g），且有 2 ml H＋从Ⅰ室进入Ⅱ室，即生成1 ml C时，Ⅰ室溶液质量理论上减少18 g，B项错误；若移除离子交换膜，由于氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则石墨电极的电极反应会发生变化，C项错误；电解总反应为2C2＋＋2H2O 电解 2C ＋O2↑＋4H＋，D项正确。
命题拓展
[变式拓展]用双极膜电解制备金属钴的装置如图所示。双极膜是一种离子交换复合膜，在直流电场作用下能将中间层的水分子解离成H＋和OH－，并分别向两极迁移。下列说法错误的是（ C ）
A.电解池工作时，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小
B.当电路中转移2 ml电子时，阴离子交换膜左侧溶液的质量理论上增加80 g
C.电解过程中溶液中的SO42－透过阴离子交换膜移向电极b
D.阳极的电极反应式为2H2O－4e－ O2↑＋4H＋
解析 电解池工作时，双极膜中的H＋向阴极移动，所以电极b是阴极，SO42－透过阴离子交换膜向左移动，与H＋结合生成硫酸，所以阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小，A项正确，C项错误；当电路中转移2 ml电子时，阳极产生0.5 ml O2，同时有1 ml SO42－透过阴离子交换膜向左移动，所以阴离子交换膜左侧溶液的质量理论上增加96 g－16 g＝80 g，B项正确；电极a为阳极，阳极上水放电产生O2和H＋，D项正确。
命题点4 电解池实现无机化合物的合成
4.[2022海南]一种采用H2O（g）和N2（g）为原料制备NH3（g）的装置示意图如图。下列有关说法正确的是（ A ）
A.在b电极上，N2被还原
B.金属Ag可作为a电极的材料
C.改变工作电源电压，反应速率不变
D.电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
解析 b电极上N2转化为NH3，氮元素由0价降低为－3价，N2被还原，b电极为阴极，A项正确；a电极上O2－转化为O2，为阳极，若用金属Ag作为电极材料，则阳极反应为2Ag－2e－＋O2－ Ag2O，B项错误；改变工作电源电压，反应速率发生改变，C项错误；电解总反应为2N2＋6H2O 电解 4NH3＋3O2，固体氧化物电解质不参与总反应，因此固体氧化物电解质中O2－数目不变，D项错误。
命题点5 电解池与“碳中和”
5.[2023全国甲]用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物（乙烯、乙醇等）的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是（ C ）
A.析氢反应发生在IrOx－Ti电极上
B.Cl－从 Cu电极迁移到IrOx－Ti电极
C.阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－ C2H4＋4H2O
D.每转移1 ml电子，阳极生成11.2 L气体（标准状况）
解析 IrOx－Ti电极接电源正极，为阳极，发生失电子的氧化反应，故电极反应为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，A项错误；质子交换膜只允许H＋通过，故左室H＋从IrOx－Ti电极向Cu电极迁移，B项错误；Cu电极接电源负极，为阴极，发生得电子的还原反应，根据题图中物质转化关系知CO2可发生反应2CO2＋12H＋＋12e－ C2H4 ＋4H2O，C项正确；由A项分析可知每转移1 ml电子，阳极生成0.25 ml即5.6 L（标准状况）O2，D项错误。
热点12 新型电池电极反应式的书写
命题特点：物质“摆一摆”，“三配法”[配电子、配电荷、配原子（核心物质、体系中其他微粒）]在新型电池中的具体应用。
1.书写下列二次电池的电极反应式。
2.书写下列电极反应式。
（1）沉淀反应设计的原电池
（2）酸碱中和反应设计的原电池
（3）可逆氧化还原反应设计的原电池
（4）浓差电池
（5）电催化合成有机化合物
（6）协同转化装置
（7）双极膜装置
1.[回收CO2和SO2][2023北京]回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是（ C ）
A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置a中溶液显碱性的原因是HCO3－的水解程度大于HCO3－的电离程度
C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D.装置b中的总反应为SO32－＋CO2＋H2O 电解 HCOOH＋SO42－
解析 SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，SO2＋H2O H2SO3、 2H2SO3＋O2 2H2SO4，A正确；装置a中的溶液为NaHCO3溶液，溶液显碱性，说明HCO3－的水解程度大于电离程度，B正确；装置a中NaHCO3溶液和SO2反应生成亚硫酸钠和CO2，NaHCO3溶液和CO2不反应，C错误；由图可知，电解池的阴极反应为CO2＋2e－＋2H＋ HCOOH，阳极反应为SO32－－2e－＋2OH－ SO42－＋H2O，阴、阳极反应相加可得总反应，D正确。
2.[海水直接制备氢气][2023湖北]我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x ml·h－1。下列说法错误的是（ D ）
A.b电极反应式为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x ml·h－1
解析 根据图示，b电极与电源负极相连，为阴极，结合题干信息可知，阴极反应式为2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑，A正确；该装置工作时阳极无氯气产生，则阳极反应式为4OH－－4e－ 2H2O＋O2↑，又阳极KOH溶液的浓度不变，则需要OH－由阴极移向阳极，故离子交换膜为阴离子交换膜，B正确；动能高的水分子可以穿过PTFE膜，C正确；由阴、阳极反应式可知，电解总反应式为2H2O 电解 2H2↑＋O2↑，电解生成氢气的速率为x ml·h－1，则海水为电解池补水的速率也为x ml·h－1，D错误。
3.[电解处理废烟气][2021辽宁]利用（Q）与（QH2）电解转化法从烟气中分离CO2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（ C ）
A.a为电源负极
B.溶液中Q的物质的量保持不变
C.CO2在M极被还原
D.分离出的CO2从出口2排出
解析
