主题9 第5讲 含膜电化学装置在生产生活中的应用（课件PPT）-【新高考方案】2025年高考化学一轮总复习（山东海南版）

含膜电化学装置在 生产生活中的应用 第 五 讲 (综合应用课) 离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在涉及电化学的工业生产中广泛应用。由于离子交换膜能将工业生产与化学知识有机的融合，实现资源的最优配置，考查学生的学以致用能力，在近几年的电化学高考试题中年年涉及。 CONTENTS 目录 1 真题集训——悟多彩考法 深化认知——强分析能力 题点例析——建思维模型 课时跟踪检测（四十七） 2 3 4 3 真题集训——悟多彩考法 1．(2023·全国甲卷)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可提高多碳产物(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＋4H2O D．每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况) √ 解析： IrOx­-Ti电极接电源正极，为阳极，发生失电子的氧化反应，故电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A错误； 质子交换膜只允许H＋通过，故左室H＋从IrOx-­Ti电极向Cu电极迁移，B错误； Cu电极接电源负极，为阴极，发生得电子的还原反应，根据图中物质转化关系知CO2可发生反应2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，C正确； 由A可知每转移1 mol电子，阳极生成0.25 mol即5.6 L(标准状况)O2，D错误。 2．(2023·北京卷)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。 √ 解析： SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确； 装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误； 3．(2023·湖北卷)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化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h－1。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2x mol·h－1 √ 解析：根据题图，b电极与电源负极相连，为阴极，电解质溶液呈碱性，故阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正确； 已知该装置工作时阳极无氯气生成，则阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，又阳极KOH溶液的浓度不变，则需要OH－由阴极移向阳极，故离子交换膜为阴离子交换膜，B正确； 动能高的水分子可以穿过PTFE膜，C正确； 4．[双选](2023·山东卷)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是(　 ) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阳离子膜 C．电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响 √ √ 解析：据图可知，甲室流出液经低温热解得到CuSO4和NH3，则甲室中生成了[Cu(NH3)4]SO4，发生的反应为Cu－2e－＋4NH3=== [Cu(NH3)4]2＋，甲室Cu电极为负极，A错误； 根据正、负极反应，可知电池总反应为Cu2＋＋4NH3=== [Cu(NH3)4]2＋，C正确； NH3能与Cu2＋反应生成[Cu(NH3)4]2＋，因此若NH3扩散到乙室，则乙室Cu2＋浓度减小，对电池电动势有影响，D正确。 深化认知——强分析能力 (一)离子交换膜的类型及作用 (二)常见含“膜”电化学装置解读 1．单膜双室 带阳离子交换膜的氯碱工业电解模型： 分析如下： 此时，阳离子交换膜的作用是平衡电荷，形成闭合回路；防止Cl2和H2混合而引起爆炸；避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 2．双膜三室 水溶液中电解制备金属钴的装置示意图 分析如下： 判断电极名称 书写电极反应 检查离子浓度变化 确定膜(或离子移动方向) 阳极 (石墨) 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ Ⅰ室c(H＋)增大，即c(阳离子)增大 H＋通过阳离子交换膜由Ⅰ室移向Ⅱ室 阴极(Co) Co2＋＋2e－===Co Ⅲ室阴离子电荷数大于阳离子电荷数 Cl－通过阴离子交换膜由Ⅲ室移向Ⅱ室 3．三膜四室 以四室电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例，其工作原理如图所示： 分析如下： 判断电极名称 书写电极反应 检查离子浓度变化 确定膜(或离子移动方向) 阳极(a) 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阳极室c(H＋)增大，即c(阳离子)增大 H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室 阴极(b) 4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 阴极室c(OH－)增大，即c(阴离子)增大 原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室 4．