专题1 专题突破(一) 离子交换膜在电化学中的应用-【金版新学案】2025-2026学年新教材高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

本高中化学讲义聚焦离子交换膜在电化学中的应用，先系统梳理其分类（阳离子、阴离子、质子、双极膜）及核心作用（隔离两极区、选择性透过离子平衡电荷），再通过新型电源、电解、双极膜三类应用实例及解析，构建从基础概念到实际应用的学习支架。 资料以分类明晰的知识体系为基础，结合浓差电池、电解制备Co等典型例题，深入分析电极反应与离子迁移，培养科学思维与化学观念。课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过针对练巩固知识，查漏补缺，提升解决电化学问题的能力。

1.常见的离子交换膜 离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。 离子交换膜分类如下： 阳离子 交换膜 只允许阳离子通过，不允许阴离子通过 阴离子 交换膜 只允许阴离子通过，不允许阳离子通过 质子 交换膜 只允许H＋通过，不允许其他阳离子或阴离子通过 双极 隔膜 是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离的产物H＋和OH－可在电场力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 2.离子交换膜的作用 (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)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 类型一　离子交换膜在新型电源中的应用 针对练1.以AgNO3浓差电池(电解质溶液浓度不同形成的电池)为电源，以石墨为电极将NH3转化为较高纯度的H2装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.电极A上的反应为2NH3－6e－N2↑＋6H＋ B.由于存在阴离子交换膜，电解过程中乙池溶液pH不变 C.当产生1.12 L H2(标准状况)时，丙室中电解质溶液质量减少17 g D.电池停止工作后，若要使电池恢复到初始状态，Ag(2)连接的是电源负极 答案：C 解析：从图示来看，电极A产生N2，应为电解池的阳极，左边浓差电池Ag(2)连接电极A，做原电池的正极，N向丁室迁移，阴离子交换膜允许OH－通过，电极A上的反应为2NH3－6e－＋6OH－N2↑＋6H2O，故A错误；电极A电极反应为2NH3－6e－＋6OH－N2↑＋6H2O，OH－从甲移到乙进行补充，但反应生成了水，故乙池NaOH溶液pH会减小，故B错误；产生1.12 L H2(标准状况)时，转移0.1 mol电子，丙室会有0.1 mol Ag＋生成Ag单质，同时有0.1 mol N从丙室移向丁室，一共减少17 g，故C正确；由于浓差电池中，Ag(2)电极的Ag＋浓度已经减小，若要使电池恢复到初始状态，Ag(2)电极需发生氧化反应(活性电极)产生Ag＋，则Ag(2)需要和电源正极相连，故D错误。 针对练2.Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列说法错误的是(　　) A.充电时，电池的总反应Li2O22Li＋O2 B.放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移 C.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关 D.放电时，正极发生反应 O2＋2Li＋＋2e－Li2O2 答案：B 解析：光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O22Li＋O2，A正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，B错误；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，C正确；放电时总反应为2Li＋O2Li2O2，正极反应为O2＋2Li＋＋2e－Li2O2，D正确。 类型二　离子交换膜在电解中的应用 针对练3.钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　) A.工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大 B.生成1 mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g C.移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变 D.电解总反应：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋ 答案：D 解析：由题图可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液 pH减小，Ⅰ中H＋的物质的量不变，但H2O放电，c(H＋)增大，pH减小，故A错误；阴极生成1 mol钴，阳极有1 mol水放电，生成的O2逸出，H＋迁移到Ⅱ室，则Ⅰ室溶液质量减少18 g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会优先在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜后，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误。 学生用书⬇第33页 针对练4.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H2P穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2　(3)P　H2P(或H3PO2)被氧化 类型三　双极膜在电化学中的应用 针对练5.