高考化学一轮复习教师用书 35 第六章　第31讲　多池多室的电化学装置

第31讲多池、多室的电化学装置[课程标准]1.掌握多池连接的分析应用。2.了解离子交换膜及其在装置中的应用。考点一多池串联的两大模型模型一外接电源与电解池的串联(如图)A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。模型二原电池与电解池的串联(如图)显然两图中，A均为原电池，B均为电解池。1．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是()A．电流方向：电极Ⅳ电极ⅠB．电极Ⅰ发生还原反应C．电极Ⅱ逐渐溶解D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－=CuA[当多个电化学装置串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他作电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。A项，电子移动方向：电极Ⅰ→Aeq\a\vs4\al(○)→电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，正确；B项，原电池负极在工作中失电子，被氧化，发生氧化反应，错误；C项，原电池正极为得电子一极，铜离子在电极Ⅱ上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，错误；D项，电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极Ⅱ为正极，因此电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，错误。]2．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。请回答下列问题：(1)甲池为(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为。(2)乙池中A(石墨)电极的名称为(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为。(3)g时，甲池中理论上消耗O2的体积为mL(标准状况下)，丙池中极析出g铜。(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋6H2O。(2)乙池中电解AgNO3溶液，其中C作阳极，Ag作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子数相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝eq\f(1,4)×eq\f(5.40,108)×L＝L＝280mL，m(Cu)＝eq\f(1,2)×eq\f(5.40,108)×64g。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙中总反应2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOHeq\o(=,\s\up7(电解))2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。答案：(1)原电池CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋6H2O(2)阳极4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3(3)280D(4)减小增大eq\a\vs4\al(练后归纳)“串联”类装置的解题流程学生用书第150页考点二电化学离子交换膜的分析与应用1．常见的隔膜隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。2．隔膜的作用(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。3．离子交换膜选择的依据离子的定向移动。4．离子交换膜的应用[微提醒](1)用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有以下缺陷：缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；缺陷2：Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量。(2)用如图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有以下四个方面：①平衡电荷，形成闭合回路；②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。一、化学电源中的离子交换膜1．(2022·黔东南州模拟)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是()A．该装置能实现化学能100%转化为电能B．电子移动方向为：a极→b极→质子交换膜→a极C．a电极的电极反应式为：CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋D．LO2时，质子交换膜有4molH＋通过C[A项，化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，错误；B项，电子不能经过电解质溶液，所以电子由a极eq\o(→,\s\up7(导线))b极，错误；C项，a为负极，发生氧化反应，电极反应式为：CH3OCH3－12e－＋3H2O=2CO2＋12H＋，正确；D项，气体所处的状况不知，无法由气体体积求物质的量，所以通过H＋的物质的量不知，错误。]学生用书第151页“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车族的“新宠”。某电动汽车使用的是钴酸锂(LiCoO2)电池，其工作原理如图所示，且电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。下列说法不正确的是()A．放电时，正极锂的化合价未发生改变B．充电时Li＋移动方向：右室→左室C．放电时负极的电极反应式：LixC6－xe－=C6＋xLi＋D．充电时阳极的电极反应式：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2D[放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－=C6＋xLi＋，正极的电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2，放电时正极上锂的化合价不变，A、C项正确；充电时左侧为阴极，右侧为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，阳离子由阳极移向阴极，B项正确、D项错误。]eq\a\vs4\al(归纳总结)在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率。二、电解池中的离子交换膜(一)单膜电解池3．