四膜五室 海水中除含有钠、氯等元素，还含有钙、镁、钾、硫酸根离子等。现利用“电渗析法”对海水进行淡化，技术原理如图： 分析如下： 判断电极名称 书写电极反应 检查离子浓度变化 确定膜(或离子移动方向) 阳极(甲) 2Cl－－2e－===Cl2↑ 甲室c(Cl－)减小，即c(阴离子)减小 Na＋等阳离子通过阳离子交换膜由甲室移向乙室 阴极(戊) 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 戊室c(OH－)增大，即c(阴离子)增大 OH－等阴离子通过阴离子交换膜由戊室移向丁室 5．创新考查中的双极膜 分析如下： 双极膜是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中。与传统阴、阳离子交换膜不同，双极膜可以大幅度降低内部电阻，同时水电离产生H＋ 和OH－可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。 题点例析——建思维模型 题点(一) 用于物质的制备 [例1]　(2024·山东日照开学考)Li-­SO2Cl2电池可作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应方程式为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。 回答下列问题： (1)Li电极是________(填“正极”或“负极”)，C电极上的电极反应为____________________________________________________。 (2)Li电极与________(填“镍”或“不锈钢”)相连，膜c为________交换膜(填“阳离子”或“阴离子”)。 (3)电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)理论上产品室每获得283.5 g的Ni(H2PO2)2，Li电极的质量减少________g。 (1)Li电极是负极，C电极(正极)上，SOCl2获得电子生成SO2和Cl－，电极反应为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑。 (2)因为镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极，则Li电极与不锈钢相连，膜c为阳离子交换膜。 (3)Ⅳ室中，H2O得电子生成H2和OH－，Na＋从Ⅲ室进入Ⅳ室，则电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将增大。 [答案]　(1)负极　SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑　 (2)不锈钢　阳离子　 (3)增大　(4)21 电解原理常用于物质的制备，具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点，电解原理能使许多不能自发的反应得以实现。工业上常用多室电解池制备物质，多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。 题后悟道 A．电极A应与电源的负极相连 B．装置中的离子交换膜为阳离子交换膜 C．每生成1 mol 同时生成1 mol Ti4＋ D．电解池工作时，理论上，阴极区电解质溶液pH升高 √ 2．氢碘酸(HI)可用“四室电渗析法”制备，其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列叙述错误的是(　 ) A．通电后，阴极室溶液的pH增大 B．阳极电极反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ C．得到1 mol产品HI，阳极室溶液质量减少8 g D．通电过程中，NaI的浓度逐渐减小 √ 解析：通电后，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则溶液的pH增大，A正确； 阳极上发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，B正确； 根据阳极电极反应式可知得到1 mol产品HI，则转移1 mol电子，生成0.25 mol O2,1 mol H＋通过阳膜从阳极室转移到产品室中，则阳极室溶液质量减少9 g，C错误； 通电过程中，原料室中的Na＋移向阴极室，I－移向产品室，所以NaI的浓度逐渐减小，D正确。 题点(二) 用于物质的分离与提纯 [例2]　利用含双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置将普通电解精炼铜所制备的精铜(仍含微量杂质)提纯为高纯度铜。下列有关叙述中不正确的是(　 ) √ A．电极a为高纯度铜，电极b为精铜 B．电极b上发生的主要反应为Cu－2e－===Cu2＋ C．甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区 D．相同时间内b电极减少的质量和a电极增加的质量相等 [解析]　电解精炼金属时高纯铜为阴极，精铜为阳极，A正确； 精铜中主要成分是Cu，故阳极b上发生的主要反应为Cu－2e－===Cu2＋，B正确； 甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区在阴极上放电，得不到高纯铜，C正确； b电极为含有杂质的铜，铜和杂质中活泼的金属都能发生失电子的反应，杂质中还可能含有不参与电极反应的固体杂质，而a电极上只析出金属铜，故相同时间内b电极减少的质量和a电极增加的质量不相等，D错误。 