小题17 新型电解池装置 ——备战2021年高考化学经典小题考前必刷（全国通用）（解析版）

小题 17 新型电解池装置 1．构建模型，掌握工作原理 2．电解池的破题——阴、阳极判断 3．电解池的解题——阴、阳极电极反应式的书写 明确电解池的电极反应及其放电顺序 (1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)。 (2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。 (3)新型阴、阳极反应式书写(以 2 题为例) 一步：利用信息判断反应物、生成物 阴极：CO2―→CO 二步：电子守恒 阴极：CO2＋2e－―→CO 三步：看环境补 H＋、OH－、H2O，同时结合电荷守恒，阴极为酸性环境 则 CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O 刷试题 难度：★★★☆☆ 建议用时： 20 分钟 正确率 ： /15 1．采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影 响，下列说法错误的是 A．阳极反应为 2 22H O 4e 4H O     B．电解一段时间后，阳极室的 pH 未变 C．电解过程中，H+由 a 极区向 b 极区迁移 D．电解一段时间后，a 极生成的 O2 与 b 极反应的 O2 等量 【答案】D 【分析】 a 极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b 极通入氧气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降 低，被还原，做电解池的阴极。 【详解】 A.依据分析 a 极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是 2H2O-4e-=4H++O2↑，故 A 正确， 但不符合题意； B.电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的 pH 值不变，故 B 正确，但不符合题意； C.有 B 的分析可知，C 正确，但不符合题意； D.电解时，阳极的反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，阴极的反应为：O2+2e-+2H+=H2O2，总反应为：O2+2H2O=2H2O2， 要消耗氧气，即是 a 极生成的氧气小于 b 极消耗的氧气，故 D 错误，符合题意； 故选：D。 2．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 A．Ag 为阳极 B．Ag+由银电极向变色层迁移 C．W 元素的化合价升高 D．总反应为：WO3+xAg=AgxWO3 【答案】C 【分析】 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 生氧化反应，电致变色层发生还原反应。 【详解】 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。 【点睛】 电解池的试题，重点要弄清楚电解的原理，阴、阳极的判断和阴、阳极上电极反应式的书写，阳极反应式+ 阴极反应式=总反应式，加的过程中需使得失电子数相等。 3．在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是（ ） 离子交换膜 A．电极 A 为阳极，发生氧化反应生成氯气 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．饱和 NaCl 从 a 处进，NaOH 溶液从 d 处出 D．OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量 【答案】D 【分析】 氯碱工业中的总反应为 2Cl-+2H2O 电解 2OH-+H2↑+Cl2↑；电解池中阳极失电子发生氧化反应，氯碱工业 中 Cl2 为氧化产物，所以电极 A 为阳极，电极 B 为阴极，据此作答。 【详解】 A.根据分析可知电极 A 为阳极，发生氧化反应生成氯气，故 A 正确； B.阳极发生的方程式为：2Cl--2e-═Cl2↑，阴极：2H2O+2e-═H2↑+2OH-；为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生 反应，氢氧化钠要从 d 口流出，所以要防止 OH-流向阳极即电极 A，该离子交换膜为阳离子交换膜，故 B 正确； C.根据 B 选项的分析可知饱和 NaCl 从 a 处进，NaOH 溶液从 d 处出，故 C 正确； D.因为有离子交换膜的存在，OH-不发生迁移，故 D 错误； 故答案为 D。 4．在固态金属氧化物电解池中，高温共电解 H2O—CO2 混合气体制备 H2 和 CO 是一种新的能源利用方式， 基本原理如图所示。下列说法不正确的是（ ） A．