能力小专题13 电解原理的应用
角度一
【深研真题】
例1 D [解析] 电极b发生反应TY→TQ,发生加氧去氢的氧化反应,则b为阳极,a为阴极,阴极上氢离子得电子生成H2,以此解题。电解时阳离子向阴极移动,H+从右室向左室移动,A正确;根据转化关系图可知,b电极反应式为TY+H2O-4e-TO+4H+,a电极反应式为2H++2e-H2↑,则总反应式为TY+H2OTQ+2H2↑,B正确;将TY()换成,酚羟基转化为羰基,并在其对位引入羰基,仍然能够得到TQ(),C正确;根据题图可知,用18O标记电解液中的水,可得到的18O在环上甲基的邻位上,D错误。
例2 B [解析] 由图可知,左侧物质变化:N→N→NH3,N元素化合价下降,则左侧是阴极区;右侧物质变化:Cl-→Cl2,Cl元素化合价升高,则右侧是阳极区,据此解答。电解池中,阳离子向阴极移动,则K+向左室迁移,A正确;电解过程中,N先生成,再消耗,是中间产物,其浓度增大还是减小,取决于生成速率与消耗速率,无法得出其浓度持续下降的结论,B错误;b处生成氯气,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,盐酸能使蓝色石蕊试纸变红,次氯酸能使变红的试纸褪色,故试纸先变红后褪色,C正确;左侧阴极总反应是N+8e-+6H2ONH3↑+9OH-,右侧阳极反应是2Cl--2e-Cl2↑,得失电子守恒的情况下,将两电极反应相加即可得到总反应,D正确。
【对点精练】
1.B [解析] 由装置图可知,该装置中有直流电源,为电解池,LixCoO2(x<1) 转化为LiCoO2过程中,Co元素化合价由+(4-x)降为+3,LixCoO2得电子发生还原反应,为阴极,电极反应式为LixCoO2+(1-x)e-+(1-x)Li+LiCoO2,Pt电极为阳极,失电子,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,据此回答。由分析知,LixCoO2电极上发生反应:LixCoO2+(1-x)e-+(1-x)Li+LiCoO2,A错误;由电极反应式可知,产生标准状况下5.6 L(即0.25 mol)O2时转移1 mol 电子,理论上转化mol的LixCoO2,B正确;S为阴离子,应向阳极移动,即向Pt电极迁移,C错误;由阳极电极反应式可知,电解过程中,阳极产生H+、消耗H2O,酸性增强,则阳极附近pH降低,D错误。
2.D [解析] 根据题干信息可知,Fe-SA@NC作阳极材料,则a为阳极,发生氧化反应:,b为阴极,发生还原反应:2H++2e-H2↑。根据题干信息,用该催化剂作阳极材料合成有机物,阳极与电源正极相连,A正确;b极(阴极)的电极反应式为2H++2e-H2↑,阳极生成的H+数等于阴极同时消耗的H+数,电解质溶液中n(H+)基本保持不变,B正确;由分析可知,a极发生氧化反应,电极反应式为,C正确;未指明气体是否处于标准状况,不能用22.4 L·mol-1计算转移电子数,D错误。
角度二
【深研真题】
例1 D [解析] 由图可知,左侧为阴极,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,右侧为阳极,电极反应式为[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-,在膜Ⅰ和膜Ⅱ间加入海水,钠离子透过膜Ⅰ进入阴极区得到氢氧化钠,氯离子透过膜Ⅱ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间,锂离子透过膜Ⅲ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间,在膜Ⅱ与膜Ⅲ之间得到LiCl,则膜Ⅰ为阳离子交换膜,膜Ⅱ为阴离子交换膜,膜Ⅲ为阳离子交换膜,据此解答。由分析可知,膜Ⅱ为阴离子交换膜, A错误;a极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,生成OH-导致电极a附近溶液的pH变大,B错误;由分析可知,b极的电极反应式为[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-,C错误;在电解池中,转移的电子数等于移动的离子电荷数,每脱除58.5 g即1 mol NaCl,转移电子数为1 mol,有1 mol Li+和1 mol Cl-分别透过膜Ⅲ、膜Ⅱ,可得到1 mol LiCl,D正确。
