题型10 电解应用
一、解题策略
第一步：确定电解池→电解池构成条件（电极、电解质溶液、闭合回路、直流电源）
第二步：判断阴阳极→两极判断（①看电源的正、负极；②看电子流向；③看离子流向；④看两极反应类型；⑤看现象）
第三步：书写电极反应→放电顺序
第四步：根据反应回答问题。
二、题型分析
【典例1】【2017·课标全国Ⅰ，11】支撑海港码头基础的防腐技术，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【答案】C
【解析】钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。
【典例2】【2016·课标全国Ⅰ，11】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO4(2－)可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO4(2－)离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
【答案】B
【解析】电解池中阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，即SO4(2－)离子向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。
1．工业上，通常采用电解法处理酸性废水中的
，装置示意图如图所示。下列说法正确的是
A．石墨极上发生氧化反应
B．阳极的电极反应式为
C．除去的反应：
D．随着电解的进行，石墨极附近电解质溶液的pH会减小
【答案】C
【解析】由图可知，Fe与电源正极相连，则Fe作阳极，Fe失电子，发生氧化反应生成亚铁离子，石墨为阴极，溶液中氢离子得到电子发生还原反应，且处理酸性废水中的Cr2O72-，发生Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O。A．石墨与电源负极相连，为阴极，发生还原反应，错误；B．Fe作阳极，Fe失电子，发生氧化反应生成亚铁离子，阳极反应为Fe-2e-═Fe2+，错误；C．发生Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O，处理废水，正确；D．阴极发生还原反应，溶液中的氢离子得到电子减少，同时生成氢氧根，pH增大，错误。
2．铁片镀铜实验中（装置如下图所示），为提高电镀效果，电镀前铁片需依次用NaOH溶液、稀盐酸和水洗涤。下列说法不正确的是
A．稀盐酸的主要作用是除去铁锈
B．a接电源正极，b接电源负极
C．电镀过程中c(Cu2+)基本保持不变
D．阴极发生反应：Cu2+＋2e– = Cu
【答案】B
【解析】电镀时，铜片作阳极，即b接电源正极，电极反应为Cu-2e-=Cu2+，铁片作阴极，即a与电源负极相连，电极反应为Cu2++2e-=Cu。A、电镀前，用NaOH溶液除去铁片上的油渍，用稀盐酸除去铁锈，正确；B、电镀时，a接电源负极，b接电源正极，错误；C、根据两个电极反应，可以推出电镀过程中c(Cu2+)基本保持不变，正确；D、阴极的电极反应为Cu2++2e-=Cu，正确。
3．国家有色金属工业“十三五”发展规划要求再生铅占铅总量比重到2020年升至45%，再生铅行业在重视环境保护和充分利用有色金属再生资源的情况下逐步发展起来。从废旧铅蓄电池中回收的工艺流程为：
―→HCl/NaCl(――→)电解(――→)
电解原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．阴极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑
B．电解过程中阳极附近pH明显增大
C．Na2PbCl4浓度下降后，在阴极区加入PbO，可实现电解质溶液的再生使用
D．电路中通过4 mol电子，阴极可得207 g铅
【答案】C
【解析】根据工艺流程可知，电解Na2PbCl4溶液制备Pb，则阴极上PbCl4(2－)发生还原反应，电极反应式为：PbCl4(2－)＋2e－===Pb＋4Cl－，A项错误；电解过程中阳极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极附近c(H＋)增大，pH减小，B项错误；根据阴极反应式及电解原理图可知，电解一段时间后阴极区为HCl、NaCl的混合溶液，结合工艺流程图可知，加入PbO，可使电解质溶液再生使用，C项正确；根据阴极反应式可知，电路中通过4 mol电子时，阴极可得2 mol Pb，质量为414 g，D项错误。
4．利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是( )
A．C膜可以为质子交换膜
B．阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．每转移2 mol e－，阳极室中c(Ca2＋)降低1 mol/L
【答案】C
【解析】通过图示分析C膜只能是阳离子交换膜，故A项错误；B．阴极室的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B项错误；C．阴极电极不参与反应，故可用铁电极替换阴极的石墨电极，故C项正确；D．未给出溶液体积，无法计算浓度，故D项错误。
5．宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是( )
A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极，被氧化
B．正极发生的电极反应为O2＋ 4e－＋2H2O===4OH－
C．环境中的Cl－与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2 (OH)3Cl↓
D．若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则理论上消耗的O2体积为4.48 L
