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第43 讲 电解原理应用新拓展
[复习目标] 1.深化对电解原理及规律的理解，提升应用电解原理综合分析解决实际问题的
能力。2.熟知电解原理创新试题的呈现方式及问题设置，总结解答此类问题的一般方法及规
律。
1．电解原理常见的考查点
电解原理及应用是高考高频考点，该类试题往往与生产、生活及新科技等相联系，以装置图
或流程图为载体呈现，题材广、信息新，题目具有一定难度。主要考查阴、阳极的判断、电
极反应式及电解反应方程式的书写、溶液离子浓度变化及有关计算等。
2．“5 点”突破电解综合应用题
(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极反应为“阳
氧阴还”。
(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。(注意离子交换膜会限制某些离子的
移动方向)
(3)注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。
(4)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现OH－，碱性介质不出现H＋；不能想当然
地认为金属作阳极，电极产物为金属阳离子。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。
类型一 电解与物质制备
1．(2023·浙江1 月选考，11)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，
电解装置如图，下列说法正确的是( )
A．石墨电极为阴极，发生氧化反应
B．电极A 的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O
C．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应
D．电解时，阳离子向石墨电极移动
答案 C
解析 由图可知，石墨优先于Cl－参与反应，在外加电源下石墨电极上C 转化为CO，失电
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子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A 作阴极，TiO2和SiO2得到电子产生
电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－。
2．(2022·重庆，12)硝酮是重要的有机合成中间体，可采用“成对间接电氧化”法合成。电
解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。
下列说法错误的是( )
A．惰性电极2 为阳极
B．反应前后WO、WO 数量不变
C．消耗1 mol 氧气，可得到1 mol 硝酮
D．外电路通过1 mol 电子，可得到1 mol 水
答案 C
解析 惰性电极2，Br－被氧化为Br2，为阳极，故A 正确；WO、WO 循环反应，反应前后
WO、WO 数量不变，故B 正确；总反应为氧气把二丁基-N-羟基胺氧化为硝酮，1 mol 二丁
基-N-羟基胺失去2 mol H 原子生成1 mol 硝酮，氧气最终生成水，根据氧原子守恒，消耗1
mol 氧气，可得到2 mol 硝酮，故C 错误；外电路通过1 mol 电子时生成0.5 mol H2O2，H2O2
最终生成水，根据氧原子守恒，可得到1 mol 水，故D 正确。
3．(2022·湖北，14)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)2]，理论上外电路需要转移2 mol 电子
B．阴极上的电极反应为：P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－
C．在电解过程中CN－向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
答案 D
解析 石墨电极为阳极，对应的电极反应式为P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－，则生成1 mol
Li[P(CN)2]，理论上外电路需要转移1 mol 电子，A 错误；阴极上发生还原反应，应该得电
子，电极反应式为2HCN＋2e－===H2↑＋2CN－，B 错误；石墨电极为阳极，铂电极为阴极，
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CN－应该向阳极移动，即移向石墨电极，C 错误；由所给图示可知HCN 在阴极放电，产生
CN－和H2，而HCN 中的H 来自于LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D 正
确。
类型二 电解与分离、提纯