利用电解原理来分离、提纯物质，如电解精炼铜的过程中，将粗铜作阳极，含Cu2＋的溶液为电解液，通直流电，在阳极铜及比铜活泼的杂质金属失电子，在阴极只有Cu2＋得电子析出，从而提纯了铜，也可以通过离子间带同种电荷的相互排斥远离，带异性电荷的相互吸引靠近，实现不同离子的定向迁移，从而实现对物质的分离与提纯，并由此判断出离子的移动方向。电解法是实现物质简单快速分离的一种有效手段，分离物质的同时得到副产物，具有比一般分离方法更实用的优势。 题后悟道 √ √ √ 解析：该装置是把电能转化为化学能，A正确； 题点(三) 用于“三废”处理和环境保护 [例3]　在直流电源作用下，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，利用双极膜电解池产生强氧化性的羟基自由基(·OH)处理含苯酚废水和含SO2的烟气，工作原理如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．电势：N电极＞M电极 B．阴极电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH C．每处理9.4 g苯酚，理论上有2.8 mol H＋透过膜a D．若·OH只与苯酚和SO2反应，则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14 √ [解析]　M极上O2得电子生成羟基自由基(·OH)，说明M极为阴极，连接电源的负极，N极为阳极，故电势：N电极＞M电极，A正确； M为阴极，阴极上O2得电子生成羟基自由基(·OH)，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，B正确； 1 mol苯酚转化为CO2，转移28 mol电子，每处理9.4 g苯酚(即0.1 mol)，理论上有2.8 mol电子转移，则有2.8 mol H＋透过膜b，C错误； 若·OH只与苯酚和SO2反应，转移电子数之比为28∶2，则参加反应的苯酚和SO2物质的量之比为1∶14，D正确。 应用电解的原理处理生产中的废水，可以直接将废水中有害物质通过电解形式分别在阳、阴两极上发生氧化和还原反应转化成为无害物质以实现污水净化；也可采用间接氧化和间接还原方式，即利用电解产生的具有氧化性或还原性的产物与废水中的有害物质发生化学反应，生成不溶于水的沉淀物，以达到分离去除的目的。 题后悟道 56 [对点训练] 1．(2024•太原五中校考二模)铁碳微电池法在弱酸性条件下处理含氮废水技术的研究获得突破性进展，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　 ) √ 2．(2024·河北迁安市第一中学期中)1,5-­戊二胺[H2N(CH2)5NH2]用于高聚物制备和生物研究。利用双极膜(BPM)电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5­-戊二胺硫酸盐{[H3N(CH2)5NH3]SO4}转换为1,5-­戊二胺产品，实现无害化提取，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．N极电势高于M极 B．可以从Ⅱ室得到浓度增大的H2SO4溶液 C．理论上Ⅰ室和Ⅴ室产生的气体体积比为2∶1 D．若Na2SO4溶液换为NaCl溶液，N极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，产生有毒气体 √ 解析：利用双极膜(BPM)电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5­-戊二胺硫酸盐{[H3N(CH2)5NH3]SO4}转换为1,5­-戊二胺产品，则Ⅲ室中[H3N(CH2)5NH3]2＋进入Ⅳ室和氢氧根离子反应得到1,5-­戊二胺，则右侧BPM膜中氢氧根离子进入Ⅳ室，由离子移动方向可知，N极为阴极，M极为阳极，N极氢离子放电生成氢气、M极氢氧根离子放电生成氧气；N极为阴极，M极为阳极，则N极电势低于M极，A错误； 左侧BPM膜中氢离子进入Ⅱ室，Ⅲ室中硫酸根离子进入Ⅱ室，从Ⅱ室得到浓度增大的H2SO4溶液，B正确； 根据电子守恒可知O2～4e－～2H2，理论上Ⅰ室和Ⅴ室产生的气体体积比为1∶2，C错误； 若Na2SO4溶液换为NaCl溶液，N极为阴极，反应为水放电生成氢气和氢氧根离子，不产生氯气，D错误。 课时跟踪检测（四十七） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 根据原电池工作原理，H＋从负极经质子交换膜向正极移动，即移向右侧多孔石墨棒，B错误； 题中没有指明是否为标准状况，因此无法判断通入氧气的体积，C错误； 根据原电池工作原理可知，电子从负极经外电路流向正极，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 2．(2024·广东佛山南海区摸底测试)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．放电时，负极质量逐渐减小 B．放电时，电路中通过1 mol e－，则有1 mol Fe被氧化 C．储能过程中，左池H2SO4溶液浓度增大 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误； 放电时，电路中通过1 mol e－，正极有1 mol Fe3＋被还原为Fe2＋，B错误； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 3．(2024·安徽合肥市第八中学月考)某科研团队采用NaNO3/KNO3/CsNO3共晶盐电解液和β­-Al2O3膜研制了一种熔盐型Na-­O2电池，其工作原理如图所示： 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 电子不能通过电解质，通过β­-Al2O3膜的是Na＋，B错误； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 4．