最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：①EDTA­Fe2＋－e－=EDTA­Fe3＋②2EDTA­Fe3＋＋H2S=2H＋＋S＋2EDTA­Fe2＋该装置工作时，下列叙述错误的是()A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S=CO＋H2O＋SC．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA­Fe3＋/EDTA­Fe2＋，溶液需为酸性C[由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S=CO＋H2O＋S，B项正确；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。]4．KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。(1)写出电解时阴极的电极反应式：。(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为，其迁移方向是。解析：(1)电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑。(2)电解过程中阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。答案：(1)2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑(2)K＋由电极a到电极b(二)“双膜”电解池5．制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为。电解后，室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。解析：阳极电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，电解过程中H＋透过阳离子交换膜进入a室，SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋H＋=HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，故a室中NaHSO3浓度增加。答案：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑a学生用书第152页(三)多膜电解池6．H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：(1)写出阳极的电极反应式：。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：。(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有杂质。该杂质产生的原因是。解析：(1)阳极发生氧化反应，在反应中OH－失去电子，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。(2)H2O放电产生H＋，H＋进入产品室，原料室的H2POeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))穿过阴膜进入至产品室，二者发生反应：H＋＋H2POeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))=H3PO2。(3)如果撤去阳膜，H2POeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))或H3PO2可能会被氧化。答案：(1)2H2O－4e－=O2↑＋4H＋(2)阳极室的H＋穿过阳膜进入至产品室，原料室的H2POeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))穿过阴膜进入至产品室，二者反应生成H3PO2(3)H3PO4H2POeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))或H3PO2被阳极产物O2氧化(四)双极膜电解池7．(2021·重庆1月适应性测试)双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。如图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。下列说法正确的是()A．出口2的产物为HBr溶液B．出口5的产物为硫酸溶液C．Br－可从盐室最终进入阳极液中D．阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D[电解时，双极膜中的氢氧根离子向阳极移动，进入交换室1，盐室中的Na＋向阴极移动，进入交换室1，则出口2的产物为NaOH溶液，A错误；钠离子不能通过双极膜，故出口5不是硫酸，B错误；Br－通过阴离子交换膜进入交换室2，但是不能通过双极膜，所以Br－不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；电解池阴极处，发生还原反应，水解离成H＋和OH－，则在阴极发生的反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，D正确。]eq\a\vs4\al(归纳总结)在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。真题演练明确考向1．(双选)(2022·山东卷)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是()A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸C．乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－=Li＋＋Co2＋＋4OH－D．若甲室Co2＋减少200mg，乙室Co2＋增加300mg，则此时已进行过溶液转移BD[，左侧阳极中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，同时生成H＋，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O=2CO2↑＋7H＋，H＋通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为Co2＋＋2e－=Co，因此，甲室溶液pH逐渐减小，A，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2＋，同时得到Li＋，其中的O2－与溶液中的H＋结合H2O，电极反应式为2LiCoO2＋2e－＋8H＋=2Li＋＋2Co2＋＋4H2O，负极发生的反应为CH3COO－－8e－＋2H2O=2CO2↑＋7H＋，负极产生的H＋通过阳膜进入正极室，但是乙室的H＋浓度仍然是减小的，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为：LiCoO2＋4H＋＋e－=Li＋＋Co2＋＋2H2O，C2＋减少200mg，则电子转移物质的量为n(e－)＝g,59g/mol)×2≈8mol，若乙室Co2＋增加300mg，则转移电子的物质的量为n(e－)＝g,59g/mol)×1≈1mol，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，D正确。]2．