适用于老高考旧教材2024版高考化学二轮复习热点提速练11电解原理的创新应用（附解析）

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1.(2023·河北名校联盟联考)科学家设计了电催化双边加氢装置,大大提高了工作效率,其装置如图所示。下列叙述错误的是( )
A.M极附近pH增大
B.AEM为阴离子交换膜
C.转移1 ml电子,理论上生成1 ml[R—H]
D.N极反应之一为HCHO-e-+2OH-HCOO-+H+H2O
2.(2023·北京朝阳区二模)间接电解法合成苯甲醛的原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.电极a与电源正极相连
B.“氧化池”中发生反应:+4Mn3++H2O+4Mn2++4H+
C.电解一段时间后,电解池阴极区溶液pH升高(忽略溶液体积变化)
D.用有机溶剂分离出苯甲醛,避免其在电解池中放电发生副反应
3.(2023·湖南名校教研联盟4月联考)双极膜在直流电场作用下,可将水离解,在膜两侧分别得到H+和OH-。工业上用“双极膜双成对电解法”生产乙醛酸(OHCCOOH),原理如图所示,装置中两极均为惰性电极。下列说法错误的是( )
A.a为阳极,b为阴极
B.b极上草酸发生的反应为H2C2O4+2e-+2H+OHCCOOH+H2O
C.HBr的作用是增强阳极液的导电能力和充当间接电氧化的媒介
D.两极均产生2.24 L(标准状况)气体时,理论上可得到乙醛酸7.4 g
4.(2023·河南名校联盟联考)近日,中国科学院大连化学物理研究所团队利用固体氧化物(γ-Al2O3)电解质实现了乙烷电化学脱氢制乙烯,其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.a为电源的负极
B.M极电极反应为C2H6+2e-C2H4+2H+
C.每生成0.5 ml C2H4,N极消耗标准状况下11.2 L CO2
D.每生成56 g CO,电路中转移电子的物质的量为2 ml
命题角度2 电解法制备无机物
5.(2023·内蒙古呼和浩特调研)研究微生物燃料电池不仅可以获得高效能源,还能对工业污水等进行处理。利用微生物燃料电池处理含硫废水并电解制备KIO3的原理如图所示,下列说法不正确的是( )
A.光照强度大小影响KIO3的制备速率
B.电极N处发生电极反应S-6e-+4H2OS+8H+
C.右池中K+通过阳离子交换膜从P极移向Q极
D.不考虑损耗,电路中每消耗1 ml O2,理论上Q极可制得171.2 g KIO3
6.(2023·西藏拉萨一模)磷氰酸根负离子对构建新型含磷化合物的研究有着重要的意义。以惰性材料为电极,将白磷转化为二氰基磷负离子的锂盐,工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.Li[P(CN)2]中P元素的化合价为+1价
B.装置工作时,b极电势高于c极电势
C.阴极反应为2HCN+2e-2CN-+H2↑
D.外电路中通过0.2 ml电子时,阴极室质量减少0.2 g
7.(2023·湖南怀化二模)利用催化剂和电化学装置还原氮气制备铵盐和O2的原理如图所示。下列相关说法错误的是( )
A.B电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+
B.H+经过质子交换膜移向A电极
C.POM2在催化剂表面转化为POM1的反应为氧化反应
D.生成1 ml O2理论上可还原33.6 L N2(标准状况)
8.(2023·内蒙古呼和浩特一检)一种能在较低电压下获得氢气和氧气的电化学装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.电极b与电源的负极相连,电极反应为DHPS+2H2O+2e-DHPS-2H+2OH-
B.隔膜为阴离子交换膜,OH-从电解池的右室通过隔膜向左室迁移
C.反应器Ⅰ中发生的反应为4[Fe(CN)6]3-+2H2O4[Fe(CN)6]4-+O2↑+4H+
D.该装置的总反应为2H2O2H2↑+O2↑,气体N是H2
命题角度3 电解法治理环境污染
9.(2023·四川成都蓉城第三次联考)一种利用电化学原理将海水养殖过程中产生的氨氮污染物(以N计)转化为无污染物质的方法如图所示。下列叙述错误的是( )
A.电源a极为负极
B.Ti电极及附近区域可以产生H2和NH3
C.Ti/TiO2-RuO2-IrO2电极附近发生的反应有:3HClO+2NN2↑+3H2O+5H++3Cl-
D.电解过程中,当处理氨氮污染物1 ml时,外电路转移3 ml电子