根据上述分析知，M极为阴极，则a为电源负极，A项正确；结合阴极和阳极反应可知，整个电解过程中溶液中Q的物质的量保持不变，B项正确；M极通入的烟气中的CO2能与OH－反应生成HCO3－，HCO3－移向阳极（N极），与H＋反应生成CO2，从而实现CO2的分离，分离出的CO2从出口2排出，整个过程中CO2中各元素化合价保持不变，C项错误，D项正确。
4.[物质制备]（1）[2023北京]近年研究发现，电催化CO2和含氮物质（NO3－等）在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成 CO（NH2）2，电解原理如图所示。
①电极b是电解池的 阳 极。
②电解过程中生成尿素的电极反应式是 2NO3－＋16e－＋CO2＋18H＋ CO（NH2）2＋7H2O 。
（2）[浙江高考]以四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]，装置如图所示。
①收集到（CH3）4NOH的区域是 d （填a、b、c或d）。
②写出电池总反应 2（CH3）4NCl＋2H2O 电解 2（CH3）4NOH＋H2↑＋Cl2↑ 。
解析 （1）①电极b上H2O失电子发生氧化反应生成O2，电极b是电解池的阳极。②电极a上硝酸根离子得电子发生还原反应生成尿素，再结合电解液环境（酸性）、电荷守恒、原子守恒可写出电极反应式。（2）①根据题给信息及题图，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－ Cl2↑；根据阳离子交换膜只允许阳离子通过，所以收集到（CH3）4NOH的区域是d。②根据题意，参与电极反应的物质实际上是（CH3）4NCl和水，产物是（CH3）4NOH、Cl2和H2，由此可写出电池总反应为2（CH3）4NCl＋2H2O 电解 2（CH3）4NOH＋H2↑＋Cl2↑。
1.[2023广东汕头模拟]高锰酸钾在化工、医药、水处理等很多方面有重要应用，可以用电解法制备，装置如图。直流电源采用乙烷－空气碱性燃料电池。下列说法错误的是（ C ）
A.电源负极的电极反应式为C2H6－14e－＋18OH－ 2CO32－＋12H2O
B.a极为直流电源的正极
C.保持电流恒定，升高温度可以加快电解速率
D.离子交换膜应为阳离子交换膜
解析 电源负极上乙烷在碱性条件下失电子产生碳酸根离子，负极的电极反应式为C2H6－14e－＋18OH－ 2CO32－＋12H2O，A正确；电解池左侧Pt电极的电极反应为MnO42－－e－ MnO4－，左侧Pt电极为阳极，则a极为直流电源的正极，B正确；电解时保持电流恒定，则单位时间内转移的电子数恒定，消耗的反应物与产生的生成物的量恒定，故电解速率恒定，C错误；左侧Pt电极的电极反应为MnO42－－e－ MnO4－，右侧Pt电极的电极反应为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，为保持溶液呈电中性，钾离子通过离子交换膜进入右室，故该离子交换膜为阳离子交换膜，D正确。
2.[2024福州质检]我国科学家经过研究发明了以下装置从海水中提取锂单质，其工作原理如图所示。该装置运行期间电极Ⅱ上产生O2和气体X。下列说法错误的是（ C ）
A.该装置实现了“太阳能→电能→化学能”的转化
B.电极Ⅰ连接太阳能电池的负极
C.工作时，电极Ⅱ附近溶液的pH增大
D.实验室检验气体X可用湿润的淀粉－KI试纸
解析 根据该装置可知，太阳能电池将太阳能转化为电能，电解装置又将电能转化为化学能，A项正确；题图中Li＋向电极Ⅰ迁移，电解池中阳离子向阴极迁移，所以电极Ⅰ为电解池的阴极，连接太阳能电池的负极，B项正确；海水中存在大量Cl－，电极Ⅱ为阳极，电极反应为2Cl－－2e－ Cl2↑、2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，电极Ⅱ上产生H＋，则电极Ⅱ附近溶液pH减小，C项错误；气体X为Cl2（黄绿色气体），实验室检验Cl2可用湿润的淀粉－KI试纸，试纸变蓝即说明Cl2存在，D项正确。
3.[臭氧电解发生器][2023南京六校调研]某医用超声清洗器带有臭氧消毒功能，其臭氧电解发生器的原理如图所示。下列叙述不正确的是（ D ）
A.阳极可能的副产物有O2
B.阴极电极反应为O2＋4e－＋4HR 2H2O＋4R－
C.装置所用的离子交换膜是阳离子交换膜
D.容器内壁可用不锈钢、陶瓷、橡胶等材质
解析 A项，由图示知，阳极上H2O转化为O3，氧元素被氧化，也可能生成O2，正确；B项，阴极上O2得电子转化为H2O，由电荷守恒知，需用H＋平衡电荷，由于是固体酸，HR不可拆开，故电极反应式中HR写成化学式，产物还有R－，正确；C项，阳极反应式为3H2O－6e－ O3↑＋6H＋，生成的H＋要移向阴极，故所用的离子交换膜是阳离子交换膜，正确；D项，橡胶会被O3氧化，错误。
4.[常压电化学法合成氨][2024重庆联考]纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用，其电解装置如图所示。已知熔融的NaOH－KOH为离子导体，Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是（ D ）
A.惰性电极Ⅱ是电解池的阴极，发生还原反应
B.产生2.24 L O2时，转移的电子为0.4 ml
C.惰性电极Ⅰ的电极反应：Fe2O3＋3H2O－6e－ 2Fe＋6OH－
D.生成氨气的反应：2Fe＋N2＋3H2O Fe2O3＋2NH3
解析 由装置图可知，惰性电极Ⅱ上OH－转化为氧气，氧元素化合价升高，发生氧化反应，故惰性电极Ⅱ是电解池的阳极，惰性电极Ⅰ为阴极，A项错误；未规定氧气所处的状态是标准状况，其物质的量无法计算，故转移电子的物质的量无法计算，B项错误；惰性电极Ⅰ上，Fe2O3得电子生成Fe单质，电极反应为Fe2O3＋6e－＋3H2O 2Fe＋6OH－，C项错误；惰性电极Ⅰ上，Fe2O3得电子生成的Fe为中间体，Fe2O3在该电解过程中起催化作用，结合题图可知，Fe和N2、H2O（g）反应，铁又被氧化成Fe2O3，同时生成氨气，D项正确。
5.[2023江苏连云港考试]双极膜在直流电场的作用下，能将水解离为H＋和OH－，并实现其定向通过。将3－氯－1，2－丙二醇的水溶液通过膜M与双极膜间的电渗析室可得到缩水甘油。下列说法错误的是（ A ）
A.装置工作时，电渗析室发生氧化反应
B.通电前后，电渗析室内溶液的pH几乎不变
C.Cl－从电渗析室通过阴离子交换膜M迁移到阳极
D.反应生成1 ml缩水甘油，电路中转移1 ml电子
解析 双极膜在直流电场的作用下，将水解离为H＋和OH－，H＋移向阴极，阴极反应为2H＋＋2e－ H2↑；OH－移向电渗析室，发生反应＋OH－ ＋Cl－＋ H2O，为维持溶液呈电中性，产生的Cl－透过膜M进入阳极区。装置工作时，电渗析室中转化为，各元素化合价没有发生变化，不是氧化还原反应，A项错误；双极膜产生的OH－迁移进入电渗析室，又被消耗，故电渗析室内溶液的pH几乎不变，B项正确；电解池中阴离子向阳极移动，Cl－从电渗析室通过阴离子交换膜M迁移到阳极，C项正确；反应生成1 ml 缩水甘油，消耗1 ml OH－，电路中转移1 ml电子，D项正确。
