《2025年天星教育试题调研化学第9辑》

预测角度2 与物理学科交汇的电化学问题 热考指数 ★★★★★
原创预测2 某工厂通过恒定通过电解池的电量，电解含CO₂的溶液可将CO₂转化为某些简单有机物。部分有机产物的法拉第效率(FE)随电解电压的变化如图所示。已知相同条件下，FE = $\frac{Q_{X}(生成还原产物X所需要的电量)}{Q_{总}(电解过程中通过的总电量)}$ × 100%，选择性S(X) = $\frac{n(生成X消耗的CO_{2})}{n(发生反应的CO_{2})}$ × 100%。下列说法不正确的是


A.电解池中的离子交换膜可以是质子交换膜
B.电解时生成HCOOH的电极反应式为CO₂ + 2e⁻ + 2H⁺ = HCOOH
C.当电解电压为U₁ V时，生成C₂H₅OH和HCOOH的选择性之比为3:1
D.此生产中涉及的含碳化合物中，碳原子的杂化方式有sp、sp²、sp³

答案： 解析
根据题图中各产物中碳元素的化合价可知，CO₂在电解池阴极得电子，生成题图中三种有机物的电极反应式分别为CO₂ + 2e⁻ + 2H⁺ = HCOOH、CO₂ + 4e⁻ + 4H⁺ = HCHO + H₂O、2CO₂ + 12e⁻ + 12H⁺ = C₂H₅OH + 3H₂O，电解池中，H⁺向阴极移动，则电解池中的离子交换膜可以是质子交换膜，A、B正确。由题图可知，当电解电压为U₁ V时，C₂H₅OH和HCOOH的法拉第效率相等，根据法拉第效率公式可知，此时生成C₂H₅OH和HCOOH所用电量相等，结合对应的电极反应式可得生成的n(C₂H₅OH) = $\frac{1}{6}$n(HCOOH)，由选择性公式可得，S(C₂H₅OH) = $\frac{2n(C_{2}H_{5}OH)}{n_{消耗}(CO_{2})}$，S(HCOOH) = $\frac{n(HCOOH)}{n_{消耗}(CO_{2})}$，则S(C₂H₅OH) : S(HCOOH) = $\frac{2n(C_{2}H_{5}OH)}{n_{消耗}(CO_{2})}$ : $\frac{n(HCOOH)}{n_{消耗}(CO_{2})}$ = 1 : 3，C错误。CO₂中碳原子为sp杂化，HCOOH、HCHO中碳原子均为sp²杂化、C₂H₅OH中碳原子为sp³杂化，D正确。