(2024•广州校联考一模)电化学“大气固碳”方法是我国科学家研究发现的，相关装置如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．放电时电极A为负极，该电池只可选用无水电解液 B．充电时，电极B上发生的反应是3CO2－4e－＋4Li＋===2Li2CO3＋C C．充电时Li＋的移动方向是从电极B移向电极A D．放电时，电路中每通过1 mol电子，正极区质量增加40 g 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：放电时，A为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，B为正极，电极反应为3CO2＋4e－＋4Li＋===2Li2CO3＋C，充电时，A为阴极，电极反应式为Li＋＋e－===Li，B为阳极，电极反应为2Li2CO3＋C－4e－===3CO2↑＋4Li＋，据此分析。放电时电极A为负极，电极材料为Li，会与水反应，因此该电池只可选用无水电解液，A正确； 充电时，B为阳极，电极反应为2Li2CO3＋C－4e－===3CO2＋4Li＋，B错误； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 充电时，阳离子移向阴极，则Li＋的移动方向是从电极B移向电极A，C正确； 放电时，正极电极反应为3CO2＋4e－＋4Li＋===2Li2CO3＋C，增加的质量为二氧化碳与锂离子的总质量，当有4 mol电子转移时，增加的质量为(3×44＋4×7)g＝160 g，则电路中每通过1 mol电子时，正极区质量增加40 g，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 5．[双选]我国科学家采用双极膜实现连续合成氨，电解装置工作原理如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在电流作用下分别向两极迁移。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 下列说法错误的是(　 ) A．催化电极a上的电势低于催化电极b B．工作一段时间后，右室中c(OH－)不变 C．生成氨气和氧气的质量比为17∶64 D．若使用铅酸蓄电池作电源，获得1 mol NH3时，铅酸蓄电池中有4 mol H2O生成 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 当电路中转移8 mol e－时，右室消耗8 mol OH－，同时生成4 mol H2O，且双极膜会向右室迁移8 mol OH－，因此右室中c(OH－)减小，B错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 由电极方程式可知，8e－～NH3～2O2，因此生成的m(NH3)∶m(O2)＝17∶32×2＝17∶64，C正确； 铅酸蓄电池放电方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O～2e－。当生成1 mol NH3时，电路中转移8 mol e－，由铅酸蓄电池的方程式可知铅酸蓄电池对应生成8 mol H2O，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 6．应用电化学方法，对水体消毒并去除余氯，装置如下图所示。下列说法正确的是(　 ) A．闭合K2后，可对池中的水杀菌消毒 B．断开K1，闭合K2时，e－由M极流出 C．断开K1，闭合K2后，N极金属Na不断减少 D．钠离子交换膜可用质子交换膜代替 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：断开K2，闭合K1，装置为电解池，M极为阳极，电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气进入水池消毒，N极为阴极，电极反应式：Na＋＋e－===Na；断开K1，闭合K2，构成原电池，M极为正极，电极反应式：Cl2＋2e－===2Cl－，可除去余氯，N极为负极，电极反应式：Na－e－===Na＋；断开K1，闭合K2，构成原电池，无氯气产生，无法对池中的水杀菌消毒，A错误； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 断开K1，闭合K2，构成原电池，M极为正极，电子流入，B错误； 断开K1，闭合K2，构成原电池，N极为负极，电极反应式：Na－e－===Na＋，金属Na不断减少，C正确； 质子交换膜代替后，氢离子移向N极，会与Na反应，所以不可用质子交换膜代替，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 7．(2023·广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 A．电解总反应：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH B．每生成1 mol NH3·H2O，双极膜处有9 mol的H2O解离 C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变 D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 每生成1 mol NH3·H2O，阴极得8 mol e－，同时双极膜处有8 mol H＋进入阴极室，即有8 mol的H2O解离，故B错误； 电解过程中，阳极室每消耗4 mol OH－，同时有4 mol OH－通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确； 相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H＋和OH－，可提高氨生成速率，故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 8．