例2 B [解析] 由图可知,左侧电极发生反应[Fe(H2O)6]2+-e-[Fe(H2O)6]3+,则左侧为阳极,右侧电极反应为[Fe(H2O)6]3++e-[Fe(H2O)6]2+,则右侧电极为阴极,据此解答。由分析可知,阴极反应为[Fe(H2O)6]3++e-[Fe(H2O)6]2+,A正确;已知②处的电解液温度比①处的低,则可推断[Fe(H2O)6]3++e-[Fe(H2O)6]2+是吸热反应,则[Fe(H2O)6]3+比[Fe(H2O)6]2+稳定,B错误;多孔隔膜可以阻止两电极区的溶液对流,可阻止热交换,C正确;题干明确指出电子转移过程非常快,物质结构来不及改变,这意味着电子转移(即氧化还原反应)本身不会直接导致结构变化,热效应实际上来源于电子转移完成后,[Fe(H2O)6]2+和[Fe(H2O)6]3+因配位环境或电荷分布变化引起的结构重组导致热量变化,D正确。
【对点精练】
1.A [解析] 根据图示可知,b电极上HCHO 转化为HCOO-,而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应,所以b电极为阳极,a电极为阴极,HCHO为阳极反应物,由反应机理+H2可知,发生反应后生成的转化为HCOOH,由质量守恒和电荷守恒可知,在生成HCOOH的同时还生成了H-,生成的HCOOH再与氢氧化钾发生中和反应:HCOOH+OH-HCOO-+H2O,而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气,即2H--2e-H2↑,阴极水得电子生成氢气:2H2O+2e-H2↑+2OH-。由分析可知,阳极反应:①HCHO+OH--e-HCOOH+H2,②HCOOH+OH-HCOO-+H2O,阴极反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,即转移2 mol电子时,阴、阳两极各生成1 mol H2,共2 mol H2,而传统电解水:2H2O2H2↑+O2↑,转移2 mol电子,只有阴极生成1 mol H2,所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍,A错误;阴极水得电子生成氢气,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,B正确;由A项分析可知,电解过程中阴极生成OH-,OH-通过阴离子交换膜向阳极移动,即向b极方向移动,C正确;阳极反应涉及①HCHO+OH--e-HCOOH+H2, ②HCOOH+OH-HCOO-+H2O,由(①+②)×2得阳极反应为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+2H2O +H2,D正确。
2.B [解析] 在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-:HCHO+OH-HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O,Cu电极上的电极反应式为[OCH2O]2--e-HCOO-+H·,两个H·结合成H2,Cu电极为阳极;PbCu电极为阴极,首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH:H2C2O4+2e-+2H+OHC—COOH+H2O,酸性条件下,NH2OH转化为HO—N+H3,OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CHN—OH:OHC—COOH+HO—N+H3HOOC—CHN—OH+H2O+H+,HOOC—CHN—OH在Cu上发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH:HOOC—CHN—OH+4e-+5H+H3N+CH2COOH+H2O。由上述分析可知,阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O,转移2 mol电子消耗4 mol OH-,从双极膜中只能产生2 mol OH-,故阳极区c(OH-)减小,A、C项正确;阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+H3N+CH2COOH+3H2O,故理论上生成1 mol H3N+CH2COOH双极膜中有6 mol H2O解离,B项错误;阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+OHC—COOH+H2O,D项正确。限时集训(十三)
1.C [解析] H+由电极A区移向电极B区,电极B处二氧化碳发生还原反应生成甲酸,B是阴极、A是阳极。根据以上分析,A是阳极,电极A与电源正极相连,故A正确;电极B处二氧化碳发生还原反应生成甲酸,电极B的反应:CO2+2e-+2H+HCOOH,故B正确;电极A处乙二醇失电子发生氧化反应生成甲酸,电极反应式为HOCH2CH2OH-6e-+2H2O2HCOOH+6H+,电极B处二氧化碳得电子发生还原反应生成甲酸,电极反应式为CO2+2e-+2H+HCOOH,1 mol乙二醇参加反应,阳极生成2 mol甲酸,根据得失电子守恒,阴极生成3 mol甲酸,两极共生成5 mol甲酸,故C错误;乙二醇分子中碳原子采用sp3杂化,二氧化碳分子中C原子采用sp杂化,甲酸分子中碳原子采用sp2杂化,故D正确。
