4.2.4-电化学原理的综合应用 同步练习 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第4课时　电化学原理的综合应用 一、学习目标 1.利用电化学原理制备物质、处理污水和有害物质。 2.能够书写新情景下的电极反应式。 二、课后精练 1．用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是(　　) A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动 D．石墨电极的质量不发生变化 2．以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　) A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋ B．阴极上Al被氧化 C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等 3.我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制H2(装置如图)。总反应为CO(NH2)2＋H2O===3H2↑＋N2↑＋CO2↑。下列说法错误的是(　　) A．a为阳极，CO(NH2)2发生氧化反应 B．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．每转移6 mol电子，a电极产生1 mol N2 D．电解一段时间，a极区溶液pH升高 4．以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置如图： 上述装置工作时，下列有关说法正确的是(　　) A．乙池电极接电池正极，气体X为H2 B．Na＋由乙池穿过交换膜进入甲池 C．NaOH溶液Z比NaOH溶液Y浓度小 D．甲池电极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 5．电浮选凝聚法处理酸性污水的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ B．通入甲烷的石墨的电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O C．为了增强污水的导电能力，可向污水中加入适量食盐 D．若左池石墨电极产生44.8 L气体，则消耗0.5 mol甲烷 6．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、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(　　) 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 7．某污水处理厂利用电解法处理含酚废水并制氢。下列说法正确的是(　　) A．X为电源的正极，a极发生还原反应 B．a极电极反应式为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋ C．产生标准状况下4.48 L CO2，则有1.4 mol H＋通过质子交换膜 D．电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，溶液的pH保持不变 8.用电化学法还原CO2制备草酸的装置如图所示。下列有关该装置的说法中错误的是(　　) A．a、b分别为电源的负极、正极 B．电解装置左池发生的电极反应为2CO2＋2e－===C2O C．为增强溶液导电性，左池中可加入少量Na2C2O4溶液 D．右池电解质溶液为稀硫酸，发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 9.H2S有剧毒，石油化工中常用以下方法处理石油炼制过程中产生的H2S废气。先将含H2S的废气(其他成分不参与反应)通入FeCl3溶液中，过滤后将溶液加入到以铁和石墨棒为电极的电解槽中电解，电解后的溶液可以循环利用。下列有关说法不正确的是(　　) A．过滤所得沉淀的成分为S和FeS B．与外接电源a极相连的电极的电极反应式：Fe2＋－e－===Fe3＋ C．与外接电源b极相连的是铁电极 D．外电路中有0.20 mol的电子发生转移时，反应得到氢气2.24 L(标准状况) 10．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(　　) 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 11．沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题， 通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。 下列叙述错误的是(　　) A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应 B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO C．阴极生成的H2应及时通风稀释，安全地排入大气 D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理 12．双极膜电渗析一步法盐制酸碱的技术进入到了工业化阶段，某科研小组研究采用BMED膜(如图所示)模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。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－。下列说法正确的是(　　) A．电极Y连接电源的正极，发生还原反应 B．Ⅰ口排出的是混合碱，Ⅱ口排出的是淡水 C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D．a左侧膜为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜 13．(1)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。 (2)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____________。 14．氮氧化物(NOx)造成酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等危害，不仅破坏自然生态环境，而且严重危害人类健康。采用合适的还原剂能够实现烟气的高效脱硝。 (1)用食盐水作电解液电解烟气脱氮的原理如图所示，NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO，尾气经氢氧化钠溶液吸收后排入空气。电流密度和溶液pH对烟气脱氮的影响如图所示。 ①NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO，反应的离子方程式为______________________。 ②溶液的pH对NO去除率影响的原因是____________________________________。 (2)采用电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。直流电源的负极为______(填“A”或“B”)；该电解装置应选择______(填“阳”或“阴”)离子交换膜。若以处理NO2为模拟实验，阳极发生的电极反应为___________________ (3)含铈溶液可以处理大气中的氮氧化物，并可通过电解法再生。铈元素(Ce)常见的化合价有＋3价、＋4价。