4．我国科学家以石墨烯壳层封装钴镍纳米粒子的“铠甲”催化剂作电极，实现了合成气中
H2S 杂质的高效去除，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．x 为电源负极，阴极区溶液的pH 增大
B．为同时实现氢气和硫粉的分离与回收，隔膜为阳离子交换膜
C．阳极的电极反应式为H2S－2e－===S↓＋2H＋
D．通电一段时间后，阴极区的溶液可以补充到阳极区，实现电解液的再生
答案 C
解析 据图可知与电源y 连接的电极上H2S 发生氧化反应转化为S，所以y 为电源正极，x
为电源负极，阴极发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，所以阴极区
溶液的pH 增大，A 正确；阳极发生氧化反应，电极反应式为H2S＋2CO－2e－===S↓＋
2HCO，C 错误；通电一段时间后，阴极区得到氢氧化钠溶液，阳极区得到NaHCO3，
NaHCO3溶液与NaOH 溶液反应生成Na2CO3，所以将阴极区溶液补充到阳极区可实现电解
液的再生，D 正确。
5．电解法常用于分离提纯物质，某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到
胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置(如图)，
使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液进行回收利用(已知：2CrO＋2H＋Cr2O＋
H2O)，下列说法不正确的是( )
A．阴极室生成的物质为NaOH 和H2
B．阳极发生的电极反应是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．a 离子交换膜为阳离子交换膜
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D．当外电路中转移2 mol 电子时，阳极室可生成1 mol Cr2O
答案 D
解析 电解时，阳极上水中的氢氧根离子放电：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故CrO 通过阴
(b)离子交换膜向阳极移动，因2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O 为可逆反应，故外电路中转移2
mol 电子时，阳极室生成的Cr2O 小于1 mol；阴极上水中的氢离子放电：2H2O＋2e －
===H2↑＋2OH－，混合物浆液中的Na＋通过阳(a)离子交换膜进入阴极，故阴极反应生成H2
和NaOH。
类型三 电解与“三废”治理
6．(2021·辽宁，13)利用
(Q)与
(QH2)电解转化法从烟
气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的
是( )
A．a 为电源负极
B．溶液中Q 的物质的量保持不变
C．CO2在M 极被还原
D．分离出的CO2从出口2 排出
答案 C
解析 由题干信息可知，M 极发生的是由
(Q)转化为
(QH2)的还原反应，故M 极为阴极，电极反应式为
＋2H2O＋2e －===
＋2OH－，故与M 极相连的a 电极为负极，N 极为阳极，电极反应式
为
－2e－===
＋2H＋，b 极为电源正极，据此分析解题。
由分析可知，溶液中Q 的物质的量保持不变，B 正确；CO2在M 极发生的反应为CO2＋OH－
===HCO，C 错误；在M 极上生成的HCO，向阳极移动，N 极上发生的反应为HCO＋H＋
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===H2O＋CO2↑，故分离出的CO2从出口2 排出，D 正确。
课时精练
1．利用废料Ce2O3制备Ce(SO4)2的工作原理如图，下列说法不正确的是( )
A．电极b 为阴极，发生还原反应
B．电解总反应方程式：Ce2O3＋8H＋=====2Ce4＋＋3H2O＋H2↑
C．离子交换膜为阴离子交换膜
D．X 可以是H2SO4溶液
答案 C
解析 由图可知，与直流电源正极相连的电极a 为阳极，酸性条件下三氧化二铈在阳极失去
电子发生氧化反应生成铈离子和水，电极b 为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生
成氢气，则X 为硫酸溶液，铈离子通过阳离子交换膜由阳极室移向阴极室，电解的总反应
方程式为Ce2O3＋8H＋=====2Ce4＋＋3H2O＋H2↑。
2.(2021·海南，9)液氨中存在平衡：2NH3NH＋NH。如图所示为电解池装置，以KNH2的
液氨溶液为电解液，电解过程中a、b 两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的
是( )
A．b 电极连接的是电源的负极
B．a 电极的电极反应式为2NH3＋2e－===H2↑＋2NH
