专题3 选择题专攻 4.电化学中的多室、多池装置 （课件）-【步步高】2024年高考化学大二轮专题复习与增分策略（新高考，浙江专用）

4.电化学中的多室、多池装置 选择题专攻 核心精讲 01 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 3 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。 4 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 　　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。 6 (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。 真题演练 02 1 2 3 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＋4H2O D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况) √ 1 2 3 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； 1 2 3 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1 mol 电子，生成0.25 mol O2，在标况下体积为5.6 L，故D错误。 1 2 3 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 √ 1 2 3 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； 1 2 3 由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol· h－1，则补水的速率也应是x mol·h－1，故D错误。 1 2 3 √ 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－===　　　 　，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； 1 2 3 考向预测 03 1 2 3 4 1.(2023·浙里卷天下高三冲刺卷)NO-空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图。下列说法正确的是 A.b膜为阴离子交换膜 C.当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L－1盐酸时，M室溶液的质量变化为36 g(溶液体积 　变化忽略不计) D.在标准状况下，若甲池有5.6 L O2参加反应，则乙池中处理废气(SO2和NO) 　的总体积为15.68 L √ 1 2 3 4 由图可知，甲为原电池，乙和丙为电解池，甲中通入NO的一极作负极，通入氧气的一极作正极；乙池中通入 SO2的电极连接电源 的正极，为阳极，阳极上二氧化硫发生氧化反应生成硫酸根离子，阴极上一氧化氮发生还原反应生成铵根离子；丙池中阳极上水放电，发生氧化反应生成氧气和氢离子，氢离子从M室通过a膜进入浓缩室，N室中氯离子向阳极移动，通过b膜进入浓缩室，最终得到较浓的盐酸， 1 2 3 4 据此分析解答。当浓缩室得到4 L 0.6 mol·L－1盐酸时，迁移过来的氢离子的物质的量为4 L×(0.6 mol· L－1－0.1 mol·L－1)＝2 mol， M室电极反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，则反应消耗1 mol水，M室溶液的质量减小1 mol×18 g·mol－1＝18 g，C错误； 在标准状况下，若甲池有5.6 L O2(0.25 mol)参加反应，根据得失电子守恒可知，O2～4e－～2SO2～ NO，则乙池中处理废气(SO2和NO)共0.7 mol，总体积为15.68 L，D正确。 1 2 3 4 2.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∶1 D.电解总反应：KCl＋NaNO3　　　 　KNO3＋NaCl √ 1 2 3 4 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 1 2 3 4 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2H2O　　　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。 1 2 3 4 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1 mol OH－时，海水 　质量净减9 g C.M极的电极反应式为4H2O－4e－ 　===4OH－＋O2↑ D.电路上每通过2 mol电子，理论上N极逸出22.4 L H2 √ 1 2 3 4 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1 mol OH－时，转移1 mol e－，则生成0.5 mol H2和0.25 mol O2，海水质量净减0.5 mol×2 g·mol－1＋0.25 mol×32 g·mol－1＝9 g，故A、C错误，B正确； 1 2 3 4 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。 1 2 3 4 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 √ D.充电时，电路中每通过1 mol电子，阳极室溶液质量理论上增加9 g 1 2 3 4 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 正极区氢氧根离子向左侧移动，离子交换膜b为阴离子交换膜，负极区钠离子向右侧移动，离子交换膜a为阳离子交换膜，中间储液器中NaOH的浓度不断变大，A、B正确； 充电时，电极Ⅰ为阴极，得到电子发生还原反应，C错误； 1 2 3 4 充电时，电极Ⅱ为阳极，反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电路中每通过1 mol电子，中间储液器有1 mol氢氧根离子进入阳极室， 同时生成0.25 mol氧气，阳极室溶液质量理论上增加17 g－8 g＝9 g，D正确。 SO 离子交换膜的作用是不允许Ag＋穿过，只允许NO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NO就通过阴离子交换膜向负极移动。 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)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SO通过隔膜向Ⅱ区迁移 C.MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋ ===Mn2＋＋2H2O D.电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)＋Mn2＋＋2H2O 电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)＋Mn2＋＋2H2O，D正确。 Zn(OH) Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移，B正确； B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2＋ 2NO＋8H2O2NH＋5SO＋8H＋ C.充电时，电极Ⅰ的电极反应式为2S－2e－===S 负极，发生氧化反应：2S－2e－===S； $$