6.[2023河北张家口检测改编]硬水结垢是循环冷却水系统中广泛存在的一种现象，西安交通大学徐浩团队改进了主动式电化学硬水处理技术，原理如图所示（R代表有机物）。下列说法错误的是（ C ）
A.处理后的水垢主要沉降在阴极附近
B.处理过程中Cl－可以循环利用
C.若将铂电极b换成铁电极，处理过程会受影响
D.铂电极a处产生的H＋移向铂电极b
解析
铂电极b作阴极，发生还原反应，若换成铁电极，则处理过程不受影响，C错误。电解池中阳离子向阴极移动，D正确。
7.[2022湖北]含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P（CN）2]，过程如图所示（Me为甲基）。下列说法正确的是（ D ）
A.生成1 ml Li[P（CN）2]，理论上外电路需要转移2 ml电子
B.阴极上的电极反应为P4＋8CN－－4e－ 4[P（CN）2]－
C.在电解过程中CN－向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
解析 由题图可知，石墨电极上发生反应P4－4e－＋8CN－ 4[P（CN）2]－，石墨电极作阳极，当生成1 ml Li[P（CN）2]时，外电路转移1 ml电子，A、B项错误；在电解过程中CN－向阳极移动，即向石墨电极移动，C项错误；由2Me3SiCN＋LiOH O（SiMe3）2＋LiCN＋HCN，可知HCN中的H来自于LiOH，电解过程中HCN在铂电极上放电产生H2，D项正确。
8.[2023武汉模拟]科学家近年发明了一种新型光电催化装置，它能将葡萄糖和CO2转化为甲酸盐，如图所示。光照时，光催化电极a产生电子（e－）和空穴（h＋），图中的双极膜中间层中的H2O会解离产生H＋和OH－。
下列说法错误的是（ C ）
A.光催化电极a的反应为C6H12O6＋12h＋＋18OH－ 6HCOO－＋12H2O
B.双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向催化电极b移动
C.理论上电路中通过4 ml e－时可生成2 ml HCOO－
D.阳极区和阴极区溶液的pH均减小
解析 电极a处C6H12O6在碱性条件下被氧化生成HCOO－，电极a为阳极，光催化电极a上产生空穴，则电极a的电极反应为C6H12O6＋12h＋＋18OH－ 6HCOO－＋12H2O，A项正确；电极b为电解池的阴极，作为阳离子的H＋移向电解池阴极，B项正确；电解时，阴、阳极均生成HCOO－，阴极反应为CO2＋2e－＋H＋ HCOO－，故理论上电路中通过4 ml电子，可生成4 ml HCOO－，C项错误；阳极区反应消耗OH－，溶液pH减小，由阴极反应式可知，阴极生成1 ml HCOO－，转移2 ml e－，消耗1 ml H＋，同时有2 ml H＋移向阴极，故阴极区H＋增多，溶液pH减小，D项正确。
9.[低压电解水][2023石家庄质检]我国科学家研究发现，在MnO2/Mn2＋氧化还原介质的辅助下，可将电解水分离为制氢和制氧两个独立的过程，从而实现低电压下电解水，其电化学原理如图所示。下列说法错误的是（ B ）
A.a、c为电源的负极
B.K向左端闭合时，N电极发生的反应为MnO2＋2e－＋4H＋ Mn2＋＋2H2O
C.产生等物质的量的H2和O2时，N电极质量减小
D.K向右端闭合时，电解过程中NaOH的物质的量不变
解析 K向左端闭合时，M极上H＋得电子生成H2，发生还原反应，则M极为阴极，a为负极，b为正极；K向右端闭合时，L极上OH－失电子生成O2，发生氧化反应，则L极为阳极，d为正极，c为负极，A项正确。K向左端闭合时，N电极为阳极，Mn2＋失去电子生成MnO2，电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O MnO2＋4H＋，B项错误。产生1 ml氢气转移电子2 ml，N电极生成1 ml MnO2，产生1 ml O2，转移4 ml电子，N电极发生反应：MnO2＋2e－＋4H＋ Mn2＋＋2H2O，消耗2 ml MnO2，故产生等物质的量的H2和O2时，N电极质量减小，C项正确；K向右端闭合时，氢氧根离子放电生成氧气，氢氧根离子由双极膜中水电离产生，NaOH的物质的量不变，D项正确。
10.[双极膜组][2023沈阳联考]目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水，同时获得副产品A和B。其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜，在直流电作用下，双极阴阳膜（BP）复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子源。下列说法正确的是（ D ）
A.X电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑
B.M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，BP膜的作用是选择性通过Cl－和Na＋
C.每生成5.6 L气体a，理论上获得副产品A和B各 1 ml
D.“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液（MX）制备相应的酸（HX）和碱（MOH）
解析
由以上分析知，A项错误；BP膜的作用是选择性通过H＋和OH－，B项错误；没有指明在标准状况下，无法进行计算，C项错误；“双极膜组”电渗析法由NaCl溶液获得了酸（HCl）和碱（NaOH），由此推知，也可由MX 溶液制备相应的酸（HX）和碱（MOH），D项正确。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
能分析、解释电解池的工作原理
电解池工作原理的新型应用
2023北京，T5、T16；2023全国甲，T12；2023湖北，T10；2022湖北，T14；2021辽宁，T13；2021天津，T11；2021广东，T16
证据推理与模型认知：能分析、识别复杂的电解池装置并进行推理
命题分析预测
1.电解池工作原理的新型应用常结合工业生产中的多室膜电解槽（电渗析法）制备或分离提纯物质，考查多室膜电解槽中离子交换膜类型的判断、电解质溶液中离子的移动方向等。
2.预计2025年高考仍会结合工业生产实际考查电解池工作原理的应用，要重点关注：（1）温室气体（如CO2）的还原，体现电解池原理在物质与能量转化中的作用；（2）结合工业流程通过电解制备金属单质；（3）通过电解治理污染
装置
工作原理
四室电渗析法制备H3PO2（次磷酸）
阳极反应式：[1] 2H2O－4e－ O2↑＋4H＋ 。
阴极反应式：[2] 2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－
