1.3.4 离子交换膜在电化学中的应用（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修1（鲁科版2019，单选）

离子交换膜在电化学中的应用 第四课时 1 目 录 01 02 一、掌握解题必备知能 二、构建解题思维模型 03 课时跟踪检测 01 掌握解题必备知能 1．离子交换膜的分类与应用 2．三类交换膜应用实例 (1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过) 装置图 说明 锌铜原电池 ①负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋ ②正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu ③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区 ④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极 (2)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过) (3)质子交换膜(只允许H＋和水分子通过) 装置图 说明 在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2 ①阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ ②阳极反应式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋ ③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极 ④H＋→透过质子交换膜→电解池的阴极 3．常见带离子交换膜的四类装置 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，以达到物质制备、浓缩、净化、提纯的目的。 类型(一)　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。 类型(二)　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 类型(三)　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 类型(四)　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 02 构建解题思维模型 [典例]　(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； 思维建模|离子交换膜类型的判断方法　 根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型，判断时首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则阴极区生成H2和OH－，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。 [浸润素养训练] 1．(2023·辽宁卷)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(　 ) √ 储能过程为充电过程，电能转化为化学能，B项正确； 放电时阳离子向正极移动，左侧H＋通过质子交换膜移向右侧，C项错误； 2．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板做阴、阳极，工作原理如图所示。经过一段时间后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀随废水排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。下列说法不正确的是(　 ) √ 3．四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(　 ) √ 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H2O放电生成O2和H＋，阴极上H2O放电生成H2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，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也是阳离子交换膜，故A、B错误； 电解一段时间后，Ⅰ中的溶液的c(OH－)升高，Ⅱ中为NaCl溶液，c(OH－)不变，Ⅲ中有HCl生成，故c(OH－)减小，Ⅳ中H＋移向Ⅲ，H2O放电生成O2，使水的量减小，c(H＋)增大，C不正确。 4．氢氧化钾是重要的工业产品，工业级氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。 (1)该电解槽的阳极反应式是_______________________。 (2)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述其原因：______________________________________________________________________________________________________________________。 (3)除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口______(填“A”或“B”)导出。 解析：根据电解原理，阳极应是OH－失电子，所以电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，而阴极为H＋放电，促进水的电离，使OH－浓度增大，所以pH增大。根据阳离子交换膜的特点，K＋可从阳极区进入阴极区和OH－组成KOH，从而可在阴极区得到纯的KOH，故液体应从B口导出。 答案：(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (2)H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大 (3)B 03 课时跟踪检测 1．以电解饱和食盐水为基础的“氯碱工业”是目前化学工业的重要支柱之一，原理如图所示。下列说法不正确的是(　 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 A．不可以使用阴离子交换膜，否则产品会有损失 B．阴极区消耗的是水，但进料为稀NaOH溶液，目的是增强导电性 C．阴极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．两极实际收集到的气体体积相等 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 14 15 16 √ 解析：为防止阳极生成的氯气与OH－发生反应，所以离子交换膜为阳离子交换膜，A正确； 右侧阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阴极区消耗的是水，但进料为稀NaOH溶液，目的是增强导电性，B正确； 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 14 15 16 右侧阴极氢离子得电子发生还原反应，C正确； 电解饱和食盐水时氯离子在阳极放电生成氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，右侧阴极2H＋＋2e－===H2↑，理论上产生的气体体积相等，但是二者的溶解度不同，两极实际收集到的气体体积不相等，D错误。 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 14 15 16 2．NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：二氧化氯转化为NaClO2(亚氯酸钠)的过程发生了还原反应，应该发生在阴极，所以a是负极，b是正极，若直流电源为铅蓄电池，则b极为正极，应该是PbO2，故A错误； 由总反应式2ClO2＋2NaCl===2NaClO2＋Cl2知，交换膜左边NaOH的物质的量不变，在阳极上氯离子失电子，发生氧化反应，产生氯气，气体X为Cl2，故B错误，C正确； Na＋由交换膜右侧向左侧迁移，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 3．我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，B正确； a极区涉及两步反应，第一步利用氧化性强的Fe3＋高效捕获H2S得到硫和还原性的Fe2＋，第二步是还原性的Fe2＋在a极表面失去电子生成氧化性强的Fe3＋，这两步反应反复循环进行，所以a极区无需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．