我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－⥫⥬[OCH2O]2－＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2——e－HCOO－＋H·。下列说法错误的是(　　) A.电解一段时间后阳极区c(OH－)减小 B.理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离 C.阳极总反应式为2HCHO＋4OH——2e－2HCOO－＋H2↑＋2H2O D.阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－CHOCOOH＋H2O 答案：B 解析：在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O－：HCHO＋OH－→HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－⥫⥬[OCH2O]2－＋H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2——e－HCOO－＋H·，H·结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC－COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC－COOH：H2C2O4＋2e－＋2H＋OHC－COOH＋H2O，OHC－COOH与HO－N＋H3反应生成HOOC－CHN－OH：OHC－COOH＋HO－N＋H3→HOOC－CHN－OH＋H2O＋H＋，HOOC－CHN－OH发生得电子的还原反应转化成H3N＋CH2COOH：HOOC－CHN－OH＋4e－＋5H＋H3N＋CH2COOH＋H2O。根据分析，电解过程中，阳极区消耗OH－、同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH－)减小，A项正确；根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4＋HO－N＋H3＋6e－＋6H＋H3N＋CH2COOH＋3H2O，1 mol H2O解离成1 mol H＋和1 mol OH－，故理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有6 mol H2O解离，B项错误；根据分析，结合装置图，阳极总反应为2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C项正确；根据分析，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4＋2e－＋2H＋OHC－COOH＋H2O，D项正确。 针对练6.用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(如图)，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(　　) A.电解总反应：KNO3＋3H2ONH3·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 答案：B 解析：由大电流催化电解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，电极反应式为N＋8e－＋7H2ONH3·H2O＋9OH－，电极b为阳极，电极反应式为4OH——4e－O2↑＋2H2O，电解总反应为KNO3＋3H2ONH3·H2O＋2O2↑＋KOH，故A正确；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。 针对练7.香港城市大学、中国科学院深圳先进技术研究院和深圳大学合作，证明了TiO2纳米片在酸性条件下具有本征差的析氢活性，展现出快速选择性地将硝酸根离子还原为氨的催化性能。下列有关装置放电过程(如图所示)的叙述错误的是(　　) A.电子由a极经用电器流向b极 B.a极为负极，b极发生还原反应 C.b极上的电极反应式为N＋8e－＋6H2ONH3↑＋9OH－ D.a极质量减少2.60 g时，双极膜中有0.08 mol H＋向a极区迁移 答案：D 解析：a极上Zn发生失电子的氧化反应转化成Zn2＋，a极为负极，b极上硝酸根离子发生得电子的还原反应转化成NH3，b极为正极。放电时，电子由负极(a极)经用电器流向正极(b极)，A项正确；根据分析，a极为负极，b极为正极，b极上N发生还原反应，B项正确；b极上硝酸根离子发生还原反应转化成NH3，电极反应式为N＋8e－＋6H2ONH3↑＋9OH－，C项正确；a极电极反应式为Zn－2e－Zn2＋，a极减少Zn的物质的量为＝0.04 mol，电路中通过电子物质的量为0.08 mol，b极电极反应式为N＋8e－＋6H2ONH3↑＋9OH－，双极膜中有0.08 mol OH－向a极区迁移，D项错误。 学生用书⬇第34页 1.直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)是一种以H2O2作为燃料和氧化剂的新型液态燃料电池，能在无氧环境下工作，可作为空间站和水下使用的电源，其工作原理如图所示(正、负极电极均为石墨电极)。下列说法错误的是(　　) A.H2O2在左侧石墨电极上发生氧化反应 B.离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜 C.右侧石墨电极的电极反应式为H2O2＋2e－＋2H＋2H2O D.