2022年高考化学一轮复习第6章第32讲　多池、多室的电化学装置_05高考化学_新高考复习资料_2022年新高考资料_2022年一轮复习各版本_1.高考化学2022年一轮复习通用版

第 32 讲 多池、多室的电化学装置 复习目标 1.掌握多池连接的分析应用。2.了解离子交换膜的分类及特点。3.理解离子交换 膜在装置中的作用。4.熟悉电化学综合计算中的常用方法。 考点一 多池串联的两大模型及原理分析 1．常见串联装置图 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。 2．“串联”类装置的解题流程1．(2020·长春质检)下图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气 体逸出，但质量均增大，且增重b>d。符合上述实验结果的盐溶液是( ) 选项 X Y A MgSO CuSO 4 4 B AgNO Pb(NO ) 3 3 2 C FeSO Al (SO ) 4 2 4 3 D CuSO AgNO 4 3 答案 B 解析 A项，当 X为MgSO 时，b极上生成 H ，电极质量不增加，错误；C 项，X为 4 2 FeSO ，Y为Al (SO ) ，b、d极上均产生气体，错误；D项，b极上析出Cu，d极上析出 4 2 4 3 Ag，其中d极增加的质量大于b极增加的质量，错误。 2．如图所示装置可间接氧化工业废水中含氮离子(NH)。下列说法不正确的是( )A．乙是电能转变为化学能的装置 B．含氮离子氧化时的离子方程式为3Cl＋2NH===N＋6Cl－＋8H＋ 2 2 C．若生成H 和N 的物质的量之比为3∶1，则处理后废水的pH减小 2 2 D．电池工作时，甲池中的Na＋移向Mg电极 答案 D 3．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CHOH电极的电极反应 3 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)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O 的体积为________mL(标准状况 2 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”)。 答案 (1)原电池 CHOH－6e－＋8OH－===CO＋6HO 3 2 (2)阳极 4AgNO＋2HO=====4Ag＋O↑＋4HNO 3 2 2 3 (3)280 D 1.60 (4)减小 增大 解析 (1)甲池为原电池，通入CHOH的电极为负极，电极反应式为CHOH－6e－＋8OH－ 3 3 ===CO＋6HO。 2 (2)乙池中电解 AgNO 溶液，其中 C 作阳极，Ag 作阴极，总反应式为 4AgNO ＋ 3 3 2HO=====4Ag＋O↑＋4HNO。 2 2 3 (3)根据各电极上转移的电子数相同，得 n(Ag)＝4n(O )＝2n(Cu)，故V(O )＝××22.4 L＝0.28 2 2 L＝280 mL，m(Cu)＝××64 g＝1.60 g。(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＋2HO=====2NaOH＋H↑＋Cl↑，则溶液pH增大，而甲中总反应为 2 2 2 2CHOH＋3O＋4KOH===2KCO＋6HO，溶液pH减小。 3 2 2 3 2 多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池；与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据 此判断各池中发生的反应。 考点二 多室隔膜在电化学中的应用 常见的离子交换膜 1．含义和作用 (1)含义：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。 (2)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。 2．分类和应用 1．用下面的装置制取NaOH、H 和Cl，此装置有何缺陷？ 2 2 答案 缺陷1：Cl 和H 混合而引起爆炸； 2 2 缺陷2：Cl 与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量。 2 2．用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有哪些？ 答案 (1)平衡电荷，形成闭合回路；(2)防止Cl 和H 混合而引起爆炸； 2 2 (3)避免Cl 与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量； 2 (4)避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 题组一 “隔膜”在新型电池中的应用 1．(2020·黔东南州模拟)二甲醚(CHOCH )燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的 3 3 是( ) A．该装置能实现化学能100%转化为电能 B．电子移动方向：a极→b极→质子交换膜→a极 C．a电极的电极反应式为：CHOCH ＋3HO－12e－===2CO＋12H＋ 3 3 2 2 D．当b电极消耗22.4 L O 时，质子交换膜有4 mol H＋通过 2 答案 C 解析 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――→b极，错误；C项，a为负极，发生氧化反应，电 极反应式为CHOCH －12e－＋3HO===2CO ＋12H＋，正确；D项，气体所处状况不知，无 3 3 2 2 法由体积求物质的量，所以通过H＋的物质的量无法求出，错误。 2．(2020·青岛高三模拟)2019年3月，我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原 理图所示。下列说法不正确的是( ) A．放电时，B电极反应式：I＋2e－===2I－ 2 B．放电时，电解质储罐中离子总浓度增大 C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜 D．