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专练 37 电解池原理及应用
授课提示：对应学生用书73页
1．[2022·广东卷]以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行
电解，实现Al的再生。该过程中（ ）
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B. 阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
答案：C
解析：阴极得电子，发生还原反应，被还原，A项、B项错误；由金属活动性顺序可
知，Mg、Al在阳极失电子，离子进入电解液，Cu金属活动性弱，则阳极泥主要含Si、
Cu，C项正确；阴极Al3＋得电子生成Al单质，阳极上Mg、Al均失电子变成离子进入电解
液中，故阳极和阴极的质量变化不相等，D项错误。
2．[2024·湖北卷]我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用HC O 和NH OH
2 2 4 2
电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中HO解离的H＋和OH－在电场作用下向两极
2
迁移。已知在 KOH 溶液中，甲醛转化为 HOCH O－，存在平衡 HOCH O－＋OH－
2 2
⇌[OCH
2
O]2－＋H
2
O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH
2
O]2－－e－＝HCOO－＋H·。下
列说法错误的是（ ）
A．电解一段时间后阳极区c（OH－）减小
B．理论上生成1 mol H N＋CHCOOH双极膜中有4 mol H O解离
3 2 2
C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H↑＋2HO
2 2
D．阴极区存在反应HC O＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋HO
2 2 4 2
答案：B
解析：根据题干信息可知，Cu 电极所在的阳极区先后发生反应：HCHO＋OH－
⇌HOCH
2
O－、HOCH
2
O－＋OH－ ⇌[OCH
2
O]2－＋H
2
O、[OCH
2
O]2－－e－===HCOO－＋H·，H·
可转化为H ，则阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H↑＋2HO，C正确；
2 2 2
根据阳极总反应可知，每消耗4个OH－，电路中通过2e－，根据电荷守恒，双极膜中有2
个OH－向阳极迁移，即阳极区c（OH－）减小，A正确；由题给信息知，阴极总反应物为
HC O 、NH OH，总产物为HN＋CHCOOH，电极反应式为HC O ＋NH OH＋6e－＋7H＋
2 2 4 2 3 2 2 2 4 2
===H N＋CHCOOH＋3HO，每生成1 mol H N＋CHCOOH，电路中通过6 mol e－，双极膜
3 2 2 3 2
中需有6 mol H O解离出6 mol H＋向阴极迁移，B错误；双极膜中HO解离出的H＋向阴极
2 2
移动，因此 HC O 在阴极 Pb 电极上转化为 OHCCOOH 的反应为 HC O ＋2H＋＋2e－
2 2 4 2 2 4
===OHCCOOH＋HO，D正确。
2
3．[2023·全国甲卷]用可再生能源电还原CO 时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中
2
的析氢反应可提高多碳产物（乙烯、乙醇等）的生成率，装置如下图所示。下列说法正确
的是（ ）A．析氢反应发生在IrOTi电极上
x
B．Cl－从Cu电极迁移到IrOTi电极
x
C．阴极发生的反应有：2CO＋12H＋＋12e－===C H＋4HO
2 2 4 2
D．每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体（标准状况）
答案：C
解析：由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOTi电极为电解池的阳
x
极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为 2HO－4e－
2
===O ↑＋4H＋，A错误；铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反
2
应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO ＋12H＋＋12e－===C H ＋4HO、2CO ＋12H＋＋
2 2 4 2 2
12e－===C HOH＋3HO，C正确；电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴
2 5 2
极室，B错误；水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2HO－
2
4e－===O ↑＋4H＋，每转移1 mol电子，生成0.25 mol O ，在标况下体积为5.6 L，故D错
2 2
误；答案选C。
4．[2024·吉林卷]“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势
高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H 的方法，装置如图所示。
2
部分反应机理为：
下列说法错误的是（ ）
A．相同电量下H 理论产量是传统电解水的1.5 倍
2
B．阴极反应：2HO＋2e－===2OH－＋H↑
2 2
C．电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2HO＋H↑
2 2
答案：A
解析：
电极 电极名称 电极反应式a 阴极 2HO＋2e－===2OH－＋H↑
2 2
2HCHO－2e－＋4OH－===
b 阳极
2HCOO－＋2HO＋H↑
2 2
传统电解水过程中每转移4 mol e－可制得2 mol H2，耦合HCHO高效制H2过程中每
转移4 mol e－，阴、阳极均可产生2 mol氢气，则相同电量下H 理论产量是传统电解水的
2
2倍，A错误；由上述分析可知，阴极的电极反应为2 HO＋2e－===2OH－＋H2↑，B正
2
确；综合图像中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知，OH－通过
交换膜向b极区移动，C正确；由上述分析可知，D正确。
5．[2024·河北沧州1月检测]我国科研工作者通过研发新型催化剂，利用太阳能电池将