（1）若去掉阳极室与产品室之间的阳离子交换膜，生成物中除H3PO2外，还有[3] H3PO4 ，生成该物质的电极反应式为[4] H2PO2－－4e－＋2H2O H3PO4＋3H＋ 。
（2）若原料室中物质改为NaNO3浓溶液，则产品室中溶质为[5] HNO3 （填化学式，下同）。
（3）若原料室中物质改为NaHSO3浓溶液，则产品室中可能的产物为[6] H2SO3（或SO2） 。
（4）若原料室中物质改为NaBr浓溶液，则产品室中溶质为[7] HBr
装置
工作原理
阳极区反应式：[8] 2Cl－－2e－ Cl2↑、Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO、3HClO＋CO（NH2）2 CO2↑＋N2↑＋3HCl＋2H2O 。
提示：HClO氧化尿素生成CO2、N2。
阴极反应式：[9] 2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－
若将尿素更换为少量NaCN，则次氯酸氧化CN－生成CO2、N2的离子方程式为[10] 5HClO＋2CN－ 2CO2↑＋N2↑＋5Cl－ ＋H2O＋3H＋
装置
工作原理
（1）CO2制备乙烯时，阳极反应式为[11] 4OH－－4e－ O2↑＋2H2O ；
阴极反应式为[12] 2CO2 ＋12e－＋12H＋ CH2 CH2＋4H2O 。
（2）CO2制备HCOOH时，阴极反应式为[13] CO2＋2e－＋2H＋ HCOOH 。
（3）CO2制备CH3OH（CH3CH2CH2OH）时，阴极反应式为[14] CO2＋6e－＋6H＋ CH3OH＋H2O（3CO2＋18e－＋18H＋ CH3CH2CH2OH＋5H2O）
双极膜中水电离出的H＋移向[15] 右 （填“左”或“右”）池
装置
工作原理
CH4和CO2的耦合转化
CH4→CH3CH3时，阳极反应式：[16] 2CH4－2e－＋O2－ CH3CH3＋H2O 。
CH4→C2H4时，阳极反应式：[17] 2CH4－4e－＋2O2－ CH2 CH2＋2H2O 。
阴极反应式：[18] CO2＋2e－ CO＋O2－ 。
电解池反应：[19] 2CH4＋CO2 CH3CH3＋CO＋H2O ，
[20] 2CH4＋2CO2 CH2 CH2＋2CO＋2H2O
类型
放电时负
极反应式
充电时阳
极反应式
（1）镍镉电池：Cd＋2NiOOH＋2H2O放电 充电 Cd（OH）2＋2Ni（OH）2
Cd－2e－＋2OH－ Cd（OH）2
2Ni（OH）2＋2OH－－2e－ 2NiOOH＋2H2O
（2）钴酸锂电池：Li1－xCO2＋LixC6放电 充电 LiCO2＋C6（0＜x＜1）
LixC6－xe－ xLi＋＋C6
LiCO2－xe－ Li1－xCO2＋xLi＋
工作一段时间后两电极均增重
负极： Ag－e－＋Cl－ AgCl ；
正极： Ag＋＋e－ Ag ；
总反应： Ag＋＋Cl－ AgCl
负极： 4OH－－4e－ O2↑＋2H2O ；
正极： O2＋4H＋＋4e－ 2H2O ；
总反应： H＋＋OH－ H2O
总反应：2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2
①反应开始时，负极为 乙 （填“甲”或“乙”）中的石墨，电极反应式为 2I－－2e－ I2 ｡
②当达到化学平衡状态时，向甲中加入FeCl2固体，此时负极为 甲 （填“甲”或“乙”）中的石墨，电极反应式为 Fe2＋－e－ Fe3＋
闭合开关K后，电子由
溶液浓度小的一极流出
负极： Ag－e－ Ag＋ ；
正极： Ag＋＋e－ Ag
电催化合成偶氮化合物（RCN中R代表烃基）
（CP和Ni2P纳米片为催化电极材料）
Ni2P极作 阳 极，电极反应式为 RCH2NH2－4e－＋4OH－ RCN＋4H2O ；CP极作 阴 极，电极反应式为 2C6H5NO2＋4H2O＋8e－ （C6H5N）2＋8OH－
CO2＋H2S协同转化装置实现了对天然气中CO2和H2S的高效去除
电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应：
①EDTA－Fe2＋－e－ EDTA－Fe3＋；
②2EDTA－Fe3＋＋H2S 2H＋＋S＋2EDTA－Fe2＋。
阴极的电极反应为
CO2＋2H＋＋2e－ CO＋H2O ；
协同转化总反应为
CO2＋H2S CO＋H2O＋S
烟气脱SO2并制备H2O2
阴极： O2＋2e－ ＋2H＋ H2O2 ；
阳极： SO32－－2e－＋2OH－ SO42－＋H2O
考点 电解池工作原理的新型应用
应用电解池进行物质制备（多室电解池）
2.应用电解池除去有害或有毒物质
3.电解池与“碳中和”
4.应用电解池实现有机物的转化
命题点1 多室电解池
1.[2021天津]如图所示电解装置中，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（ C ）
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0.01 ml Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL（折合成标准状况下）
解析
由上述分析知，A项正确；石墨电极Ⅱ上H2O放电产生O2和H＋：2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，通电一段时间后，石墨电极Ⅱ附近溶液显酸性，能使石蕊显红色，B项正确；电解时，Cu2＋在石墨电极Ⅰ上放电生成Cu，左室中Cl－通过阴离子交换膜进入中间室，故CuCl2溶液的浓度减小，C项错误；由Fe2O3＋6H＋ 2Fe3＋＋3H2O和阳极反应式可得Fe2O3～32O2，故产生O2的体积是32×0.01 ml×22.4 L·ml－1×103 mL·L－1＝336 mL，D项正确。
命题拓展
[选项拓展]判断正误：通电一段时间后，若要使CuCl2溶液恢复至原浓度，需加入一定量的CuCl2固体。（ √ ）
命题点2 电解池实现有机物转化
2.[浙江高考]电解高浓度RCOONa（羧酸钠）的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R（烷烃）。下列说法不正确的是（ A ）
A.电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2O 电解 R—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B.RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C.阴极的电极反应：2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑
D.电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
