题型突破2 电解原理的应用
1.(2024·山东卷)以不同材料修饰的Pt为电极,一定浓度的NaBr溶液为电解液,采用电解和催化相结合的循环方式,可实现高效制H2和O2,装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.电极a连接电源负极
B.加入Y的目的是补充NaBr
C.电解总反应式为Br-+3H2OBr+3H2↑
D.催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br-)=3∶2
答案 B
解析 电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成Br,电极b为阳极,电极反应为Br--6e-+3H2O===Br+6H+;则电极a为阴极,电极a的电极反应为6H2O+6e-===3H2↑+6OH-;电解总反应式为Br-+3H2OBr+3H2↑;催化循环阶段Br被还原成Br-循环使用、同时生成O2,实现高效制H2和O2,即Z为O2。A.根据分析,电极a为阴极,连接电源负极,A项正确;B.根据分析电解过程中消耗H2O和Br-,而催化阶段Br被还原成Br-循环使用,故加入Y的目的是补充H2O,维持NaBr溶液为一定浓度,B项错误;C.根据分析电解总反应式为Br-+3H2OBr+3H2↑,C项正确;D.催化阶段,Br元素的化合价由+5价降至-1价,生成1 mol Br-得到6 mol电子,O元素的化合价由-2价升至0价,生成1 mol O2失去4 mol电子,根据得失电子守恒,反应产物物质的量之比n(O2)∶n(Br-)=6∶4=3∶2,D项正确。
2.(2024·湖北卷)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]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 H3N+CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-===2HCOO-+H2↑+2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-===OHCCOOH+H2O
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-HOCH2O-、HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O、[OCH2O]2--e-===HCOO-+H·,H·可转化为H2,则阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-===2HCOO-+H2↑+2H2O,C正确;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H2C2O4、HO—N+H3,总产物为H3N+CH2COOH,电极反应式为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+===H3N+CH2COOH+3H2O,每生成1 mol H3N+CH2COOH,电路中通过6 mol e-,双极膜中需有6 mol H2O解离出6 mol H+向阴极迁移,B错误;双极膜中H2O解离出的H+向阴极移