阳极室溶液由无色变成棕黄色 B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高 D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：Fe与电源正极相连为阳极，失电子发生氧化反应生成Fe2＋，故溶液由无色变为浅绿色，A项错误； 阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，B项错误； 根据阴极上发生的电极反应知，阴极消耗H＋，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确； 电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，阴极室溶液中的溶质可能有很多种，比如(NH4)3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、H3PO4等，D项错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 5．化学研究人员开发出一种生产石灰乳的绿色工艺，其装置如下图所示。装置工作时，下列说法错误的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．化学能转变为电能 B．X膜为阳离子交换膜 C．电解一段时间后，b极附近c(OH－)增大 D．a极上的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：该装置是电解池，将电能转变为化学能，A项错误； 根据图中信息，左侧加入碳酸钙，中间生成氢氧化钙，左侧生成钙离子向中间移动，则X膜为阳离子交换膜，B项正确； 阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成OH－，故b极附近c(OH－)变大，C项正确； a极上水中氢氧根失去电子生成氧气，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，产生的氢离子溶解碳酸钙，D项正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 6．(2024·郑州高二期末)用Na2SO3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，下列有关说法中不正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极 B．阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．图中的b>a D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 7．在电镀车间的含铬酸性废水中，铬的存在形式有Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)两种，其中Cr(Ⅵ)的毒性最大。电解法处理含铬废水的装置示意图如图，铬最终以Cr(OH)3沉淀除去。下列说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 石墨棒是阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，电解质溶液中发生反应：Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，B错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 阳极转移3 mol电子，生成1.5 mol Fe2＋，Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ)，据得失电子守恒可知，可处理Cr(Ⅵ)的物质的量为0.5 mol，C错误； 石墨电极上反应生成OH－，左侧废水中Cr3＋、Fe3＋透过离子交换膜移向右侧，反应生成Cr(OH)3和Fe(OH)3，故离子交换膜为阳离子交换膜，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 8．利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 C．电极A的反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋ D．当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.8 mol 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则电极A为负极，电极B为正极，电流由正极经导线流向负极，故A正确；原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮与OH－反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，故B错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 电解质溶液呈碱性，则负极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，故C错误； 当有4.48 L即0.2 mol NO2(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.2 mol×(4－0)＝0.8 mol，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 9．(2024·南昌高二期末)通过电解法(电极均为惰性)分离NaHSO3与Na2SO3的混合物，其装置如图。下列说法不正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 解析：阳极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A正确； 阳极区H2O放电生成H＋，则c(H＋)增大，电解池中阳离子通过阳离子交换膜向阴极移动，则H＋由a室经阳离子交换膜进入b室，B正确； 外电路每转移0.2 mol电子，不仅有Na＋转移，还有H＋转移，C不正确； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 11．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(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 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 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 12．(1)制备Na2S2O5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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (2)KIO3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__________________。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　a (2)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　②K＋　由阳极区到阴极区 13．(2024·邢台开学考)Li­SO2Cl2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↑。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 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”)。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (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 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 (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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 答案：(1)负极　SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑　(2)不锈钢　阳离子　(3)增大　(4)21 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 高阶思维训练 14．(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(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 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 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 15．(2024年1月·江西高考适应性演练)水系Zn­CO2电池在碳循环方面具有广阔的应用前景。该电池的示意图如图，其中双极膜在工作时催化H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场的作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 A．