C．电解过程中，阴极附近K＋浓度减小
D．理论上两极产生的气体物质的量之比为1∶1
答案 B
解析 根据图示可知，在b 电极上产生N2，N 元素失去电子化合价升高，所以b 电极为阳极，
连接电源的正极，A 错误；a 电极上产生H2，a 电极为阴极，电极反应式为2NH3＋2e－
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===H2↑＋2NH，B 正确；电解过程中，K＋会向阴极区定向移动，最终导致阴极附近K＋浓
度增大，C 错误；每产生1 mol H2，转移2 mol 电子，每产生1 mol N2，转移6 mol 电子，故
阴极产生的H2与阳极产生的N2的物质的量之比是3∶1，D 错误。
3.1825 年丹麦化学家奥斯特用电解法以钾汞齐还原无水氯化铝得到铝，从而发现了铝。模拟
装置如图所示(电极为惰性材料)。已知：电子由a 极流向X 极。下列说法错误的是( )
A．b 极为正极
B．Cl－向Y 极迁移
C．Y 极的电极反应式为K(Hg)n－e－===K＋＋nHg
D．转移1 mol 电子，理论上析出18 g 铝
答案 D
解析 在电解装置中，电子由电源的负极流入阴极，所以a 极为负极，X 极为阴极，Y 极为
阳极，b 极为正极，A 正确；在电解池中，阴离子向阳极(Y 极)迁移，B 正确；Y 极上钾汞齐
发生氧化反应，C 正确；析出1 mol 铝时转移3 mol 电子，即转移1 mol 电子理论上析出9 g
Al，D 错误。
4.(2023·济南一模)电解K2MnO4水溶液制备KMnO4的装置如图所示。电解后测得b 极区溶液
中溶质的总物质的量增大。下列说法错误的是( )
A．K2MnO4水溶液盛放在a 极区
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．当外电路转移2 mol 电子时，两极室溶液质量变化相差76 g
D．“电解法”所得副产品可用作“酸性歧化法”制备KMnO4的原料
答案 C
解析 电解K2MnO4水溶液制备KMnO4，阳极反应为MnO－e－===MnO，阴极反应为2H2O
＋2e－===H2↑＋2OH－，K＋向阴极移动，使KOH 物质的量增大，所以b 极为阴极，a 极为
阳极；当外电路转移2 mol 电子时，有2 mol K＋移向阴极，生成1 mol H2，阴极质量增大
(39×2－2)g＝76 g，阳极质量减少2×39 g＝78 g，两极室溶液质量变化相差154 g，C 错误。
5．(2023·广东佛山模拟)过硫酸铵[(NH4)2S2O8]可用作氧化剂、漂白剂。利用电解法在两极分
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别生产过硫酸铵和过氧化氢的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．a 为外接电源的负极
B．电解总反应：O2＋2H＋＋2SO=====H2O2＋S2O
C．阴离子交换膜可用阳离子交换膜替代
D．电解池工作时，Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小
答案 C
解析 由(NH4)2SO4→(NH4)2S2O8，氧元素化合价升高被氧化，故右侧Pt 电极为阳极，b 为外
接电源正极，a 为外接电源负极，左侧Pt 电极为阴极。阴极氧气被还原，阳极硫酸根离子被
氧化，电解总反应正确，B 正确；根据阳极产物可知，反应需要消耗硫酸根离子，阴离子交
换膜不可用阳离子交换膜替代，C 错误；电解池工作时，Ⅰ室发生反应：O2＋2e－＋2H＋
===H2O2，同时SO 移向阳极，故Ⅰ室溶液质量理论上逐渐减小，D 正确。
6．(2023·杭州重点中学高三联考)科学家利用多晶铜高效催化电解CO2制乙烯，原理如图所
示。已知：电解前后电解液浓度几乎不变。下列说法正确的是( )
A．铂电极为阳极，产生的气体是O2和CO2
B．多晶铜电极的电极反应式为2CO2＋12HCO＋12e－===C2H4＋12CO＋4H2O
C．通电过程中，溶液中HCO 通过阴离子交换膜向右槽移动
D．当电路中通过0.6 mol 电子时，理论上能产生C2H4 1.12 L
答案 A
解析 该电解池的总反应方程式为2CO2＋2H2O===C2H4＋3O2，多晶铜电极为阴极，该电极
的电极反应式为14CO2＋8H2O＋12e－===C2H4＋12HCO，铂电极为阳极，该电极的反应式为
12HCO－12e－===12CO2＋3O2＋6H2O。HCO 在铂电极发生反应，并且电解前后电解液浓度
几乎不变，所以溶液中HCO 通过阴离子交换膜向左槽移动，故C 错误；由多晶铜电极电极
反应式分析可知，当电路中通过0.6 mol 电子时，理论上能产生0.05 mol C2H4，该题目没有
说明条件为标准状况，故D 错误。
7．(2023·浙江省金、丽、衢十二校高三模拟)微生物电解池(MEC)是近年来快速发展的一种
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生物制氢技术。其中一种实验装置如图所示。若以葡萄糖为底物，下列说法不正确的是(
