2024年大二轮化学（新高考）教案：专题四选择题专攻5电化学中的多室、多池装置

5.电化学中的多室、多池装置1．交换膜类型及特点交换膜类型阳膜阴膜双极膜特定的交换膜允许通过的离子及移动方向阳离子移向原电池的正极(电解池的阴极)阴离子移向原电池的负极(电解池的阳极)中间层中的H2O解离出H＋和OH－，H＋移向原电池的正极(电解池的阴极)，OH－移向原电池的负极(电解池的阳极)只允许特定的离子或分子通过，如质子交换膜只允许H＋通过，氯离子交换膜只允许Cl－通过通性无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得电子的一极，阴离子均移向失电子的一极2.离子交换膜的判断如：我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理如图所示：分析：负极：Zn－2e－=Zn2＋，阳离子浓度增大，为平衡电荷，Cl－移向A区，M为阴离子交换膜。正极：I2＋2e－=2I－，阴离子浓度增大，为平衡电荷，K＋移向B区，N为阳离子交换膜。3．离子交换膜的作用如：(1)三室式电渗析法处理Na2SO4废水分析：阴极产生氢气；阳离子Na＋通过阳离子交换膜进入阴极区。阳极产生氧气，阴离子SOeq\o\al(2－,4)通过阴离子交换膜进入阳极区。离子交换膜的作用：平衡电荷，使产品NaOH和H2SO4分开，不反应。(2)形成浓差电池分析：左池为稀AgNO3溶液，右池为浓AgNO3溶液。只有两边AgNO3溶液浓度不同，才能形成浓差电池。正、负电极均为Ag单质。随着反应进行，左右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流将减小，电流表指针偏转幅度逐渐变小。当左右两侧离子浓度相等时，电池将停止工作，不再有电流产生，此时溶液中左、右两边硝酸银溶液的物质的量浓度相等。离子交换膜的作用是不允许Ag＋穿过，只允许NOeq\o\al(－,3)通过，所以是阴离子交换膜。负极Ag失电子变成Ag＋，为了平衡电荷，正极区的NOeq\o\al(－,3)就通过阴离子交换膜向负极移动。1．(2023·全国甲卷，12)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋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()A．析氢反应发生在IrOx-Ti电极上B．Cl－从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极C．阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2OD．每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)答案C解析析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl－不能通过，故B错误；铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O，故C正确；水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e—=O2↑＋4H＋，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标况下体积为5.6L，故D错误。2．(2023·湖北，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色下列说法错误的是()A．b电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D．海水为电解池补水的速率为2xmol·h－1答案D解析b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，故A正确；该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，为保持OH－浓度不变，则阴极产生的OH－要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为xmol·h－1，则补水的速率也应是xmol·h－1，故D错误。3．(2022·全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)eq\o\al(2－,4)存在]。电池放电时，下列叙述错误的是()A．Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移B．Ⅰ区的SOeq\o\al(2－,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(2－,4)＋Mn2＋＋2H2O答案A解析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(2－,4)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，K＋从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误、C正确；Ⅰ区的SOeq\o\al(2－,4)通过隔膜向Ⅱ区迁移，B正确；电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)＋Mn2＋＋2H2O，D正确。1．电渗析法淡化海水装置示意图如图，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的是()A．离子交换膜b为阳离子交换膜B．各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水C．通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值答案B解析A项，由图分析可知，电极1为电解池的阳极，氯离子放电生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑，电极2为阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，离子交换膜a是阳离子交换膜，离子交换膜b是阴离子交换膜，错误；B项，结合阴、阳离子的移向可知，各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水，正确；C项，通电时，阳极电极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，电极2附近溶液的pH比电极1附近溶液的pH变化明显，错误；D项，淡化过程中，得到的浓缩海水可以提取氯化钠、镁、溴等，有使用价值，错误。2．(2023·武汉高三质量检测)某化学兴趣小组，根据电化学原理，设计出利用KCl、NaNO3为原料制取KNO3和NaCl的装置如图。A、C代表不同类别的选择性离子通过膜。下列有关说法正确的是()A．C为阳离子交换膜B．M和N均可采用纯铜作为电极材料C．M和N电极产生气体的体积比为2∶1D．电解总反应：KCl＋NaNO3eq\o(=,\s\up7(电解))KNO3＋NaCl答案C解析根据出口的溶液，电极M为电解池的阴极，水在阴极放电生成氢气和氢氧根离子，电极附近阴离子电荷数大于阳离子，氯离子通过阴离子交换膜C进入左侧产品室C和A之间，导致流入硝酸钠溶液的原料室中的钠离子通过阳离子交换膜A进入左侧产品室C和A之间，硝酸根离子通过阴离子交换膜C进入中间产品室C和A之间，N电极为电解池阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极附近阳离子电荷数大于阴离子，钠离子通过阳离子交换膜A进入右侧产品室C和A之间，导致流入氯化钾溶液的原料室中的氯离子通过阴离子交换膜C进入右侧产品室C和A之间，钾离子通过阳离子交换膜A进入中间产品室A和C之间，电解的总反应为2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑，M电极生成氢气，N电极生成氧气，产生气体的体积比为2∶1，C正确。3．某团队开发出了用于制氢的膜基海水电解槽，其装置如图所示。已知：隔水膜只允许水分子透过。下列说法正确的是()A．M极为阳极B．理论上迁移1molOH－时，海水质量净减9gC．M极的电极反应式为4H2O－4e－=4OH－＋O2↑D．电路上每通过2mol电子，理论上N极逸出22.4LH2答案B解析电解池中阴离子向阳极移动，OH－由M极移向N极，则M极为阴极，N极为阳极，M极电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，N极电极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，理论上迁移1molOH－时，转移1mole－，则生成0.5molH2和0.25molO2，海水质量净减0.5mol×2g·mol－1＋0.25mol×32g·mol－1＝9g，故A、C错误，B正确；未说明气体所处状态，不能计算生成气体的体积，且N极逸出O2，不是H2，故D错误。4．双膜碱性多硫化物空气液流二次电池可用于再生能源储能和智能电网的备用电源等，电极Ⅰ为掺杂Na2S2的电极，电极Ⅱ为碳电极。电池工作原理如图所示。下列说法错误的是()A．离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜B．放电时，中间储液器中NaOH的浓度不断变大C．充电时，电极Ⅰ的电极反应式为2Seq\o\al(2－,2)－2e－=Seq\o\al(2－,4)D．充电时，电路中每通过1mol电子，阳极室溶液质量理论上增加9g答案C解析由图分析可知，电极Ⅱ为碳电极，放电时，氧气发生还原反应生成氢氧根离子：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，为正极，则电极Ⅰ为负极，发生氧化反应：2Seq\o\al(2－,2)－2e－=Seq\o\al(2－,4)；正极区氢氧根离子向左侧