NO可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO。可采用电解法将上述吸收液中的NO转化为无毒物质，同时再生Ce4＋，其原理如图所示。阴极的电极反应式为__________________________________________。 15.一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a为直流电源的正极 B．阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ C．工作时，乙池中溶液的pH不变 D．若有1 mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.25 mol气体 16..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(　　) A．若直流电源为铅酸蓄电池，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 17．H3PO2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________________________________。 18.用铁和石墨作电极电解酸性废水，可将废水中的PO以FePO4(不溶于水)的形式除去，其装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．若X、Y电极材料连接反了，则仍可将废水中的PO除去 B．X极为石墨，该电极上发生氧化反应 C．电解过程中Y极周围溶液的pH减小 D．电解时废水中会发生反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋＋4PO===4FePO4↓＋2H2O 19．厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。下列有关说法正确的是(　　) A．交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，A－从浓缩室通过交换膜Ⅰ向阳极移动 B．交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，H＋从浓缩室通过交换膜Ⅱ向阴极移动 C．阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ D．400 mL 0.1 mol·L－1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升到0.6 mol·L－1，则阴极上产生的H2在标准状况下的体积为4.48 L 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第4课时　 电化学原理的综合应用 一、学习目标 1.利用电化学原理制备物质、处理污水和有害物质。 2.能够书写新情景下的电极反应式。 二、课后精练 1．如图为通过EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是(　　) A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑ B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动 D．石墨电极的质量不发生变化 答案　B 解析　电解池的阳极上O2－发生失电子的氧化反应，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，A错误；电解池的阴极上发生TiO2得电子的还原反应，电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，B正确；电解池中，电解质里的阴离子O2－、Cl－均移向阳极，C错误；石墨电极会和阳极上产生的O2发生反应，产生CO、CO2气体，电极本身被消耗，质量减小，D错误。 2．(2022·广东，10)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　) A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋ B．阴极上Al被氧化 C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等 答案　C 解析　该题中以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，A、B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。 3.我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制H2(装置如图)。总反应为CO(NH2)2＋H2O===3H2↑＋N2↑＋CO2↑。下列说法错误的是(　　) A．a为阳极，CO(NH2)2发生氧化反应 B．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．每转移6 mol电子，a电极产生1 mol N2 D．电解一段时间，a极区溶液pH升高 答案　D 解析　电解池工作时，CO(NH2)2失去电子，a为阳极发生氧化反应，A正确；阴极水得电子产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；阳极的电极反应式为CO(NH2)2－6e－＋6OH－===CO2↑＋N2↑＋5H2O，若电路中通过6 mol电子，阳极产生N2的物质的量为n(N2)＝6 mol×＝1 mol，C正确；由a极电极反应式知OH－被消耗，溶液中H＋浓度增大，溶液的pH降低，D错误。 4．以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置如图： 上述装置工作时，下列有关说法正确的是(　　) A．乙池电极接电池正极，气体X为H2 B．Na＋由乙池穿过交换膜进入甲池 C．NaOH溶液Z比NaOH溶液Y浓度小 D．甲池电极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 答案　C 解析　分析装置图可知放出氧气的电极为阳极，电解质溶液中OH－放电生成O2，c(H＋)增大，CO结合H＋生成HCO，出口为碳酸氢钠，电极反应为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，D错误；气体X为阴极上溶液中H2O电离的H＋得到电子生成H2，电极连接电源负极，A错误；电解池中阳离子移向阴极，钠离子移向乙池，B错误；阴极附近氢氧根离子浓度增大，NaOH溶液Y比NaOH溶液Z浓度大，C正确。 题组二　水体污染的治理 5．电浮选凝聚法处理酸性污水的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．铁电极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ B．通入甲烷的石墨的电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O C．为了增强污水的导电能力，可向污水中加入适量食盐 D．