1、电解原理及应用 1 （2020 高考全国卷真题）电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图 是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色 WO3薄膜中，生成 AgxWO3，器件 呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是 AAg 为阳极 BAg+由银电极向变色层迁移 CW 元素的化合价升高 D总反应为：WO3+xAg=AgxWO3 【答案】C 【解析】从题干可知， 当通电时，Ag+注入到无色 WO3薄膜中，生成 AgxWO3器件呈现蓝色， 说明通电时，Ag 电极有 Ag+生成然后经固体电解质进入电致变色层，说明 Ag 电极为阳极， 透明导电层时阴极，故 Ag 电极上发生氧化
2、反应，电致变色层发生还原反应。 A通电时，Ag 电极有 Ag+生成，故 Ag 电极为阳极，故 A 项正确；B通电时电致变色层变 蓝色，说明有 Ag+从 Ag 电极经固体电解质进入电致变色层，故 B 项正确；C过程中，W 由 WO3的+6 价降低到 AgxWO3中的+(6-x)价，故 C 项错误；D该电解池中阳极即 Ag 电极上发 生的电极反应为： xAg-xe-= xAg+， 而另一极阴极上发生的电极反应为： WO3+xAg+xe- = AgxWO3， 故发生的总反应式为：xAg + WO3=AgxWO3，故 D 项正确；答案选 C。 2某化学实验小组同学用惰性电极电解饱和食盐水(含少量 2
3、Ca 、 2 Mg )，并进行下图相 关实验，电解一段时间后，各部分装置及对应的现象为：(1)中黑色固体变红；(2)中电极 a 附近溶液出现浑浊；(3)中溶液出现浑浊；(4)中溶液红色褪去。下列对实验现象解释不合理 的是 A(1)中红色物质中可能含有少量氧化亚铜 B(2)中 a 电极附近浑浊是 2 Mg(OH)所致 C(3)中发生了置换反应 D(4)中红色褪去是因为NaOH被消耗，溶液不再具有强碱性所致 【答案】D 【解析】用惰性电极电解饱和食盐水（含少量 Ca2+、Mg2+）产生的气体为氢气和氯气，氯气 具有强氧化性，而氢气在加热条件下具有较强还原性，根据（1）中黑色固体变红（2）电极 a
4、附近溶液出现浑浊可知， a 电极为阴极， 放出氢气， 生成氢氧根与镁离子结合成白色沉淀， b 电极为阳极，产生的氯气可氧化硫化钠生成硫沉淀出现浑浊，过量的氯气通入含酚酞的 NaOH 溶液中，溶液褪色的原因可能为 H+中和了 OH-，也可能是氯气与水反应生成的次氯酸 的强氧化性所致。A.CuO高温下可分解为 2 Cu O和 2 O，A 正确；B. (2)中电极 a 发生反应 22 2H O2eH2OH ，生成的OH与溶液中的 2 Mg 结合生成 2 Mg(OH)使溶 液浑浊，B 正确；C. (3)中发生反应 22 ClNa S2NaClS，该反应为置换反应，C 正确；D. (4)中过量的 2 C
5、l通入含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色的原因可能是H中和了 OH，也可能是 2 Cl与 2 H O反应生成的HClO的强氧化性所致，D 错误；故选 D。 3催化还原二氧化碳是解决温室效应及能源问题的重要手段之一，中国科学家设计出如图 装置实现 2 CO的转化， 电池总反应为： 2 CONaClCONaClO 电解 .下列说法错误的是 （ ） A该装置工作时，质子通过交换膜由阳极室移向阴极室 B催化电极的电极反应： 22 CO2e2HCOO=H C太阳能电池的正极为 A 极 D该装置不仅还原 2 CO，还产生了具有经济附加值的次氯酸盐 【答案】C 【解析】由电池总反应为： 2 CONaClCON