【答案】D
【解析】根据图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，则Cu作负极被氧化，腐蚀过程中，负极是c，发生氧化反应，A正确；B、氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电极反应式为：O2＋ 4e－＋2H2O===4OH－，B正确；C、多孔粉状锈 Cu2( OH )3Cl为固体，故生成 Cu2( OH )3Cl 的离子方程式为：2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓，C正确；D、不确定氧气是否在标准状况下，则不能计算氧气的体积，D错误，答案选D。
6．工业上，用电解Na2CO3溶液制备NaHCO3溶液的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．如图所示装置中，c2＞c1
B．阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．如果该装置中电极反接电源，也可制备NaHCO3
D．若收集3 mol M和R的混合气体，则理论上可制备3 mol NaHCO3
【答案】B
【解析】阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，Na＋通过阳离子交换膜进入阴极区，阴极区生成NaOH，c1＞c2，A项错误；阳极上水参与电极反应产生O2和H＋，B项正确；如果电极反接电源，M为H2，阴极生成氢氧化钠，碳酸钠与NaOH不能生成碳酸氢钠，C项错误；理论上3 mol O2和H2的混合气体中含1 mol O2和2 mol H2，反应过程中转移4 mol e－，由阳极反应式2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，可知转移4 mol电子时生成4 mol H＋，4 mol H＋与碳酸钠反应生成4 mol NaHCO3，D项错误。
7．硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3 与足量NaOH溶液反应的离子方程式为：H3BO3＋OH－===B(OH)4(－)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是( )
A．当电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol H3BO3
B．将电源的正、负极反接，工作原理不变
C．阴极室的电极反应式为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．B(OH)4(－)穿过阴膜进入阴极室，Na＋穿过阳膜进入产品室
【答案】A
【解析】电解时，左侧石墨电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极上H2O失电子生成O2和H＋，即2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极上H2O得电子生成H2和OH－，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过1 mol电子时，阳极生成1 mol H＋，H＋通过阳膜进入产品室，与通过阴膜进入产品室的B(OH)4(－)反应生成1 mol H3BO3，A项正确；电源正、负极反接后，左侧石墨电极为阴极，阴极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑，H＋被消耗，无法移向产品室，不能生成H3BO3，B项错误；结合上述分析可知，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C项错误；电解时原料室中Na＋穿过阳膜进入阴极室，B(OH)4(－)穿过阴膜进入产品室，D项错误。
8．以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，其工作原理如图所示(a、b为石墨，c、d、e为离子交换膜)，下列说法正确的是( )
A．a是阳极，连接的M为正极
B．c、e均为阳离子交换膜，d是阴离子交换膜
C．b极的电极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．a、b两极共产生0.5 mol 气体时，可制备1 mol(CH3)4NOH
【答案】B
【解析】根据氯离子的移动方向可知，a为阴极，b为阳极，所以M为负极，A错误。又据图分析，de区域间得到氯化钠浓溶液，说明阳极上不是氯离子放电，则e是阳离子交换膜，阳极(b极)的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，据左池产物分析，c也是阳离子交换膜，a电极上水电离出的氢离子放电生成氢气，根据以上分析可知c、e均为阳离子交换膜，氯离子能通过d，所以d是阴离子交换膜，B正确、C错误。a电极上水电离出的氢离子放电生成氢气，b电极上氢氧根离子放电生成氧气，制备1 mol(CH3)4NOH时转移1 mol电子，根据电路中通过的电子数相等可知，a、b两极共产生气体0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol，D错误。
9．常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是( )
A．每生成1 mol NCl3，理论上有4 mol H＋经质子交换膜由右侧向左侧迁移
B．可用湿润的KI－淀粉试纸检验气体M
C．石墨极的电极反应式为NH4+＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋
D．电解过程中，电子的流动方向为电源负极→铂棒→石墨棒→电源正极
【答案】C