工业排放的CO 转化为HCOOH，实现碳中和目标，原理如图所示。下列说法正确的是（
2
）
A.该过程中存在的能量转化形式只有太阳能→化学能
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.P极的电极反应式为CO＋2e－＋2H＋===HCOOH
2
D．N极催化转化22.4 L H 时，P极生成HCOOH的质量为46 g
2
答案：C
解析：
6．[情境创新]双极膜（BPM）是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层
间的HO解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获
2
得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜。下列说法不正确的是
（ ）A.相同条件下，不考虑气体溶解，阴极得到气体体积是阳极两倍
B.电解过程中Na＋向左迁移，N为阴离子交换膜
C.若去掉双极膜（BPM），阳极室会有Cl 生成
2
D.电解结束后，阴极附近溶液酸性明显增强
答案：D
解析：阴极得到的气体为氢气，阳极得到的气体为氧气，根据电解水的原理知，阴极
得到气体体积是阳极两倍，A项正确；电解过程中Na＋向阴极移动，即向左迁移，Cl－向右
迁移，故N为阴离子交换膜，B项正确；若去掉双极膜（BPM），阳极上会发生2Cl－－2e
－===Cl↑，阳极室会有Cl 生成，C项正确；阴极上氢离子放电，故附近溶液酸性不会明
2 2
显增强，D项错误。
7．[2023·辽宁卷]某无隔膜流动海水电解法制H 的装置如下图所示，其中高选择性催
2
化剂PRT可抑制O 产生。下列说法正确的是（ ）
2
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e－生成4 g H
2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生：Cl－＋HO－2e－===HClO＋H＋
2
答案：D
解析：由图可知，左侧电极产生氧气，则左侧电极为阳极，a为电源正极，右侧电极
为阴极，b为电源负极，该装置的总反应产生氧气和氢气，相当于电解水，以此解题。
由分析可知，a为正极，b为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产
生氢气的电极方程式为：2H＋＋2e－===H ↑，则理论上转移2 mol e－生成2 g H ，B错误；
2 2
由图可知，该装置的总反应为电解海水，随着电解的进行，海水的浓度增大，但是其 pH
基本不变，C错误；由图可知，阳极上的电极反应为：Cl－＋HO－2e－===HClO＋H＋，D
2
正确；故选D。
8．[2022·湖北卷]含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P（CN）]，
2
过程如图所示（Me为甲基）。下列说法正确的是（ ）
A.生成1 mol Li[P（CN）]，理论上外电路需要转移2 mol电子
2
B.阴极上的电极反应为：P＋8CN－－4e－===4[P（CN）]－
4 2
C.在电解过程中CN－向铂电极移动
D.电解产生的H 中的氢元素来自于LiOH
2答案：D
解析：石墨电极物质转化为：P→Li[P（CN） ]，磷元素化合价升高，发生氧化反应，
4 2
所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为：P ＋8CN－－4e－===4[P（CN） ]－，则生成1
4 2
mol Li[P（CN） ]，理论上外电路需要转移1 mol电子，右侧电极为阴极，A、B错误；电
2
解池工作过程中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，CN－应该向阳极移动，即移向石墨电
极，C错误；由图示物质转化关系可知，HCN在阴极放电，产生CN－和H ，而HCN中的
2
H来自LiOH，则电解产生的H 中的氢元素来自于LiOH，D正确。
2
9．[2024·湖北武汉检测]利用电化学原理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：①启动电源1，MnO 所在腔室的海水中的Li＋进入MnO 结构形成
2 2
LiMnO ；②关闭电源1和海水通道，启动电源2，同时向电极2上通入空气，使LiMnO
x 2 4 x 2 4
中的Li＋脱出进入腔室2。下列说法错误的是（ ）
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，MnO 电极的电极反应式为xLi＋＋2MnO ＋xe－===LiMnO
2 2 x 2 4
C.电化学系统提高了腔室2中LiOH溶液的浓度
D.若从启动至关闭电源1，转化的n（MnO ）与生成的n（O ）之比为20∶3，可得
2 2
LiMnO 中的x＝1.2
x 2 4
答案：B
解析：
启动电源1时，电极1为阳极，电极反应式为2HO－4e－===O ↑＋4H＋，MnO 电极
2 2 2
的电极反应式为2MnO ＋xLi＋＋xe－===LiMnO ，可得关系式O ～4e－、2MnO ～xe－；若
2 x 2 4 2 2
从启动至关闭电源1，转化的n（MnO ）与生成的n（O ）之比为20∶3，假设转化的n
2 2（MnO ）为20 mol，生成的n（O ）为3 mol，根据两电极上转移的电子的物质的量相等，
2 2
结合上述关系式可得，10x＝12，x＝1.2，D正确。
10．[2024·武汉市调研考试]含硝酸盐废水和乙二醇共电解可生成氨气和乙醇酸，原理
如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A.b为直流电源的负极
B.每转移2 mol电子，理论上应生成5.6 L NH
3
C.消耗NO与乙二醇的物质的量之比为1∶2
D.H＋通过质子交换膜向左迁移，左侧溶液pH下降
答案：C
解析：
由图可知，左侧电极上NO转化为NH ，发生还原反应，故左侧电极为阴极，则 a为
3
直流电源的负极，A项错误；根据阴极反应：NO＋8e－＋9H＋===NH ＋3HO，每转移2
3 2
mol电子，生成0.25 mol NH ，其在标准状况下的体积为5.6 L，但气体所处状态未知，故
3
B项错误；由阴极反应NO＋8e－＋9H＋===NH ＋3HO，阳极反应CHOHCH OH－4e－＋
3 2 2 2
HO===CH OHCOOH＋4H＋，结合各电极上转移电子数相等可知，消耗NO与乙二醇的物
2 2
质的量之比为1∶2，C项正确；由上述分析知，右侧有8 mol H＋通过质子交换膜进入左侧
时，左侧消耗9 mol H＋，则左侧c（H＋）降低，pH增大，D项错误。