充电时，A极增重65 g时，C区增加的离子数为4N A 答案 C解析 放电时，B电极为正极，I 得到电子生成I－，电极反应式为I＋2e－===2I－，A项正确； 2 2 放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以电解质储罐中的离子总浓度增 大，B项正确；离子交换膜的作用是防止I 、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋，正极区 2 生成 I－，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N 为阳离子交换膜，C项错误；充电时，A极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g，转移2 mol电子，所以C区增加2 mol K＋、2 mol Cl－，离子总数为4N ，D正确。 A 题组二 “双室”电解池的应用 3．(2020·合肥第一次教学质量检测)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可 用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如图所示。下列说法正确的是( ) A．电极B连接电源正极 B．A极区电解液为LiCl溶液 C．阳极反应式为2HO＋2e－===H↑＋2OH－ 2 2 D．每生成1 mol H ，有1 mol Li＋通过该离子交换膜 2 答案 B 解析 由题意知，电解LiCl溶液制备LiOH，由于电极B生成氢气，A与B用阳离子交换膜 隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液，A项错误，B项正确；阳 极反应式为2Cl－－2e－===Cl↑，C项错误；每生成1 mol H ，有2 mol Li＋通过该离子交换 2 2 膜，D项错误。 4．(2020·四川宜宾诊断)连二亚硫酸钠(Na SO)俗称保险粉，是一种强还原剂。工业常用惰 2 2 4 性电极电解亚硫酸氢钠的方法制备连二亚硫酸钠，原理及装置如图所示，下列说法正确的是 ( ) A．b电极应该接电源的负极 B．a电极的电极反应式2HSO＋2H＋＋2e－===SO＋2HO 2 2 C．装置中所用离子交换膜为阴离子交换膜 D．电路中每转移1 mol电子，消耗SO 的体积为11.2 L 2答案 B 解析 NaHSO 在a电极被还原生成NaSO ，则a电极是阴极，b电极是阳极，故b电极接 3 2 2 4 电源的正极，A错误；a电极发生还原反应，HSO被还原生成SO，电极反应式为2HSO＋ 2 2H＋＋2e－===SO＋2HO，B正确；b电极是阳极，电极反应式为SO ＋2HO－2e－===4H＋＋ 2 2 2 2 SO，阳极生成H＋，阴极消耗H＋，为维持溶液呈电中性，H＋透过离子交换膜向阴极迁移， 则该离子交换膜是阳离子交换膜，C错误；电路中每转移1 mol电子，阳极消耗0.5 mol SO ，在标准状况下的体积为11.2 L，题目未指明SO 是否处于标准状况下，D错误。 2 2 题组三 “多室”电解池的应用 5．(2020·长春质检)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原 料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知： 在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误 的是( ) A．电极a连接电源的正极 B．B为阳离子交换膜 C．电解质溶液采用NaSO 溶液可避免有害气体的产生 2 4 D．Ⅱ口排出的是淡水 答案 B 解析 根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电 极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜 到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用NaSO 溶液，电解时生成氢 2 4 气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移 动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。 6．(2020·河南天一大联考阶段检测)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下 面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述正确的是( )A．电极a为粗铜，电极b为纯铜 B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区 C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区 D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g纯铜 答案 D 解析 由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为纯铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错 误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻 止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol 纯铜，其质量为32 g，D项正确。 7．四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已 知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是 ( ) A．b、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜 B．通电后Ⅲ室中的Cl－透过c迁移至阳极区 C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高 D．