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《高考12题逐题突破》：电化学基础——电解原理及应用【核心突破】1．构建电解池模型，类比分析电解基本原理2．电解池阴、阳极的判断(1)根据所连接的外加电源判断：与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。(2)根据电子流动方向判断：电子流动方向为从电源负极流向阴极，从阳极流向电源正极。(3)根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。(4)根据电解池两极产物判断(一般情况下)①阴极上的现象是析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出。②阳极上的现象是有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极)。3．电解池中的三个易误点(1)只有水被电解时，不要误认为溶液的pH不变或一定变化。若电解NaOH溶液，pH增大；电解H2SO4溶液，pH减小；电解Na2SO4溶液，pH不变。(2)在电解食盐水的过程中，阴极区显碱性。不要错误地认为阴极上产生的OH－因带负电荷，移向阳极，使阳极区显碱性。(3)电解MgCl2和AlCl3溶液时，虽然放电离子和电解NaCl溶液一样，但总的电解离子方程式不同。1．常见的离子交换膜及作用种类允许通过的离子及移动方向说明阳离子交换膜阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极阴离子和气体不能通过阴离子交换膜阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极阳离子和气体不能通过质子交换膜质子→移向电解池的阴极或原电池的正极只允许H＋通过2.阴、阳离子交换膜的判断方法(1)看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极。是否标注了电子流向、电荷流向等，明确阴、阳离子的移动方向。(2)根据电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题中给出的已知信息，找出物质生成或消耗的电极区域，确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。【经典例题】1．(2018·全国卷Ⅰ，13)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋该装置工作时，下列叙述错误的是()A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需为酸性答案C解析由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。2．三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SO2－4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SO2－4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1mol电子的电量时，会有0.5mol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SO2－4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1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成，D错误。3．NaBH4燃料电池具有电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是()A．离子交换膜应为阳离子交换膜，Na＋由左极室向右极室迁移B．该燃料电池的负极反应式为BH－4＋8OH－－8e－===BO－2＋6H2OC．电解池中的电解质溶液可以选择CuSO4溶液D．每消耗2.24LO2(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8g解析：选D通入O2发生反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，通入O2的一极为正极。Na＋通过交换膜进入右边得到浓NaOH溶液，故离子交换膜允许Na＋通过，是阳离子交换膜，选项A正确；根据图示，负极BH－4转化为BO－2，反应式为BH－4＋8OH－－8e－===BO－2＋6H2O，选项B正确；该电解池用于电解精炼铜，电解质溶液可以选择CuSO4溶液，选项C正确；A极连接原电池的正极，作阳极，每消耗2.24LO2(标准状况)时，转移电子0.4mol，但阳极上(A极)为粗铜，不只有Cu参与放电，还有比Cu活泼的金属放电，故减少质量不一定为12.8g，选项D不正确。【提升训练25题答案+解析】1．如下图所示a、b装置分别用来电解氯化铜溶液和饱和食盐水。下列判断错误的是()A．阳极失电子的离子相同、产物相同B．阴极产物因得电子的离子不同而不同C．电解后两装置中溶液的pH都减小D．电解后只有a装置阴极的质量增加答案C解析都是Cl－在阳极失电子生成氯气，因而产物相同，A项正确；a中铜离子得电子生成铜，b中水中氢离子得电子生成氢气，B、D项均正确；b中水中氢离子得电子生成氢气破坏水的电离平衡，生成氢氧根，pH增大，故C项错误。2．用石墨电极电解饱和食盐水的原理示意图如图所示。下列说法正确的是()A．M为负极B．通电使氯化钠发生电离C．c出口收集到的物质是氯气D．电解一段时间后，阴极区pH降低答案C解析a口加入的饱和食盐水变成稀食盐水从左上排出，则电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Na＋通过阳离子交换膜进入右室，M为电源正极，A项错误，C项正确；氯化钠溶于水或熔融时，离解成自由移动离子的过程叫电离，不需通电，B项错误。3．某实验小组用石墨作电极进行如图实验，实验观察到：a、d处试纸变蓝；b处变红，并局部褪色；c处无明显变化。下列说法中错误的是()A．