2.C [解析] 该装置是电解池,从H+的移动方向可知,H+从b电极向a电极移动,电解池中阳离子从阳极移向阴极,所以a电极是阴极,b电极是阳极,则d电极为电源的正极,c电极为电源的负极,据此解答。d电极为电源的正极,铅酸蓄电池作电源时正极的电极反应式为PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O,故A错误;b电极是阳极,加入少量氯化钠后氯离子先放电,会产生氯气,故B错误;3.0 g尿素的物质的量为=0.05 mol,结合a极电极反应式2N+CO2+16e-+18H+CO(NH2)2+7H2O,转移0.8 mol电子,b极的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,转移0.8 mol电子时,会消耗0.4 mol H2O,电极b区减少的质量为7.2 g,故C正确;由a极电极反应式可知,每1 mol CO2转化为尿素转移的电子为16 mol,有16 mol H+通过质子交换膜,故D错误。
3.D [解析] 由图可知,a极由KA油电解得到己二酸,发生氧化反应,为阳极,电极反应为+3H2O-6e-HOOC(CH2)4COOH+6H+、+3H2O-8e-HOOC(CH2)4COOH+8H+,b为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。该方法和传统工业相比,不需要用硝酸,故电解合成法具有反应步骤少、无氮氧化物排放等优点,A正确;根据分析可知,a极发生的电极反应之一为+3H2O-6e-HOOC(CH2)4COOH+6H+,B正确;该装置工作一段时间后,阳极转移电子数等于生成的氢离子数目,氢离子通过质子交换膜进入阴极,转移的氢离子数目等于阴极生成的氢氧根离子数目,故b极区pH不变,C正确;每生产1 mol己二酸,理论上转移电子的物质的量为6~8 mol,同时得到标准状况下H2的体积大于67.2 L,D错误。
4.D [解析] CO2转化为HCOO-,C元素化合价降低发生了还原反应,该极为电解池的阴极与电源负极相连;Ni2P电极为电解池的阳极与电源正极相连,发生氧化反应。由分析可知Ni2P电极与电源正极相连,A项正确;In/In2O3-x电极为阴极,H2O可能在此发生还原反应产生H2,B项正确;CO2发生还原反应得到HCOO-,电极反应式为CO2+H2O+2e-HCOO-+OH-,C项正确;标准状况下33.6 L CO2物质的量为1.5 mol,由电极反应式知转移电子的物质的量为3 mol,阳极的电极反应式为CH3(CH2)7NH2 -4e-+4OH-)6CN +4H2O,当转移3 mol电子时产生0.75 mol辛腈,D项错误。
5.B [解析] 该装置是电解池,电解水制氢,电极A为阴极,水得到电子生成氢气,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,电极B为阳极,尿素失电子生成氮气,电极反应式为CO(NH2)2-6e-+6OH-CO2↑+N2↑+5H2O,同时OH-失电子生成O2的电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O。该电解池中使用阳离子交换膜,则OH-无法定向迁移,A错误;结合题图信息,OER分四步进行,每一步都有电子失去,每步反应均为氧化反应,B正确;非晶态Ni(Ⅲ)基硫化物是UOR反应的催化剂,能降低该反应的活化能,改变反应速率,但不能改变该反应的反应热,C错误;由分析可知,D错误。
6.D [解析] 由图可知,铜为阴极,电极反应式为N+8e-+6H2ONH3↑+9OH-,[Cu(NH3)4]2++2e-Cu+4NH3↑,Pt为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+。[Cu(NH3)4]2+可能在铜电极得电子发生还原反应生成铜,A正确;N在阴极上发生还原反应生成NH3,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒,其电极反应式为N+8e-+6H2ONH3↑+9OH-,B正确;根据电极反应式,可知阴极区生成OH-,为了平衡电荷,阳极区的阳离子(如Na+)需要通过膜M向阴极区移动,所以膜M为阳离子交换膜,C正确;由N+8e-+6H2ONH3↑+9OH-可知,当有0.8 mol电子通过导线时,生成0.1 mol NH3,若NH3全部逸出,理论上生成氨气的质量为m=0.1 mol×17 g·mol-1=1.7 g,同时[Cu(NH3)4]2+放电也会释放出NH3,故理论上可回收NH3的质量一定大于1.7 g,D错误。