10.(2023·湖北联考协作体联考)用铁板作电极电解污水,可使其中的杂质离子转化为沉淀而除去,其电解装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.a接电源负极,Y为阴离子交换膜
B.X溶液可能为NaOH溶液或者Na2SO4溶液
C.若处理含Cr2的污水,左池会生成Fe(OH)2和Cr(OH)3两种沉淀
D.若处理含Mn的污水,发生反应:5Fe2++Mn+4H2O5Fe3++Mn(OH)2↓+6OH-
11.(2023·福建莆田二模)铁碳微电解技术是处理酸性废水的一种工艺,装置如图所示。若上端口打开,并鼓入空气,可得到强氧化性中间体羟基自由基(·OH);若上端口关闭,可得到强还原性中间体氢原子(·H)。下列说法正确的是( )
A.无论上端口是关闭还是打开,正极反应均为Fe-2e-Fe2+
B.1 ml O2完全转化为羟基自由基(·OH)时转移2 ml电子
C.若处理含酚类的酸性废水,则上端口应关闭
D.若处理含Cr2的酸性废水,则上端口应打开并鼓入空气
热点提速练11 电解原理的创新应用
1.C 该装置为电解池,M为阴极,电极反应为[R]+H2O+e-[R—H]+OH-,生成OH-,碱性增强,附近pH增大,A正确;OH-从M极透过AEM膜进入N极,则AEM为阴离子交换膜,B正确;M极和N极都生成[R—H],由M极的[R]+H2O+e-[R—H]+OH-,N极[R]+H[R—H],可知转移1ml电子,理论上生成2ml[R—H],C错误;N为阳极,电极反应为HCHO-e-+2OH-HCOO-+H+H2O,D正确。
2.C 根据题图中信息可知,左侧a电极反应为Mn2+-e-Mn3+,为阳极,与电源正极相连,则b电极为阴极,电极反应为2H++2e-H2↑,阳极得到的Mn3+进入“氧化池”将甲苯氧化为苯甲醛,发生的反应为+4Mn3++H2O+4Mn2++4H+,A、B正确;电解过程中阴极b电极发生反应2H++2e-H2↑,同时电解质溶液中有等量的H+通过质子交换膜,从而电解池阴极区溶液pH几乎不变(忽略溶液体积变化),C错误;苯甲醛有强还原性,容易在电解池阳极上放电,所以用有机溶剂分离出苯甲醛,避免其在电解池中放电发生副反应,D正确。
3.D 根据图示,a极H2O生成O2,发生氧化反应,则a为阳极;b极H+生成H2,发生还原反应,则b为阴极,A正确;阴极上的反应为H2C2O4+2e-+2H+OHCCOOH+H2O、2H++2e-H2↑,B正确;OHCCHO属于非电解质,HBr的作用是增强阳极液的导电能力,Br-在阳极发生失电子的氧化反应生成Br2,Br2将OHCCHO氧化为OHCCOOH,HBr充当间接电氧化的媒介,C正确;当阳极生成标准状况下2.24LO2时,转移电子物质的量为0.4ml,生成乙醛酸aml,当阴极b极生成标准状况下2.24LH2时,转移电子物质的量为0.2ml,生成乙醛酸bml,根据电子守恒可得:×4+2aml=×2+2bml,解得b-a=0.1,理论上可得到乙醛酸的质量一定大于0.1ml×74g·ml-1=7.4g,D错误。
4.C M电极乙烷发生氧化反应生成乙烯,M为阳极,a为电源的正极,A错误;M极乙烷失电子发生氧化反应生成乙烯,反应为C2H6+O2--2e-C2H4+H2O,B错误;阳极发生反应C2H6+O2--2e-C2H4+H2O,阴极发生反应CO2+2e-CO+O2-,每生成0.5mlC2H4,转移1ml电子,N极消耗0.5mlCO2,标准状况下的体积为11.2L,C正确;阴极发生反应CO2+2e-CO+O2-,每生成56gCO,电路中转移电子的物质的量为×2=4ml,D错误。
5.C 石墨电极M处,CO2在光合菌、光照条件下转化为O2,O2在M极放电生成H2O,发生还原反应,M为正极,正极电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,N极为负极,硫氧化菌将FeSx氧化为S,硫再放电生成S,负极电极反应式为S-6e-+4H2OS+8H+,H+通过质子交换膜由右室移向左室;铂电极P为阴极,铂电极Q为阳极,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阳极反应式为I2+12OH--10e-2I+6H2O,阴极生成氢氧根离子,而阳极生成的I比消耗的OH-少,溶液中K+通过阳离子交换膜从Q极移向P极。光照强度大小影响单位时间内生成氧气的量,会影响KIO3的制备速率,A正确;由分析可知B正确、C错误;不考虑损耗,电路中每消耗1mlO2,转移电子为4ml,阳极反应式为I2+12OH--10e-2I+6H2O,可知生成KIO3为4ml×=0.8ml,理论上Q极可制得KIO3的质量为0.8ml×214g·ml-1=171.2g,D正确。