解析 RCOO－在阳极放电可得到R—R（烷烃）和CO2，在强碱性环境中，CO2会与OH－反应生成CO32－和H2O，则阳极的电极反应式为2RCOO－－2e－＋4OH－ R—R＋2CO32－＋2H2O，阴极上H2O电离产生的H＋放电生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑，因而电解总反应式为2RCOONa＋2NaOH 电解 R—R＋2Na2CO3＋H2↑，A项错误，B、C项正确；根据电解RCOONa的NaOH溶液生成R—R可知，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH的混合溶液，CH3—、CH3CH2—可结合成乙烷、丙烷、丁烷，D项正确。
命题拓展
[变式拓展]Klbe电解羧酸盐法可制取高纯度的烷烃。以Pt为电极，电解高浓度的丙酸钠（CH3CH2COONa）溶液可获得丁烷、CO2。
（1）该装置应选择 阳 （填“阳”或“阴”）离子交换膜；
（2）A电极的电极反应式为 2CH3CH2COO－－2e－ CH3CH2CH2CH3↑＋2CO2↑ 。
命题点3 电解池实现金属的制备
3.[2021广东]钴（C）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（ D ）
A.工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 ml C，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
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：2C2＋＋2H2O 电解 2C＋O2↑＋4H＋
解析 题给装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－ O2↑＋4H＋，氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动；钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为C2＋＋2e－ C，Ⅲ室中氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动。由以上分析可知，氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，A项错误；阴极生成1 ml钴时电路中转移2 ml电子，阳极产生0.5 ml O2（16 g），且有 2 ml H＋从Ⅰ室进入Ⅱ室，即生成1 ml C时，Ⅰ室溶液质量理论上减少18 g，B项错误；若移除离子交换膜，由于氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则石墨电极的电极反应会发生变化，C项错误；电解总反应为2C2＋＋2H2O 电解 2C ＋O2↑＋4H＋，D项正确。
命题拓展
[变式拓展]用双极膜电解制备金属钴的装置如图所示。双极膜是一种离子交换复合膜，在直流电场作用下能将中间层的水分子解离成H＋和OH－，并分别向两极迁移。下列说法错误的是（ C ）
A.电解池工作时，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小
B.当电路中转移2 ml电子时，阴离子交换膜左侧溶液的质量理论上增加80 g
C.电解过程中溶液中的SO42－透过阴离子交换膜移向电极b
D.阳极的电极反应式为2H2O－4e－ O2↑＋4H＋
解析 电解池工作时，双极膜中的H＋向阴极移动，所以电极b是阴极，SO42－透过阴离子交换膜向左移动，与H＋结合生成硫酸，所以阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小，A项正确，C项错误；当电路中转移2 ml电子时，阳极产生0.5 ml O2，同时有1 ml SO42－透过阴离子交换膜向左移动，所以阴离子交换膜左侧溶液的质量理论上增加96 g－16 g＝80 g，B项正确；电极a为阳极，阳极上水放电产生O2和H＋，D项正确。
命题点4 电解池实现无机化合物的合成
4.[2022海南]一种采用H2O（g）和N2（g）为原料制备NH3（g）的装置示意图如图。下列有关说法正确的是（ A ）
A.在b电极上，N2被还原
B.金属Ag可作为a电极的材料
C.改变工作电源电压，反应速率不变
D.电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
解析 b电极上N2转化为NH3，氮元素由0价降低为－3价，N2被还原，b电极为阴极，A项正确；a电极上O2－转化为O2，为阳极，若用金属Ag作为电极材料，则阳极反应为2Ag－2e－＋O2－ Ag2O，B项错误；改变工作电源电压，反应速率发生改变，C项错误；电解总反应为2N2＋6H2O 电解 4NH3＋3O2，固体氧化物电解质不参与总反应，因此固体氧化物电解质中O2－数目不变，D项错误。
命题点5 电解池与“碳中和”
5.[2023全国甲]用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物（乙烯、乙醇等）的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是（ C ）
A.析氢反应发生在IrOx－Ti电极上
B.Cl－从 Cu电极迁移到IrOx－Ti电极
C.阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－ C2H4＋4H2O
D.每转移1 ml电子，阳极生成11.2 L气体（标准状况）
解析 IrOx－Ti电极接电源正极，为阳极，发生失电子的氧化反应，故电极反应为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，A项错误；质子交换膜只允许H＋通过，故左室H＋从IrOx－Ti电极向Cu电极迁移，B项错误；Cu电极接电源负极，为阴极，发生得电子的还原反应，根据题图中物质转化关系知CO2可发生反应2CO2＋12H＋＋12e－ C2H4 ＋4H2O，C项正确；由A项分析可知每转移1 ml电子，阳极生成0.25 ml即5.6 L（标准状况）O2，D项错误。
热点12 新型电池电极反应式的书写
命题特点：物质“摆一摆”，“三配法”[配电子、配电荷、配原子（核心物质、体系中其他微粒）]在新型电池中的具体应用。
1.书写下列二次电池的电极反应式。
2.书写下列电极反应式。
（1）沉淀反应设计的原电池
（2）酸碱中和反应设计的原电池
（3）可逆氧化还原反应设计的原电池
（4）浓差电池
（5）电催化合成有机化合物
（6）协同转化装置
（7）双极膜装置
1.[回收CO2和SO2][2023北京]回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是（ C ）
A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置a中溶液显碱性的原因是HCO3－的水解程度大于HCO3－的电离程度