放电时，Zn电极为负极，发生还原反应 B．充电时，OH－从Zn电极通过双极膜到达催化电极发生反应 C．放电时，催化电极上的反应为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O D．充电时，Zn电极上的反应为Zn2＋＋2e－===Zn 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 充电时，OH－从双极膜向催化电极移动，并发生反应，B错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 16．(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 13 2 3 4 14 15 16 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 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 √ 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的浓度大，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 13 2 3 4 14 15 16 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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 16 装置图 说明 以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开 ①阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ②阳极反应式：2I－－2e－===I2 ③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应。3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O ④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极 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。 A．放电时负极质量减小 B．储能过程中电能转变为化学能 C．放电时右侧H＋通过质子交换膜移向左侧 D．充电总反应：Pb＋SO＋2Fe3＋===PbSO4＋2Fe2＋ 解析：放电时左侧电极为负极，电极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4，Pb转化为PbSO4，负极质量增大，A项错误； 放电时总反应为Pb＋2Fe3＋＋SO===PbSO4＋2Fe2＋，则充电时总反应为PbSO4＋2Fe2＋===Pb＋2Fe3＋＋SO，D项错误。 A．阴极区发生的电极反应包括：2H＋＋2e－===H2↑ B．还原Cr2O的主要方式是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O C．废水的pH过高或过低均会降低铬的去除率 D．电解槽工作时，Cr2O通过阴离子交换膜从阳极室进入阴极室 解析：耐酸电解槽用铁板做阴、阳极，在阴极区，H＋得电子，发生的电极反应包括：2H＋＋2e－===H2↑，A正确； 在阳极区，Fe失电子生成的Fe2＋还原Cr2O，主要方式是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，B正确； 若废水的pH过高，会直接与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀，影响Cr2O的还原，若pH过低，会将Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀溶解，都会降低铬的去除率，C正确； 电解槽工作时，因为Cr2O要进入阳极区被Fe2＋还原，所以Cr2O通过阴离子交换膜从阴极室进入阳极室，D错误。 A．b、c分别为阳离子交换膜、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c(OH－)均升高 D．电池总反应为4NaCl＋6H2O4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑ A．若直流电源为铅蓄电池，则b极为Pb B．阳极反应式为ClO2＋e－===ClO C．交换膜左侧NaOH的物质的量不变，气体X为Cl2 D．制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na＋由交换膜左侧向右侧迁移 A．该装置的总反应为H2SH2＋S B．能量转化方式主要为“光能→电能→化学能” C．a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋ D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液 解析：该装置发生的有关反应为H2S＋2Fe3＋===2H＋＋S＋2Fe2＋(a极区)、Fe2＋－e－===Fe3＋(a极)、2H＋＋2e－===H2↑(b极)，结合反应条件得到总反应为H2SH2＋S，A、C正确； 4．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是(　 ) 解析：根据Na＋和SO的移向可知Pt(Ⅰ)为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，Pt(Ⅱ)为阳极，电极反应为HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋、SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋。 A．Fe为阳极，反应为Fe－2e－===Fe2＋ B．阴极反应为Cr2O＋7H2O＋6e－===2Cr(OH)3↓＋8OH－ C．阳极每转移3 mol电子，可处理Cr(Ⅵ)物质的量为1 mol D．离子交换膜为质子交换膜，只允许H＋穿过 解析：对Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)处理是通过转化为Cr(OH)3处理，由题图可知，同时还生成Fe(OH)3，据此推测铁棒是阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋再与Cr2O发生氧化还原反应生成Fe3＋和Cr3＋，A正确； A．阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ B．阳极区c(H＋)增大，H＋由a室经阳离子交换膜进入b室 C．外电路每转移0.2 mol电子，有0.2 mol Na＋从b室进入c室 D．c室得到Na2SO3的原因是OH－＋HSO===H2O＋SO c室中产生Na2SO3，溶液为碱性，则c室得到Na2SO3的原因是OH－＋HSO===H2O＋SO，D正确。 10．一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升高 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↑ 解析：该装置是把电能转化为化学能，A正确； 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错误； 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。 解析：(1)根据装置图可知,左侧为阳极，溶质为H2SO4，实际放电的是水电离出的OH－，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。电解过程中，阳离子(H＋)向右侧移动，则a室中SO＋H＋===HSO，NaHSO3浓度增大。 (2)①观察电解装置图知，惰性电极a为阳极，惰性电极b为阴极，在碱性条件下，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 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。 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； 解析：由图知，该电池在放电时，Zn作负极失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，催化电极作为正极得电子，发生还原反应，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，充电时，Zn作为阴极，双极膜在工作时催化H2O解离为H＋和OH－，氢离子移向阴极，电极反应式为Zn(OH)＋4H＋＋2e－===Zn＋4H2O，催化电极为阳极，双极膜在工作时催化H2O解离为H＋和OH－，氢氧根移向阳极，电极反应式为CO＋2OH－－2e－===CO2＋H2O，据此回答。由分析知，放电时，Zn电极为负极，发生氧化反应，A错误； 放电时，催化电极上的反应为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，C正确；充电时，Zn电极上的反应为Zn(OH)＋4H＋＋2e－===Zn＋4H2O，D错误。 $$