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第17 讲 电解原理及应用（解析板）
知识主线：
电解池
:
工作原理
构成条件
直流电源
电解质溶液或熔融电解质
两个电极
形成闭合回路
电解原理
的应用
氯碱工业
电镀
电解精炼铜
电冶金
电解池电极
反应的书写
阳极阴离子放电顺序：
阴极阴离子放电顺序：
一、电解原理及规律
1．电解和电解池
(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应
的过程，在此过程中，电能转化为化学能
(2)电解池：把电能转化为化学能的装置，叫做电解池，也叫电解槽
(3)电解池的构成
①与直流电源相连的两个电极：与电源正极相连的电极是阳极，在阳极上发生氧化
反应；与电源负极相连的电极是阴极，在阴极上发生还原反应
②电解质溶液(或熔融的电解质)
③形成闭合回路
(4)放电：当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化或还原反应的过程，称为放
电
2．电解池的工作原理——以惰性电极电解CuCl2溶液为例
电极名称和电极反应式
电解过程的三个流向
总反应离子方程式：Cu2＋＋2Cl－=====Cu＋
Cl2↑
①电子流向：电源负极→电解池阴极；电解池的阳极→
电源的正极
②离子流向：阳离子→电解池的阴极，阴离子→电解池
的阳极
③电流方向：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→阴
极→负极
3．电极反应式、电解方程式的书写
(1)电极类型：金属活动顺序表中银以前的金属(含银)做电极时，由于金属电极本身可
以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如：Zn、Fe、Cu、Ag 等)；金属活动顺
序表中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要由铂(Pt)、石墨等
1
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(2)电解时电极产物的判断
①阳极产物的判断：阳极吸引的是阴离子，比较阴离子还原性的大小
首先看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极(Fe、Cu)等
金属，则阳极反应为电极材
料失去电子，电极被溶解变成离子而进入溶液，溶液中的阴离子不能失电子；若
阳极材料为惰性电极(Pt、石
墨)，则根据阴离子的放电顺序来判断：
阳极(阴离子放电顺序)：金属(Au、Pt 除外)电极>S2－>SO3
2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含
氧酸根离子
②阴极产物的判断：阴极吸引的是阳离子，比较阳离子氧化性的大小
直接根据阳离子的放电顺序进行判断阳离子放电顺序
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3+＞Mg2+＞
Na+＞Ca2+＞K+
(3)阴、阳极放电后的产物
反应物
阴极金属阳离子(H+)
阳极活性金属电极
S2－
I－
Br－
Cl－
OH－
产物
金属(H2)
金属离子
S
I2
Br2
Cl2
O2、H2O
4．惰性电极电解电解质溶液的情况分析
(1)电解溶质
电解质类型
电极反应式及总反应式
电解质浓
度变化
pH
电解质溶
液复原
不活泼金属无氧酸
盐，如CuCl2
阳极
2Cl－－2e－===Cl2↑
减小
增大
加入CuCl2
固体
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
总反应式
CuCl2=====Cu＋Cl2↑
无氧酸，如HCl
阳极
2Cl－－2e－===Cl2↑
减小
增大
通入HCl
气体
阴极
2H＋＋2e－===H2↑
总反应式
2HCl=====H2↑＋Cl2↑
(2)电解溶质和溶剂水，生成H2和碱
电解质
(水溶液)
电极反应式及总反应式
电解质浓
度变化
pH
电解质溶
液复原
活泼金属
的无氧酸
盐
(如NaCl)
阳极
2Cl－－2e－===Cl2↑
生成新
电解质
增大
通入HCl
气体
阴极
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
总反应式
NaCl＋2H2O=====Cl2↑＋H2↑＋2NaOH
MgCl2
阳极
2Cl－－2e－===Cl2↑
生成新
电解质
增大
通入HCl
气体
阴极
2H2O＋Mg2＋＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓
总反应式
MgCl2＋2H2O=====Cl2↑＋H2↑＋Mg(OH)2↓
(3)电解溶质和溶剂水，生成O2和酸
电解质
(水溶液)
电极反应式及总反应式
电解质浓
度变化
pH
电解质溶
液复原
不活泼金
阳极
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
生成新
减小
加CuO
2
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属的含氧
酸盐
(如CuSO4)
电解质
或CuCO3
阴极
2Cu2＋＋4e－===2Cu
总反应式
2CuSO4＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋2H2SO4
AgNO3
阳极
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
生成新
电解质
减小
加Ag2O
或Ag2CO3
阴极
4Ag＋＋4e－===4Ag
总反应式
4AgNO3＋2H2O=====4Ag＋O2↑＋4HNO3
(4)电解溶剂水
电解质类型
电极反应式及总反应式
电解质浓
度变化
pH
电解质溶
液复原
含氧酸，如
H2SO4
阳极
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
增大
减小
加水
阴极
4H＋＋4e－===2H2↑
总反应式
2H2O=====2H2↑＋O2↑
可溶性强碱，如
NaOH
阳极
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
增大
增大
加水
阴极
4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
总反应式
2H2O=====2H2↑＋O2↑
活泼金属含氧酸
盐，如KNO3、
Na2SO4
阳极
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
增大
不变
加水
阴极
4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
总反应式
2H2O=====2H2↑＋O2↑
5．活性电极电解电解质溶液的情况分析——用金属电极电解下列电解质溶液
** 错误的表达式 **铜为电极
电解“H2SO4溶液
阳极为Cu，属于活性电极，因此阳极反应
应为金属失电子
阳极：Cu－2e－===Cu2＋