7.D [解析] 由图可知,M电极上葡萄糖被还原为山梨醇,为阴极,电极反应式为C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6,N电极上溴离子失电子被氧化为溴单质,为阳极,电极反应式为2Br--2e-Br2。由分析可知,M电极为阴极,与电源的负极相连,A正确;由分析可知,M电极为阴极,N电极为阳极,双极膜产生的OH-会移向N极,B正确;由图可知,M电极上葡萄糖被还原为山梨醇,为阴极,电极反应式为C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6,C正确;制备山梨醇的反应为C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6,阳极反应为2Br--2e-Br2,制备葡萄糖酸的反应为C6H12O6+Br2+H2OC6H12O7+2H++2Br-,根据得失电子守恒可知每生成1 mol山梨醇,转移2 mol电子,理论上共消耗2 mol葡萄糖,D错误。
8.D [解析] 由a极氮元素化合价降低可知,a极为阴极,X为电源的负极,Y为电源的正极,b极为阳极。正极的电极电势比负极高,根据分析知,电极电势:Y>X,A错误;电解质溶液是酸性的,则a极的电极反应式为N2+6e-+6H+2NH3,B错误;阳极区生成H+,阴极区消耗H+,由电中性原理可知,应有H+通过阳离子交换膜进入阴极区,电路中转移电子的数目与通过交换膜的离子的数目相等,阳极的电极反应式为N2-10e-+6H2O2N+12H+,当电路中有10 mol电子转移时,有10 mol H+通过阳离子交换膜在阴极被消耗,阳极上生成12 mol H+,二者之比为5∶6,C错误,D正确。能力小专题13 电解原理的应用
角度一 电解原理的应用
例1 [2025·陕青宁晋卷] 我国科研人员采用图示的电解池,由百里酚(TY)合成了百里醌(TQ)。电极b表面的主要反应历程见图(灰球表示电极表面催化剂),下列说法错误的是 ( )
A.电解时,H+从右室向左室移动
B.电解总反应:TY+H2OTQ+2H2↑
C.以为原料,也可得到TQ
D.用18O标记电解液中的水,可得到
例2 [2025·湖南卷] 一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.电解过程中,K+向左室迁移
B.电解过程中,左室中N的浓度持续下降
C.用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处,试纸先变红后褪色
D.N完全转化为NH3的电解总反应:N+8Cl-+6H2ONH3↑+9OH-+4Cl2↑
1.构建电解池模型
2.电解池阴、阳极的判断方法
3.电解计算破题“3方法”
1.[2025·河北卷] 科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化的电化学装置,其示意图如下:
已知:参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件,不干扰电极反应。下列说法正确的是 ( )
A.LixCoO2电极上发生的反应:LixCoO2+xe-+xLi+LiCoO2
B.产生标准状况下5.6 L O2时,理论上可转化 mol的LixCoO2
C.再锂化过程中,S向LixCoO2电极迁移
D.电解过程中,阳极附近溶液pH升高
2.[2025·辽宁重点高中二模] 某课题组合成了稳定在氮掺杂碳上的Fe单原子催化剂(Fe-SA@NC),用该催化剂作阳极材料合成有机物:,原理如图所示(部分物质省略)。
已知:-Ph代表苯基。下列叙述错误的是 ( )
A.a极与电源的正极连接
B.电解一段时间后溶液中n(H+)基本保持不变
C.a极的电极反应式为
D.b极收集4.48 L气体时转移电子数约为2.408×1023
角度二 电化学装置中膜的作用
例1 [2025·河南卷] 一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化,并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是 ( )
A.Ⅱ为阳离子交换膜
B.电极a附近溶液的pH减小
C.电极b上发生的电极反应式为
[Fe(CN)6]4-+e-[Fe(CN)6]3-
D.若海水用NaCl溶液模拟,则每脱除58.5 g NaCl,理论上可回收1 mol LiCl
例2 [2025·湖北卷] 某电化学制冷系统的装置如图所示。[Fe(H2O)6]3+和[Fe(H2O)6]2+在电极上发生相互转化,伴随着热量的吸收或释放,经由泵推动电解质溶液的循环流动(①→②→③→④→①)实现制冷。装置只通过热交换区域 Ⅰ 和 Ⅱ 与环境进行传热,其他区域绝热。下列描述错误的是 ( )
A.阴极反应为[Fe(H2O)6]3++e-[Fe(H2O)6]2+