(2024·河北迁安市第一中学期中)某课题组从催化剂结构与性能间关系的角度，设计了一种催化剂同时作用在阳极和阴极，用于CH3OH氧化和CO2还原反应耦合的混合电解，工作原理如图甲所示。不同催化剂条件下CO2→CO电极反应历程如图乙所示。下列说法错误的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 根据阴极电极反应式2CO2＋ 4e－＋4H＋===2CO＋2H2O，若有2 mol H＋穿过质子交换膜，则理论上有1 mol CO2被转化，质量为44 g，B正确； 催化剂不能改变反应的焓变，选择Ni8­TET催化剂催化，和选用Ni­TPP消耗的电能相同，C错误； B极为电解池阳极，电解时连接电源正极，若以铅蓄电池为电源，则B极应与PbO2极相连接，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 9．(2024·江苏淮安市金湖中学等4地联考)某小组采用电渗析法从含NH4H2PO4和(NH4)2HPO4的废水中回收NH3·H2O和H3PO4，装置如图所示。下列说法正确的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 为了增强溶液的导电性，在a处充入稀氨水，在c处充入稀磷酸，b处流出浓氨水，d处流出浓磷酸溶液，B错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 阴极上H＋得电子生成氢气，C错误； 阳极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，则当电路中通过1 mol电子的电量时，阳极会有0.25 mol O2生成，在标准状况下的体积为5.6 L，D项正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 11．(2024•四川兴文第二中学一模)我国电动汽车产业发展迅猛，多种车型采用三元锂电池，该电池放电时工作原理如图所示。下列说法错误的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 A．无论充电或放电，A极电势均低于B极 B．充电时，外电路中流过0.1 mol电子，A极质量减少0.7 g C．放电时，正极反应为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2 D．失去活性锂元素的三元正极材料可采用化学方法再生，实现循环利用 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：由该电池放电时工作原理可知，放电时，A为负极，B为正极，充电时，A为阴极，B为阳极，故无论充电或放电，A极电势均低于B极，故A正确； 充电时，A极电极反应为aLi＋＋ae－＋6C===LiaC6，外电路中流过0.1 mol电子，A极质量增加0.7 g，故B错误； 由该电池放电时工作原理可知，放电时B为正极，Li1－aNixCoyMnzO2得电子结合Li＋生成LiNixCoyMnzO2，故C正确； 锂元素失去活性后，可采用化学方法再生，从而实现Li的循环利用，故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 12．(2024·渭南统考一模)浓差电池是一种利用电解质溶液浓度差产生电势差而形成的电池，理论上当电解质溶液的浓度相等时停止放电。图1为浓差电池，图2为电渗析法制备磷酸二氢钠。若用浓差电池为电源完成电渗析法制备磷酸二氢钠。下列说法错误的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 A．电极a应与Ag(Ⅰ)相连 B．电渗析装置中膜a为阳离子交换膜 C．电渗析过程中左、右室中NaOH和H2SO4的浓度均增大 D．电池从开始到停止放电，理论上可制备2.4 g NaH2PO4 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：浓差电池是一种利用电解质溶液浓度差产生电势差而形成的电池，由于右侧AgNO3，浓度大，则Ag(Ⅰ)为负极，Ag(Ⅱ)为正极；电渗析法制备磷酸二氢钠，右室中的氢离子通过膜b进入中间室，中间室中的钠离子通过膜a进入左室，则电极a为阴极，电极b为阳极；电极a应与Ag(Ⅰ)相连，A正确； 中间室中的钠离子通过膜a进入左室，膜a为阳离子交换膜，B正确； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 阳极中的水失电子电解生成氧气和氢离子，氢离子通过膜b进入中间室，消耗水，硫酸的浓度增大；阴极水得电子电解生成氢气，中间室中的钠离子通过膜a进入左室，NaOH的浓度增大，C正确； 电池从开始到停止放电时，则浓差电池两边的AgNO3浓度相等，即都为3 mol·L－1，改变量为0.01 L×(3－1) mol·L－1＝0.02 mol，所以正极析出0.02 mol银，电路中转移0.02 mol电子，电渗析装置生成0.01 mol NaH2PO4，质量为1.2 g，D错误。 下列说法不正确的是(　 ) A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨 B．装置a中溶液显碱性的原因是HCO的水解程度大于HCO的电离程度 C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2 D．