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
总反应：Cu＋H2SO4=====CuSO4＋H2↑
** 错误的表达式 **用铜作电
极电解ZnSO4溶液
阳极反应
Cu－2e－===Cu2＋
阴极反应
Zn2＋＋2e－===Zn
总反应
Cu＋ZnSO4=====CuSO4＋ZnSO4
** 错误的表达式 **用铜作电
极电解CuSO4溶液
阳极反应
Cu－2e－===Cu2＋
阴极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
** 错误的表达式 **用铁作电
极电解NaOH 溶液
阳极反应
Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
阴极反应
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
总反应
Fe＋2H2O=====Fe(OH)2＋H2↑
** 错误的表达式 **用Ag 作
电极电解稀盐酸
阳极反应
2Ag－2e－＋2Cl－===2AgCl
阴极反应
2H＋＋2e－===H2↑
H2SO4溶液
Cu
Cu
×
3
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总反应
2Ag＋2HCl=====2AgCl＋H2↑
** 错误的表达式 **以铝材为
阳极，电解H2SO4溶液，铝
材表面形成氧化膜
阳极反应
2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
阴极反应
6H＋＋6e－===3H2↑
总反应
2Al＋3H2O=====Al2O3＋3H2↑
6．混合溶液——用惰性电极电解CuSO4和NaCl 的混合液(CuSO4与NaCl 的物质的量
为1 1)
∶
，明显分三个阶段，写出三个阶段的阴、阳两极反应式
第一阶
段
阳极
2Cl－－2e－===Cl2↑
CuCl2=====Cu＋Cl2↑
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
第二阶
段
阳极
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2Cu2＋＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋4H＋
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
第三阶
段
阳极
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2H2O=====2H2↑＋O2↑
阴极
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH
－
三、电解原理的应用
1．氯碱工业——电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气
阳离
子交
换膜
电解
槽
过程
分析
阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－
===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，
阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋
通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH 溶液
电极
反应
阳极(钛网(涂有钛、钌等氧化物
涂层)
2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反应)
阴极(碳钢网)
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (还原反应)
化学方程式
2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
离子方程式
2Cl－＋2H2O=====2OH－＋H2↑＋Cl2↑
阳离
子交
换膜
的作
用
只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以
防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极
产生的氢氧化钠溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量
2．电镀——应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法，叫做电
镀，是一种特殊的电解
电镀原理
电镀时，把镀层金属作阳极，通常把待镀金属(镀件)作阴极，用含有镀层
金属离子的溶液作电镀液。在直流电的作用下，阳极金属溶解在溶液中成
为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在镀件表面覆盖上
一层均匀光洁而致密的镀层
4
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电镀池的
构成
实例
(铁上镀
铜)
阳极反应：Cu－2e—===Cu2+
阴极反应：Cu2+＋2e—===Cu
特点
电镀时，电解质溶液的浓度保持不变；阳极减少的质量和阴极增加的质量
相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等
3．电解精炼铜
原理
电解精炼粗铜时，通常把纯铜作阴极，把粗通板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au
等)作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，当通以直流电时，作为阳极的粗
铜逐渐溶解，在阴极上析出纯铜，这样可得符合电气工业要求的纯度达
99.95%～99.98%的铜
装置图
电极反
应
阳极(粗铜)
Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e—===Ni2+，Cu－2e
－===Cu2＋
阴极(纯铜)
Cu2＋＋2e－===Cu
如何实
现除
杂？
在精炼池的阳极，含杂质的铜不断溶解，比铜更活泼的Zn、Fe、Ni 等也会
失去电子，但Ag、Au 等金属杂质由于失去电子能力比Cu 弱，难以在阳极
溶解，它们会以单质的形式沉积在精炼池底，形成“阳极泥”。“阳极泥”
经分离后可以得到Ag、Au 等贵重金属。在阴极，由于溶液中的Zn2+、
Fe2+、Ni2+、H+等离子得到电子的能力均比Cu2+弱，且物质的量浓度均比
Cu2+小，所以只有Cu2+在阴极获得电子而析出Cu，这样，在阴极就得到了
纯铜。长时间电解后，电解质溶液的Cu2+浓度中有所减小，且引入了Zn2+、
Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去杂质
特点
铜的电解精炼时，电解质溶液中的Cu2+浓度中有所减小；阳极减少的质量
