题目

563.2023全国甲 ☆☆☆ 用可再生能源电还原CO2时,-|||-采用高浓度的 +3 抑制酸性电解液中的析氢反应来提高-|||-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-|||-太阳能 可 T rO-Til H2SO4 周 KCl、 极-|||-溶液 H3PO4-|||-溶液-|||-C2H4 C 2H5OH-|||-风能-|||-A.析氢反应发生在 _(r)(O)_(x)-(I)_(1) 电极上-|||-B. (H)^- 从Cu电极迁移到 _(r)(O)_(x)-Ii 电极-|||-C.阴极发生的反应有 (O)_(2)+12(H)^++12(e)^-=!=!= (C)_(2)(H)_(4)+4(H)_(2)O-|||-D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2L气体(标准状况)

题目解答

答案

解析

考查要点：本题主要考查电解池的工作原理，包括电极判断、离子迁移规律、电极反应式的书写及电子转移与气体体积的关系。

解题核心思路：

  1. 判断电极类型：根据装置图中材料差异，Cu为阴极，LnxOy-Ti为阳极。
  2. 析氢反应的位置：析氢反应属于还原反应，必然发生在阴极。
  3. 离子迁移规律：质子交换膜仅允许H⁺通过，Cl⁻无法跨膜迁移。
  4. 电极反应式的配平：阴极CO₂转化为C₂H₄，需配平电荷与原子。
  5. 电子转移与气体体积关系：阳极生成O₂，根据反应式计算气体体积。

破题关键点：

  • 阴极反应的还原性：析氢反应和CO₂还原均在阴极发生，但高浓度K⁺抑制析氢反应，优先生成多碳产物。
  • 质子交换膜的选择性：Cl⁻无法通过膜，排除B选项。
  • 阳极反应的产物：阳极水的氧化生成O₂，而非析氢。

选项A分析

析氢反应（2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑）是还原反应，必然发生在阴极（Cu电极），而非阳极（LnxOy-Ti电极）。因此A错误。

选项B分析

装置中质子交换膜仅允许H⁺通过，Cl⁻无法从Cu电极迁移到阳极。因此B错误。

选项C分析

阴极CO₂被还原生成C₂H₄的反应为：
$2\text{CO}_2 + 12\text{H}^+ + 12\text{e}^- \rightarrow \text{C}_2\text{H}_4 + 4\text{H}_2\text{O}$
该反应符合题目中“多碳产物（如乙烯）生成”的描述，C正确。

选项D分析

阳极反应为水的氧化：
$2\text{H}_2\text{O} - 4\text{e}^- \rightarrow \text{O}_2 + 4\text{H}^+$
每转移1 mol电子，生成0.25 mol O₂，对应体积为：
$0.25 \, \text{mol} \times 22.4 \, \text{L/mol} = 5.6 \, \text{L}$
而非11.2 L，因此D错误。