B.已知②处的电解液温度比①处的低,可推断[Fe(H2O)6]2+比[Fe(H2O)6]3+稳定
C.多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换
D.已知电子转移过程非常快,物质结构来不及改变。热效应主要来自于电子转移后[Fe(H2O)6]2+和[Fe(H2O)6]3+离子结构的改变
1.离子交换膜的分类与作用
2.含膜电化学装置原理分析
3.电渗析法的应用模型
将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的模型及原理如下,已知A为金属活动顺序中氢之前的金属,Bn-为含氧酸根离子。
1.“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题,科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法,装置如图所示。部分反应机理为+H2。下列说法错误的是 ( )
A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D.阳极反应:2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+2H2O+H2
2.[2024·湖北卷] 我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-HCOO-+H·。下列说法错误的是 ( )
A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B.理论上生成1 mol H3N+CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-CHOCOOH+H2O 限时集训(十三) 能力小专题13 电解原理的应用
角度一 电解原理的应用
1.[2025·黑龙江哈尔滨三模] 近年来,科学家利用电化学催化的方法,将PET塑料(聚对苯二甲酸乙二酯)水解液中的乙二醇(HOCH2CH2OH)和温室气体CO2转化为甲酸(HCOOH),原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.电极A与电源正极相连
B.电极B的反应:CO2+2e-+2H+HCOOH
C.1 mol乙二醇参加反应,两极共生成3 mol甲酸
D.两个电极反应中碳原子的杂化类型均发生改变
2.[2024·湖南长沙模拟] 近年研究发现,电催化CO2和含氮物质(N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。用铅酸蓄电池作电源,向含有一定浓度KNO3的酸性废水中通CO2至饱和,在电极上反应生成CO(NH2)2,电解原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.d为电源正极,该电极反应式为PbO2+2e-+4H+Pb2++2H2O
B.为提高溶液导电性,电极b区溶液中可加入少量氯化钠
C.当电极a区生成3.0 g尿素时,电极b区质量减少7.2 g
D.每1 mol CO2转化为尿素就有18 mol H+由b极区迁移到a极区
3.[2025·河南郑州一模] 传统工业中,己二酸以苯为原料经热催化加氢和硝酸氧化两步法制备。我国科学家提出了以KA油(环己醇与环己酮混合物)为原料经电解合成己二酸的新方法,其工作原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.和传统工业相比,电解合成法具有反应步骤少、无氮氧化物排放等优点
B.a极发生的电极反应之一为+3H2O-6e-HOOC(CH2)4COOH+6H+
C.该装置工作一段时间后,b极区pH不变
D.每生产1 mol己二酸,理论上同时得到标准状况下67.2 L H2
4.[2025·江苏苏州模拟] 有研究表明,以CO2与辛胺CH3(CH2)7NH2为原料高选择性合成甲酸和辛腈CH3(CH2)6CN,工作原理如图所示,下列说法不正确的是 ( )
A.Ni2P电极与电源正极相连
B.In/In2O3-x电极上可能有副产物H2生成
C.在In/In2O3-x电极上发生的反应为CO2+HCOO-+OH-
D.标准状况下33.6 L CO2参与反应时Ni2P电极有1.5 mol辛腈生成
5.[2025·辽宁辽西重点高中二模] 某大学研究出电解水制氢过程中降低能耗的方法,电极B以非晶态Ni(Ⅲ)基硫化物为催化剂,有效催化OER(析氧反应)和UOR(尿素氧化反应),其工作原理和电极B的反应机理如图所示(“·”表示自由基)。
下列说法正确的是 ( )
A.电解过程中,OH-从A极区向B极区迁移
B.OER分四步进行,每步反应均为氧化反应
C.非晶态Ni(Ⅲ)基硫化物能降低UOR反应活化能和反应热
D.电解时,电极A上发生的反应为4OH-+4e-O2↑+2H2O