装置b中的总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO 装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO的水解程度大于其电离程度，故B正确； 由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO，故D正确。 由阴、阳极反应式可知，电解总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑，已知电解生成氢气的速率为x mol·h－1，则海水为电解池补水的速率也为x mol·h－1，D错误。 乙室Cu电极为正极，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，消耗Cu2＋，为维持电解质溶液呈电中性，SO透过隔膜进入甲室，则隔膜为阴离子膜，B错误； [解析]　图中左侧电池为原电池，右侧电池为电解池。在原电池中，Li电极为负极，C电极为正极；右侧电池中，因为要在产品室中获得Ni(H2PO2)2，所以镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极。Ni2＋透过膜a进入产品室，则膜a为阳离子交换膜；Ⅲ室中的H2PO透过膜b进入产品室，则膜b为阴离子交换膜；Ⅲ室中的Na＋透过膜c进入Ⅳ室，则膜c为阳离子交换膜。 (4)283.5 g Ni(H2PO2)2的物质的量为＝1.5 mol，则线路中转移电子3 mol，Li电极上失电子的Li为3 mol，质量减少3 mol× 7 g·mol－1＝21 g。 [对点训练] 1．(2024·河南名校联考)以间硝基甲苯()为原料，采用间接成对电解合成间氨基苯甲酸装置如图所示(离子交换膜只允许离子通过)，下列说法中错误的是(　 ) 解析：由图可知，与电源负极相连的电极A为电解池的阴极，Ti4＋离子在阴极得到电子发生还原反应生成Ti3＋离子，电极反应式为Ti4＋＋e－===Ti3＋，阴极区中Ti3＋离子与间硝基苯甲酸酸性条件下反应生成间氨基苯甲酸、Ti4＋离子和水，反应的离子方程式为＋6Ti4＋＋2H2O，则每生成1 mol 同时生成6 mol Ti4＋离子。 电极B为阳极，水分子作用下铬离子在阳极失去电子发生氧化反应生成重铬酸根离子和氢离子，电极反应式为2Cr3＋－6e－＋7H2O===Cr2O＋14H＋，阳极区中重铬酸根离子与间硝基甲苯酸性条件下反应生成间硝基苯甲酸，反应的离子方程式为＋2Cr3＋＋5H2O，电解时，氢离子通过阳离子交换膜由阳极区进入阴极区，则电解池工作时，理论上，氢离子的物质的量不变，由于反应生成的水导致溶液体积增大，氢离子的浓度减小，溶液pH升高。 [对点训练] 1．电解法常用于分离提纯物质，某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置(如图)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液进行回收利用。(已知：2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O)下列说法不正确的是(　 ) A．阴极室生成的物质为NaOH和H2 B．阳极发生的电极反应是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ C．a离子交换膜为阳离子交换膜 D．当外电路中转移2 mol电子时，阳极室可生成1 mol Cr2O 解析：电解时，阳极上水中的氢氧根放电：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故CrO通过阴离子交换膜向阳极移动，从而从浆液中分离出来，因存在2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O，则分离后含铬元素的粒子是CrO、Cr2O；阴极上水中的氢离子放电：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，混合物浆液中的钠离子通过阳离子交换膜进入阴极，故阴极反应生成氢气和NaOH。由于生成Cr2O的反应为可逆反应，当外电路中转移2 mol电子时，有1 mol CrO进入阳极室，阳极室生成Cr2O小于1 mol，D错误。 2．[双选]一种生物电化学方法脱除水体中NH的原理如图所示： 下列说法正确的是(　 ) A．装置工作时，电能转化为化学能 B．装置工作时，a极周围溶液pH降低 C．装置内工作温度越高，NH脱除率一定越大 D．电极b上发生的反应之一是2NO－2e－===N2↑＋3O2↑ a极为阳极，电极反应为NH＋2H2O－6e－===NO＋8H＋，所以a极周围溶液的pH降低，B正确； 该装置是在细菌生物作用下进行的，所以温度过高，导致细菌死亡，NH脱除率会减小，C错误； b极上反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，D错误。 A．工作时H＋透过质子交换膜由乙室向甲室移动 B．碳电极上的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O C．处理废水过程中两侧溶液的pH基本不变 D．处理含NO的废水，若处理6.2 g NO，则有0.5 mol H＋透过质子交换膜 解析：由图可知电池工作时，碳电极是正极，H＋会由负极移向正极，即H＋由乙室通过质子交换膜向甲室移动，A正确； 碳电极为正极，在甲室中NO转化为N2，所以电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，B正确； 当转移10 mol e－时甲室溶液中消耗12 mol H＋，但通过质子交换膜的H＋只有10 mol，因此，甲室溶液中c(H＋)减小，溶液的pH不断增大，C错误； 处理含NO的废水时，根据电子守恒可知关系式为NO～5e－，透过质子交换膜的H＋与转移的电子物质的量相等，所以处理6.2 g NO(其物质的量是0.1 mol)时，电池中有0.5 mol H＋透过质子交换膜，D正确。 