当外电路转移0.3 mol电子时，中间室溶液质量减轻52.2 g 答案：D 解析：根据中间室K2SO4溶液变成淡水和左、右两室流出的都是K2SO4溶液可知，左侧石墨电极为负极，右侧石墨电极为正极，故H2O2在左侧石墨电极上发生氧化反应，A正确；中间室S向左室移动，K＋向右室移动，从而生成硫酸钾，故离子交换膜1为阴离子交换膜，离子交换膜2为阳离子交换膜，B正确；右侧石墨为正极，电极的电极反应式为H2O2＋2e－＋2H＋2H2O，C正确；当外电路转移0.3 mol电子时，有0.15 mol S移向左室，有0.3 mol K＋移向右室，即中间室减少0.15 mol K2SO4，则中间室溶液质量减轻0.15 mol×174 g·mol－1＝26.1 g，D错误。 2.“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为＋H2。下列说法错误的是(　　) A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍 B.阴极反应：2H2O＋2e－2OH－＋H2↑ C.电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动 D.阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑ 答案：A 解析：传统电解水过程中每转移4 mol e－可制得2 mol H2，耦合HCHO高效制H2过程中每转移4 mol e－，阴、阳极均可产生2 mol氢气，则相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误；该电解池阴极的电极反应为2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑，B正确；综合图像中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知，OH－通过交换膜向b极区移动，C正确；由题目已知信息及图像可知，HCHO失去电子转化为HCOO－，作阳极，电极反应式为2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑，D正确。 3.一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是(　　) A.阳极反应：2Cl——2e－Cl2↑ B.阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高 C.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g D.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g 答案：C 解析：右侧溶液为饱和食盐水，右侧电极产生气体，则右侧电极为阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应为2Cl——2e－Cl2↑；左侧电极为阴极，发生还原反应，Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，电极反应为Fe2O3＋6e－＋3H2O2Fe＋6OH－；中间为阳离子交换膜，Na＋由阳极向阴极移动。由分析可知，阳极反应为2Cl——2e－Cl2↑，A正确；由分析可知，阴极反应为Fe2O3＋6e－＋3H2O2Fe＋6OH－，消耗水产生OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，B正确；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g＋6×23 g＝351 g，C错误；由分析可知，理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，有6 mol Na＋由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加6×23 g＝138 g，D正确。 4.在直流电场作用下双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并分别向两极迀移。如图所示装置，可将捕捉的二氧化碳转化为CaCO3而矿化封存，减少碳排放，同时得到氧气、氢气、高浓度盐酸等产品。下列说法正确的是(　　) A.CaCO3在碱室形成 B.两个双极膜中间层的H＋均向右移动 C.向碱室中加入NaHCO3固体，有利于CO2的矿化封存 D.b极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋ 答案：D 解析：由图可知，C通过中间室的左侧阴离子交换膜进入中间室内与Ca2＋结合形成碳酸钙，CaCO3 在中间室形成，故A错误；由图可知，右侧双极膜中氢离子进入酸室生成盐酸，左侧双极膜中氢离子左移在电极a上发生还原反应生成H2，故B错误；碱室中二氧化碳和碱反应生成碳酸根离子，碳酸根离子通过中间室的左侧阴离子交换膜进入中间室内，与Ca2＋结合形成碳酸钙，加入NaHCO3固体会消耗氢氧根不利于CO2的吸收，故C错误；b为阳极，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，右侧双极膜中氢氧根进入右侧电极，中和反应产生的氢离子，故D正确。 5.为实现CO2的资源化利用与电能储存，设计如图所示的三室隔膜电解装置(阴极室中注入溶有大量CO2且含有少量水的有机复合电解液)，该装置将CO2还原为CO，同时得到副产物Cl2和碳酸氢盐。下列说法错误的是(　　) 学生用书⬇第35页 A.离子交换膜a为阴离子交换膜 B.阳极反应式：2Cl——2e－Cl2↑ C.浓度：食盐水1＞食盐水2 D.每通过2 mol e－，消耗标准状况下22.4 L CO2 答案：D 解析：阴极CO2得电子转化为CO，电极反应式为3CO2＋2e－＋H2OCO＋2HC，阳极Cl－失电子转化为Cl2，电极反应式为2Cl－2e－Cl2↑，装置要得到副产物Cl2和碳酸氢盐，故阴极产生的碳酸氢根离子和阳极电解液中的钠离子进入中间室，则a为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜。根据分析可知，阴极产生的碳酸氢根离子进入中间室，则a为阴离子交换膜，A正确；根据分析可知，阳极反应式：2Cl——2e－Cl2↑，B正确；由于阳极区产生氯气消耗氯离子且钠离子向中间室迁移，故氯化钠浓度减小，浓度：食盐水1＞食盐水2，C正确；根据电极反应：3CO2＋2e－＋H2OCO＋2HC，每通过2 mol e－，消耗标准状况下67.2 L CO2，D错误。 课时测评9　离子交换膜在电化学中的应用 (时间：45分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1－10题，每小题3分，共30分。 1.某种新型可充电电池具有较高的循环使用寿命，工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A.放电时，A极为正极 B.放电过程中转移1 mol e－，正极质量增加14 g C.充电时B极电极反应式为Pb3C2O7＋H2O＋6e－3Pb＋2C＋2OH－ D.充电过程中转移0.5 mol e－，理论上有0.5 mol KOH被消耗 答案：D 解析：放电时，A极为正极，A正确；放电时正极二氧化锰转化为碳酸锰，1 mol二氧化锰转移2 mol电子，相当于增重1 mol CO，所以转移1 mol e－，正极质量增加14 g，B正确；充电时B极为阴极，得到电子，电极反应式为Pb3C2O7＋H2O＋6e－3Pb＋2C＋2OH－，C正确；总的电极方程式为Pb3C2O7＋3MnCO3＋10KOH3Pb＋3MnO2＋5K2CO3，整个反应转移6 mol电子，消耗10 mol的KOH，所以充电过程中转移0.5 mol e－，理论上有 mol KOH被消耗，D错误。 2.我国科学家发明了一种Zn-PbO2可充电电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个电解质溶液区域，电池结构如图所示。电池工作时Ⅱ区域的浓度增大，下列说法不正确的是(　　) A.图中a为阳离子交换膜 B.Ⅲ区域的电解质为H2SO4 C.放电时，PbO2电极的电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋Pb2＋＋2H2O D.充电时，当外电路通过2 mol电子时，Ⅱ区域电解质质量减少174 g 答案：C 解析：该电池为Zn-PbO2电池，从图中可知，Zn发生氧化反应转化为[Zn(OH)4]2－，故锌极为负极、PbO2极为正极，则Ⅰ区为KOH，Ⅱ区为K2SO4，Ⅲ区为H2SO4；放电时正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SPbSO4＋2H2O，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－[Zn(OH)4]2－，为了溶液维持电中性，Ⅰ区钾离子进入Ⅱ区，Ⅲ区硫酸根离子进入Ⅱ区，故a为阳离子交换膜、b为阴离子交换膜；由分析知，a为阳离子交换膜，A正确；由分析知，Ⅲ区域的电解质为H2SO4，B正确；放电时，PbO2电极的电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SPbSO4＋2H2O，C错误；根据溶液保持电中性，充电时，当外电路通过2 mol电子时，Ⅱ区域电解质质量减少1 mol K2SO4为174 g，D正确。 3.膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用。有人设想利用电化学原理制备少量硫酸，装置图如下。下列说法不正确的是(　　) A.a是负极 B.b极发生还原反应 C.溶液中H＋从左边迁移到右边 D.电子由a极经电解质溶液流向b极 答案：D 解析：左侧a极处二氧化硫被氧化为硫酸，故a极为负极，A不符合题意；右侧有氧气通入，会发生还原反应，B不符合题意；溶液中的阳离子移向正极，故H＋从左边迁移到右边，C不符合题意；电子只能从导线通过，不从电解质溶液通过，D符合题意。 4.某厂采用电化学原理回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。 下列说法正确的是(　　) A.废气中CO2和SO2排放到大气中均会形成酸雨 B.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2 C.装置b中应该使用阳离子交换膜 D.装置b是把化学能转化成电能的装置 答案：C 解析：含二氧化硫和二氧化碳的废气通入碳酸氢钠溶液中，二氧化硫与碳酸氢钠溶液反应生成二氧化碳和亚硫酸钠，二氧化碳气体通入装置b的右室，CO2在电源右侧电极上反应生成HCOOH，则CO2得电子，右侧电极为阴极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋HCOOH；碳酸氢钠和亚硫酸钠混合溶液通入装置b的左室，左侧电极上亚硫酸根离子失电子生成硫酸根离子，则左侧电极为阳极，电极反应式为S－2e－＋H2OS＋2H＋，据此作答。CO2排放到大气中不会形成酸雨，故A错误；装置a中溶液的作用是吸收二氧化硫气体，二氧化碳与碳酸氢钠溶液不反应，不能吸收，故B错误；依据分析可知，阴极需要氢离子，阳极生成氢离子，所以装置b中应该使用阳离子交换膜，故C正确；装置b是把电能转化成化学能的装置，故D错误。 5.在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水如图所示，下列说法正确的是(　　) A.电极A为阳极，发生还原反应生成氯气 B.离子交换膜为阴离子交换膜 C.