角度二 离子交换膜的应用
6.[2025·湖南常德一模] 电催化还原技术是电镀废水的一种新型处理方法。某科研团队以铜、铂和镀铜废水构建电催化还原体系(如图所示),处理含[Cu(NH3)4]2+、N的镀铜废水,同时回收氨和铜资源。下列说法错误的是 ( )
A.对处理后的铜片清洗、干燥和称量,发现铜片质量增加,可能是铜片上析出了铜单质
B.N发生的电极反应式为N+8e-+6H2ONH3↑+9OH-
C.膜M为阳离子交换膜
D.当有0.8 mol电子通过导线时,若NH3全部逸出,理论上可回收NH3的质量一定少于1.7 g
7.[2025·贵州六盘水一模] 采用电解法电解葡萄糖(C6H12O6)溶液可同时制备山梨醇(C6H14O6)和葡萄糖酸(C6H12O7),电解原理如图所示。已知双极膜中水解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。下列说法错误的是 ( )
注:R为 —C5H11O5
A.M极与电源的负极相连
B.双极膜产生的OH-会移向N极
C.阴极的电极反应:C6H12O6+2e-+2H+C6H14O6
D.每生成1 mol山梨醇,理论上共消耗1 mol葡萄糖
8.[2025·河北张家口二模] 室温条件下合成氨是科技工作者研究的热点。通过使用阳离子交换膜,电解酸性电解质溶液制备氨的部分反应原理和装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.电极电势:X>Y
B.a极的电极反应式为N2+6e-+6H2O2NH3+6OH-
C.电路中转移电子的数目与通过阳离子交换膜的离子的数目不相等
D.阴极消耗的质子数与阳极生成的质子数之比为5∶6(共59张PPT)
能力小专题13
电解原理的应用
01
角度一 电解原理的应用
02
角度二 电化学装置中膜的作用
深研真题
考点透析
对点精练
深研真题
考点透析
对点精练
角度一
电解原理的应用
例1 [2025·陕青宁晋卷] 我国科研人员采用图
示的电解池,由百里酚(TY)合成了百里醌(TQ)。
电极b表面的主要反应历程见图(灰球表示电极
表面催化剂),下列说法错误的是 ( )
A.电解时,H+从右室向左室移动
B.电解总反应:TY+H2O TQ+2H2↑
C.以 为原料,也可得到TQ
D.用18O标记电解液中的水,可得到
√
[解析] 电极b发生反应TY→TQ,发生加氧去氢的氧化反应,则b为阳极,a为阴极,阴极上氢离子得电子生成H2,以此解题。电解时阳离子向阴极移动,H+从右室向左室移动,A正确;
根据转化关系图可知,b电极反应式为TY+H2O-4e-=TO+4H+,a电极反应式为2H++2e-=H2↑,则总反应式为TY+H2O TQ+2H2↑,B正确;
将TY( )换成 ,酚羟基转化为羰基,并在其对位引入羰基,仍然能够得到TQ( ),C正确;
根据题图可知,用18O标记电解液中的水,可得到的18O在环上甲基的邻位上 ,D错误。
例2 [2025·湖南卷]一种电化学处理硝酸盐产氨的工
作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.电解过程中， 向左室迁移
B.电解过程中，左室中 的浓度持续下降
C.用湿润的蓝色石蕊试纸置于 处，试纸先变红后褪色
D.完全转化为 的电解总反应：
√
[解析] 由图可知，左侧物质变化：
， 元素化合价下降，则左侧
是阴极区；右侧物质变化：， 元素化
合价升高，则右侧是阳极区，据此解答。电解池
中，阳离子向阴极移动，则 向左室迁移，A正确；
电解过程中， 先生成，再消耗，是中间产物，其浓度增大还是
减小，取决于生成速率与消耗速率，无法得出其浓度持续下降的结
论，B错误；
处生成氯气，氯气与水反应生成盐酸和次氯酸，盐酸能使蓝色石蕊
试纸变红，次氯酸能使变红的试纸褪色，故试纸先变红后褪色，C正
确；
左侧阴极总反应是 ，右侧阳
极反应是 ，得失电子守恒的情况下，将两电极反
应相加即可得到总反应，D正确。
1.构建电解池模型
2.电解池阴、阳极的判断方法
3.电解计算破题“3方法”
例1 [2025·河北卷]科研工作者设计了一种用于废弃电极材料
再锂化的电化学装置，其示意图如下：
已知：参比电极的作用是确定再锂化为 的最优条件，
不干扰电极反应。下列说法正确的是( )
A. 电极上发生的反应：
B.产生标准状况下 时，理论上可转化的
C.再锂化过程中，向 电极迁移
D.电解过程中，阳极附近溶液 升高
√
[解析] 由装置图可知，该装置中有直流电源，为
电解池， 转化为过程中，
元素化合价由降为， 得电子
发生还原反应，为阴极，电极反应式为
， 电极为阳极，失电子，
发生氧化反应，电极反应式为 ，据此回答。
由分析知， 电极上发生反应：
，A错误；
由电极反应式可知，产生标准状况下即 时转移电子，理论上转化 的，B正确；
为阴离子，应向阳极移动，即向 电极迁移，C错误；