若左池石墨电极产生44.8 L气体，则消耗0.5 mol甲烷 答案　D 解析　铁连接原电池的正极，为电解池的阳极，被氧化，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ ，故不选A；通甲烷的一极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，故不选B；加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水的、不参与电极反应的盐，可用食盐，故不选C；未说明标准状况，无法计算，故选D。 6．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、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(　　) 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 答案　D 解析　耐酸电解槽用铁板作阴、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。 7．某污水处理厂利用电解法处理含酚废水并制氢，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．X为电源的正极，a极发生还原反应 B．a极电极反应式为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋ C．产生标准状况下4.48 L CO2，则有1.4 mol H＋通过质子交换膜 D．电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，溶液的pH保持不变 答案　B 解析　由图可知，X为电源的正极，b极连电源的负极作阴极，发生还原反应，A错误；a极发生氧化反应，电极反应式为C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋，B正确；产生标准状况下4.48 L(即0.2 mol) CO2，根据a极反应可知约有0.93 mol H＋通过质子交换膜，C错误；电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，原废液为苯酚，苯酚浓度降低，生成CO2，溶液的pH发生改变，D错误。 题组三　环境保护问题 8.(2023·郑州高二检测)为实现碳回收，我国科学家设计的用电化学法还原CO2制备草酸的装置如图所示。下列有关该装置的说法中错误的是(　　) A．a、b分别为电源的负极、正极 B．电解装置左池发生的电极反应为2CO2＋2e－===C2O C．为增强溶液导电性，左池中可加入少量Na2C2O4溶液 D．右池电解质溶液为稀硫酸，发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 答案　B 解析　左池发生的反应为CO2得电子被还原为H2C2O4，M极作阴极，电解池阴极与电源负极相连，则a为电源的负极，b为电源的正极，A正确；左池发生的电极反应应为2CO2＋2e－＋2H＋===H2C2O4，B错误；为增强溶液导电性，同时为减少杂质，左池可加入少量Na2C2O4溶液，C正确；右池为电解池的阳极区，H2O失电子发生氧化反应生成O2和H＋，D正确。 9.H2S有剧毒，石油化工中常用以下方法处理石油炼制过程中产生的H2S废气。先将含H2S的废气(其他成分不参与反应)通入FeCl3溶液中，过滤后将溶液加入到以铁和石墨棒为电极的电解槽中电解(如图所示)，电解后的溶液可以循环利用。下列有关说法不正确的是(　　) A．过滤所得沉淀的成分为S和FeS B．与外接电源a极相连的电极的电极反应式：Fe2＋－e－===Fe3＋ C．与外接电源b极相连的是铁电极 D．外电路中有0.20 mol的电子发生转移时，反应得到氢气2.24 L(标准状况) 答案　A 解析　将H2S通入FeCl3溶液中，H2S被铁离子氧化为S，即发生反应：2Fe3＋＋H2S===S↓＋2Fe2＋＋2H＋，所以过滤所得沉淀的成分为S，A错误；与b极相连的电极上氢离子得电子生成氢气，故为阴极，所以与a极相连的电极为阳极，阳极上亚铁离子失电子生成铁离子，即电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，B正确；如果Fe与外接电源的a极相连，则Fe作阳极失电子，导致溶液中的亚铁离子不能失电子，所以铁电极只能和b极相连，C正确；阴极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，当外电路中有0.20 mol电子发生转移时，会生成 0.10 mol氢气，在标准状况下的体积为2.24 L，D正确。 10．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(　　) 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 答案　C 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正确；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正确。 11．(2021·全国乙卷，12)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题， 通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。 下列叙述错误的是(　　) A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应 B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO C．阴极生成的H2应及时通风稀释，安全地排入大气 D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理 答案　D 解析　根据题干信息分析可知，阳极区海水中的Cl－会优先失去电子生成Cl2，发生氧化反应，A正确；设置的装置为电解池原理，根据分析知，阳极区生成的Cl2与阴极区生成的OH－在管道中会发生反应生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，B正确；因为H2是易燃性气体，所以阴极区生成的H2需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除安全隐患，C正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，会使海水中的Mg2＋沉淀积垢，所以阴极表面会形成Mg(OH)2等积垢，需要定期清理，D错误。 12．双极膜电渗析一步法盐制酸碱的技术进入到了工业化阶段，某科研小组研究采用BMED膜(如图所示)模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。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－。下列说法正确的是(　　) A．电极Y连接电源的正极，发生还原反应 B．Ⅰ口排出的是混合碱，Ⅱ口排出的是淡水 C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D．a左侧膜为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜 答案　C 解析　氢氧根离子向左侧移动，这说明电极Y为阴极，所以电极Y连接电源的负极，发生还原反应，A错误；浓海水中的氯离子向左侧移动，钠离子向右侧移动，双极膜中，氢离子向右侧迁移、氢氧根离子向左侧迁移，因此Ⅱ口排出的是淡水，Ⅰ口排出的是盐酸、Ⅲ口排出的是碱液，B错误；由于氯离子放电会产生有毒的气体氯气，加入Na2SO4溶液的目的是增加溶液的导电性，氯离子移向Ⅰ室，氢离子通过a移向Ⅰ室，在Ⅰ室得到HCl，可避免有害气体的产生，C正确；钠离子移向Ⅲ室，c为阳离子交换膜，a处氢氧根离子向左侧移动，所以a左侧膜为阴离子交换膜，D错误。 