(2022·全国甲卷)一种水性电解液Zn­MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))存在)。电池放电时，下列叙述错误的是()学生用书第153页A．Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移B．Ⅰ区的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))通过隔膜向Ⅱ区迁移C．MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2OD．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋=Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋Mn2＋＋2H2OA[根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明是阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H＋，生成Mn2＋，Ⅱ区的K＋向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH－，生成Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，Ⅱ区的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K＋向Ⅱ区移动。据此分析答题。Ⅱ区的K＋只能向Ⅰ区移动，A错误；Ⅰ区的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向Ⅱ区移动，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，C正确；电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋=Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋Mn2＋＋2H2O，D正确。]3．(2021·广东，16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是()A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变D．电解总反应：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Co＋O2↑＋4H＋D[由装置图可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，mol氧气生成，且有2mol氢离子由Ⅰ室进入Ⅱ室，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；电解的总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Co＋O2↑＋4H＋，故D正确。]4．(2021·江苏1月适应性考试)利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是()A．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移B．电极b上反应为：CO2＋8HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))－8e－=CH4＋8COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋2H2OC．电解过程中化学能转化为电能D．电解时Na2SO4溶液浓度保持不变A[由a极生成O2可以判断电极a为阳极，电极b为阴极，阳离子向阴极流动，则H＋由a极区向b极区迁移，故A正确；电极b上的反应为CO2＋8HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋2H2O，故B错误；电解过程是电能转化为化学能，故C错误；电解时OH－比SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))更容易失去电子，所以电解Na2SO4溶液的实质是电解水，溶液中的水发生消耗，Na2SO4溶液的浓度增大，故D错误。]5.[2021·山东，17(4)]利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为：4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在(填“阴”或“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为。解析：由4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，电解过程中实质是电解水，阳极上OH－失去电子生成H2O和O2，阴极上H＋得到电子生成H2，由2CrOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H＋Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))＋2H2O可知，Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))在c(H＋)增大的阳电极室中制得，即Na2Cr2O7在阳极室产生；电解过程中，阴极产生氢氧根离子，氢氧化钠在阴极生成，所以为提高Na2Cr2O7的效率，Na＋通过离子交换膜移动阴极。答案：阳Na＋课时精练(三十一)多池、多室的电化学装置eq\a\vs4\al(\f(对应学生,用书P403))(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)1．(2022·贵州遵义高三期末)微生物燃料电池可用于净化含铬废水，其工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法错误的是()A．该离子交换膜为阳离子交换膜B．外电路中的电子的流动方向为M→电流表→NC．M电极的电极反应式为H2O＋CH3OH＋6e－=CO2↑＋6H＋D．N电极上发生还原反应，得到电子C[该电池中有机物CH3OH在微生物作用下发生失电子的氧化反应生成CO2，则M电极为负极，N电极为正极，正极上氧气和Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))发生得电子的还原反应，N极上Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))得到电子与溶液中的H＋结合生成水、Cr(OH)3，反应消耗H＋，c(H＋)减小，N极Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))生成Cr(OH)3的电极反应为Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))＋6e－＋8H＋=2Cr(OH)3＋H2O，原电池工作时阳离子由负极移向正极，阴离子由正极移向负极，据此分析解答。A.