6、aClO 电解 可知，CO2得电子生成 CO，电 极生成 CO 得电子为阴极，电极为阳极。A. 根据物质变化可知，电极为阴极，电极 为阳极，A 极为负极，B 极为正极.根据电解池原理，质子通过交换膜由阳极室移向阴极室， A 项正确；B. 阴极电极方程式为 2 CO2e2H 2 COH O，B 项正确；C. 太阳能电 池 A 极为负极，C 项错误；D. 阳极可发生反应 2 Cl2eH O ClO2H ，产生有 漂白、消毒功能的具有经济附加值的次氯酸盐，D 项正确；故选 C。 4某小组拟采用电化学渗析法处理含大量磷酸二氢铵(NH4H2PO4)的废水，并提取化工产品 氨水和磷酸。装置如图所示。下列说
7、法正确的是（ ） A膜 1 为阴离子交换膜，膜 2 为阳离子交换膜 B左侧电极上的电极反应式为 4OH-4e-=2H2O+O2 C相同条件下，X、Y 体积比为 1：2 D每转移 1mol 电子理论上生成 98gH3PO4 【答案】D 【解析】从产物来看，左侧得到浓氨水，NH4 需经过膜 1，到达左侧，与生成的 OH结合， 生成浓氨水；磷酸二氢根离子经过膜 2，到达右侧，与生成的 H 结合，生成磷酸，可知左 侧为阴极室；右侧为阳极室。A. 观察图示知，左侧制备氨水，X 为氢气，阴极反应式为： 2H2O2e=2OHH2，NH4+OH=NH3 H2O；右侧制备磷酸，Y 为氧气，阳极反应式为： 2H2
8、O4e=4HO2，H2PO4H=H3PO4，NH4+向左侧迁移，H2PO4向右侧迁移，所以膜 1 为阳离子交换膜，膜 2 为阴离子交换膜，A 错误；B. 左侧制备氨水，X 为氢气，阴极反应式 为：2H2O2e=2OHH2，B 错误；C. X 为 H2，Y 为 O2，物质的量之比为 2：1，C 错误； D. 根据方程式 2H2O4e=4HO2，H2PO4H=H3PO4，转移 1mol 电子时，生成 1 mol H3PO4，质量为 98g，D 正确；故答案为：D。 5电化学降解 NO3-的原理如图所示。下列说法中不正确的是 A铅蓄电池的 A 极为正极，电极材料为 PbO2 B铅蓄电池工作过程中负极
9、质量增加 C该电解池的阴极反应为：2NO3-+ 6H2O + 10e N2 + 12OH D 若电解过程中转移 2moL 电子， 则交换膜两侧电解液的质量变化差 （m左m右） 为 10.4g 【答案】D 【解析】A根据图示可知：在右边的 Pt-Ag 电极上 NO3-得到电子被还原变为 N2；所以该电 极是阴极，与之连接的 B 是负极，A 是正极；铅蓄电池的 A 极为正极，电极材料为 PbO2，A 正确；B铅蓄电池工作过程中负极发生反应：Pb-2e-+SO42-=PbSO4，所以负极质量增加，B 正确；C该电解池的阴极反应为：2NO3-+ 6H2O + 10e N2 + 12OH，C 正确；D在
10、阳极 发生反应：2H2O-4e-=4H+O2；若电解过程中转移 2moL 电子，会消耗 1mol 的水，产生的 2mol 的 H+进入阴极室，阳极质量减轻 18g，在阴极室发生反应：2NO3-+ 6H2O + 10eN2 + 12OH，若转移 2mol 的电子，会产生 0.2mol 的 N2从溶液中逸出，同时有由 2mol 的 H+进入 该室， 则阴极室实际减轻的质量是 0.2mol28g/mol-2g=3.6g， 则两侧电解液的质量变化差 （m 右m左）为 18g-3.6g=14.4g，D 错误；故选 D。 6用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为 13 的 CuSO4和 NaCl 的混合