13．(1)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。 (2)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____________。 答案　(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　a (2)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　②K＋　由阳极区到阴极区 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－。 14．氮氧化物(NOx)造成酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等危害，不仅破坏自然生态环境，而且严重危害人类健康。采用合适的还原剂能够实现烟气的高效脱硝。 (1)用食盐水作电解液电解烟气脱氮的原理如图所示，NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO，尾气经氢氧化钠溶液吸收后排入空气。电流密度和溶液pH对烟气脱氮的影响如图所示。 ①NO被阳极产生的氧化性物质氧化为NO，反应的离子方程式为______________________。 ②溶液的pH对NO去除率影响的原因是____________________________________。 (2)采用电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。 ①直流电源的负极为______(填“A”或“B”)；该电解装置应选择______(填“阳”或“阴”)离子交换膜。 ②若以处理NO2为模拟实验，阳极发生的电极反应为_________________________________。 (3)含铈溶液可以处理大气中的氮氧化物，并可通过电解法再生。铈元素(Ce)常见的化合价有＋3价、＋4价。NO可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO。可采用电解法将上述吸收液中的NO转化为无毒物质，同时再生Ce4＋，其原理如图所示。阴极的电极反应式为__________________________________________。 答案　(1)①3Cl2＋8OH－＋2NO===2NO＋6Cl－＋4H2O　②次氯酸钠在酸性条件下氧化能力增强　(2)①A　阳　②NO2－e－＋H2O===NO＋2H＋　(3)2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O 15．一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a为直流电源的正极 B．阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ C．工作时，乙池中溶液的pH不变 D．若有1 mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.25 mol气体 答案　D 解析　A项，电解法制备铬，则Cr电极应该是阴极，即a为直流电源的负极，错误；B项，阴极反应式为Cr3＋＋3e－===Cr，错误；C项，工作时，甲池中硫酸根离子移向乙池，丙池中氢离子移向乙池，乙池中硫酸浓度增大，溶液的pH减小，错误；D项，若有1 mol离子通过A膜，即丙池产生1 mol氢离子，则理论上阳极生成0.25 mol氧气，正确。 16.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(　　) A．若直流电源为铅酸蓄电池，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 答案　C 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，若直流电源为铅酸蓄电池，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。 17．H3PO2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________________________________。 答案　(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ (2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 (3)PO　H2PO或H3PO2被氧化 18.用铁和石墨作电极电解酸性废水，可将废水中的PO以FePO4(不溶于水)的形式除去，其装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．若X、Y电极材料连接反了，则仍可将废水中的PO除去 B．X极为石墨，该电极上发生氧化反应 C．电解过程中Y极周围溶液的pH减小 D．电解时废水中会发生反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋＋4PO===4FePO4↓＋2H2O 答案　D 解析　根据题意分析可知，X电极材料为铁，Y电极材料为石墨。若X、Y电极材料连接反了，铁就不能失电子变为离子，也就不能生成FePO4，A错误；Y极为石墨，该电极上发生还原反应，B错误；电解过程中Y极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，氢离子浓度减小，溶液的pH增大，C错误；铁在阳极失电子变为Fe2＋，通入的氧气把Fe2＋氧化为Fe3＋，Fe3＋与PO反应生成FePO4，D正确。 19．厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。下列有关说法正确的是(　　) A．交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，A－从浓缩室通过交换膜Ⅰ向阳极移动 B．交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，H＋从浓缩室通过交换膜Ⅱ向阴极移动 C．阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ D．400 mL 0.1 mol·L－1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升到0.6 mol·L－1，则阴极上产生的H2在标准状况下的体积为4.48 L 答案　C 解析　阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成的H＋通过交换膜Ⅰ进入浓缩室，所以交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，A－从阴极通过交换膜Ⅱ向浓缩室移动，所以Ⅱ为阴离子交换膜，A、B错误，C正确；生成的乳酸物质的量为0.4 L×(0.6－0.1)mol·L－1＝0.2 mol，转移的n(H＋)等于生成的n(HA)为0.2 mol，同时转移电子物质的量为0.2 mol，根据2H2O＋2e－=== 2OH－＋H2↑知，生成氢气的物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积是2.24 L，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$