和阴极增加的质量不相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等
注意
电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活
泼的杂质会沉积(如：精炼镍时Cu 也会沉积)
4．电冶金——利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al 等
冶炼钠
冶炼镁
冶炼铝
电极
反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
总：2NaCl=====2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
总：MgCl2=====Mg＋Cl2↑
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
总：2Al2O3=====4Al＋3O2↑
注意
①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO 冶炼镁，因MgO 的熔点很高
②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电
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例1．近日，哈尔滨工业大学的研究团队发现，以非晶态
(Ⅲ)基硫化物为催化剂，能
有效催化OER(析氧反应)和UOR(尿素氧化反应)，从而降低电解水制氢过程中的能耗，
其工作原理和反应机理如图所示：
下列说法正确的是
A．电解过程中，电极
附近溶液的
不变
B．非晶态
(Ⅲ)基硫化物能改变OER 反应的反应热
C．OER 分四步进行，其中没有非极性键的形成与断裂
D．UOR 的电化学反应总过程为
【答案】D
【分析】该装置是电解池，电解水制氢，电极A 上水得到电子生成氢气气，电极反应
式为2H2O+2e-=2OH-+2H2↑，电极B 上尿素失电子生成氮气，电极反应式为
；
【详解】A．电极A 上电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+2H2↑，电极A 附近溶液的碱性增
强，
变大，故A 错误；
B．非晶态
(Ⅲ)基硫化物是OER 反应的催化剂，能改变反应速率，不能改变OER 反
应的反应热，故B 错误；
C．OER 的第II 步骤有O-O 非极性键的形成，故C 错误；
D．UOR 尿素中N 原子失电子生成氮气，生成1 个氮气失去6 个电子，电化学反应总
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过程为
，故D 正确；
故选D。
例2．如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图，下列说法正确的是
A．甲池将化学能转化为电能，总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
B．乙池中的Ag 不断溶解
C．反应一段时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO 固体
D．当甲池中有22.4LO2参与反应时，乙池中理论上可析出12.8g 固体
【答案】C
【分析】由图可知，甲池为甲醇燃料原电池，是化学能转化为电能的装置，电解液为
KOH，甲醇发生氧化反应生成碳酸根离子
，为负极；氧
气发生还原反应生成氢氧根离子
，为正极，总反应为
；则石墨电极为阳极、银电极为阴极；
【详解】A．由分析可知，甲池将化学能转化为电能，总反应为
，A 错误；
B．银电极为阴极，铜离子得到电子发生还原反应生成铜单质，B 错误；
C．乙池阳极水放电发生氧化反应生成氧气，则乙池减少的为铜和氧元素，故反应一段
时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO 固体，C 正确；
D．没有标况，不能计算反应的氧气的物质的量，不能计算乙池析出物质质量，D 错误；
故选C。
例3．废旧铅蓄电池会导致铅污染，回收铅的流程如图所示。
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已知：铅膏的主要成分是PbO2和PbSO4。下列说法错误的是
A．SO2的作用是将PbO2还原成PbSO4
B．加入(NH4)2CO3后发生的反应为：PbSO4(s)+CO
(aq)
PbCO3(s)+SO
(aq)
C．步骤X 可以是蒸干灼烧
D．若步骤X 为电解，则整个流程中，HNO3可循环使用
【答案】C
【分析】铅膏向浆液中加入二氧化硫和(NH4)2CO3，PbO2具有氧化性，将二氧化硫氧化，
生成硫酸铅，再加入碳酸铵发生反应，生成PbCO3和(NH4)2SO4；向PbCO3中加入
HNO3生成Pb(NO3)2和二氧化碳气体，Pb(NO3)2处理得到铅单质。
【详解】A．二氧化硫具有还原性，根据分析可知，SO2的作用是将PbO2还原成
PbSO4，A 正确；
B．根据分析可知，加入(NH4)2CO3后，PbSO4转化为PbCO3，发生的反应为PbSO4(s)
+CO
(aq)
PbCO3(s)+SO
(aq)，B 正确；
C．Pb(NO3)2溶液水解生成氢氧化铅和挥发性酸，蒸干灼烧得到铅氧化物，C 错误；
D．若步骤X 为电解，则整个流程中阳极生成硝酸、阴极生成铅单质，HNO3可循环使
用，D 正确；
故选C。
例4．氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗。下列说法错误的是
A．用该装置制得的产品和传统氯碱工业的产品完全一样
B．电极A 为阳极，发生氧化反应
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C．当生成1mol 氯气时，电极B 消耗11.2L(标况下)氧气
D．电极B 处加NaOH 是为了增强导电性
【答案】A
【分析】电极A 是氯离子变为氯气，化合价升高失去电子，是电解池阳极；电极B 氧
气得到电子发生还原反应，为阴极
【详解】A．电极A 为阳极，氯离子放电生成氯气，电极B 氧气发生还原反应生成氢
氧根离子
，钠离子迁移过来生成氢氧化钠；而传统氯碱工业的产
品为氢氧化钠、氯气、氢气，A 错误；
B．由分析可知，电极A 为阳极，发生氧化反应，B 正确；
C．
，当生成1mol 氯气时转移2mol 电子，则电极B 消耗0.5mol 氧气，
体积为11.2L(标况下)，C 正确；
D．电极B 处加NaOH 是为了增强导电性，提高电解效率，D 正确；
故选A。
例5．中国科大高敏锐研究组以CO2为原料，在Cu2P2O7基催化剂上制备C2H4，阴极电
极反应式：
，双极膜是由一张阳膜和一张阴
膜制成的复合膜。在直流电场的作用下，复合膜间的H2O 为离子源，解离成H+和OH-
可分别通过阳膜和阴膜。下列有关说法错误的是
A．a 膜是阴膜
B．左侧电极是阳极，发生氧化反应
C．总反应离子方程式为：
D．若标准状况下，消耗22.4LCO2，理论上M 处释放物质的质量3g
【答案】D
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【分析】结合电源和信息可知左侧为阳极，电极反应为：