1．一种NO­空气燃料电池的工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法正确的是(　 ) A．负极的电极反应式为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋ B．H＋通过质子交换膜向左侧多孔石墨棒移动 C．若产生1 mol HNO3，则通入O2的体积应大于16.8 L D．电子的流动方向：负极→电解质溶液→正极 解析：燃料电池中，通燃料一极为负极，即通入NO的一极为负极，根据装置图可知，负极电极反应式为NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋，A正确； D．充电时总反应：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋ 储能过程中，左池中PbSO4得电子生成Pb和SO，同时电解质溶液中的氢离子通过质子交换膜进入左池，左池H2SO4溶液浓度增大，C正确； 充电时，总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋SO＋2Fe3＋，D错误。 该电池工作时，下列说法正确的是(　 ) A．NO既表现氧化性又表现还原性 B．β­Al2O3膜能阻止电子和离子通过 C．镍电极的电极反应式为2Na＋＋2e－＋NO===Na2O＋NO D．电池总反应为4Na＋O2===2Na2O 解析：根据放电原理示意图分析，在分步反应中NO表现了氧化性，从总反应看，NO是催化剂，A错误； 根据放电原理示意图可判断，镍电极附近的电极反应式为2Na＋＋2e－＋NO===Na2O＋NO，C正确； 电池总反应为2Na＋O2Na2O2，D错误。 解析：由示意图可知，催化电极a上的电极反应为6H2O＋NO＋8e－===NH3↑＋9OH－，电极a为阴极；催化电极b上的电极反应为8OH－－8e－===2O2↑＋4H2O，电极b为阳极。催化电极a(阴极)上的电势低于催化电极b(阳极)，A正确； 解析：由信息大电流催化电解KNO3溶液制氨可知，在电极a处KNO3放电生成NH3，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为NO＋8e－＋9H＋===NH3·H2O＋2H2O，电极b为阳极，电极方程式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。由分析中阴阳电极方程式可知，电解总反应为KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，故A正确； A．电解总反应为2CO2＋CH3OH2CO＋HCOOH＋H2O B．若有2 mol H＋穿过质子交换膜，则理论上有44 g CO2被转化 C．选择Ni8­TET催化剂催化，会比Ni­TPP消耗更多电能 D．若以铅蓄电池为电源，则B极应与PbO2极相连接 解析：根据图甲可得，A电极为阴极，电极反应式为2CO2＋4e－＋4H＋===2CO＋2H2O，B电极为阳极，电极反应式为CH3OH＋H2O－4e－===HCOOH ＋4H＋，故电解总反应为2CO2＋CH3OH2CO＋HCOOH＋H2O，A正确； A．阴极区总反应式为2H2O＋2NH＋2e－===2NH3·H2O＋H2↑ B．c处进入稀氨水，b处流出浓H3PO4溶液 C．膜1为阴离子交换膜，膜2为阳离子交换膜 D．每放出11.2 L(标准状况)H2时，能回收98 g H3PO4 解析：由题干图示可知，左侧电极室通入的是稀氨水，左侧电极室的产品为NH3·H2O，说明废水中的NH通过离子交换膜1进入左侧电极室，故膜1为阳离子交换膜，然后NH＋OH－===NH3·H2O，说明阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，右侧电极室的产品为H3PO4，即废水中的H2PO、HPO经过离子交换膜2进入右侧电极室，与H＋结合成H3PO4，即膜2为阴离子交换膜，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 阴极区发生反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑、NH＋OH－===NH3·H2O；总反应式为二者结合：2H2O＋2NH＋2e－===2NH3·H2O＋H2↑，A正确； 11.2 L(标准状况)H2的物质的量为0.5 mol，当阴极放出0.5 mol H2，转移电子1 mol，阳极室会产生1 mol H＋，但是由于进入阳极室的H2PO、HPO电荷不同，总物质的量只能在0.5～1 mol之间，回收H3PO4质量小于98 g，D错误。 10．[双选]三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示，在直流电源的作用下，两膜中间的NH和NO可通过离子交换膜，而两端隔室中的离子被阻挡不能进入中间隔室。工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是(　 ) A．a极为电源负极，b极为电源正极 B．c膜是阴离子交换膜，d膜是阳离子交换膜 C．阴极的电极反应为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O D．当电路中通过1 mol电子的电量时，阳极产生标准状况下的O2 5.6 L 解析：根据题意两极均得到副产品NH4NO3可知，Ⅱ室废水中的NH移向Ⅰ室、NO移向Ⅲ室，根据电解过程中离子的移动方向可知，Ⅰ室石墨电极为阴极、Ⅲ室石墨电极为阳极。阴极所连的a极为电源负极，阳极所连的b极为电源正极，A正确； c膜通过的是NH，故c膜应为阳离子交换膜，同理可知，d膜为阴离子交换膜，B错误； $$