11、溶液，可能 发生的反应有( ) 2Cu2 +2H 2O电解2Cu+4H +O 2 Cu 2+2Cl-电解Cu+Cl 2 2Cl-+2H电解H2+Cl2 2H2O电解2H2+O2 A B C D 【答案】C 【解析】用惰性电极电解物质的量浓度之比为 1：3 的 CuSO4和 NaCl 的混合溶液，设溶液体 积为 1L， c(CuSO4)=1mol/L， c(NaCl)=3mol/L， 则 n(CuSO4)=n(Cu2+)=1mol， n(NaCl)=n(Cl-)=3mol。 根据转移电子守恒，第一阶段：阳极上 Cl-放电、阴极上 Cu2+放电，当铜离子完全析出时转 移电子的物质的量为 2mol，
12、转移 2mol 电子时析出 2mol Cl-，所以 Cl-还剩余 1mol，则此时发 生的电池反应式为；第二阶段：阳极上 Cl-放电，阴极上 H+放电，当 Cl-完全析出前，发生 的电池反应式为；第三阶段：阴极上 H+放电，阳极上 OH-放电生成 O2，所以发生的电池 反应式为；故合理选项是 C。 7采用曝气一电解生物浮床法，可将河道水体中的 NH4 、H2PO4 等离子转化为 MgHPO4、 Mg3(PO4)2等沉淀，以实现水体高营养化治理，原理如图。通电一段时间后，生物质碳中发 现大量块状白色沉淀。下列说法错误的是（ ） A电解过程中，NH4 向石墨电极区迁移 B阳极发生的主要电极反应为
13、Mg-2e-=Mg2+ C电解过程中，水体的 pH 将会降低 D当电路中通过 1mole-时，理论上阴极产生 11.2L(标准状况)气体 【答案】C 【解析】镁铝合金是阳极，电极反应为 Mg-2e-=Mg2+，石墨是阴极，阴极反应为 2H2O2e =2OH H 2。A电解过程中，镁铝合金是阳极，石墨是阴极，阳离子向阴极移动，NH4 向 石墨电极区迁移，故 A 正确；B阳极发生氧化反应，主要电极反应为 Mg-2e-=Mg2+，故 B 正确；C电解过程中，阴极反应为 2H2O2e =2OHH 2，水体的 pH 将会升高，故 C 错 误；D当电路中通过 1mole-时，根据 2H2O2e=2OHH2
14、生成 0.5mol 气体，理论上阴 极产生 11.2L(标准状况)气体，故 D 正确；故选 C。 8 研究发现， 1100C时， 加入合适的熔盐电解质可直接电解SiO2， 电解原理为SiO2 = 通电 Si+O2。 利用下图装置电解 SiO2(加热装置略去)，得到的 Si 直接进入锌镁合金形成硅锌镁合金，再通 过真空蒸馏除去锌镁得到高纯硅。下列说法不正确的是( ) AX 极接正极 B通入氩气的目的是防止高温时氧气氧化石墨电极 C阳极反应为 2O2-4e- =O2 D当电路中通过 0.4 mol 电子时，合金质量增加 2.8 g 【答案】A 【解析】A电解 SiO2得到的 Si 直接进入锌镁合金
15、形成硅锌镁合金，同时为防止与石墨坩埚 作阳极使与之接触的合金放电， X 极应接电源的负极， Y 极应接电源的正极， 故 A 错误； B 在 阳极 2O2-4e- =O2，产生氧气，防止高温时氧气氧化石墨电极，在阳极通入氩气，故 B 正 确；C阳极发生失电子的氧化反应，阳极电极反应为 2O2-4e- =O2，故 C 正确；D由阴 极的电极反应 Si4+4e-=Si 可知，当电路中通过 0.4 mol 电子时，产生 0.1molSi，即合金质量 增加 2.8 g，故 D 正确；答案为 A。 9对氨基苯甲酸()是一种用途广泛的化工产品和医药中间体，以对 硝基苯甲酸()为原料，采用电解法合成对氨基苯甲