C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D.装置b中的总反应为SO32－＋CO2＋H2O 电解 HCOOH＋SO42－
解析 SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，SO2＋H2O H2SO3、 2H2SO3＋O2 2H2SO4，A正确；装置a中的溶液为NaHCO3溶液，溶液显碱性，说明HCO3－的水解程度大于电离程度，B正确；装置a中NaHCO3溶液和SO2反应生成亚硫酸钠和CO2，NaHCO3溶液和CO2不反应，C错误；由图可知，电解池的阴极反应为CO2＋2e－＋2H＋ HCOOH，阳极反应为SO32－－2e－＋2OH－ SO42－＋H2O，阴、阳极反应相加可得总反应，D正确。
2.[海水直接制备氢气][2023湖北]我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x ml·h－1。下列说法错误的是（ D ）
A.b电极反应式为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x ml·h－1
解析 根据图示，b电极与电源负极相连，为阴极，结合题干信息可知，阴极反应式为2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑，A正确；该装置工作时阳极无氯气产生，则阳极反应式为4OH－－4e－ 2H2O＋O2↑，又阳极KOH溶液的浓度不变，则需要OH－由阴极移向阳极，故离子交换膜为阴离子交换膜，B正确；动能高的水分子可以穿过PTFE膜，C正确；由阴、阳极反应式可知，电解总反应式为2H2O 电解 2H2↑＋O2↑，电解生成氢气的速率为x ml·h－1，则海水为电解池补水的速率也为x ml·h－1，D错误。
3.[电解处理废烟气][2021辽宁]利用（Q）与（QH2）电解转化法从烟气中分离CO2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（ C ）
A.a为电源负极
B.溶液中Q的物质的量保持不变
C.CO2在M极被还原
D.分离出的CO2从出口2排出
解析
根据上述分析知，M极为阴极，则a为电源负极，A项正确；结合阴极和阳极反应可知，整个电解过程中溶液中Q的物质的量保持不变，B项正确；M极通入的烟气中的CO2能与OH－反应生成HCO3－，HCO3－移向阳极（N极），与H＋反应生成CO2，从而实现CO2的分离，分离出的CO2从出口2排出，整个过程中CO2中各元素化合价保持不变，C项错误，D项正确。
4.[物质制备]（1）[2023北京]近年研究发现，电催化CO2和含氮物质（NO3－等）在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成 CO（NH2）2，电解原理如图所示。
①电极b是电解池的 阳 极。
②电解过程中生成尿素的电极反应式是 2NO3－＋16e－＋CO2＋18H＋ CO（NH2）2＋7H2O 。
（2）[浙江高考]以四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]，装置如图所示。
①收集到（CH3）4NOH的区域是 d （填a、b、c或d）。
②写出电池总反应 2（CH3）4NCl＋2H2O 电解 2（CH3）4NOH＋H2↑＋Cl2↑ 。
解析 （1）①电极b上H2O失电子发生氧化反应生成O2，电极b是电解池的阳极。②电极a上硝酸根离子得电子发生还原反应生成尿素，再结合电解液环境（酸性）、电荷守恒、原子守恒可写出电极反应式。（2）①根据题给信息及题图，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－ Cl2↑；根据阳离子交换膜只允许阳离子通过，所以收集到（CH3）4NOH的区域是d。②根据题意，参与电极反应的物质实际上是（CH3）4NCl和水，产物是（CH3）4NOH、Cl2和H2，由此可写出电池总反应为2（CH3）4NCl＋2H2O 电解 2（CH3）4NOH＋H2↑＋Cl2↑。
1.[2023广东汕头模拟]高锰酸钾在化工、医药、水处理等很多方面有重要应用，可以用电解法制备，装置如图。直流电源采用乙烷－空气碱性燃料电池。下列说法错误的是（ C ）
A.电源负极的电极反应式为C2H6－14e－＋18OH－ 2CO32－＋12H2O
B.a极为直流电源的正极
C.保持电流恒定，升高温度可以加快电解速率
D.离子交换膜应为阳离子交换膜
解析 电源负极上乙烷在碱性条件下失电子产生碳酸根离子，负极的电极反应式为C2H6－14e－＋18OH－ 2CO32－＋12H2O，A正确；电解池左侧Pt电极的电极反应为MnO42－－e－ MnO4－，左侧Pt电极为阳极，则a极为直流电源的正极，B正确；电解时保持电流恒定，则单位时间内转移的电子数恒定，消耗的反应物与产生的生成物的量恒定，故电解速率恒定，C错误；左侧Pt电极的电极反应为MnO42－－e－ MnO4－，右侧Pt电极的电极反应为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，为保持溶液呈电中性，钾离子通过离子交换膜进入右室，故该离子交换膜为阳离子交换膜，D正确。
2.[2024福州质检]我国科学家经过研究发明了以下装置从海水中提取锂单质，其工作原理如图所示。该装置运行期间电极Ⅱ上产生O2和气体X。下列说法错误的是（ C ）
A.该装置实现了“太阳能→电能→化学能”的转化
B.电极Ⅰ连接太阳能电池的负极
C.工作时，电极Ⅱ附近溶液的pH增大
D.实验室检验气体X可用湿润的淀粉－KI试纸
解析 根据该装置可知，太阳能电池将太阳能转化为电能，电解装置又将电能转化为化学能，A项正确；题图中Li＋向电极Ⅰ迁移，电解池中阳离子向阴极迁移，所以电极Ⅰ为电解池的阴极，连接太阳能电池的负极，B项正确；海水中存在大量Cl－，电极Ⅱ为阳极，电极反应为2Cl－－2e－ Cl2↑、2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，电极Ⅱ上产生H＋，则电极Ⅱ附近溶液pH减小，C项错误；气体X为Cl2（黄绿色气体），实验室检验Cl2可用湿润的淀粉－KI试纸，试纸变蓝即说明Cl2存在，D项正确。
3.[臭氧电解发生器][2023南京六校调研]某医用超声清洗器带有臭氧消毒功能，其臭氧电解发生器的原理如图所示。下列叙述不正确的是（ D ）
A.阳极可能的副产物有O2
B.阴极电极反应为O2＋4e－＋4HR 2H2O＋4R－
C.装置所用的离子交换膜是阳离子交换膜
D.容器内壁可用不锈钢、陶瓷、橡胶等材质
解析 A项，由图示知，阳极上H2O转化为O3，氧元素被氧化，也可能生成O2，正确；B项，阴极上O2得电子转化为H2O，由电荷守恒知，需用H＋平衡电荷，由于是固体酸，HR不可拆开，故电极反应式中HR写成化学式，产物还有R－，正确；C项，阳极反应式为3H2O－6e－ O3↑＋6H＋，生成的H＋要移向阴极，故所用的离子交换膜是阳离子交换膜，正确；D项，橡胶会被O3氧化，错误。