6.D 根据正、负化合价代数和为0的原则,Li[P(CN)2]中P元素的化合价为+1价,A正确;由图可知,d极氢元素由+1价变为0价,发生还原反应,则d极为阴极,c极为负极,b极为正极,b极电势高于c极电势,B正确;由图可知,在阴极HCN得到电子生成氢气,电极反应为2HCN+2e-2CN-+H2↑,C正确;由阴极反应可知外电路中通过0.2ml电子时,阴极室会生成0.1mlH2,其质量为0.2g,但是同时会有0.2mlCN-转移到阳极室,故阴极室质量减少大于0.2g,D错误。
7.D B为电解池阳极,H2O在B电极失电子发生氧化反应生成氧气,电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,A正确;A电极为电解池阴极,B为电解池阳极,根据离子迁移规律,氢离子由阳极移向阴极,即由B电极经过质子交换膜移向A电极,B正确;A电极为电解池阴极,电解液中POM1得电子转化为POM2的过程为还原反应,则POM2在催化剂表面转化为POM1的反应为氧化反应,C正确;B电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,生成1mlO2转移4ml电子,N2转化为N的过程中N元素由0价下降到-3价,当转移4ml电子时可还原mlN2,标准状况下的体积为ml×22.4L·ml-1≈14.9L,D错误。
8.C 由图可知,该装置目的为制备氧气和氢气,中间的电解池为反应器Ⅰ、Ⅱ提供反应原料,电极a处[Fe(CN)6]4-变为[Fe(CN)6]3-,铁的化合价升高,则电极a为阳极,电极b为阴极,反应器Ⅰ中铁的化合价降低为氧化剂,因此反应器Ⅰ中产生的气体M为氧气,反应器Ⅱ中产生的气体N为氢气,两种参与电极反应的物质循环使用,并不消耗,总反应为电解水的反应。由上述分析可知,电极b为阴极,发生还原反应,电极反应为DHPS+2H2O+2e-DHPS-2H+2OH-,A正确;电极a为阳极,发生氧化反应,消耗氢氧根,电极b为阴极,发生还原反应,生成氢氧根,为维持碱溶液的浓度,保持电池的持续工作,隔膜应为阴离子交换膜,氢氧根由右室往左室移动,B正确;由图可知,装置中的反应皆在碱性环境中发生,故不可能有氢离子的生成,正确的反应方程式为4[Fe(CN)6]3-+4OH-4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O,C错误;气体N为氢气,该反应整体为电解水的反应,D正确。
9.B 由图可知,Ti/TiO2-RuO2-IrO2电极上Cl-失去电子生成Cl2,则Ti/TiO2-RuO2-IrO2电极是阳极,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,反应方程式为Cl2+H2OHCl+HClO,Ti/TiO2-RuO2-IrO2电极附近发生的反应有:3HClO+2NN2↑+3H2O+5H++3Cl-;Ti/TiO2-RuO2-IrO2电极是阳极,则b为正极,a为负极,Ti电极为阴极,阴极上海水中的水得电子生成氢气,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。由上述分析可知,A、C正确;由上述分析可知,Ti电极及附近区域可产生H2,无NH3产生,B错误;根据Ti/TiO2-RuO2-IrO2电极附近发生的反应,电解过程中,当处理氨氮污染物1ml时,消耗HClO为1.5ml,氯气与水反应的方程式为Cl2+H2OHCl+HClO,即消耗的Cl2为1.5ml,阳极电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,故外电路转移3ml电子,D正确。
10.B 右池产生氢气,右侧铁板为电解池阴极,左侧铁板为电解池阳极,所以a接电源正极,左侧生成的Fe2+与污水中离子反应,右侧产生的OH-向左侧做定向移动,Y为阴离子交换膜,A错误;右侧放氢气生成碱,X溶液可能为NaOH溶液或者Na2SO4溶液,B正确;若处理含Cr2的污水,发生反应Cr2+6Fe2++10OH-+7H2O6Fe(OH)3↓+2Cr(OH)3↓,左池会生成Fe(OH)3和Cr(OH)3两种沉淀,C错误;若处理含Mn的污水,发生反应5Fe2++Mn+9OH-+4H2O5Fe(OH)3↓+Mn(OH)2↓,D错误。
11.B 正极发生得电子的反应,负极发生失电子的氧化反应,无论是否鼓入空气,Fe易失去电子生成Fe2+,作负极,电极反应为Fe-2e-Fe2+,A错误;若上端口打开,并鼓入空气,可得到强氧化性的羟基自由基,电极反应为2H++2e-+O22·OH,故1mlO2完全转化为羟基自由基(·OH)时转移2ml电子,B正确;除去含酚类的酸性废水,需要氧化性的物质,上端口需要打开,可生成羟基自由基氧化酚类,C错误;Cr2在酸性条件下具有强氧化性,需要还原剂,则上端口需要关闭,可得到强还原性中间体氢原子(·H),D错误。