16、酸的装置如图。下 列说法正确的是 A电流由金属阳极 DSA 经导线流入直流电源 B阴极的主要电极反应式为+6e-+6H+2H2O C每转移 1mole 时，阳极电解质溶液的质量减少 8g D反应结束后阳极区 pH 增大 【答案】B 【解析】该装置为电解池，右侧生成氧气，则右侧为阳极，电极反应式为 -+ 22 2H O-4e =O+4H，左侧为阴极。A. 该电解池右侧为阳极，失电子发生氧化反应，则 电子由金属阳极 DSA 经导线流入直流电源，而电流方向相反，故 A 错误；B. 阴极得电子发 生还原反应生成氨基苯甲酸，则阴极的主要电极反应式为+6e-+6H+ +2H2O，故 B 正确；C. 阳极发
17、生反应 -+ 22 2H O-4e =O+4H，氢离子移 动向阴极，当转移 4mole 时，阳极电解质溶液减少 2mol 水，则每转移 1mole时，阳极电 解质溶液减少 0.5mol 水， 质量为 9g， 故 C 错误； D. 阳极发生反应 -+ 22 2H O-4e =O+4H， 氢离子移动向阴极，则反应结束后阳极区硫酸浓度会增大，pH 减小，故 D 错误；故选 B。 10某海水中主要离子的含量如下表，现利用“电渗析法”进行淡化，技术原理如图所示(两 端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是 ( ) 离子 Na K 2 Ca 2 Mg Cl 2 4
18、SO 3 HCO 含量 /mg L 9360 83 200 1100 16000 1200 118 A甲室的电极反应式为： 2 2Cl2eCl B乙室和丁室中部分离子的浓度增大，淡水的出口为 b C当戊室收集到22.4L(标准状况)气体时，通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为2mol D淡化过程中易在戊室形成水垢 【答案】C 【解析】在电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，因此，阳离子向右移动，阴 离子向左移动，而阳离子只能通过阳膜，阴离子只能通过阴膜，综上可知，乙室和丁室的溶 液中部分阴阳离子浓度增大，丙室中阴阳离子浓度减小；在甲室，Cl 在阳极失去电离生成 Cl ，在戊室，水会得到电
19、子，生成氢气。A甲室中的电极为阳极，Cl放电生成 Cl 2，电极 反应为甲室的电极反应式为：2Cl -2e=Cl 2，A 正确，不选；B甲室 Cl 放电，阳离子甲室 进入乙室，戊室 2H2O2e=H22OH，阴离子戊室进入丁室，丙室的阳离子进入丁室， 阴离子进入乙室，因此乙室和丁室中部分离子的浓度增大，丙中得到淡水，其出口为 b；B 正确，不选；C戊室收集到 1molH2，转移 2mol 电子，由甲室进入乙室的阳离子可能为 Na 、K，也可能是 Mg2、Ca2，其电荷不同，C 错误，故选 C；D戊室生成的OH 可能与 2 Mg 结合生成水垢，D 正确，不选。答案选 C。 11 四甲基氢氧化铵(
20、CH3)4NOH常用作电子工业清洗剂， 以四甲基氯化铵(CH3)4NCl为原料， 采用电渗析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如图所示(a、b 为石墨电极，c、d、e 为离子交 换膜)，下列说法不正确的是 AN 为电源正极 Bb 极 电 极 反 应 式 ： 4OH4e=O22H2O Cc 为阳离子交换膜，d、e 均为阴离子交换膜 Da、b 两极均有气体生成，同温同压下体积比为 21 【答案】C 【解析】以四丁基溴化铵（CH3）4NCl为原料，采用电渗析法合成（CH3）4NOH的过程中， 根据第三个池中浓度变化得出：钠离子从第四池通过 e 膜，氯离子从第二池通过 d 膜，得到 c、e 均为阳离