电池总反应为4NaCl＋6HO=====4NaOH＋4HCl＋2H↑＋O↑ 2 2 2 答案 D 解析 由图中信息可知，左边电极与负极相连为阴极，右边电极为阳极，所以通电后，阴离 子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上 HO放电生成O 和H＋，阴极上HO放电 2 2 2 生成H 和OH－；H＋透过c，Cl－透过b，二者在b、c之间的Ⅲ室形成盐酸，盐酸浓度变大， 2 所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；Na＋透过a，NaOH的浓度变大，所以a是 阳离子交换膜，故A、B两项均错误；电解一段时间后，Ⅰ中的溶液的c(OH－)升高，pH升 高，Ⅱ中为NaCl溶液，pH不变，Ⅲ中有HCl生成，故c(H＋)增大，pH减小，Ⅳ中H＋移向 Ⅲ，HO放电生成O，使水的量减小，c(H＋)增大，pH减小，C错误。 2 2(1)含离子交换膜电化学装置题的解题步骤 (2)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；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。 考点三 电化学原理的相关计算 电化学综合计算的三种常用方法 (1)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 (2)根据电子守恒计算 ①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中 转移的电子数相等。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： 4e－～ ～ 阳极产物 阴极产物 (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解 答常见的电化学计算问题。 1．500 mL KNO 和Cu(NO ) 的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液， 3 3 2当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( ) A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1 B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1 答案 A 解析 石墨作电极电解KNO 和Cu(NO ) 的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2HO＋ 3 3 2 2 O↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H↑。从收集到O 为2.24 L 2 2 2 可推知上述电解过程中共转移0.4 mol 电子，而在生成2.24 L H 的过程中转移0.2 mol电子， 2 所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu 的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋) ＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。 2．(2020·山东师大附中模拟)某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究， 设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是( ) A．X极的电极反应式：Pb－2e－＋SO===PbSO 4 B．铅蓄电池工作时，每转移2 mol电子，消耗98 g HSO 2 4 C．电解池的反应仅有2Al＋6HO=====2Al(OH) ↓＋3H↑ 2 3 2 D．每消耗103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有11.2 L H 生成 2 答案 A 解析 由图可知，电解池中，Al电极上发生氧化反应生成Al3＋和O ，HO在Fe电极上被还 2 2 原生成H ，则Al电极是阳极，Fe电极是阴极，Y极是正极，X极是负极，则X极的电极反 2 应式为Pb－2e－＋SO===PbSO ，A正确；铅蓄电池工作时，电池总反应式为 Pb＋PbO ＋ 4 2 2HSO ===2PbSO ＋2HO，则转移2 mol电子时消耗2 mol H SO ，其质量为196 g，B错误； 2 4 4 2 2 4 由图可知，Al电极上除生成Al3＋外，还生成O ，Fe电极上生成H 和OH－，故电解池中还 2 2 发生反应：2HO=====2H↑＋O↑，C错误；消耗103.5 g(即0.5 mol)Pb时，电路中转移1 2 2 2 mol电子，则阴极上逸出0.5 mol H，题目未指明气体所处状况，H 的体积不确定，D错误。 2 2 3．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。(1)电源中X电极为直流电源的________极。 (2)pH变化：A________，B________，C________。(填“增大”“减小”或“不变”) (3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为 200 mL，则通电前 CuSO 溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。 4 (4)常温下，若 A 中 KCl 足量且溶液的体积也是 200 mL，电解后，溶液的 pH 为 __________(设电解前后溶液体积无变化)。 答案 (1)负 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 mol·L－1 (4)13 解析 (1)三个装置是串联的电解池。电解 AgNO 溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应变为 3 Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。 (2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO 溶液生成HSO ，溶液pH减小；电 4 2 4 解AgNO 溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，pH不变。 3 (3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B中共收集0.01 mol气 体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒，因此，B中电解 分为两个阶段，先电解CuSO 溶液，生成O ，后电解水，生成O 和H ，B中收集到的气体 4 2 2 2 是O 和H 的混合物。设电解CuSO 溶液时生成O 的物质的量为x，电解HO时生成O 的 2 2 4 2 2 2 物质的量为y，则4x＋4y＝0.02 mol(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(气体体积之和)，解得 x＝y＝0.002 5 mol，所以n(CuSO )＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO )＝＝0.025 mol·L－ 4 4 1。(4)通电5 min时，A中放出0.01 mol H ，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝＝0.1 2 mol·L－1，pH＝13。 (1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。 (2)同一电解池的阴、阳极电极反应中得、失电子数相等。 (3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。 上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按 得、失电子数相等计算。 1．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，10]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以 NaCl溶液模拟海水，采用惰性 电极，用下图装置处理有机废水(以含CHCOO－的溶液为例)。下列说法错误的是( ) 3 A．负极反应为CHCOO－＋2HO－8e－===2CO↑＋7H＋ 3 2 2 B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1 答案 B 解析 由装置示意图可知，负极区CHCOO－发生氧化反应生成CO 和H＋，A项正确；隔膜 3 2 1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子 移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 mol 电子通过，则电解质溶液中有 1 mol钠离子移向正极，1 mol氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO ：CHCOO－＋ 2 3 2HO－8e－===2CO↑＋7H＋，正极产生H ：2H＋＋2e－===H↑，根据电荷守恒，正、负极 2 2 2 2 产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。 2．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，13]采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法 制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( ) A．阳极反应为2HO－4e－===4H＋＋O↑ 2 2 B．电解一段时间后，阳极室的pH未变 C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移 D．电解一段时间后，a极生成的O 与b极反应的O 等量 2 2 答案 D 解析 A项，根据题图可知，a极为阳极，其反应式为2HO－4e－===4H＋＋O↑，正确；B 2 2 项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室 pH保持不变，正确；C项， 电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极区，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应 为2HO－4e－===4H＋＋O↑，阴极反应为2H＋＋O ＋2e－===HO ，故a极生成的O 与b极 2 2 2 2 2 2 反应的O 不等量，错误。 23．[2018·全国卷Ⅰ，27(3)]焦亚硫酸钠(Na SO)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。 2 2 5 回答下列问题： 制备NaSO 可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO 碱吸收液中含有NaHSO 和 2 2 5 2 3 NaSO 。阳极的电极反应式为___________________。电解后，____________室的NaHSO 2 3 3 浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到NaSO。 2 2 5 答案 2HO－4e－===4H＋＋O↑ a 2 2 解析 阳极上HO放电生成O 和H＋，电极反应式为2HO－4e－===O↑＋4H＋，电解过程 2 2 2 2 中H＋透过阳离子交换膜进入a室，故a室中NaHSO 浓度增加。 3 4．[2019·北京，27(2)]可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制 开关连接K 或K，可交替得到H 和O。 1 2 2 2 ①制H 时，连接________。