备战2025年高考二轮复习化学（通用版）选择题热点练9 电解原理及创新应用（Word版附解析）

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学生用书P267
(选择题每小题3分)
1.(2024·吉林白山二模)大连理工大学提出了一种低能耗、无阳极氯腐蚀的电解混合海水制氢新技术,如图所示。下列叙述错误的是( )
A.在该条件下,N2H4的放电能力强于Cl-
B.a极与电源负极连接,发生氧化反应产生O2
C.b极反应式为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O
D.逸出2.24 L气体1(标准状况)时外电路转移电子数为0.2NA
答案:B
解析:由题干信息可知,无阳极氯腐蚀,故在该条件下,N2H4的放电能力强于Cl-,不是氯离子失电子得氯气,而是N2H4失电子生成N2,A正确;该电解池采用电解制氢新技术,结合A选项中分析,b极失电子为阳极,则a极为阴极,与电源负极连接,气体1为H2,发生还原反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑,B错误;b极为阳极,发生氧化反应,N2H4失电子生成N2,电极反应式正确,C正确;a极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,根据电极反应式知,标准状况下,产生0.1 ml H2时外电路转移电子数为0.2NA,D正确。
2.(2024·安徽安庆二模)电催化氮还原反应法(NRR)是以水和氮气为原料,在常温常压下通过电化学方法催化合成氨气,其工作电极材料是由六亚甲基四胺(HMTA)与三氯化钒合成的二维钒基复合纳米材料(简称V-HMTA),其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.石墨电极与外接电源正极相连
B.工作电极V-HMTA具有较高的表面积,能提高单位时间内氨气的产率
C.电路中通过0.06 ml电子时,两极共有0.035 ml气体逸出
D.隔膜为质子交换膜
答案:D
解析:由题意可知该原理是用电解法将氮气合成氨气,故左侧工作电极为阴极,电极反应式为N2+6e-+6H2O2NH3+6OH-,右侧石墨电极为阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O。由分析可知工作电极为阴极,石墨电极为阳极,则石墨电极与外接电源正极相连,A正确;工作电极V-HMTA具有较高的表面积,能吸附氮气,加快反应速率,从而提高单位时间内氨气的产率,B正确;阴极电极反应式为N2+6e-+6H2O2NH3+6OH-,阳极电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,电路中通过0.06 ml电子时,阴极产生0.02 ml气体,阳极产生0.015 ml气体,两极共产生0.035 ml气体,C正确;结合电极反应式可知隔膜为允许氢氧根离子通过的阴离子交换膜,D错误。
3.(2024·贵州六校联盟联考三)实验室模拟工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸(HOOC—CHO),原理如图所示,该装置中M、N均为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸。下列说法正确的是( )
A.以铅酸蓄电池作为直流电源进行电解,M极接Pb电极
B.阴极区溶液pH下降
C.N电极上的电极反应式:HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2O
D.若有2 ml H+通过质子交换膜并完全参与反应,则电解生成的乙醛酸为1 ml
答案:C
解析:M、N均为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸,乙二醛发生氧化反应生成乙醛酸,所以M是阳极;乙二酸发生还原反应生成乙醛酸,N为阴极。铅酸蓄电池中Pb电极为负极,以铅酸蓄电池作为直流电源进行电解,N极接Pb电极,A错误;N为阴极,阴极发生反应HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2O,消耗氢离子,阴极区溶液pH升高,B错误;N为阴极,乙二酸发生还原反应生成乙醛酸,N电极上的电极反应式:HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2O,C正确;M为阳极,阳极反应式为OHC—CHO-2e-+H2OHOOC—CHO+2H+,N为阴极,电极反应式:HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2O,若有2 ml H+通过质子交换膜并完全参与反应,阴极、阳极各生成1 ml乙醛酸,则电解生成的乙醛酸为2 ml,D错误。
4.(2024·浙江温州一模)利用电化学富集海水中锂的电化学系统如图所示。该电化学系统的工作步骤如下:
①启动电源1,MnO2所在腔室的海水中的Li+进入MnO2结构而形成LixMn2O4;
②关闭电源1和海水通道,启动电源2,使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2。
下列说法不正确的是( )
A.启动电源1时,电极1为阳极,发生氧化反应
B.启动电源2时MnO2电极反应式为xLi++2MnO2+xe-LixMn2O4
C.电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度
D.启动至关闭电源1,转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2
答案:B