4.[常压电化学法合成氨][2024重庆联考]纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用，其电解装置如图所示。已知熔融的NaOH－KOH为离子导体，Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是（ D ）
A.惰性电极Ⅱ是电解池的阴极，发生还原反应
B.产生2.24 L O2时，转移的电子为0.4 ml
C.惰性电极Ⅰ的电极反应：Fe2O3＋3H2O－6e－ 2Fe＋6OH－
D.生成氨气的反应：2Fe＋N2＋3H2O Fe2O3＋2NH3
解析 由装置图可知，惰性电极Ⅱ上OH－转化为氧气，氧元素化合价升高，发生氧化反应，故惰性电极Ⅱ是电解池的阳极，惰性电极Ⅰ为阴极，A项错误；未规定氧气所处的状态是标准状况，其物质的量无法计算，故转移电子的物质的量无法计算，B项错误；惰性电极Ⅰ上，Fe2O3得电子生成Fe单质，电极反应为Fe2O3＋6e－＋3H2O 2Fe＋6OH－，C项错误；惰性电极Ⅰ上，Fe2O3得电子生成的Fe为中间体，Fe2O3在该电解过程中起催化作用，结合题图可知，Fe和N2、H2O（g）反应，铁又被氧化成Fe2O3，同时生成氨气，D项正确。
5.[2023江苏连云港考试]双极膜在直流电场的作用下，能将水解离为H＋和OH－，并实现其定向通过。将3－氯－1，2－丙二醇的水溶液通过膜M与双极膜间的电渗析室可得到缩水甘油。下列说法错误的是（ A ）
A.装置工作时，电渗析室发生氧化反应
B.通电前后，电渗析室内溶液的pH几乎不变
C.Cl－从电渗析室通过阴离子交换膜M迁移到阳极
D.反应生成1 ml缩水甘油，电路中转移1 ml电子
解析 双极膜在直流电场的作用下，将水解离为H＋和OH－，H＋移向阴极，阴极反应为2H＋＋2e－ H2↑；OH－移向电渗析室，发生反应＋OH－ ＋Cl－＋ H2O，为维持溶液呈电中性，产生的Cl－透过膜M进入阳极区。装置工作时，电渗析室中转化为，各元素化合价没有发生变化，不是氧化还原反应，A项错误；双极膜产生的OH－迁移进入电渗析室，又被消耗，故电渗析室内溶液的pH几乎不变，B项正确；电解池中阴离子向阳极移动，Cl－从电渗析室通过阴离子交换膜M迁移到阳极，C项正确；反应生成1 ml 缩水甘油，消耗1 ml OH－，电路中转移1 ml电子，D项正确。
6.[2023河北张家口检测改编]硬水结垢是循环冷却水系统中广泛存在的一种现象，西安交通大学徐浩团队改进了主动式电化学硬水处理技术，原理如图所示（R代表有机物）。下列说法错误的是（ C ）
A.处理后的水垢主要沉降在阴极附近
B.处理过程中Cl－可以循环利用
C.若将铂电极b换成铁电极，处理过程会受影响
D.铂电极a处产生的H＋移向铂电极b
解析
铂电极b作阴极，发生还原反应，若换成铁电极，则处理过程不受影响，C错误。电解池中阳离子向阴极移动，D正确。
7.[2022湖北]含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P（CN）2]，过程如图所示（Me为甲基）。下列说法正确的是（ D ）
A.生成1 ml Li[P（CN）2]，理论上外电路需要转移2 ml电子
B.阴极上的电极反应为P4＋8CN－－4e－ 4[P（CN）2]－
C.在电解过程中CN－向铂电极移动
D.电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
解析 由题图可知，石墨电极上发生反应P4－4e－＋8CN－ 4[P（CN）2]－，石墨电极作阳极，当生成1 ml Li[P（CN）2]时，外电路转移1 ml电子，A、B项错误；在电解过程中CN－向阳极移动，即向石墨电极移动，C项错误；由2Me3SiCN＋LiOH O（SiMe3）2＋LiCN＋HCN，可知HCN中的H来自于LiOH，电解过程中HCN在铂电极上放电产生H2，D项正确。
8.[2023武汉模拟]科学家近年发明了一种新型光电催化装置，它能将葡萄糖和CO2转化为甲酸盐，如图所示。光照时，光催化电极a产生电子（e－）和空穴（h＋），图中的双极膜中间层中的H2O会解离产生H＋和OH－。
下列说法错误的是（ C ）
A.光催化电极a的反应为C6H12O6＋12h＋＋18OH－ 6HCOO－＋12H2O
B.双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向催化电极b移动
C.理论上电路中通过4 ml e－时可生成2 ml HCOO－
D.阳极区和阴极区溶液的pH均减小
解析 电极a处C6H12O6在碱性条件下被氧化生成HCOO－，电极a为阳极，光催化电极a上产生空穴，则电极a的电极反应为C6H12O6＋12h＋＋18OH－ 6HCOO－＋12H2O，A项正确；电极b为电解池的阴极，作为阳离子的H＋移向电解池阴极，B项正确；电解时，阴、阳极均生成HCOO－，阴极反应为CO2＋2e－＋H＋ HCOO－，故理论上电路中通过4 ml电子，可生成4 ml HCOO－，C项错误；阳极区反应消耗OH－，溶液pH减小，由阴极反应式可知，阴极生成1 ml HCOO－，转移2 ml e－，消耗1 ml H＋，同时有2 ml H＋移向阴极，故阴极区H＋增多，溶液pH减小，D项正确。
9.[低压电解水][2023石家庄质检]我国科学家研究发现，在MnO2/Mn2＋氧化还原介质的辅助下，可将电解水分离为制氢和制氧两个独立的过程，从而实现低电压下电解水，其电化学原理如图所示。下列说法错误的是（ B ）
A.a、c为电源的负极
B.K向左端闭合时，N电极发生的反应为MnO2＋2e－＋4H＋ Mn2＋＋2H2O
C.产生等物质的量的H2和O2时，N电极质量减小
D.K向右端闭合时，电解过程中NaOH的物质的量不变
解析 K向左端闭合时，M极上H＋得电子生成H2，发生还原反应，则M极为阴极，a为负极，b为正极；K向右端闭合时，L极上OH－失电子生成O2，发生氧化反应，则L极为阳极，d为正极，c为负极，A项正确。K向左端闭合时，N电极为阳极，Mn2＋失去电子生成MnO2，电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O MnO2＋4H＋，B项错误。产生1 ml氢气转移电子2 ml，N电极生成1 ml MnO2，产生1 ml O2，转移4 ml电子，N电极发生反应：MnO2＋2e－＋4H＋ Mn2＋＋2H2O，消耗2 ml MnO2，故产生等物质的量的H2和O2时，N电极质量减小，C项正确；K向右端闭合时，氢氧根离子放电生成氧气，氢氧根离子由双极膜中水电离产生，NaOH的物质的量不变，D项正确。