，复
合膜间的H2O 解离出的OH-通过阴膜向阳极区补充，所以a 膜为阴膜。则b 膜为阳膜。
【详解】A．据分析可知，a 膜为阴膜，故A 正确；
B．据分析可知左侧电极是阳极，发生氧化反应，故B 正确；
C．将题目中的阴极反应和阳极反应加和处理得总反应离子方程式为：
，故C 正确；
D．据
可知当标准状况下，消耗
22.4LCO2即1mol 时，理论上M 处释放1.5mol
，质量为48g，故D 错误；
故选D。
例6．含有硝酸盐和亚硝酸盐的酸性废水可导致水体富营养化，引发环境污染。如图
是利用电化学原理处理
的原理，下列有关叙述错误的是
A．直流电源为铅蓄电池时，
极连接X 电极
B．Y 电极上发生还原反应
C．阳极电极反应方程式为
D．当产生28g
时，一定有6 mol
穿过质子交换膜
【答案】D
【详解】A．
在Y 电极得到电子转化为氮气，即Y 为阴极，X 为阳极，铅蓄电池
极为正极，故A 正确；
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B．Y 为阴极，发生还原反应，故B 正确；
C．阳极区电解质为硫酸溶液，故电极反应式为
，故C 正确；
D．由于不能确定参与电极反应的
中氮元素的具体化合价，所以转移电子数无法
确定，
迁移数量无法确定，故D 错误；
故选D。
例7．海水中有丰富的锂资源，我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂的
技术，提取原理如图所示，下列说法错误的是
A．该装置将光能间接转变为化学能
B．a 极为阴极，电极上发生还原反应
C．电解过程中可监测到b 极附近溶液pH 减小
D．固体陶瓷膜允许Li+、H2O 等较小微粒通过
【答案】D
【分析】本装置利用太阳能从海水中提取金属锂，由于锂能与水发生反应，所以Li 应
在电极a 生成，从而得出电极a 为阴极，电极b 为阳极。
【详解】A．该装置是将太阳能转化为电能，然后电解海水制取锂，则将光能间接转
变为化学能，A 正确；
B．由分析可知，a 极为阴极，电极上Li+得电子生成Li，发生还原反应，B 正确；
C．电解过程中，b 极Cl-失电子生成Cl2，Cl2溶于水后有一部分与水反应生成HCl 和
HClO，所以电极附近溶液pH 减小，C 正确；
D．海水中的Li+通过固体陶瓷膜进入电极a，得电子生成Li，若H2O 也进入电极a 附
近，则生成的Li 与H2O 发生反应，所以固体陶瓷膜允许Li+通过，但不允许H2O 等较
小微粒通过，D 错误；
故选D。
例8．用含
的溶液吸收工业尾气中的
和NO，获得
和
产品的工
艺流程如下：
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下列说法错误的是
A．装置Ⅰ加入NaOH 溶液是为了吸收
B．装置Ⅱ中反应后溶液pH 减小
C．装置Ⅲ中阴极反应式为
D．装置Ⅳ中反应的条件是高温、高压、催化剂
【答案】D
【分析】尾气通过氢氧化钠溶液：二氧化硫转化为亚硫酸氢盐，一氧化氮再通过
Ce(SO4)2溶液吸收转变为亚硝酸根离子、硝酸根离子、Ce3+离子，通过装置Ⅲ得到
Ce3+、
，亚硝酸根离子、硝酸根离子进入装置Ⅳ和氨气、氧气反应转化为硝酸铵；
【详解】A．二氧化硫能和氢氧化钠反应，故装置Ⅰ加入NaOH 溶液是为了吸收
，
A 正确；
B．一氧化氮再通过Ce(SO4)2溶液吸收转变为亚硝酸根离子、硝酸根离子、Ce3+离子，
反应为
，反应后溶液中生成氢离子，溶液pH
减小，B 正确；
C．“装置Ⅲ”为电解槽，阴极发亚硫酸氢根离子得到电子发生还原反应生成
，
反应为
，C 正确；
D．氨水具有挥发性，故反应不能为高温，高温不利于氨气进入溶液反应，D 错误；
故选D。
例9．羟基自由基
是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种
能将苯酚氧化为CO2和H2O 的原电池-电解池组合装置，实现了发电、环保两位一体。
下列说法错误的是
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A．a 极1 mol Cr2O
参与反应，理论上NaCl 溶液中减少的离子为12NA
B．电池工作时，b 极附近pH 减小
C．右侧装置中，c、d 两极产生气体的体积比(相同条件下)为7：3
D．d 极区苯酚被氧化的化学方程式为
【答案】A
【分析】由图示结合题意分析可知左侧为原电池装置，右侧为电解池装置，且a 极反
应为
，b 极反应为
，据此回答。
【详解】A．a 极
得电子生成
，所以a 是正极、b 是负极；又a 极反应
，则 a 极
参与反应转移6mol 电子，
OH-通过阴离子交换膜进入NaCl 溶液中；b 是负极，转移6mol 电子时有6molH+通过阳
离子交换膜进入NaCl 溶液中，HO-、H+反应生成水，理论上NaCl 溶液中离子数不变，
A 错误；
B．电池工作时，b 极反应为
，b 极附近pH 减小，
B 正确；
C．右侧为电解装置，c 是阴极，c 极反应式为
，d 为阳极，d 极反应式
为
，
，转移28mol 电子，c 极生成
14mol 氢气，d 极生成6mol 二氧化碳气体，所以两极产生气体的体积比(相同条件下)为
7 3∶，C 正确；
D．d 极区苯酚被·OH 氧化为二氧化碳，反应的化学方程式为
13
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，D 正确；
故选A。
二、多选题
例10．双极膜(BP)可以在电场作用下，使水分子快速解离为OH⁻和H+，并透过阴、阳
离子膜进入溶液。用此工艺捕获烟道气中的CO2过程如图所示，已知盐室中生成
CaCO3实现捕获，下列说法正确的是
A．捕获装置中，阴极反应为
B．溶液中的X 为H+
C．交换膜A 为阴离子交换膜
D．捕获1.12LCO2转化为沉淀，则转移电子2mol
【答案】AC
【分析】由图可知，左边电极连接电源负极，为阴极，左侧双极膜上H+向左移动进入
阴极室得电子生成H2，OH-进入碱室与CO2反应生成
，
透过离子交换膜A 进
入盐室生成CaCO3；右侧电极为阳极，右侧双极膜上OH-进入阳极室，H+进入酸室，
Cl-透过离子交换膜C 进入酸室形成盐酸，以此分析解答。
【详解】A．阴极发生还原反应，溶液中H⁺放电，为
，A 正确；
B．碱室是CO2转化为
，应由双极膜产生OH⁻不断补充，保持碱的浓度，X 应为
OH⁻，B 错误；
C．盐室生成CaCO3，就需要
穿过交换膜A，所以交换膜A 为阴离子交换膜，C
正确；
D．捕获1.12LCO₂，未指明是否标准状况，无法计算转移电子数，D 错误；
14
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故答案为：AC。
1．CO、CO2、CH3OH 等一碳物质是重要的基础化工原料。回答下列问题：
(1)CH3OH(l)气化时吸收的热量为
的燃烧热为
，写
出CH3OH(l)完全燃烧的热化学方程式： 。
(2)甲醇水蒸气重整的热化学方程式为
。已知不同温度下相关
反应的
(用平衡分压代替平衡浓度计算得到的平衡常数)如下表所示。
相关反应
398
K
498
K
598K
698K
5.0
185.