由阳极电极反应式可知，电解过程中，阳极产生、消耗 ，酸性增强，则阳极附近 降低，D错误。
2.[2025·辽宁重点高中二模]某课题组合成了稳定在氮掺杂碳上的 单
原子催化剂 ，用该催化剂作阳极材料合成有机物：
，原理如图所示(部分物质省略)。
已知： 代表苯基。下列叙述错误的是( )
A. 极与电源的正极连接
B.电解一段时间后溶液中 基本保持不变
C. 极的电极反应式为
D.极收集气体时转移电子数约为
√
[解析] 根据题干信息可知， 作阳
极材料，则 为阳极，发生氧化反
应： ， 为阴极，发
生还原反应： 。根据题干信息，用该催化剂作
阳极材料合成有机物，阳极与电源正极相连，A正确；
极(阴极)的电极反应式为 ，阳极生成的 数等
于阴极同时消耗的数，电解质溶液中 基本保持不变，B正确；
由分析可知， 极发生氧化反应，电极反应式
为 ，C正确；
未指明气体是否处于标准状况，不能用
计算转移电子数，D错误。
角度二
电化学装置中膜的
作用
A.Ⅱ为阳离子交换膜
B.电极附近溶液的 减小
C.电极上发生的电极反应式为
D.若海水用溶液模拟，则每脱除 ，理论上可回收
例1 [2025·河南卷]一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以
形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )
√
[解析] 由图可知，左侧为阴极，电极反应式为
，右侧为阳极，电极反应式为
，在膜Ⅰ和膜Ⅱ间加入海水，钠离子
透过膜Ⅰ进入阴极区得到氢氧化钠，氯离子透过膜Ⅱ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之
间，锂离子透过膜Ⅲ进入膜Ⅱ与膜Ⅲ之间，在膜Ⅱ与膜Ⅲ之间得到
，则膜Ⅰ为阳离子交换膜，膜Ⅱ为阴离子交换膜，膜Ⅲ为阳离子交
换膜，据此解答。
由分析可知，膜Ⅱ为阴离子交换膜，错误；
极的电极反应式为，生成导致电极 附近溶液的变大，B错误；
由分析可知， 极的电极反应式为 ，C错误；
在电解池中，转移的电子数等于移动的
离子电荷数，每脱除即 ，
转移电子数为，有和 分别透过膜Ⅲ、膜Ⅱ，可得到 ，D正确。
例2 [2025·湖北卷]某电化学制冷系统的装置如图所示。
和 在电极上发生相互转化，伴随着热量的
吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动
实现制冷。装置只通过热交换区域 Ⅰ 和
Ⅱ 与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是( )
A.阴极反应为
B.已知②处的电解液温度比①处的低，可推断
比 稳定
C.多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换
D.已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来
自于电子转移后 和 离子结构的改变
√
[解析] 由图可知，左侧电极发生反应
，则左侧
为阳极，右侧电极反应为
，则右侧
电极为阴极，据此解答。由分析可知，阴极
反应为 ，A正确；
已知②处的电解液温度比①处的低，则可推断
是吸热反应，则比 稳定，
B错误；
多孔隔膜可以阻止两电极区的溶液对流，可
阻止热交换，C正确；
题干明确指出电子转移过程非常快，物质结
构来不及改变,这意味着电子转移 (即氧化还
原反应)本身不会直接导致结构变化，热效应
实际上来源于电子转移完成后，和 因配位
环境或电荷分布变化引起的结构重组导致热量变化，D正确。
1.离子交换膜的分类与作用
2.含膜电化学装置原理分析
3.电渗析法的应用模型
将含的废水再生为和
的模型及原理如下，已知A
为金属活动顺序中氢之前的金属，
为含氧酸根离子。
1.“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、
反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合高效制 的方法，
装置如图所示。部分反应机理为
。下列说法错误的是 ( )
A.相同电量下 理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应：
C.电解时通过阴离子交换膜向 极方向移动
D.阳极反应：
√
[解析] 根据图示可知，电极上转化为，而 转化
为为氧化反应，所以电极为阳极，电极为阴极， 为
阳极反应物，由反应机理 可知，
发生反应 后生成的 转化为 ，
由质量守恒和电荷守恒可知，在生成的同时还生成了 ，生成的 再与氢氧化钾发生中和反应：，而生成的 在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即 ，阴极水得电子生成氢
气： 。由分析可知，阳极反应：
，
，阴极反应:
，即转移 电子时，阴、阳两极各