10.[双极膜组][2023沈阳联考]目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水，同时获得副产品A和B。其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜，在直流电作用下，双极阴阳膜（BP）复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子源。下列说法正确的是（ D ）
A.X电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑
B.M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜，BP膜的作用是选择性通过Cl－和Na＋
C.每生成5.6 L气体a，理论上获得副产品A和B各 1 ml
D.“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液（MX）制备相应的酸（HX）和碱（MOH）
解析
由以上分析知，A项错误；BP膜的作用是选择性通过H＋和OH－，B项错误；没有指明在标准状况下，无法进行计算，C项错误；“双极膜组”电渗析法由NaCl溶液获得了酸（HCl）和碱（NaOH），由此推知，也可由MX 溶液制备相应的酸（HX）和碱（MOH），D项正确。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
能分析、解释电解池的工作原理
电解池工作原理的新型应用
2023北京，T5、T16；2023全国甲，T12；2023湖北，T10；2022湖北，T14；2021辽宁，T13；2021天津，T11；2021广东，T16
证据推理与模型认知：能分析、识别复杂的电解池装置并进行推理
命题分析预测
1.电解池工作原理的新型应用常结合工业生产中的多室膜电解槽（电渗析法）制备或分离提纯物质，考查多室膜电解槽中离子交换膜类型的判断、电解质溶液中离子的移动方向等。
2.预计2025年高考仍会结合工业生产实际考查电解池工作原理的应用，要重点关注：（1）温室气体（如CO2）的还原，体现电解池原理在物质与能量转化中的作用；（2）结合工业流程通过电解制备金属单质；（3）通过电解治理污染
装置
工作原理
四室电渗析法制备H3PO2（次磷酸）
阳极反应式：[1] 2H2O－4e－ O2↑＋4H＋ 。
阴极反应式：[2] 2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－
（1）若去掉阳极室与产品室之间的阳离子交换膜，生成物中除H3PO2外，还有[3] H3PO4 ，生成该物质的电极反应式为[4] H2PO2－－4e－＋2H2O H3PO4＋3H＋ 。
（2）若原料室中物质改为NaNO3浓溶液，则产品室中溶质为[5] HNO3 （填化学式，下同）。
（3）若原料室中物质改为NaHSO3浓溶液，则产品室中可能的产物为[6] H2SO3（或SO2） 。
（4）若原料室中物质改为NaBr浓溶液，则产品室中溶质为[7] HBr
装置
工作原理
阳极区反应式：[8] 2Cl－－2e－ Cl2↑、Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO、3HClO＋CO（NH2）2 CO2↑＋N2↑＋3HCl＋2H2O 。
提示：HClO氧化尿素生成CO2、N2。
阴极反应式：[9] 2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－
若将尿素更换为少量NaCN，则次氯酸氧化CN－生成CO2、N2的离子方程式为[10] 5HClO＋2CN－ 2CO2↑＋N2↑＋5Cl－ ＋H2O＋3H＋
装置
工作原理
（1）CO2制备乙烯时，阳极反应式为[11] 4OH－－4e－ O2↑＋2H2O ；
阴极反应式为[12] 2CO2 ＋12e－＋12H＋ CH2 CH2＋4H2O 。
（2）CO2制备HCOOH时，阴极反应式为[13] CO2＋2e－＋2H＋ HCOOH 。
（3）CO2制备CH3OH（CH3CH2CH2OH）时，阴极反应式为[14] CO2＋6e－＋6H＋ CH3OH＋H2O（3CO2＋18e－＋18H＋ CH3CH2CH2OH＋5H2O）
双极膜中水电离出的H＋移向[15] 右 （填“左”或“右”）池
装置
工作原理
CH4和CO2的耦合转化
CH4→CH3CH3时，阳极反应式：[16] 2CH4－2e－＋O2－ CH3CH3＋H2O 。
CH4→C2H4时，阳极反应式：[17] 2CH4－4e－＋2O2－ CH2 CH2＋2H2O 。
阴极反应式：[18] CO2＋2e－ CO＋O2－ 。
电解池反应：[19] 2CH4＋CO2 CH3CH3＋CO＋H2O ，
[20] 2CH4＋2CO2 CH2 CH2＋2CO＋2H2O
类型
放电时负
极反应式
充电时阳
极反应式
（1）镍镉电池：Cd＋2NiOOH＋2H2O放电 充电 Cd（OH）2＋2Ni（OH）2
Cd－2e－＋2OH－ Cd（OH）2
2Ni（OH）2＋2OH－－2e－ 2NiOOH＋2H2O
（2）钴酸锂电池：Li1－xCO2＋LixC6放电 充电 LiCO2＋C6（0＜x＜1）
LixC6－xe－ xLi＋＋C6
LiCO2－xe－ Li1－xCO2＋xLi＋
工作一段时间后两电极均增重
负极： Ag－e－＋Cl－ AgCl ；
正极： Ag＋＋e－ Ag ；
总反应： Ag＋＋Cl－ AgCl
负极： 4OH－－4e－ O2↑＋2H2O ；
正极： O2＋4H＋＋4e－ 2H2O ；
总反应： H＋＋OH－ H2O
总反应：2Fe3＋＋2I－⇌2Fe2＋＋I2
①反应开始时，负极为 乙 （填“甲”或“乙”）中的石墨，电极反应式为 2I－－2e－ I2 ｡
②当达到化学平衡状态时，向甲中加入FeCl2固体，此时负极为 甲 （填“甲”或“乙”）中的石墨，电极反应式为 Fe2＋－e－ Fe3＋
闭合开关K后，电子由
溶液浓度小的一极流出
负极： Ag－e－ Ag＋ ；
正极： Ag＋＋e－ Ag
电催化合成偶氮化合物（RCN中R代表烃基）
（CP和Ni2P纳米片为催化电极材料）
Ni2P极作 阳 极，电极反应式为 RCH2NH2－4e－＋4OH－ RCN＋4H2O ；CP极作 阴 极，电极反应式为 2C6H5NO2＋4H2O＋8e－ （C6H5N）2＋8OH－
CO2＋H2S协同转化装置实现了对天然气中CO2和H2S的高效去除
电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应：
①EDTA－Fe2＋－e－ EDTA－Fe3＋；
②2EDTA－Fe3＋＋H2S 2H＋＋S＋2EDTA－Fe2＋。
阴极的电极反应为
CO2＋2H＋＋2e－ CO＋H2O ；
协同转化总反应为
CO2＋H2S CO＋H2O＋S
烟气脱SO2并制备H2O2
阴极： O2＋2e－ ＋2H＋ H2O2 ；
阳极： SO32－－2e－＋2OH－ SO42－＋H2O
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