【解析】A、根据图像可知：石墨电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应NH4++3Cl−−6e−=NCl3+4H+，每生产1molNCl3，理论上有6molH+经质子交换膜有右侧向左侧迁移，错误；B、Pt是阴极，在阴极上是氢离子得电子的还原反应,电极反应式为：2H++2e−=H2↑，不可用湿润的淀粉纸质检验氢气，错误；C、石墨电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应NH4+＋3Cl－－6e－==NCl3＋4H＋，正确；D、电解过程中，质子交换膜右侧溶液中发生反应：NH4+＋3Cl－－6e－==NCl3＋4H＋，但是产生的氢离子会移向阴极Pt电极，右侧溶液的pH几乎不变，错误。
10．研究小组采用电解法(惰性电极)将含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4的浆液分离成固体混合物和含铬元素的溶液，装置如下。
下列说法不正确的是( )
A．阳极的电极反应式为：2H2O - 4e- = O2↑+4H+
B．CrO42-通过阴离子交换膜进入阳极室，从而实现与浆液的分离
C．阴极室生成的物质可用于固体混合物Al(OH)3和MnO2的分离
D．适当增大电压，CrO42-也可在阴极室转化为Cr(OH)3除去
【答案】D
【解析】电解时，CrO42−通过阴离子交换膜向阳极移动，在阳极氢氧根离子失电子发生氧化反应，OH−放电后，阳极池酸度增强，发生反应2CrO42−+2H+＝Cr2O72−+H2O，阴极发生还原反应生成氢气和NaOH。A、阳极发生氧化反应，该电极的电极反应式为：2H2O - 4e- = O2↑+4H+，正确；B、电解时，CrO42-通过阴离子交换膜向阳极移动，通电后CrO42-将通过阴离子膜进入阳极室，从而实现与浆液的分离，正确；C、阴极发生还原反应生成氢气，同时还会得到硫酸钠、氢氧化钠， Al(OH)3和MnO2中的氢氧化铝可以溶于氢氧化钠，氢氧化钠可用于固体混合物Al(OH)3和MnO2的分离，正确；D、适当增大电压，电解时，右池为阳极，阴离子向阳极移动，CrO42−通过阴离子交换膜向阳极移动，从而CrO42-能从浆液中分离出，错误。
11．某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源的正极
B．B为阳离子交换膜
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D．Ⅱ口排出的是淡水
【答案】B
【解析】根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。
12．普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是( )
A．电极a为粗铜，电极b为精铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
【答案】D
【解析】由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol精铜，其质量为32 g，D项正确。
13．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH4(＋)，模拟装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．阳极室溶液由无色变成棕黄色
B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
【答案】C
【解析】阳极上Fe发生氧化反应，溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗H＋，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NH4(＋)与OH－反应生成NH3·H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有NH3·H2O，D项错误。
14．海水中含有大量Na+、C1-及少量Ca2+、Mg2+、SO42-，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如右图所示。下列说法正确的是
A．b膜是阳离子交换膜
B．A极室产生气泡并伴有少量沉淀生成
C．淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHA＜pHB＜pHC
D．B极室产生的气体可使湿润的KI淀粉试纸变蓝
【答案】A
【解析】A、因为阴极是阳离子反应，所以b为阳离子交换膜，正确；B、A极室氯离子在阳极失电子产生氯气，但不产生沉淀，错误；C、淡化工作完成后，A室氯离子失电子产生氯气，部分溶于水溶液呈酸性，B室氢离子得电子产生氢气，氢氧根离子浓度增大，溶液呈碱性，C室溶液呈中性，pH大小为pHA＜pHC＜pHB，错误；D、B极室氢离子得电子产生氢气，不能使湿润的KI淀粉试纸变蓝，错误。
15．近日，科学家发表了高温二氧化碳电解发展报告，利用固体氧化物电解池将CO2和H2O转化为合成气并联产高纯度O2。原理如图所示。下列说法正确的是
A．x极为电源正极
B．当有2 mol电子流向a极时，产生0.5 molO2
C．b极CO2的反应式：CO2+2H++2e－=CO+H2O
D．电解质中阴离子由a向b移动
【答案】A
【解析】A、与x相连的电极上发生氧离子失电子生成氧气的氧化反应，x极为电源正极，正确；B、a极为阳极，当有2 mol电子流出a极时，产生0.5 molO2，错误；C、b极CO2的反应式：CO2+2H++2e－=CO+H2O，H2O＋2e－=H2+O2-,错误；D、在电场作用下，电解质中阴离子移向阳极，由b向a移动，错误。
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