X 是电源的负极 B．阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉCO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ C．总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2 D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是 1︰1 【答案】D 【详解】 A、从图示可看出，与 X 相连的电极发生 H2O→H2、CO2→CO 的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则 X 为电源的负极，正确； B、阴极 H2O→H2、CO2→CO 均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、CO2＋2eˉ ＝CO＋O2ˉ，正确； C、从图示可知，阳极生成 H2 和 CO 的同时，阴极有 O2 生成，所以总反应可表示为：H2O＋CO2 H2＋ CO＋O2，正确； D、从总反应方程式可知，阴极生成 2mol 气体(H2、CO 各 1mol)、阳极生成 1mol 气体(氧气)，所以阴、阳 两极生成的气体物质的量之比 2∶1，错误。 答案选 D。 5．某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一 块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是 A．铅笔端作阳极，发生还原反应 B．铂片端作阴极，发生氧化反应 C．铅笔端有少量的氯气产生 D．a 点是负极，b 点是正极 【答案】D 【分析】 出现红色字迹，说明溶液中有 OH－生成，所以铅笔端作阴极，氢离子放电，发生还原反应，因此 a 是电源 的负极，b 是正极。 【详解】 A.铅笔端作阴极，发生还原反应，故 A 错误； B.铂片端作阳极，发生氧化反应，故 B 错误； C.铅笔端作阴极，溶液中的阳离子在铅笔端放电，所以不会生成氯气，故 C 错误； D.铅笔端作阴极，则 a 是电源的负极，b 是正极，故 D 正确； 答案选 D。 6．硫酸工业尾气中的 SO2 可用 Na2SO3 溶液吸收，并通过电解方法实现吸收液的循环再生。如图所示，下 列有关说法中正确的是 A．阳极发生的反应之一为 SO 2- 3 +2OH--2e-=SO 2- 4 +2H2O B．电解一段时问后，阴极室 pH 升高 C．电解一段时间后，b％a％，C 项错误； D．阳极产生 1mol 硫酸转移 2mol 电子，阴极消耗 2mol 电子产生 2mol 亚硫酸钠，两者物质的量不相等，D 项错误；答案选 B。 7．甲烷是良好的制氢材料。我国科学家发明了一种 500℃时，在含氧离子( 2O  )的熔融碳酸盐中电解甲院的 方法，实现了无水、零排放的方式生产 H2 和 C。反应原理如右图所示。下列说法正确的是 A．X 为电源的负极 B．Ni 电极上发生的电极反应方程式为 2 2 3CO 4e 3O=C    C．电解一段时间后熔融盐中 2O  的物质的量变多 D．该条件下，每产生 22.4L H2，电路中转移 2mol 电子 【答案】B 【分析】 电解反应在温度于 500℃时进行，电解质为熔融碳酸盐，则阳极的电极反应是甲烷失电子生成氢气和二氧化 碳的过程，阴极是碳酸根离子得到电子生成碳，依据电子守恒和传导离子分析。 【详解】 A． 电解池电极 Ni-YSZ 中甲烷变成 CO2， C 元素的化合价升高，失电子，发生氧化反应，作阳极，因此 X 为电源的正极，故 A 错误； B． 阴极上发生还原反应，Ni 电极上发生的电极反应方程式为 2 2 3CO 4e 3O=C    ，故 B 正确； C． 电解一段时间后熔融盐中 2O  的物质的量不会变多，生成的 2O  通过熔融盐转移到阳极参加反应，故 C 错误； D． 总反应为：CH4 电解 C+2H2 ,反应条件为 500℃，该条件下不是标准状况，故 D 错误； 故选 B。 8．采用惰性电极，以氮气和水为原料通过电解法制备氨的装置如图所示。下列说法不正确的是( ) A．电解时，溶液中 K+向 a 极移动 B．电解时，电子由电源负极经导线流向 a 极 C．电解时，a 极上发生反应：N2+6e-+6H+=2NH3 D．电解一段时间后，b 极附近溶液的 pH 减小 【答案】C 【分析】 a 电极上 N2 转化为 NH3，N 元素化合价降低，发生还原反应，a 电极为阴极；b 电极上 OH-转化为 O2，O 元 素化合价升高，发生氧化反应，b 电极为阳极。 【详解】 A．电解时，溶液中 K+向阴极移动，即向 A 极移动，A 项正确； B．电解时，电流经导线由 a 极移向电源负极，电流与电子流向相反，所以电子由电源负极经导线流向 a 极， B 项正确； C．电解质溶液为 KOH 溶液，电解时，a 极上 N2 和水反应生成 NH3 和 OH-，电极反应式为： - - 2 2 3N +6e +6H O=2NH +6OH ，C 项错误； D．