根据上述分析可知：M电极为负极，N电极为正极，负极生成H＋，透过交换膜进入右侧，故该离子交换膜为阳离子交换膜，→电流表→正极N，B，负极上CH3OH失去电子变为CO2，故负极的电极反应式为：CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋，C，Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))得到电子发生还原反应，D正确。]2．(2022·江苏海安高三期末)K2FeO4和Zn在碱性条件下组成二次电池，放电原理如图所示。下列说法正确的是()A．在放电时，电子通过离子交换膜从右向左移动B．在放电时，负极区电解质溶液的pH逐渐减小C．在充电时，石墨电极上的电极反应式为：Fe(OH)3－3e－＋5OH－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2OD．在充电时，将Zn电极与外接电源的正极相连C[K2FeO4­Zn可以组成高铁电池，K2FeO4在电池中作正极材料，其电极反应式为FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋3e－＋4H2O=Fe(OH)3＋5OH－，原电池的负极发生氧化反应，Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，电池反应为：3Zn＋2FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋8H2O=3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－，电子通过外电路从锌电极向石墨电极移动，电子不能在电解质溶液中传导，，原电池的负极发生氧化反应，Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，氢氧根离子通过阴离子交换膜不断进行补充，负极区电解质溶液的pH基本不变，，石墨电极是阳极发生氧化反应，石墨电极上的电极反应式为：Fe(OH)3－3e－＋5OH－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2O，故C，将Zn电极与外接电源的负极相连，故D错误。]3．(2022·珠海高三上学期期末)一种三室可充电Zn­MnO2电池如图所示，膜N为阳离子交换膜。充电时Zn电极反应式为：Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=Zn＋4OH－。下列说法不正确的是()A．放电时，c室的pH减小B．放电时，Zn电极电势比MnO2电极低C．充电时，SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))由b室透过M膜到a室D．充电时，MnO2电极反应式为Mn2＋＋2H2O＋2e－=MnO2＋4H＋D[充电时Zn电极反应式为：Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=Zn＋4OH－，发生还原反应，则Zn极为阴极，放电时Zn为负极，MnO2，Zn失电子，作负极，电极反应式与充电的相反，即为：Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，消耗OH－，c室的pH减小，，MnO2为正极，则Zn电极电势比MnO2电极低，故B正确；C.充电时，阴离子移向阳极，由分析可知Zn极为阴极，MnO2为阳极，则SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))由b室透过M膜到a室，，MnO2为阳极，发生氧化反应，电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋，故D错误。]4．中国科学院福建物质结构研究所课题组基于二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计并实现了一种可逆的水系金属—二氧化碳二次电池，放电时工作原理如图所示。下列有关电池放电时的说法错误的是()A．N极发生还原反应B．电子由N极流出经导线流入M极C．N极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋=HCOOHD．×1022个电子，g锌参加反应B[由题图可知，放电时，M极为二次电池的负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，双极膜中产生的氢氧根离子移向负极区，N极为正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，双极膜中产生的氢离子移向正极区。A项，N极为二次电池的正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，正确；B项，放电时，M极为二次电池的负极，N极为正极，电子由负极M极流出经导线流入正极N极，错误；C项，N极为二次电池的正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH，正确；D项，放电时，M极为二次电池的负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，×1022个电子时，M极理论上参加反应的锌的质量为×1022×1023mol－1)×eq\f(1,2)×65g，正确。]5．浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。将两个完全相同的电极浸入两个溶质相同但浓度不同的电解质溶液中构成的浓差电池，称为双液浓差电池。模拟工业上电渗析法实现海水(用氯化钠溶液代替)淡化的装置如图所示。下列说法错误的是()A．SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向Cu(1)极区域迁移B．C(2)极发生还原反应C．膜1为阳离子交换膜D．C(2)极反应为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C[由题述可知，浓差电池最终交换膜两侧硫酸铜溶液浓度相等，即阴离子交换膜左侧溶液c(CuSO4)增大，右侧c(CuSO4)减小，又因为只允许阴离子迁移，故交换膜左侧铜极溶解，c(Cu2＋)增大；交换膜右侧铜极上析出铜，c(Cu2＋)减小，即Cu(1)极为负极，发生反应Cu－2e－=Cu2＋；Cu(2)极为正极，发生还原反应，Cu2＋＋2e－=Cu，SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))由阴离子交换膜右侧向左侧迁移，，Cu(1)极为负极，Cu(2)极为正极，原电池中阴离子流向负极，则SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向Cu(1)极区域迁移，A，Cu(1)极为负极，则C(2)极为阴极，电解池中阴极发生还原反应，B，Cu(2)极为正极，则C(1)极为阳极，电极反应为：2Cl－－2e－=Cl2↑，故NaCl中的Cl－通过膜1进入阳极室，故膜1为阴离子交换膜，C，C(2)极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，D正确。]6．(2022·江西赣州高三期末)利用双离子交换膜电解法可以由含硝酸铵的工业废水生产硝酸和氨，原理如图所示。下列叙述错误的是()A．硝酸溶液溶质质量分数a%＜b%B．a、c膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜C．M、N室分别产生氧气和氢气D．