解析:由题意知,启动电源1,使海水中Li+进入MnO2结构形成LixMn2O4,可知二氧化锰中锰的化合价降低,为阴极,电极反应式为2MnO2+xLi++xe-LixMn2O4,电极1为阳极,连接电源正极;关闭电源1和海水通道,启动电源2,向电极2上通入空气,使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2,可知电极2为阴极,电极反应式:2H2O+O2+4e-4OH-,阳极的电极反应式:LixMn2O4-xe-2MnO2+xLi+。由分析知,腔室1中电极1连接电源1的正极,作阳极,发生氧化反应,A正确;启动电源2时MnO2作阳极,电极反应式:LixMn2O4-xe-2MnO2+xLi+,B错误;电化学系统提高了腔室2中LiOH的浓度,C正确;启动至关闭电源1,转化的n(MnO2)与生成的n(O2)之比为20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2,D正确。
5.(2024·辽宁沈阳一模)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,下列说法中错误的是( )
A.电极1连接外接电源的正极
B.电极2的电极反应式为2H++2e-H2↑
C.溶液a可能含有两种溶质,溶液b可循环使用
D.离子膜可选择性地透过H+和K+
答案:B
解析:从图中可知,电极1上Cl-失电子生成Cl2,电极1为阳极,生成的氯气与水反应生成HClO,HClO与CH2CH2反应生成HOCH2CH2Cl,电极2为阴极,阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子,钾离子可通过离子膜向下层移动,溶液a为KOH和KCl的混合溶液,KOH与HOCH2CH2Cl反应生成环氧乙烷和KCl溶液,溶液b为KCl溶液。
电极1为阳极,连接电源的正极,A正确;电极2上水得电子生成氢气和氢氧根离子,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,B错误;溶液a可能含有KCl和KOH两种溶质,溶液b为KCl溶液,可循环使用,C正确;电解质溶液中,阳离子向阴极移动,则钾离子和氢离子可通过离子膜向下层移动,D正确。
6.(2024·黑龙江齐齐哈尔一模)一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图如下,下列说法正确的是( )
A.第三步中a为直流电源的正极
B.第一步生产NaOH的总反应为4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44-xMnO2+4xNaOH
C.第二步为原电池,正极质量增加,负极质量减少
D.第三步外电路上每转移4 ml电子,电解池中就有4 ml HCl被电解
答案:B
解析:由图可知,第三步中Ag电极的变化是AgCl得到电子转化为Ag,发生还原反应,是阴极,则a为直流电源的负极,A错误;第一步为电解池,阳极反应为Na2.44MnO2-xe-Na2.44-xMnO2+xNa+,阴极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,根据得失电子守恒,可得第一步电解池的总反应为4Na2.44MnO2+xO2+2xH2O4Na2.44-xMnO2+4xNaOH,B正确;第二步为原电池,正极反应为Na2.44-xMnO2+xNa++xe-Na2.44MnO2,负极反应为Ag-e-+Cl-AgCl,生成的AgCl附着在负极表面,故正、负极质量均增加,C错误;第三步的总反应为2AgCl2Ag+Cl2↑,溶液中HCl的物质的量保持不变,D错误。
7.(2024·辽宁锦州质检)电芬顿工艺被认为是一种很有应用前景的高级氧化技术,通过电解过程中产生的羟基自由基(·OH)处理酸性废水中有机污染物[如(苯酚)],其工作原理如图a所示,一段时间内,Fe2+或H2O2电极产生量与电流强度关系如图b所示。下列说法错误的是( )
图a
图b
A.Pt电极应与直流电源的正极相连
B.HMC-3电极反应有:O2+2e-+2H+H2O2,Fe3++e-Fe2+
C.根据图b可判断合适的电流强度约为60 mA
D.若处理0.1 ml ,理论上HMC-3电极消耗2.8 ml O2
答案:C
解析:由图可知,HMC-3电极上铁元素、氧元素价态降低得电子,故HMC-3电极为阴极,电极反应式分别为O2+2e-+2H+H2O2、Fe3++e-Fe2+,后发生反应Fe2++H2O2+H+Fe3++·OH+H2O,·OH氧化苯酚,反应为C6H5OH+28·OH6CO2↑+17H2O,Pt电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑。由分析可知,Pt与电源正极相连,作阳极,A正确;HMC-3电极反应有:O2+2e-+2H+H2O2,Fe3++e-Fe2+,B正确;过量的过氧化氢会氧化亚铁离子,导致生成的羟基自由基减少,使得降解去除废水中的持久性有机污染物的效率下降,故据图b可判断合适的电流强度范围为40 mA左右,C错误;苯酚转化为二氧化碳和水,C6H5OH+28·OH6CO2↑+17H2O,由图可知,反应中氧气转化为H2O2,H2O2转化为·OH,转化关系为O2~H2O2~·OH,故而C6H5OH~28O2,若处理0.1 ml ,则阴极消耗氧气的物质的量为2.8 ml,D正确。
8.(2024·陕西渭南质检Ⅰ)浓差电池是一种利用电解质溶液浓度差产生电势差而形成的电池,理论上当电解质溶液的浓度相等时停止放电。图1为浓差电池,图2为电渗析法制备磷酸二氢钠,用浓差电池为电源完成电渗析法制备磷酸二氢钠。下列说法错误的是( )
图1
图2
A.电极a应与Ag(Ⅰ)相连
B.电渗析装置中膜a为阳离子交换膜
C.电渗析过程中左、右室中NaOH和H2SO4的浓度均增大
D.电池从开始到停止放电,理论上可制备1.2 g NaH2PO4
答案:D
解析:浓差电池是一种利用电解质溶液浓度差产生电势差而形成的电池,由于右侧AgNO3浓度大,则Ag(Ⅰ)为负极,Ag(Ⅱ)正极;电渗析法制备磷酸二氢钠,右室中的氢离子通过膜b进入中间室,中间室中的钠离子通过膜a进入左室,则电极a为阴极,电极b为阳极。电极a应与Ag(Ⅰ)相连,A正确。中间室中的钠离子通过膜a进入左室,膜a为阳离子交换膜,B正确。阳极中的水失电子电解生成氧气和氢离子,氢离子通过膜b进入中间室,消耗水,硫酸的浓度增大;阴极水得电子电解生成氢气,中间室中的钠离子通过膜a进入左室,左室NaOH的浓度增大,C正确。电池从开始到停止放电时,浓差电池两边AgNO3浓度相等,所以正极析出0.025 ml银,电路中转移0.025 ml电子,电渗析装置生成0.012 5 ml NaH2PO4,质量为1.5 g,D错误。