产生H 的电极反应式是______________________________。 2 2 ②改变开关连接方式，可得O。 2 ③结合①和②中电极3的电极反应，说明电极3的作用：___________________________ ________________________________________________________________________。 答案 ①K 2HO＋2e－===H↑＋2OH－ ③制H 时，电极3发生反应：Ni(OH) ＋OH－－ 1 2 2 2 2 e－===NiOOH＋HO。制O 时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用 2 2 解析 ①电解碱性电解液时，HO电离出的H＋在阴极得到电子产生H ，根据题图可知电极 2 2 1与电池负极连接，为阴极，所以制 H 时，连接K ，产生H 的电极反应式为2HO＋2e－ 2 1 2 2 ===H↑＋2OH－。③制备O 时碱性电解液中的OH－失去电子生成O，连接K，O 在电极2 2 2 2 2 2 上产生。连接K 时，电极3为电解池的阳极，Ni(OH) 失去电子生成NiOOH，电极反应式 1 2 为Ni(OH) －e－＋OH－===NiOOH＋HO，连接K 时，电极3为电解池的阴极，电极反应式 2 2 2 为NiOOH＋e－＋HO===Ni(OH) ＋OH－，使电极3得以循环使用。 2 21．(2020·山东师大附中期中)某种酒精检测仪的传感器采用Pt作为电极，其燃烧室内充满特 种催化剂。某同学用该乙醇燃料电池作为电源设计如图所示电解实验装置。 下列说法不正确的是( ) A．a电极为负极，d电极为阴极 B．b电极的电极反应式为O＋4H＋＋4e－===2HO 2 2 C．当装置Ⅱ中生成11.2 L(标准状况)Cl 时，有0.5 mol H＋通过装置Ⅰ中的质子交换膜 2 D．当装置Ⅰ中生成6.0 g CH COOH时，装置Ⅲ中CuSO 溶液的质量减少16 g 3 4 答案 C 解析 乙醇燃料电池中，O 通入b电极区，乙醇蒸气通入a电极区，则a电极是负极，b电 2 极是正极，从而推知，d电极是阴极，A正确；b电极是正极，O 得电子发生还原反应，电 2 解液呈酸性，则正极反应式为O ＋4H＋＋4e－===2HO，B正确；装置Ⅱ中电解饱和氯化钠 2 2 溶液，生成标准状况下11.2 L Cl (即0.5 mol)，电路中通过1 mol电子，据得失电子守恒和溶 2 液呈电中性可知，装置Ⅰ中有1 mol H＋透过质子交换膜向右迁移，C错误；装置Ⅰ中负极反 应式为CHCHOH＋HO－4e－===CHCOOH＋4H＋，生成6.0 g CH COOH(即0.1 mol)时， 3 2 2 3 3 电路中通过0.4 mol电子，装置Ⅲ中阳极反应式为2HO－4e－===4H＋＋O↑，阴极反应式为 2 2 Cu2＋＋2e－===Cu，据得失电子守恒推知，放出0.1 mol O 、析出0.2 mol Cu，故装置Ⅲ中溶 2 液减少的质量为0.1 mol×32 g·mol－1＋0.2 mol×64 g·mol－1＝16 g，D正确。 2．(2020·山东菏泽模拟)用石墨烯锂硫电池电解制备Fe(OH) 的装置如图所示。电池放电时 2 的反应为16Li＋xS===8LiS(2≤x≤8)，电解池两极材料分别为Fe和石墨，工作一段时间后， 8 2 x 右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。下列说法不正确的是( ) A．X是铁电极，发生氧化反应 B．电子流动的方向：B→Y，X→A C．正极可发生反应：2LiS＋2Li＋＋2e－===3LiS 2 6 2 4 D．锂电极减重0.14 g时，电解池中溶液减重0.18 g答案 D 解析 电解法制备Fe(OH) ，则铁作阳极，根据题给总反应可知，金属锂发生氧化反应，作 2 电池的负极，所以Y为阴极，故X是铁电极，故A项正确；电子从原电池的负极流至电解 池的阴极，然后从电解池的阳极流回到原电池的正极，即电子从 B电极流向Y电极，从X 电极流回A电极，故B项正确；由图示可知，电极A发生了还原反应，即正极可发生反应： 2LiS ＋2Li＋＋2e－===3LiS ，故C项正确；锂电极减重0.14 g，则电路中转移0.02 mol电子， 2 6 2 4 电解池中发生的总反应为Fe＋2HO=====Fe(OH) ＋H↑，所以转移0.02 mol电子时，电解 2 2 2 池中溶液减少0.02 mol HO，即减轻0.36 g，故D项错误。 2 3．用石墨电极完成下列电解实验。 实验一 实验二 装置 a、d处试纸变蓝；b处变红， 两个石墨电极附近有气泡产 现象 局部褪色；c处无明显变化 生；n处有气泡产生…… 下列对实验现象的解释或推测不合理的是( ) A．a、d处：2HO＋2e－===H↑＋2OH－ 2 2 B．b处：2Cl－－2e－===Cl↑ 2 C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋ D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 答案 B 解析 A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的水放电生成氢气和氢氧根离 子造成的，正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与 HO反应生成HClO和H＋，发生的反应为Cl－－2e－＋HO===HClO＋H＋，错误；C项，c处 2 2 为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池， 所以实验二中也形成电解池，n(钢珠右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(钢球 左面)为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m的右面得电子析出铜，正确。 4．(2020·太原质检)采用电化学法还原CO ，是一种使CO 资源化的方法。如图是利用此法 2 2 制备ZnC O 的示意图(电解液不参与反应)。下列说法正确的是( ) 2 4A．Zn与电源的负极相连 B．ZnC O 在交换膜右侧生成 2 4 C．