b 极的电极反应为： - - 2 24OH -4e =O +2H O ，电解过程中消耗 OH-，pH 减小，D 项正确； 答案选 C。 9．国内某动力电池研究院运用 FFC 剑桥工艺实现熔盐电解 SiO2 制备硅材料，装置如图。下列说法中错误 的是 A．阳极反应为 C-4e-+2O2-=CO2↑ B．SiO2 电极减重 60g 时，生成 CO2 体积为 22.4L C．电解过程，熔盐中 Ca2+移向 SiO2 所在电极的方向 D．若用其他情性电极代替石墨，可能会生成 O2、Cl2 【答案】B 【详解】 A．石墨电极生成二氧化碳，所以石墨电极为阳极，阳极反应为 C-4e-+2O2-=CO2↑，故 A 正确； B．SiO2 电极减重 60g 时，消耗 1mol SiO2，阳极生成 1molCO2，非标准状况下，体积不一定为 22.4L，故 B 错误； C．电解过程，阳离子移向阴极，SiO2 所在的电极为阴极，所以熔盐中 Ca2+移向 SiO2 所在电极的方向，故 C 正确； D．若用其他情性电极代替石墨作阳极，可能是 O2-、Cl-失电子生成生成 O2、Cl2，故 D 正确； 选 B。 10．如图为实验室模拟电解氧化法处理废水中的 CN-的装置图，产物为无毒、无害物质，下列说法不正确的 是 A．b 极为电池的负极，铁电极的反应式为 2H++2e-=H2↑ B．溶液中 CN-向石墨电极移动 C．电路中转移 6 mol 电子时可生成标准状况下 22.4 L N2 D．该装置工作时包括了电能与化学能的相互转化 【答案】C 【详解】 A．CN-发生氧化反应生成的无毒、无害物质 CO2 和 N2，故石墨为阳极，铁电极为阴极，b 极为电池的负极， 铁电极的反应式为 2H++2e-=H2↑，A 正确； B． 电解池工作时，溶液中阴离子向阳极移动，则 CN-向石墨电极移动，B 正确； C． 阳极的电极反应式为 2 2 22CN 10e 4H O 2CO N 8H         ，电路中转移 10 mol 电子时可生 成 1molN2、即标准状况下 22.4 L N2，C 错误； D． 铅蓄电池中化学能转化为电能，电解池中电能转化为化学能，故该装置工作时包括了电能与化学能的 相互转化，D 正确； 答案选 C。 11．制取高纯硅的 FFC剑桥工艺是以 2CaCl 熔盐为电解质，以 2SiO 和石墨坩埚作电极直接电解，同时产生 CO和 2CO 等气体。下列说法正确的是( ) A． 2SiO 作阳极，石墨坩埚作阴极 B．电解过程中 2O Cl 、 向阴极移动 C．阴极上发生的电极反应为 2 2SiO 4e Si 2O   D．将生成的 2O 转化为 CO和 2CO 是为了促进电子的转移 【答案】C 【详解】 A．由题意可知制取高纯硅，硅元素化合价降低，发生还原反应，所以 2SiO 作阴极，石墨坩埚作阳极，故 A 错误； B．电解过程中 2O Cl 、 等阴离子向阳极移动，故 B 错误； C．阴极发生还原反应，二氧化硅得电子，发生 2 2SiO 4e Si 2O   ，故 C 正确； D．由题意可知，电解产生 CO和 2CO ，说明阳极先发生反应 2- - 22O -4e =O  ,然后生成的氧气与碳反应生 成 CO和 2CO ，与电子转移无关，故 D 错误； 故答案为：C。 12．最近我国科学家以 CO2 与辛胺为原料实现了甲酸盐和辛腈的高选择性合成，该装置的工作原理如图所 示。下列说法正确的是 A．b 为电源的负极 B．In/ 2 3-xIn O 电极上可能有副产物 O2 生成 C．每生成 1mol 辛腈，同时生成 1mol HCOO- D．在 Ni2P 电极上发生的反应为：    3 2 2 3 2 27 6CH CH NH 4e 4OH O=CH CH CN 4H    【答案】D 【分析】 由图示知，该装置为电解池，In/In2O3-x 电极发生反应 CO2 转化为 HCOO-，C 元素化合价由+4 价降到+2 价， 得电子被还原，故 In/In2O3-x 电极为阴极，则 Ni2P 为阳极，电源 a 极为负极，b 极为正极。 【详解】 A．由分析知，b 为电源正极，A 错误； B．由分析知，In/In2O3-x 电极为阴极，溶液中 H+可能在阴极放电产生副产物 H2，OH-可能在阳极放电产生 副产物 O2，B 错误； C．由辛胺（分子式：C8H19N）→辛腈（分子式：C8H15N），C 元素化合价由-2 价升高到 3- 2 价（平均价）， 即转移电子关系为：辛胺~辛腈~4e-，故 1 mol 辛腈生成，电路中转移 4 mol 电子，由分析知，CO2 转化为 HCOO-，C 元素化合价由+4 价降到+2 价，即生成 1 mol HCOO-转移电子 2 mol，故当电路中转移 4 mol 电子 时，生成 HCOO-应为 2 mol，C 错误； D．由 C 选项分析知，1 mol 辛胺→辛腈转移 4 mol 电子，初步确定电极反应为：CH3(CH2)7NH2 - 4e-→CH3(CH2)6CN，根据图示，可在左边添加 4 个 OH-配平电荷守恒，右边添加 4 个 H2O 配平元素守恒， 最终得电极反应为：CH3(CH2)7NH2 - 4e- + 4OH- = CH3(CH2)6CN + 4H2O，D 正确； 故答案选 D。 