)
A．A 膜是阴离子交换膜
B．电极Y 为阴极，发生还原反应
C．阳极的电极反应：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
D．电极X 和电极Y 附近溶液的pH 不同
答案 A
解析 A 膜允许氢离子通过，是阳离子交换膜，故A 错误；电极Y 上是氢离子得电子生成
氢气，是阴极，发生还原反应，故B 正确；阳极底物失去电子生成二氧化碳和氢离子，电
极反应：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，故C 正确。
8．(2023·安徽安庆模拟)氯气是一种重要的工业原料，在传统的电解氯化氢回收氯气技术的
基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新工艺方案，如图所示。下列说法正确的
是( )
A．电极A 发生还原反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
B．电极B 与外接电源的负极相连
C．电解时，电流经电极B、电解质溶液流向电极A
D．当有2 mol 电子转移时，两室溶液中H＋数目理论上相差4NA
答案 C
解析 由图分析，B 极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，发生氧化反应，为电解池的阳极，与电
源正极相连。A 为电解池的阴极，发生还原反应，Fe3＋变为Fe2＋，Fe2＋再经O2氧化变回Fe3
＋。A 极电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，A 项错误；电极B 为电解池的阳极，与电源正极相
连，B 项错误；电流从正极流出经电极B、再由电解质溶液流经电极A，再到负极，C 项正
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确；A 极区发生的反应为4Fe2＋＋O2＋4H＋===2H2O＋4Fe3＋，该反应中每转移2 mol 电子需
要消耗2 mol H＋。同时，电解池工作时，每转移2 mol 电子，有2 mol H＋从B 极经质子交换
膜流向A 极，即A 极H＋没有发生变化。而B 极由于H＋移走而减少了2 mol，所以两极H＋
数目相差2NA，D 项错误。
9．(2023·浙江省浙南名校联盟高三联考)利用电解池原理可将CO2转化为燃料或者化学品。
如图通过将CO2与辛胺反应耦合，实现了两电极体系中产物的高选择性合成。下列说法正确
的是( )
A．装置中b 电极为阴极，发生还原反应
B．电极a 的电极反应可能为CO2＋H2O＋2e－ ===HCOO－＋OH
C．中间的离子交换膜一定是质子交换膜
D．电解过程中，a、b 两极反应物物质的量之比为2∶1
答案 B
解析 a 极为阴极，CO2转化为燃料或者化学品，b 极为阳极，辛胺转化为辛腈。装置中b
电极为阳极，失去电子，发生氧化反应，故A 错误；电极a 为阴极，电极反应可能为CO2＋
H2O＋2e－ ===HCOO－＋OH－，故B 正确；若电解液为中性时，中间的离子交换膜是质子交
换膜，若电解液为碱性时，中间的离子交换膜是阴离子交换膜，故C 错误；电解过程中，a
极CO2转化为燃料或者化学品，b 极辛胺转化为辛腈，由于电极a 的产物不确定，则两极反
应物物质的量之比不确定，故D 错误。
10．科学家采用电渗析法提纯乳清(富含NaCl 的蛋白质)，有价值的蛋白质回收率达到
98%，工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
A．膜1 为阳离子交换膜，膜2 为阴离子交换膜
B．膜1、膜2 孔径不大于半透膜孔径
C．a 极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
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D．每转移2 mol 电子，理论上乳清质量减少58.5 g
答案 D
解析 a 极区的稀氢氧化钠溶液变为浓氢氧化钠溶液，说明a 极区生成了氢氧化钠，即钠离
子通过膜1 向a 极区迁移，膜1 为阳离子交换膜；同理，氯离子通过膜2 向b 极区迁移，膜
2 为阴离子交换膜，A 项正确；提纯蛋白质，不能让蛋白质(胶体粒子)通过膜1、膜2，所以
膜1、膜2 的孔径应不大于半透膜的孔径，B 项正确；a 极为阴极，发生还原反应：2H2O＋
2e－===2OH－＋H2↑，C 项正确；每转移2 mol 电子，结合电极反应和电荷守恒可知，理论
上乳清减少的质量为2 mol NaCl 的质量，即质量减少117 g，D 项错误。
11．(2023·长春模拟)羟基自由基(·OH)具有极强的氧化能力，它能有效地氧化降解废水中的
有机污染物。在直流电源作用下，利用双极膜电解池产生羟基自由基(·OH)处理含苯酚废水