电解的总反应式为2CO＋Zn=====ZnC O 2 2 4 D．通入11.2 L CO 时，转移0.5 mol电子 2 答案 C 解析 电解过程中Zn被氧化，作阳极，所以Zn与电源的正极相连，A错误；Zn2＋透过阳离 子交换膜到达左侧与生成的C O形成ZnC O，B错误；没有给出气体所处的温度和压强，D 2 2 4 错误。 5．(2020·湖北宜昌部分示范高中教学协作体期中)现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池， 其原理如图所示。下列说法不正确的是( ) (注：质子指H＋，质子交换膜仅允许H＋通过) A．Pt2电极附近发生的反应为O＋4e－＋2HO===4OH－ 2 2 B．该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极 C．Pt1电极附近发生的反应为SO ＋2HO－2e－===SO＋4H＋ 2 2 D．该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合 答案 A 解析 酸性条件下，氧气得电子生成水，则 Pt2电极附近发生的反应为O ＋4e－＋4H＋ 2 ===2HO，A项错误；放电时，质子向正极移动，Pt1电极为负极，Pt2电极为正极，则该电 2 池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极，B项正确；Pt1电极通入SO ，SO 在负 2 2 极失电子生成SO，则Pt1电极附近发生的反应为SO ＋2HO－2e－===SO＋4H＋，C项正确； 2 2 二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池吸收了空气中的二氧化硫，起到了环保的作用，产物 中有硫酸，而且发电，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，D项正确。 6．(2020·天津高三模拟)在混合导体透氧膜反应器中只需一步就可同时制备氨合成气(N 、 2 H)和液体燃料合成气(CO、H)，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( ) 2 2 A．膜Ⅰ侧发生的反应为HO＋2e－===H↑＋O2－、O＋4e－===2O2－ 2 2 2 B．膜Ⅱ侧相当于原电池的负极C．膜Ⅱ侧发生的反应为CH＋O2－－2e－===2H＋CO 4 2 D．膜Ⅱ侧每消耗1 mol CH ，膜Ⅰ侧一定生成1 mol H 4 2 答案 D 解析 膜Ⅰ侧，HO和O 在正极均发生还原反应，结合题图可写出其电极反应式为 HO＋ 2 2 2 2e－===H↑＋O2－、O＋4e－===2O2－，A项正确；原电池中阴离子由正极向负极移动，结合 2 2 题图中O2－的移动方向可知，膜Ⅰ侧相当于原电池的正极，膜Ⅱ侧相当于原电池的负极，B 项正确；膜Ⅱ侧CH 发生氧化反应，其电极反应式为CH ＋O2－－2e－===2H ＋CO，C项正 4 4 2 确；膜Ⅰ侧发生的反应为HO＋2e－===H↑＋O2－、O＋4e－===2O2－，膜Ⅱ侧发生的反应为 2 2 2 CH ＋O2－－2e－===2H ＋CO，则膜Ⅱ侧每消耗1 mol CH ，膜Ⅰ侧生成的H 小于1 mol，D 4 2 4 2 项错误。 7．三室式电渗析法处理含NaSO 废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交 2 4 换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子 被阻挡不能进入中间隔室。 下列叙述正确的是( ) A．通电后中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液pH增大 B．该法在处理含NaSO 废水时可以得到NaOH和HSO 产品 2 4 2 4 C．负极反应为2HO－4e－===O＋4H＋，负极区溶液pH降低 2 2 D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O 生成 2 答案 B 解析 电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即 SO向正极区移动，Na＋ 向负极 区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到HSO 产 2 4 品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得 到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解 水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O 生成，D错误。 2 8．用NaSO 溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这 2 3 种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，则下列有 关说法不正确的是( )A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极 B．阳极区pH增大 C．图中的b>a D．该过程中的产品主要为HSO 和H 2 4 2 答案 B 解析 A项，由图示可知Pt(Ⅰ)极上H＋→H ，发生还原反应，故Pt(Ⅰ)为阴极，X为直流电 2 源的负极，Y为直流电源的正极，正确；B项，Pt(Ⅱ)为阳极，在阳极，SO、HSO被氧化为 HSO ，SO＋HO－2e－===2H＋＋SO，HSO＋HO－2e－===3H＋＋SO，溶液的酸性增强，pH 2 4 2 2 减小，错误；C项，由B项分析可知，阳极有HSO 生成，故b>a，正确；D项，阳极产物 2 4 为HSO ，阴极产物为H，正确。 2 4 2 9．硼酸(H BO)可以通过电解NaB(OH) 溶液的方法制备，工作原理如图所示。下列有关表 3 3 4 述错误的是( ) A．M室的电极反应式为2HO－4e－===O↑＋4H＋ 2 2 B．N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%