a极为阴极，发生的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑B．b极为阳极，涉及的反应有：2Cl－－2e－===Cl2↑、Cl2＋H2OHCl＋HClOC．电解过程中，电子流向：电源负极→a→c→d→b→电源正极D．若将铁丝改成铜丝，其余条件相同，电解一段时间后，能发现c处附近变蓝答案C解析a极连接电源负极为阴极，水电离产生的氢离子得电子产生氢气，发生的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，选项A正确；b极连接电源的正极为阳极，溶液中氯离子失电子产生氯气，且产生的氯气与水反应生成盐酸和次氯酸，涉及的反应有：2Cl－－2e－===Cl2↑、Cl2＋H2OHCl＋HClO，选项B正确；电解过程中，电子流向：电源负极→a、d→c、b→电源正极，电子不能通过电解质溶液，选项C错误；c处为阳极，若将铁丝改成铜丝，铜失电子产生铜离子，其余条件相同，电解一段时间后，能发现c处附近变蓝，选项D正确。4.如图是一个石墨作电极，电解稀的Na2SO4溶液的装置，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是()A．逸出气体的体积，A电极的小于B电极的B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体C．A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶解呈中性解析：选DA、B电极反应式分别为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，相同温度和压强下，A电极生成气体体积大于B电极，A错误；阳极上生成O2，阴极上生成H2，O2和H2都是无色无味气体，B错误；由电极反应式知，A电极附近溶液呈碱性，B电极附近溶液呈酸性，则A电极附近溶液呈蓝色，B电极附近溶液呈红色，C错误；惰性电极电解稀的Na2SO4溶液，实际是电解水，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性，D正确。5．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是()A．AgNO3CuCl2Cu(NO3)2B．KClNa2SO4CuSO4C．CaCl2KOHNaNO3D．HClHNO3K2SO4解析：选BAgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2溶液随电解的进行，有碱产生，溶液pH升高；CuCl2、HCl电解的电解质本身，溶液中CuCl2、HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；KOH、HNO3相当于电解H2O，电解质浓度增大，对应的碱溶液碱性更强，酸溶液酸性更强。6.如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解，下列说法正确的是()A．电路中电子流向：负极→d→c→b→a→正极B．a、c两极产生气体的物质的量相等C．SO2－4向b电极移动，Cl－向c电极移动D．通电后乙烧杯滴入酚酞溶液d极附近会变红解析：选D电子只能在外电路中移动，故A错误；a极产生O2，c极产生Cl2，根据电子守恒O2～2Cl2～4e－，O2和Cl2的物质的量之比为1∶2，故B错误；阴离子向阳极移动，a和c是阳极，所以SO2－4向a电极移动，Cl－向c电极移动，故C错误；d极是阴极，电极反应式可表示为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以滴入酚酞溶液d极附近会变红，故D正确。7.铝表面在空气中天然形成的氧化膜耐磨性和抗蚀性不够强，控制一定的条件，用如图所示的电化学氧化法，可在铝表面生成坚硬的氧化膜。下列有关叙述正确的是()A．阴极上有金属铝生成B．电极A为石墨，电极B为金属铝C．OH－在电极A上放电，有氧气生成D．阳极的电极反应式为：2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋答案D解析根据原电池装置和题目信息可知电解总反应为：2Al＋3H2O=====电解Al2O3＋3H2↑，电解质为硫酸溶液，氢氧根离子不可能参加反应，阳极反应为：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，阴极反应为：6H＋＋6e－===3H2↑。8.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2mole－，阳极室溶液质量减少71g答案C解析根据装置图各室的物质成分可知，产品Ca(H2PO4)2中的Ca2＋来源于阳极室，H2PO－4来源于原料室，为了保持原料室中溶液为电中性，原料室中Na＋移向阴极室，故C膜为阳离子交换膜，A项错误；阴极室中为碱性溶液，不会产生H＋，发生“放氢生碱”的反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项错误；阴极发生还原反应，可用铁电极替换阴极的石墨电极，阳极发生氧化反应，若用铁电极替换阳极的石墨电极，Fe失电子，无法得到副产物氯气，C项正确；阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，每转移2mole－，生成1molCl2，同时有1molCa2＋移向产品室，因此阳极室溶液质量减少111g，D项错误。9.二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一。在稀H2SO4中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示。下列说法错误的是()A．阳极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑B．铂极上的电势比铜极上的高，且一段时间后铜极区溶液质量增大C．铜极上产生乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2OD．若铜极上只生成0.34molCO和0.66mo