8
9939.
5
1.8×10
5
157.
5
137.
5
28.14
9.339
根据表计算398K 时，
的
。利用该反应产生的H2可设计以H2为燃料、熔融Li2CO3与K2CO3混合物为电解质的
高温型燃料电池，写出该电池负极的电极反应式： 。
(3)利用CO、CH3OH 等原料可合成草酸二甲酯(
)，其加氢可转化为乙二醇
(HOCH2CH2OH)，制备草酸二甲酯的总反应为4CO+4CH3OH+O2
+2H2O
，其反应机理的一部分如图所示。
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①由机理图可推知，化合物X 的结构简式为 。
②若CO 中混有少量H2，H2在Pd 表面易形成Pd—H 中间体，结合机理图，推测因H2
导致生成的有机副产物是 (任写一种)。
(4)草酸二甲酯催化加氢制乙二醇的反应体系中，发生的主要反应如下：
反应Ⅰ：
；
反应Ⅱ：
；
一定压强下，将(COOCH3)2、H2按一定比例、流速通过装有催化剂的反应管，测得
(COOCH3)2的转化率及CH3OOCCH2OH、HOCH2CH2OH 的选择性{
}与温度的关系如图所示。
①表示HOCH2CH2OH 的选择性随温度变化的曲线是 ，理由为 。
194℃
②
时，其他条件一定，若加快气体的流速，则(COOCH3)2的转化率降低，其原因
是 。
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【答案】(1)CH3OH(l)+
O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)
H=-650KJ/mol
△
(2) 787.5 H2-2e-=2H+
(3) ONPdNO HCHO
(4) 曲线C 曲线A 上CH3OOCCH2OH 选择性为50%时，曲线C 的对应点数值
为50%，则曲线C 表示 HOCH2CH2OH 的选择性随温度变化 194°C 时，其他条件
一定时加快气体的流速，(COOCH3)2反应不充分，(COOCH3)2的转化率降低。
【详解】（1）反应①为CH3OH(g)+
O2(g)
CO2(g)+2H2O(l)
H=—677KJ/mol
△
，反
应②为CH3OH(l)=CH3OH(g)
H=+27KJ/mol
△
，由①+②可得CH3OH(l)+
O2(g)
CO2(g)+2H2O(l)
H=—650KJ/mol
△
；
（2）在398K 时，反应①CH3OH(g)
CO(g)+2H2(g) ΔH1=+90.6kJ/mol 的Kp1=5，反应
②CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH2=−41.1kJ/mol 的Kp2=157.5，由①+②可得反应
③CH3OH(g)+H2O(g)
CO2(g)+3H2(g) ΔH1=+49.5kJ/mol，其
Kp=Kp1×Kp2=5×157.5=787.5；以H2为燃料、熔融Li2CO3与K2CO3混合物为电解质的高
温型燃料电池，则该电池的负极为H2，该电池负极的电极反应式为H2—2e—=2H+；
（3）由机理图可推知，化合物X 的结构简式为ONPdNO；由机理图中可知，Pd 和CO
反应可得Pd—CO—Pd，H2在Pd 表面易形成Pd—H 中间体，则CO 夺得2 个H，可形
成HCHO；
（4）由图可知，反应Ⅰ和反应Ⅱ中的CH3OOCCH2OH 和HOCH2CH2OH 都是生成物，
而且这两个反应都是放热反应，CH3OOCCH2OH 和HOCH2CH2OH 的选择性的表达式
相似，那么曲线A 上CH3OOCCH2OH 选择性为50%时，曲线C 的对应点数值为50%，
则曲线C 表示 HOCH2CH2OH 的选择性随温度变化；两反应正向均为放热反应，升高
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温度，平衡逆向移动，(COOCH3)2的平衡转化率减小，194°C 时，其他条件一定时加快
气体的流速，(COOCH3)2反应不充分，(COOCH3)2的转化率降低。
2．电催化还原
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。
(1)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
的装置示
意图如图-1 所示。控制其他条件相同，将一定量的
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
的原因是 。
②控制电压为0.8V，电解时转移电子的物质的量为 mol。
③科研小组利用
代替原有的
进行研究，其目的是 。
(2)一种铜基复合电极材料
的制备方法：将一定量
分散至水与乙醇的混
合溶液中，向溶液中逐滴滴加
(一种强酸)溶液，搅拌一段时间后离心分离，得
，溶液呈蓝色。写出
还原
的离子方程式： 。
(3)金属Cu/La 复合电极材料电催化还原CO₂ 制备甲醛和乙醇的可能机理如图-3 所示。
研究表明，在不同电极材料上形成中间体的部分反应活化能如图-4 所示。
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X
①
为 。在答题卡上相应位置补充完整虚线框内Y 的结构。
②与单纯的Cu 电极相比，利用Cu/La 复合电极材料电催化还原
的优点是
。
【答案】(1) 使阴极表面尽可能被
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 2.8 为确定阴极上生成的含碳化
合物源自
而非有机多孔电极材料
(2)将一定量
分散至水与乙醇的混合溶液中，向溶液中逐滴滴加
(一种强
酸)溶液，搅拌一段时间后离心分离，溶液呈蓝色，说明生成铜离子。故
还原
的离子方程式：
。
(3)
加快了生成乙醇与甲醛的速率，提高了乙醇的选
择性
【详解】（1）①电解前需向电解质溶液中持续通入过量
的原因是使阴极表面尽可
能被
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。
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②控制电压为0.8V，产生0.2mol 氢气和0.2mol 乙醇，根据电极反应
,
,故电解时转移电子的物质的量为0.4+2.4=2.8mol。
③科研小组利用
代替原有的
进行研究，其目的是为确定阴极上生成的含碳
化合物源自
而非有机多孔电极材料。
（2）
（3）从过程分析，两步都与X 反应，上两个氢原子，故X 为氢离子和一个电子，则Y
处的图为
。从图-4 分析，与单纯的Cu 电极相比，利用Cu/La 复合电极材料
电催化还原
的优点是加快了生成乙醇与甲醛的速率，提高了乙醇的选择性。
3．硫和氮是生物必须的营养元素，含硫和氮的化合物在自然界中广泛存在。
(1)火山喷发产生H2S 在大气中发生如下反应：
2H
①
2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(l) △H=akJ•mol-1
S(g)+O
②