生成，共，而传统电解水： ，
转移电子，只有阴极生成，所以相同电量下 理论产
量是传统电解水的2倍，A错误；
阴极水得电子生成氢气，阴极反应为 ，B正确；
由A项分析可知，电解过程中阴极生成，通过阴离子交换膜向阳极移动，即向 极方向移动，C正确；
阳极反应涉及
，
，由 得阳极反应为
，D正确。
2.[2024·湖北卷]我国科学家设计了一种双位点 电催化剂，用
和电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中
解离的和在电场作用下向两极迁移。已知在 溶液中，甲
醛转化为 ，存在平衡
。 电极上发生的电子转移反
应为 。下列说法错误的是( )
A.电解一段时间后阳极区 减小
B.理论上生成双极膜中有 解离
C.阳极总反应式为
D.阴极区存在反应
√
[解析] 在溶液中 转化为 ，存在平衡
， 电极上的电极反应式为
，两个 结合成， 电极为阳
极；电极为阴极，首先在 上发生得电子的还原
反应转化为 ，酸性条件下， 转化为，与 反应生成 ，
在上发生得电子的还原反应转化成 。由上述分析可知，阳极总反应为，转移 电子
消耗，从双极膜中只能产生，故阳极区
减小，A、C项正确；
阴极区的总反应为 ，故理论上生成双极膜中有 解离，B项错误；
阴极区的 上发生反应 ，D项正确。
1.[2024·重庆卷]我国科研工作者研发了一种
新型复合电极材料，可将 电催化转化为
甲酸，电解装置示意图如图所示。下列说法
正确的是( )
A.电解时电极上产生
B.电解时电极 上发生氧化反应
C.阴、阳离子交换膜均有两种离子通过
D.总反应为
√
[解析] 电极是阳极， 失去电子发生氧化
反应生成氧气： ，
氢离子通过阳离子交换膜进入中间室；电极
上 得到电子发生还原反应，和水生成甲酸
根离子和氢氧根离子： ，甲酸根
离子和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，氢氧根离子和氢
离子结合生成水、甲酸根离子和氢离子结合生成甲酸。电解时电极
上 失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子：
，A错误；
电极上 得到电子发生还原反应，B错
误；
由分析可知，阳离子交换膜有一种离子通过，C错误；
由分析可知，总反应为二氧化碳和水电解生成甲酸和氧气，D正确。
2.[2023·北京卷]回收利用工业废气中的和 ，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.废气中 排放到大气中会形成酸雨
B.装置中溶液显碱性的原因是的水解程度大于 的电离程度
C.装置中溶液的作用是吸收废气中的和
D.装置中的总反应为
√
[解析]
废气中排放到空气中会形成硫酸型酸雨，A正确；
装置 中溶液的溶质为，溶液显碱性，说明 的水解程度
大于其电离程度，B正确；
[解析]
装置中溶液的作用是吸收气体， 与溶液不
反应，不能吸收 ，C错误；
由电解池阴极和阳极反应式可知，装置 中总反应为
，D正确。
3.[2023·辽宁卷]某无隔膜流动海水电解法制 的装置如图所示，其
中高选择性催化剂可抑制 产生。下列说法正确的是( )
A.端电势高于 端电势
B.理论上转移生成
C.电解后 下降
D.阳极发生：
√
[解析] 由图可知，右侧电极产生氢气，
则右侧钛箔电极为阴极， 电极
为负极，左侧钛网电极为阳极，
电极为正极，以此解题。由分析可知，
为正极，为负极，则端电势高于 端电势，A错误；
阴极发生反应，则理论上转移时，
生成 的质量为，B错误；
高选择性催化剂可抑制 产生，则阳极上的电极反应式为
，结合阴极反应式可知，电解总反应为
，增大，电解后海水 上
升，C错误，D正确。
4.利用双极膜电解法制备和 更高效、环保，原理
如图所示。
已知：双极膜为新型离子交换膜，将膜间的解离为和 。
下列说法正确的是( )
A.阴极反应式：
B.Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ为阳离子交换膜
C.电路中转移电子时共产生
D.该装置总反应的方程式为
√
[解析] 由图知，与电源负极相连的阴极的电极反应式为
，与电源正极相连的阳极的电极反应式
为 ，钠离子通过离子交换膜Ⅰ移向阴极，
故Ⅰ为阳离子交换膜，硫酸根离子通过离子交换膜Ⅱ向右移动，故Ⅱ为
阴离子交换膜，
双极膜处氢离子向左移动，氢氧根离子向右移动，
钠离子通过阳离子交换膜向左移动，硫酸根离子通过阴离子交换膜
向右移动，据此回答。由分析知，阴极反应式为
，A错误；
由分析知，Ⅰ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，B错误；
由分析知，电路中转移 电子时，通过离子交换膜Ⅰ在阴极附近得到 ，同理，在双极膜和阳离子交换膜之间得到，共得到 ， 正确；
由阴极和阳极的电极反应式知，该装置总反应的方程式为 ，
D错误。