21、子交换膜，a 为阴极 b 为阳极，阳极电极反应式为 4OH -4e=O 2+2H2O。Aa 为阴极 b 为阳极，N 为电源正极，故 A 正确；Bb 为阳极，发生氧化反应，b 极 电 极 反 应 式 ： 4OH4e=O22H2O，故 B 正确；C钠离子从第四池通过 e 膜，氯离子从第二 池通过 d 膜，得到 c、e 均为阳离子交换膜，d 为阴离子交换膜，故 C 错误；Da 电极为氢 离子放电生成氢气，故电极反应方程式为 2H +2e=H 2，b 电极为氢氧根离子放电生成氧 气 4OH -4e=O 2+2H2O，标况下制备 1mol（CH3）4NOH，转移电子是 1mol，a、b 两极产 生气体物
22、质的量分别为 0.5mol 和 0.25mol， a、b 两极均有气体生成，同温同压下体积比为 21，故 D 正确；故选 C。 12电解原理在化学工业中有着广泛的应用。图甲表示一个电解池，装有电解液 a；X、Y 是两块电极板，通过导线与直流电源相连。则下列说法不正确的是( ) A若此装置用于电解精炼铜，则 X 为纯铜、Y 为粗铜，电解的溶液 a 可以是硫酸铜或氯化 铜溶液 B按图甲装置用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，加入 0.5 mol 的 碳酸铜刚好恢复到通电前的浓度和 pH，则电解过程中转移的电子为 2.0 mol C按图甲装置用惰性电极电解 AgNO3溶液，若图乙横坐
23、标 x 表示流入电极的电子的物质的 量，则 E 可表示反应生成硝酸的物质的量，F 表示电解生成气体的物质的量 D若 X、Y 为铂电极，a 溶液为 500 mL KCl 和 KNO3的混合液，经过一段时间后，两极均得 到标准状况下 11.2 L 气体，则原混合液中 KCl 的物质的量浓度至少为 2.0 mol L 1 【答案】B 【解析】A.电解精炼铜粗铜作阳极，精铜阴极，所以 Y 为粗铜、X 为纯铜，电解的溶液 a 可 以是硫酸铜或氯化铜溶液，故不选 A；B.根据“析出什么加入什么”的方法知，电解硫酸铜溶 液时， 阴极上析出的是铜， 根据原子守恒知， 0.5mol 的碳酸铜中铜元素的物质的量是
24、0.5mol， 阴极上的电极反应式为： Cu2+2e-=Cu， 所以析出 0.5mol 铜需要转移电子的物质的量是 1mol， 故选 B；C.硝酸银的电解方程式为：4AgNO3+2H2OO2+4HNO3+4Ag，根据方程式知， 当转移 4mol 电子时生成 1mol 氧气，4mol 硝酸，和图象吻合，故不选 C；D.电解 500 mL KCl 和 KNO3的混合液，阳极上氯离子放电生成氯气：2Cl-2e-=Cl2，氯离子反应完后就是 4OH4e-=2H2O+O2，阴极上 2H+2e-=H2，两极均得到标准状况下 11.2 L 即 0.5mol 气体， 如果 OH-放电， 阴阳极气体就不在物质的
25、量相等， 所以溶液中氯离子的物质的量至少是 1mol， 浓度至少是： 1 0.5 mol L =2mol/L，故不选 D； 13如图中，甲是电解饱和食盐水，乙是铜的电解精炼，丙是电镀，回答： 甲 乙 丙 （1）b 极上的电极反应式为_，甲电池的总反应化学方程式是_。 （2）在粗铜的电解过程中，图中 c 电极的材料是_（填“粗铜板”或“纯铜板”） ；在 d 电极上 发生的电极反应为_； 若粗铜中还含有 Au、 Ag、 Fe 等杂质， 则沉积在电解槽底部 （阳极泥） 的杂质是_，电解一段时间后，电解液中的金属离子有_。 （3）如果要在铁制品上镀镍（二价金属） ，则 e 电极的材料是_（填“铁制品”