2(g)=SO2(g) △H=bkJ•mol-1
写出H2S(g)燃烧的热化学方程式 。
(2)工业上可用NaClO 碱性溶液吸收SO2。为了提高吸收效率，常用Ni2O3作为催化剂。
反应过程中产生的四价镍和原子氧具有极强的氧化能力，可加快对SO2的吸收。该催
化过程的示意图如图所示。Ca(ClO)2也可用于脱硫，且脱硫效果比NaClO 更好，原因
是 。
(3)氮的氧化物脱除可以利用电化学原理处理，利用如图所示装置可同时吸收SO2和
NO。
已知：H2S2O4是一种弱酸。
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①阴极的电极反应式为 。
②若无能量损失，相同条件下，SO2和NO 的体积比为 时，两种气体都能被完全
处理。
(4)已知2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)的反应历程分两步。
第一步：2NO(g)+
N2O2(g)(快反应)
第二步：N2O2(g)+O2(g)
2NO2(g)(慢反应)
用O2表示的速率方程为v(O2)=k1c2(NO)•c(O2)；用NO2表示的速率方程为
v(NO2)=k2c2(NO)•c(O2)，k1与k2分别表示速率常数，则
= 。(填数值)
(5)太阳能光电催化—化学耦合分解H2S 的装置如图所示。
①该太阳能光电催化—化学耦合分解H2S 的过程可描述为 。
②从能源利用和资源综合利用角度分析该方法优点是 。
【答案】(1)2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) △H=(a+2b)kJ•mol-1
(2)Ca2+与SO
结合生成微溶的CaSO4有利于反应的进行
(3)
1 1∶
(4)0.5
(5) Fe2+在电极上失电子发生反应Fe2+-e-=Fe3+，生成的Fe3+氧化H2S 生成硫单质，
离子方程式为2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+，H+通过质子交换膜从a 极移向b 极，在b 极得
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电子生成H2 利用太阳能，无需额外消耗能量；实现煤气中H2S 的脱除，同时产生
清洁能源H2
【详解】（1）根据题意，硫化氢气体的燃烧方程式可以表示为
，再根据盖斯定律，该反应的反应热
△H=(a+2b)kJ•mol-1，故硫化氢气体燃烧的热化学方程式表示为：2H2S(g)
+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) △H=(a+2b)kJ•mol-1
（2）Ca(ClO)2也可用于脱硫，且脱硫效果比NaClO 脱硫的效果好，是因为Ca2+与
结合生成难溶的
，有利于反应的进行。
（3）如图所示，a 电极
转化为了
，S 元素的化合价降低发生了还原反应，
故a 电极为阴极，阴极反应方程式为
；SO2中S 元素的
化合价由+4 价升高为+6 价，NO 中N 元素化合价由+2 价降低为0 价，根据得失电子守
恒，SO2与NO 的物质的量之比为1 1∶，故在相同条件下，体积比为1 1∶时两种气体能被
完全处理。
（4）根据题意，v(O2)=k1c2(NO)•c(O2)、 v(NO2)=k2c2(NO)•c(O2)，故
、
，则
=
=0.5。
（5）①Fe2+在电极上发生反应生成Fe3+（
），生成的三价铁离子与硫化氢
反应生成硫单质
，H+通过质子交换膜从a 极移向b 极在b 极生
成氢气；②利用太阳能，无需额外消耗能量，实现煤气中H2S 的脱除，同时产生清洁
能源H2。
4．我国科学家发现催化剂
可高效活化
，实现物质的高选择性氧化，为
污染物的去除提供了新策略。污染物X 去除的催化反应过程示意思如下。
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(1)Fe 元素在元素周期表中的位置是 。
(2)污染物X 在电极a 上的反应式是 。
(3)科研团队研究了X 分别为
、
和
[也可以写作
]的反应能力，
发现中心原子含有孤电子对的物质易被氧化。
①基态As 原子的价层电子排布式是 。
②
中的键角 (填“>”“<”或“=”)
中的键角。
③
的结构是
，P 原子的杂化轨道类型是 。
(4)比较反应能力：
(填“>”“<”或“=”)，原因是
。
(5)
晶胞的体积为
，晶体密度为
，阿伏加德罗常数的值为
，一
个晶胞中Fe 原子的个数为 (
的摩尔质量：160g/mol)。
【答案】(1)第四周期第Ⅷ族
(2)X+H2O-2e-
XO+2H+
(3) 4s24p3 < sp3
(4) <
中磷原子无孤电子对，
中砷有孤电子对
(5)
【详解】（1）铁元素在第四周期第Ⅷ族。
（2）污染物X 在电极a 上的反应式是X+H2O-2e-
XO+2H+。
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（3）基态砷为33 号元素，其价层电子排布式为4s24p3。
②亚硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为
，为V 形结构，硝酸根
离子的价层电子对数为
，为平面三角形，亚硝酸根离子中孤电子对，
有较大的排斥力，故亚硝酸根的键角小于硝酸根中的键角。
磷原子无孤电子对，也形成4 个
键，故杂化类型为sp3。
（4）
中磷原子无孤电子对，
中砷有孤电子对，故反应能力
<
。
（5）晶胞的质量为
g，故一个晶胞中氧化铁的物质的量为
mol，铁原子的物质
的量为
mol， 一个晶胞中Fe 原子的个数为
。
5．Ⅰ.高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理
想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图是高铁电池的模拟实验装置：
(1)该电池放电时正极的电极反应式为 。
(2)盐桥中盛有饱和KCl 溶液，此盐桥中氯离子向 (填“左”或“右”)移动；若
用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向 (填“左”或“右”)移动。
(3)如图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有
。
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Ⅱ.二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌
消毒剂。如图是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。
(4)阳极产生ClO2的电极反应式： 。
(5)当阴极产生标准状况下112 mL 气体时，通过阳离子交换膜离子的物质的量为
。
【答案】(1)FeO
+4H2O+3e-=Fe（OH）3↓+5OH-
(2) 右 左
(3)使用时间长、工作电压稳定
(4)Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+