和含甲醛废水，原理如图所示。已知：双极膜中间层中的H2O 解离为H＋和OH－。下列说法
错误的是( )
A．M 极为阴极，电极反应式：O2＋2e－＋2H＋===2·OH
B．双极膜中H2O 解离出的OH－透过膜a 向N 极移动
C．每处理6.0 g 甲醛，理论上有0.4 mol H＋透过膜b
D．通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为6∶7
答案 C
解析 M 电极通入O2，发生反应生成自由基·OH，反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，M 作
阴极，A 正确；N 为阳极，电解时阴离子向阳极移动，所以OH－透过膜a 向N 极移动，B 正
确；1 mol 甲醛生成1 mol CO2转移4 mol 电子，1 mol 苯酚生成6 mol CO2转移28 mol 电子，
理论上苯酚和甲醛转化生成CO2物质的量之比为6∶7，D 正确。
12．工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，写出电解时铁电极发
生的电极反应：________________________。随后，铁电极附近有无色气体产生，写出有关
反应的离子方程式：____________________________。
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答案 Fe－2e－===Fe2＋ 2NO＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋4H2O
解析 根据电解原理，阳离子向阴极移动，由装置图可知，A 为电源的正极，B 为电源的负
极，铁作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；NO 在酸性条件下具有强氧化性，能将Fe2＋
氧化，本身被还原成N2，其反应的离子方程式为2NO＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋
4H2O。
13．工业上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作电解液，用电解法实现粗铅(主要杂质为Cu、Ag、
Fe、Zn，杂质总质量分数约为4%)提纯，装置示意图如图1 所示。
(1) 电解产生的阳极泥的主要成分为________ ，工作一段时间后，溶液中c(Pb2
＋)__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)铅的电解精炼需要调控好电解液中的c(H2SiF6)。其他条件相同时，测得槽电压(槽电压越
小，对应铅产率越高)随起始时溶液中c(H2SiF6)的变化趋势如图2 所示。由图可推知，随
c(H2SiF6)增大，铅产率先增大后减小，减小的原因可能是_____________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)Cu、Ag 减小 (2)c(H2SiF6)增大，电解液中c(H＋)增大，阴极发生副反应：2H＋＋
2e－===H2↑，影响Pb2＋放电，使铅产率减小
解析 (1)粗铅中的Cu、Ag 活泼性比Pb 差，故电解产生的阳极泥的主要成分为Cu 和Ag；
阳极上溶解的金属有Pb、Fe、Zn，阴极上析出的金属只有Pb，两极上得失电子守恒，故工
作一段时间后，溶液中Pb2＋浓度有所下降。
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14．(2023·江苏盐城高三模拟)电催化还原CO2是当今资源化利用二氧化碳的重点课题，常用
的阴极材料有有机多孔电极材料、铜基复合电极材料等。
一种有机多孔电极材料(铜粉沉积在一种有机物的骨架上)电催化还原CO2的装置示意图如图
1 所示。控制其他条件相同，将一定量的CO2通入该电催化装置中，阴极所得产物及其物质
的量与电压的关系如图2 所示。
(1)电解前需向电解质溶液中持续通入过量CO2的原因是______________________。
(2)控制电压为0.8 V，电解时转移电子的物质的量为__________mol。
(3)科研小组利用13CO2代替原有的CO2进行研究，其目的是___________________。
答案 (1)使阴极表面尽可能被CO2附着，减少析氢反应的发生(减少氢离子在阴极上放电的
几率)，提高含碳化合物的产率 (2)2.8 (3)为确定阴极上生成的含碳化合物源自CO2而非有
机多孔电极材料
解析 (2)控制电压为0.8 V，产生0.2 mol 氢气和0.2 mol 乙醇，根据电极反应2H＋＋2e
－===H2↑，2CO2＋12e－＋12H＋===C2H5OH＋3H2O，故电解时转移电子的物质的量为0.4
mol＋2.4 mol＝2.8 mol。
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