26、或“镍块”，下 同） ，f 电极的材料是_。 （4）若 e 电极的质量变化 118 g，则 a 电极上产生的气体在标准状况下的体积为_。 【答案】 （1）2H+2e =H 2 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2 （2）粗铜板 Cu2+2e =Cu Au、Ag Cu2+、Fe2+ （3）铁制品 镍块 （4）44.8L 【解析】(1)甲是电解饱和食盐水，M 为正极，则 a 为阳极发生氧化反应，b 为阴极发生还原 反应，电极反应式为 2H+2e-=H2，电解饱和食盐水生成氢气、氯气和氢氧化钠，总反应化 学方程式为 2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2， 故答案为 2H+2e-=H
27、2； 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2； (2)用电解法进行粗铜提纯时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，该装置中 M 为原电池的正极， N 为原电池的负极，所以 c 为电解池的阳极，d 为电解池的阴极，电解时，以硫酸铜溶液为 电解液，溶液中的 Cu2+得到电子在阴极上发生还原反应，即 Cu2+2e-=Cu；作阳极的粗铜中 的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液，所以 Fe 发生 Fe-2e-Fe2+反应，以 Fe2+的形式 进入溶液中；比铜不活泼的金属 Au、Ag 不会失去电子，以单质的形成沉入电解槽形成“阳 极泥”，则沉积在电解槽底部(阳极泥)的杂质是 Au、Ag，电解一段时间后，电
28、解液中的金属 离子有 Cu2+、Fe2+，故答案为粗铜板；Cu2+2e-=Cu；Au、Ag；Cu2+、Fe2+； (3)要在铁制品上镀镍(二价金属)，则铁作阴极与电源负极 N 相连即 f 极，镍为阳极与电源正 极 M 相连即 e 极，故答案为铁制品；镍块； (4)若 e 电极的质量变化 118g，根据转移电子数相等，Ni2e-Cl2，则 a 电极上产生的气体 在标准状况下的体积为 118 59/ g g mol 22.4L/mol=44.8L，故答案为 44.8L。 14海洋资源的开发与利用具有广阔的前景。海水的 pH 一般在 7.58.6 之间。某地海水中 主要离子的含量如下表： 成分 Na
29、+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl SO42 HCO3 含量/mgL 1 9360 83 160 1100 16000 1200 118 （1）海水显弱碱性的原因是（用离子方程式表示） ：_，该海水中 Ca2+的物质的 量浓度为_mol/L 。 （2） 电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术， 其原理如下图所示。 其中阴 （阳） 离子交换膜只允许阴（阳）离子通过，电极均为惰性电极。 开始时阳极的电极反应式为_。 电解一段时间，_极（填“阴”或“阳”）会产生水垢，其成份为_（填化学式） 。 淡水的出口为 a、b、c 中的_出口。 （3）海水中锂元素储量非常丰富，从海水中提取锂的研究极具潜
30、力。锂是制造化学电源的 重要原料，如 LiFePO4电池某电极的工作原理如图所示： 该电池电解质为能传导 Li+的固体材料。 上面左图中的小黑点表示_（填粒子符号） ，充电时该电极反应式为_。 （4）利用海洋资源可获得 MnO2 。MnO2可用来制备高锰酸钾：将 MnO2与 KOH 混合后在 空气中加热熔融，得到绿色的锰酸钾（K2MnO4） ，再利用氯气将锰酸钾氧化成高锰酸钾。该 制备过程中消耗相同条件下氯气和空气的体积比为_ （空气中氧气的体积分数按 20% 计） 。 【答案】 （1）HCO3-+H2OH2CO3OH- 410-3 （2） 2Cl-2e-=Cl2 阴 CaCO3和 Mg(OH)2 b （3）Li+ LiFePO4-e-=FePO4+Li+ （4） 1:5
