《2025年学霸高考黑题化学人教版》

巩固训练5 (2025·天津二模节选)铜基纳米光催化材料还原CO₂的机理如图所示。光照时，低能导带失去电子并产生空穴(h⁺，具有强氧化性)。光催化原理与电解原理类似，则低能导带相当于电解池的阳极；在高能导带上，CO₂直接转化为CH₃OH的电极反应式为$CO_2 + 6e^- + 6H^+ \longrightarrow CH_3OH + H_2O$。

答案： 巩固训练5 阳 $CO_2 + 6e^- + 6H^+ \longrightarrow CH_3OH + H_2O$

巩固训练6 (2024·北京二模节选)利用双极膜电解Na₂SO₄制备NaOH，捕集烟气中的CO₂，制备NaHCO₃。已知：双极膜为复合膜，可在直流电的作用下，将膜间的H₂O解离，提供H⁺和OH⁻。

(1)结合电极反应解释A区产生浓NaOH溶液的原因：阴极反应：$2H_2O + 2e^- \longrightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$，$c(OH^-)$增大，$Na^+$穿过阳离子交换膜进入$A$区形成浓$NaOH$溶液。
(2)当电路中转移2mol e⁻时，上图装置产生4mol NaOH。

答案： 巩固训练6
(1)阴极反应：$2H_2O + 2e^- \longrightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$，$c(OH^-)$增大，$Na^+$穿过阳离子交换膜进入$A$区形成浓$NaOH$溶液
(2)4
解析：
(1)该电池阴极反应式为$2H_2O + 2e^- \longrightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$，随着电解的进行，溶液中氢氧根离子浓度增大，同时钠离子经阳离子交换膜向阴极移动，使阴极区域的氢氧化钠浓度增大而得到氢氧化钠浓溶液。
(2)每转移$2\ mol$电子有$2\ mol\ NaOH$在阴极区生成，同时有$2\ mol\ NaOH$在阳极区的双极膜和阳离子交换膜之间生成，因此每转移$2\ mol$电子有$4\ mol\ NaOH$生成。

巩固训练7 (2025·河南信阳二模)工业上用甲醇燃料电池采用电解法处理含CN⁻和Cl⁻的碱性废水，将CN⁻转化为无污染的物质，其原理如下图所示。

(1)电解废水时，Pt(b)电极与石墨电极M相连(填“M”或“N”)。
(2)消耗标准状况下11.2L O₂，理论上可处理含0.4mol CN⁻的废水。

答案： 巩固训练7
(1)$M$
(2)0.4
解析：
(1)左图为燃料电池，根据图像可知$Pt(a)$电极发生氧化反应，作负极，$Pt(b)$电极发生还原反应，作正极。右图为电解装置，石墨电极$M$发生氧化反应，即为阳极，故$Pt(b)$电极与石墨电极$M$相连。
(2)消耗标准状况下$11.2\ L\ O_2$，根据$O_2 - 4e^-$可求得电路中电子转移$2\ mol$。当处理含$CN^-$的废水时，发生反应：$2CN^- - 10e^- + 12OH^- \longrightarrow 2CO_3^{2-} + N_2 \uparrow + 6H_2O$，根据比例求出可处理含$0.4\ mol\ CN^-$的废水。