产品室发生的反应为NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋OH－=NH3·H2OC[由题图可知，电解时M室中石墨电极为阴极，阴极上水得电子生成H2和OH－，反应式为4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，M室的OH－通过a膜进入产品室，所以a膜为阴离子交换膜，同时原料室中的铵根离子通过b膜也进入产品室，所以b膜为阳离子交换膜，在产品室中OH－和NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))反应生成NH3·H2O。N室中石墨为阳极，阳极上水失电子生成O2和H＋，反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，原料室中的硝酸根离子通过c膜进入N室，所以c膜为阴离子交换膜，N室中H＋和NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))反应生成HNO3，阳极上水失电子生成O2和H＋，反应式为：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，生成氢离子，氢离子浓度增加，同时原料室中的硝酸根离子通过c膜进入N室，因此N室中硝酸溶液浓度a%＜b%，知a、c为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，故B正确；C.由题干分析可知M、N室分别产生氢气和氧气，eq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋OH－=NH3·H2O，故D正确。]7．某大学科研团队，在光电催化体系中，利用双极膜处理烟气中的SO2，工作原理如图所示，O2在电极上生成一种具有强氧化性的羟基自由基(HO·)，下列有关说法错误的是()A．该装置把电能和光能转化成化学能B．阳极电极反应式：SO2－2e－＋4OH－=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H2OC．LSO2时，molH＋透过膜aD．该装置中总反应方程式：2SO2＋O2＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2H2SO4D[根据题图可知，该装置为电解池，将电能和光能转化为化学能，左侧电极为SO2转化为SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))的过程，S元素化合价升高，失电子，作阳极，H2O电离出的OH－经过阴离子交换膜(膜b)进入阳极室，电解池右侧是阴极室，H2O电离出的H＋经过阳离子交换膜(膜a)进入阴极室，，该装置为电解池，是将电能和光能转化为化学能，A，阳极SO2结合OH－转化为SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，对应电极反应为：SO2－2e－＋4OH－=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H2O，BmolSO2时，则电路中转移2mol电子，阴极O2得电子，根据电极反应O2＋2e－＋2H＋=2HO·知可形成2molHO·，2molHO·可氧化1molSO2，故实际阳极和阴极处理SO2量相等，LSO2被处理时，实际阳极处理的n(SO2)＝L/mol),2)mol，则电路中转移电子＝2n(SO2)＝2×mol，根据电荷守恒知有molH＋经过膜a进入阴极，C，阴极室发生反应：O2＋2e－＋2H＋=2HO·、2HO·＋SO2=2H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，则阴极室总反应为：O2＋SO2＋2e－=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，阳极反应为SO2－2e－＋4OH－=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H2O，故该装置总反应方程式为：2SO2＋O2＋4OH－eq\o(=,\s\up7(通电))2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H2O，D错误。]8．一种电解法制备Ca(H2PO4)2并得到NaOH等副产物的示意装置如图，下列说法错误的是()A．与a、b相连的分别是电源的正极、负极B．NaOH溶液中石墨电极上的反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．A膜、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜D．产品室中的Ca2＋和原料室的Na＋物质的量浓度同等程度增大D[由题图可知，产品Ca(H2PO4)2在产品室生成，左侧石墨作阳极，氯离子放电，电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，阳极室的Ca2＋透过A膜进入产品室，A膜为阳离子交换膜，H2POeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))透过B膜进入产品室与Ca2＋结合生成Ca(H2PO4)2，B膜为阴离子交换膜，右侧石墨极为阴极，水放电，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，Na＋透过C膜进入阴极室，C膜为阳离子交换膜，，应连接电源正极，即a、b相连的分别是电源的正极、负极，，水放电，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，故B正确；C.A膜、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，2＋透过A膜进入产品室，产品室中的Ca2＋浓度增大，Na＋透过C膜进入阴极室，原料室的Na＋浓度减小，故D错误。]9．(2022·韶关市高三上学期综合测试)某锂离子电池的总反应为2Li＋FeS=Fe＋Li2S。某小组以该电池为电源电解处理含Ba(OH)2废水和含Ni2＋、Cl－的酸性废水，并分别获得BaCl2溶液和单质镍。电解处理的工作原理如图所示[LiPF6·SO(CH3)2为锂离子电池的电解质]。下列说法正确的是()A．X与锂离子电池的Li电极相连B．a室的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．离子膜M为阳离子交换膜，离子膜N为阴离子交换膜D．若去掉离子膜M将a、b两室合并，则X电极的反应不变C[由反应式可知，锂为锂离子电池的负极，FeS为正极，由题图可知，X电极与FeS电极相连，为电解池的阳极，氢氧根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和水，电极反应式为4OH－－4e=O2↑＋2H2O，a室中溶液中钡离子通过阳离子交换膜进入b室；Y电极与锂电极相连，为电解池的阴极，镍离子在阴极得到电子发生还原反应生成镍，电极反应式为Ni2＋＋2e－=Ni，c室中氯离子通过阳离子交换膜进入b室，则离子膜M为阳离子交换膜，离子膜N为阴离子交换膜。