13．一种采用电解法(碳基电极材料)将氯化氢转化为氯气的工艺方案如图所示，下列说法正确的是( ) A．b 极为电源负极 B．c 极的电极反应方程式为 4Fe2++4e-+O2+4H+=4Fe3++2H2O C．装置中每生成 22.4L(标准状况)氯气，溶液中就有 2molH+移向阴极 D．该装置中的电流流向为：b 极→a 极→c 极→电解质溶液→d 极 【答案】C 【详解】 A． 由电解池的装置图可知，d 电极上 HCl 中 Cl 元素失去电子，被氧化生成氯气，电极反应式为 - + 22HCl-2e =Cl +2H ，即 d 电极为阳极，对应电源 b 极为正极，A 错误； B． c 极为阴极，由装置图可知，发生还原反应： 3+ - 2+Fe +e =Fe ，生成的亚铁离子又被氧气氧化生成铁离子， 故发生反应为 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，但 c 极的电极反应为 3+ - 2+Fe +e =Fe ，B 错误； C． 装置中每生成 22.4L(标准状况)氯气，即 1mol 氯气，由阳极反应式 - + 22HCl-2e =Cl +2H 可知，溶液 中就有 2mol H+移向阴极，C 正确； D． 该装置中的电流流向为：b 极→d 极→电解质溶液→c 极→a 极，D 错误； 故选 C。 14．NCl3 是一种黄色黏稠状液体，可用于制备新型消毒剂 ClO2，其制备装置如图所示。下列说法正确的是 A．Pt 极发生氧化反应，可用淀粉-KI 试纸检验 M B．石墨极的反应式为 + - - + 4 3NH +6e +3Cl =NCl +4H C．电解过程中，质子交换膜右侧溶液 pH 会增大 D．每生成 1mol NCl3，会生成 67.2L 气体 M 【答案】C 【分析】 由装置可知，石墨电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应 + - - + 4 3NH -6e +3Cl =NCl +4H ，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↑，气体 M 为氢气，质子交换膜只让氢离 子通过，且向阴极移动，以此分析。 【详解】 A．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 KI 试纸检验氢气，故 A 不符合题意； B．由图可知，石墨电极是阳极，该电极上发生失电子的氧化反应为 + - - + 4 3NH -6e +3Cl =NCl +4H ，故 B 不 符合题意； C．电解过程中，质子交换膜右侧电极上发生的电极反应 + - - + 4 3NH -6e +3Cl =NCl +4H ，每生产 1molNCl3 同时生成 4molH+，理论上有 6molH+经质子交换膜由右侧向左侧迁移，右侧溶液的 c(H+)减小，pH 增大，故 C 符合题意； D．每生成 1molNCl3，由于气体所处的状态未知，无法计算氢气的体积，故 D 不符合题意； 答案选 C。 15．（双选）常用电解法处理工业废水中的乙醛。该过程中发生的电极反应为： ①4H2O+4e-=2H2↑+4OH- ②CH3CHO+3H2O-10e-=2CO2↑+10H+ ③2H2O-4e-=O2↑+4H+ ④ 3 2 3 25CH CHO 10H O 10e 5CH CH OH 10OH     ⑤ 3 2 35CH CHO 5H O 10e 5CH COOH 10H     下列说法错误的是 A．反应①⑤发生在阴极 B．乙醛既体现氧化性又体现还原性 C．当生成 46g 乙醇时，电路中转移 2mol 电子 D．电解过程中，电极附近溶液的 pH： 阴极＞阳极 【答案】AC 【详解】 A．由反应①4H2O+4e-=2H2↑+4OH-可知，得到电子发生还原反应，在阴极上发生，由反应 ⑤ 3 2 35CH CHO 5H O 10e 5CH COOH 10H     可知，失去电子发生氧化反应，在阳极上发生，故 A 错误； B．由反应④ 3 2 3 25CH CHO 10H O 10e 5CH CH OH 10OH     可知，乙醛得到电子，发生还原反应， 作氧化剂，体现氧化性，由反应⑤ 3 2 35CH CHO 5H O 10e 5CH COOH 10H     可知，乙醛失去电子， 发生氧化反应，作还原剂，体现还原性，故 B 正确； C．阴极上发生①④反应，而由反应④ 3 2 3 25CH CHO 10H O 10e 5CH CH OH 10OH     可知，生成 5mol 乙醇转移 10mol 电子，生成 46g 乙醇即 1mol 乙醇转移 2mol 电子，还要发生反应①，则电路中转移电子大 于 2mol，故 C 错误； D．阴极上发生①④反应，产生 OH-，阳极上发生②③⑤反应，产生 H+，则电解过程中，电极附近溶液的 pH 为阴极＞阳极，故 D 正确； 答案为 AC。