(5)0.01mol
【详解】（1）根据电池装置，Zn 做负极，C 为正极，高铁酸钾的氧化性很强，正极上
高铁酸钾发生还原反应生成Fe（OH）3，正极电极反应式为：FeO
+4H2O+3e-=Fe
（OH）3↓+5OH-；
（2）盐桥中阴离子移向负极移动，盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路，使两
溶液保持电中性，起到平衡电荷，构成闭合回路，放电时盐桥中氯离子向右移动，用
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某种高分子材料制成阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动；
（3）由图可知高铁电池的优点有：使用时间长、工作电压稳定；
（4）由题意可知，氯离子放电生成ClO2，根据电子守恒和电荷守恒写出阳极的电极反
应式为Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+；
（5）阴极产生标准状况下112mL 是H2，物质的量为0.005mol，阴极电极反应式为
2H++2e-=H2↑，所以电路中转移电子0.01mol，钠离子所带电荷与电子所带电荷数相同，
所以通过阳离子交换膜的钠离子的物质的量为0.01mol。
6．根据下列要求回答下列问题。
(1)次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电
渗析槽电解法制备，原理如图：
则Co 的电极反应式为 ，A、B、C 为离子交换膜，其中B 为
离子交换膜(填“阳”或“阴”)。
(2)我国科研人员研制出的可充电“NaCO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为
电极材料，总反应方程式为4Na＋3CO2
2Na2CO3＋C．放电时该电池“吸入”CO2，
其工作原理如图所示：
①放电时，正极的电极反应式为 。
②若生成的Na2CO3和C 全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28g 时，转移电子
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的物质的量为 。
③可选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的理由是 。
【答案】(1) Co-2e-=Co2＋ 阴
(2) 3CO2＋4Na＋＋4e-=2Na2CO3＋C 0.5mol 导电性好、与金属钠不反应、
难挥发等
【详解】（1）以金属钴和次磷酸钠为原料，用电解法制备次磷酸钴[Co(H2PO2)2]，Co
的化合价从0 升高到＋2，则Co 的电极反应式为Co-2e-=Co2+，产品室可得到次磷酸钴
的原因是阳极室中的Co2＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO 通过阴离
子交换膜进入产品室与Co2＋结合生成Co(H2PO2)2，所以B 是阴离子交换膜；
（2）①放电时，正极发生得到电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为
3CO2＋4Na＋＋4e-=2Na2CO3＋C；
②根据反应式可知每转移4mol 电子，正极质量增加2×106g＋12g=224g，所以当正极
增加的质量为28g 时，转移电子的物质的量为
×4mol=0.5mol；
③根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的
理由是其导电性好、与金属钠不反应、难挥发等。
7．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：
(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀
菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示：
①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连
接电源的 (填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为
。
a
②极区pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
③图中应使用 (填“阴”或“阳”)离子交换膜。
(2)电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH
的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，
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化学方程式为 。用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解
K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下：
则D 的化学式为 ；阳极的电极反应式为 ；阳离子迁移方向是
。
(3)电解硝酸工业的尾气NO 可制备NH4NO3，其工作原理如图所示：
①阴极的电极反应式为 。
②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO 的物
质的量之比至少为 。
【答案】(1) 正极 Cl-－5e-＋2H2O=ClO2↑＋4H＋ 增大 阳
(2) 2MnO2＋4KOH＋O2
2K2MnO4＋2H2O KOH
－e-=
K＋由阳离子交换膜左侧向右侧迁移
(3) NO＋5e－＋6H＋=
＋H2O 1 4∶
【详解】（1）①根据题意可知，Cl－放电生成ClO2的电极为阳极，接电源的正极。根
据元素守恒，有水参加反应，同时生成H＋，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O=ClO2↑＋
4H＋；②a 极区为阴极区，电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阴极区OH－浓度增
大，溶液的pH 增大；③根据溶液中电荷守恒的规律，图中应使用阳离子交换膜。
（2）软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH 小火加热至熔融，得到K2MnO4，Mn 元素化合
价由＋4 价升为＋6 价，则空气中的O2作氧化剂，化学方程式为2MnO2＋4KOH＋O2
2K2MnO4＋2H2O；电解锰酸钾溶液时，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电
极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，K＋通过阳离子交换膜由左侧向右侧迁移，所