X电极与FeS电极相连，为电解池的阳极，故A错误；X电极与FeS电极相连，为电解池的阳极，氢氧根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和水，a室的电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，故B错误；离子膜M为阳离子交换膜，离子膜N为阴离子交换膜，故C正确；若去掉离子膜M将a、b两室合并，放电能力强于氢氧根离子的氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，故D错误。]10．(2022·湛江一模)我国科研工作者提出通过电解原理联合制备环氧乙烷同时处理酸性含铬废水，其工作原理示意图如图所示。其中双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成，工作时内层H2O解离为H＋和OH－，并分别向两极迁移。下列说法正确的是()A．电极a为电源正极B．膜q为阳离子交换膜C．工作时，NaOH溶液浓度保持不变D．N极的电极反应式为Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))＋14H＋＋6e－=2Cr3＋＋7H2OD[，电极M上乙烯被氧化为环氧乙烷，电极N上Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))被还原为Cr3＋，则电极M为阳极，电极N为阴极，电极a为负极，电极b为正极，，膜q适合选用阴离子交换膜，选项2H4＋2OH－－2e－=＋H2O，工作时阳极区生成水，NaOH溶液浓度减小，选项C错误；D.Cr元素由＋6价变为＋3价，N极的反应式为Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))＋14H＋＋6e－=2Cr3＋＋7H2O，选项D正确。]11．电渗析法制备高纯度LiOH的装置如图所示。图中双极膜(BP)中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是()A．X电极连接电源的正极B．M和N均为阳离子交换膜C．工作一段时间后，X电极室的pH基本保持不变D．整个装置中每转移1mol电子，最多生成1molLiOHD[，阴离子移向阳极，由氢氧根离子移向可知，X为阳极，连接电源的正极，A，Li＋通过M和N交换膜，则M和N均为阳离子交换膜，B正确；，H2O解离为H＋和OH－，X电极室的pH基本保持不变，C，有两个溶液室可得到浓LiOH，故整个装置每转移1mol电子，最多生成2molLiOH，D错误。]12．(2022·黑龙江哈九中三模)某科研小组设计双阴极微生物燃料电池进行同步硝化和反硝化脱氮研究，装置如图所示。下列叙述错误的是()A．“厌氧阳极”的电极反应方程式为C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH增大C．该电池工作中“好氧阴极”和“缺氧阴极”之间存在着对电子的竞争作用，NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))和电极之间存在着对O2的竞争D．若“好氧阴极”1molNHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))完全生成NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，此时向该电极输送电子的物质的量为4mol，则该区消耗的O2LD[由题干微生物燃料电池示意图可知，电子从“厌氧阳极”流出，即葡萄糖在厌氧阳极上失去电子，生成CO2，则该电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋，电子转移到左侧的“缺氧阴极”上，NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))得到电子并结合阳极产生的H＋，生成NO2和H2O，NO2能够进一步得到电子结合H＋，生成N2和H2O，电极反应分别为NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋e－＋2H＋=NO2↑＋H2O，2NO2＋8e－＋8H＋=N2＋4H2O，电子转移到“好氧阴极”，则可能是O2得到电子，发生的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，同时O2还可能氧化NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))生成NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))，甚至还可以进一步被O2氧化成NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，反应方程式为2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋3O2=2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋2H2O＋4H＋，2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋O2=2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，据此分析解题。“厌氧阳极”的电极反应方程式为C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋，A正确；电池工作时，“缺氧阴极”的电极反应为：NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋e－＋2H＋=NO2↑＋H2O，2NO2＋8e－＋8H＋=N2＋4H2O，故其电极附近的溶液中H＋浓度减小，pH增大，故B正确；该电池工作中厌氧阳极的电子同时转移到“好氧阴极”和“缺氧阴极”中，故“好氧阴极”和“缺氧阴极”之间存在着对电子的竞争作用，在“好氧阴极”电极上得电子也可以将O2还原，同时NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))也可以被O2氧化，即NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))和电极之间存在着对O2的竞争，C正确；若“好氧阴极”1molNHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))完全生成NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))则反应中转移了8mol电子，此时转移的电子是发生在NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))和O2之间，消耗了2molO2，即此时并未向该电极输送电子，则该区消耗的O2在标准状况的体积约为2mol×L/molL，D错误。]13．已知装置E为电解池，认真观察下列装置，回答下列问题：(1)装置D为(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，装置C中Pb上发生的电极反应方程式为。(2)装置A中Pt电极的名称为(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，装置A总反应的离子方程式为。(3)若装置E中的目的是在Cu材料上镀银，则X为(填化学式，下同)，极板N的材料为。(4)当装置B中PbO2g时，装置D中阳极产生气体有(填化学式)，它们的总物质的量为。解析：根据装置图可知，装置B、C可