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以D 是氢氧化钾溶液，阳极上
失电子生成
，电极反应式为
－e－
===
。
（3）①由图示可知，NO 在阴极上得电子生成
，电极反应式为NO＋5e－＋6H＋=
＋H2O；②NO 在阳极上失电子生成
，电极反应式为NO－3e－＋2H2O =
＋4H＋，电解总反应式为8NO＋7H2O
3NH4NO3＋2HNO3，故当实际参加反应的
NO 为8 mol 时，要将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，还应通入2 mol NH3，则
n(NH3) n(NO)
∶
＝2 mol 8 mol
∶
＝1 4∶。
8．回答下列问题
(1)氢碘酸也可以用“电解法”制备，装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合
膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O 解离成H＋和OH-；AB 为离子交换
膜。
B
①
膜最佳应选择 。
②阳极的电极反应式是 。
③少量的I－因浓度差通过BPM 膜，若撤去A 膜，其缺点是 。
(2)利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH，使处理含苯酚(C6H5OH)废
水更加高效，装置如下图所示。已知a 极主要发生的反应是O2生成H2O2，然后在电解
液中产生·OH 并迅速与苯酚反应。
b
①极连接电源的 极(填“正”或“负”)。
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a
②极的电极反应式为 。
③除电极反应外，电解液中主要发生的反应方程式有 。
【答案】(1) Na＋交换膜 2H2O－4e-=O2↑＋4H＋ I-会在阳极失电子得到碘
单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板
(2) 正 O2＋2e-＋2H＋=H2O2 C6H6O＋28·OH=6CO2↑＋17H2O
【分析】（1）
①从图上看，右端的BPM 膜和B 膜之间产生NaOH，BPM 膜提供OH－，B 膜最好是
Na＋交换膜；②阳极附近溶液为硫酸溶液，水电离出的氢氧根离子失电子，故阳极的
电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋；③A 膜应为阳离子交换膜，阳极产生的H＋透过
A 膜和少量的I－反应得到少量的HI，若撤去A 膜，I－会在阳极失电子得到碘单质，沉
积在阳极表面，损伤阳极板。
（2）
a
①极主要发生的反应是O2生成H2O2，O 元素化合价降低、得到电子、发生还原反应，
则a 电极为阴极、与电源负极相接，所以b 电极为阳极、与电源正极相接；②a 电极为
阴极，O2得到电子生成H2O2，电解质溶液显酸性，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋
=H2O2；③H2O2分解产生·OH，化学方程式为H2O2=2·OH，·OH 除去苯酚生成无毒的
氧化物，该氧化物为CO2，反应的化学方程式为C6H6O＋28·OH=6CO2↑＋17H2O。
9．请回答下列问题：
(1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。装置中的
离子膜只允许 离子通过，氯气的逸出口是 (填标号)。
(2)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，
其原理如图所示：
①阴极上的反应式为 。
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②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2 1∶，则消耗的CH4和CO2体积比为 。
【答案】(1) Na＋ a
(2) CO2＋2e－=CO＋O2－ 6 5∶
【详解】（1）结合题图电解装置，可知阴极上水电离出的H＋得电子生成H2，Na＋从
左侧通过离子膜向阴极移动，即该装置中的离子膜只允许Na＋通过；电解时阳极上Cl－
失去电子，Cl2在a 出口逸出。
（2）①结合图示可知CO2在阴极发生还原反应生成CO，即阴极上的反应式为CO2＋
2e－=CO＋O2－。②设生成C2H4和C2H6的物质的量分别为2 mol 和1 mol，则反应中转
移电子的物质的量为4 mol×2＋2 mol×1＝10 mol，根据碳原子守恒，可知反应的CH4
为6 mol；则由CO2→CO 转移10 mol 电子，需消耗5 mol CO2，则反应中消耗CH4和
CO2的体积比为6 5∶。
10．开发利用核能可以减少对化石能源的依赖。UO2是一种常用的核燃料，其铀元素
中
需达到5%。该核燃料的一种制备流程如下：
(1)天然铀主要含99.3%
和0.7%
，
和
互为 。
(2)I 中，将含有硫酸的UO2SO4溶液通入电解槽，如下图所示。
A
①
电极是 (填“阴极”或“阳极”)，其电极反应式是 。
U
②
4+有较强的还原性。用质子交换膜隔开两极区溶液可以 ，从而提高U4+的产
率。
(3)III 中使用的F2可通过电解熔融KF、HF 混合物制备，不能直接电解液态HF 的理由
是HF 属于 化合物，液态HF 几乎不电离。
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(4)IV 中利用了相对分子质量对气体物理性质的影响。铀的氟化物的熔沸点如下：
UF4
UF6
熔点/℃
1036
64(150kPa)
沸点/℃
1417
56.5 升华
①离心富集
时，采用UF6的优点：
a.F 只有一种核素
，且能与U 形成稳定的氟化物；
b. 。
②
和
的相对分子质量之比约为 (列出计算表达式)。
【答案】 同位素 阴极 UO
+4H++2e-=U4++2H2O 防止U4+移动到阳
极附近被氧化 共价 UF6易升华，56.5℃以上为气态
或
【分析】铀矿经多步处理得到UO2SO4，电解将+6 价的U 元素还原得到U(SO4)2，然后
和HF 反应得到UF4，再被F2氧化得到UF6，离心富集处理得到UO2。
【详解】(1)
和
为同种元素的不同核素，互为同位素；
(2)①电解池中阳离子流向阴极，根据氢离子的流向可知A 电极为阴极；UO
得电子
被还原为U4+，同时生成水，电极反应式为UO
+4H++2e-=U4++2H2O；
②电解过程B 电极即阳极水电离出的氢氧根放电生成氧气，而U4+有较强还原性，质子
交换膜可以防止U4+移动到阳极附近被氧气氧化；
(3)HF 只含共价键，为共价化合物，液态HF 几乎不导电；
(4)①根据表格数据可知UF6易升华，56.5℃以上为气态，更容易离心富集；
②元素符号左上角数字表示质量数，
的相对分子质量为235+19×6，
的相
对分子质量为238+19×6，二者的相对分子质量之比约为
或
。
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