饱和NaCl溶液从a处进，NaOH溶液从d处出 D.OH－迁移的数量等于导线中通过电子的数量 答案：C 解析：电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气，故A错误；阳极反应式为2Cl——2e－Cl2↑，阴极：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－；为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生反应，氢氧化钠要从d口流出，所以要防止OH－流向阳极即电极A，该离子交换膜为阳离子交换膜，故B错误；根据B选项的分析可知饱和NaCl溶液从a处进，NaOH溶液从d处出，故C正确；因为有阳离子交换膜的存在，OH－不发生迁移，故D错误。 6.采用电化学方法使Fe2＋与H2O2反应，可生成非常活泼的·OH(羟基自由基)中间体用于降解废水中的有机污染物，原理如下图所示。下列说法不正确的是(　　) A.X上发生的电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋ B.可将X电极上产生的O2收集起来，输送到Y电极继续使用 C.根据装置推测，Y电极是阳极，·OH在该电极侧产生 D.起始时，在Y电极附近加入适量Fe2＋或Fe3＋，均能让装置正常工作 答案：C 解析：据图可知X电极上H2O失电子生成氧气，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，故A正确；据图可知Y电极上的反应物有O2，而X电极产生O2，所以将X电极上产生的O2收集起来，输送到Y电极继续使用，故B正确；据图可知该装置工作时Fe2＋与Fe3＋循环转化，所以起始时，在Y电极附近加入适量Fe2＋或Fe3＋，均能让装置正常工作，故D正确。 7.我国科学家开发出在碱性海水里直接电解制氢的技术，工作原理如图1所示。MnOx隔水薄膜可以起到阻挡Cl－与电极催化剂活性中心接触的作用，电极A含有M金属催化剂，发生的电极反应过程如图2所示，离子交换膜选择性透过参与电极A反应的物质。下列说法错误的是(　　) A.A极连接电源负极 B.离子交换膜为阴离子交换膜 C.A极电极反应式为4OH——4e－O2↑＋2H2O D.去掉隔水薄膜后A极会产生Cl2 答案：A 解析：由图示反应原理可知，A极发生失电子反应，为阳极，与电源正极相连，故A项错误；离子交换膜允许参与电极A反应的OH－通过，为阴离子交换膜，故B项正确；A极电极反应式为4OH——4e－O2↑＋2H2O，故C项正确；去掉隔水薄膜，Cl－会在A电极失去电子生成Cl2，故D项正确。 8.近日，科学家合成炭黑负载的单原子Co－N－C催化剂(CB@Co－N－C)用于制备H2O2，具有绿色环保、反应条件温和的优点，在电解质循环模式下装置如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.甲极上发生氧化反应 B.膜X为质子交换膜 C.每生成34 g H2O2至少转移1 mol电子 D.乙极可能产生氢气 答案：C 解析：甲极是阳极发生氧化反应，故A项正确；甲极上水被氧化为O2，同时产生的氢离子通过膜X向乙极迁移，膜X为质子交换膜，故B项正确；乙极上的O2被还原为H2O2，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋H2O2，生成34 g H2O2即1 mol至少需要2 mol电子，故C项错误，乙极上还可能发生副反应式为2H＋＋2e－H2↑，故D项正确。 9.K2Cr2O7具有强氧化性，工业上制备它的一种原理如图所示，其中右侧电解室内存在2Cr＋2H＋⥫⥬H2O＋Cr2。下列说法正确的是(　　) A.电源的电极电势：a＞b B.石墨电极上的电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑ C.当电路中有2 mol电子转移时，透过膜X的离子为1 mol D.铁电极上发生氧化反应 答案：B 解析：根据图示，左侧电解室KOH的浓度在增加，因此在左侧电解室会生成OH－，且K＋会从右侧电解室经离子交换膜X移动到左侧电解室；可知，左侧为阴极室，a为电源的负极，电极方程式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－；右侧为阳极室，电极方程式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，产生了H＋，在酸性条件下，Cr转化为Cr2，与题意相符，可知b为电源的正极。根据上述分析，a为电源的负极，b为电源的正极，电极电势：a＜b，A错误；根据分析，石墨与电源正极相连，为阳极，电极方程式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，B正确；整个电解池相当于一个串联电路，在电路中，经过任何一个截面的电量都是相同的，K＋会从右侧电解室经离子交换膜X移动到左侧电解室，因此当电路中有2 mol电子转移时，透过膜X的离子也是2 mol，C错误；根据上述分析，铁电极与a相连，a为电源负极，则铁电极为阴极，电极上发生还原反应，D错误。 10.设计如图装置回收金属钴，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。保持细菌所在环境pH稳定，借助细菌降解乙酸盐生成CO2，同时将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2＋。已知电极材料均为石墨材质，下列说法错误的是(　　) A.左侧装置为电解池，右侧装置为原电池 B.装置工作时，左侧装置中H＋从左室经阳膜移向甲室 C.左侧装置a电极反应式为CH3COO——8e－＋2H2O2CO2↑＋7H＋ D.右侧装置d电极反应式为LiCoO2＋e－＋2H2OLi＋＋Co2＋＋4OH－ 答案：D 解析：由题意可知，右侧装置为原电池，则左侧装置为电解池，A正确；细菌所在环境pH稳定，b电极发生还原反应Co2＋＋2e－Co，而细菌所在环境发生CH3COO——8e－＋2H2O2CO2↑＋7H＋，产生的氢离子向甲室移动，B正确；电解池中，与原电池正极相连的a电极为阳极，CH3COO－在阳极失去电子发生氧化反应生成CO2和H＋，电极反应式为CH3COO——8e－＋2H2O2CO2↑＋7H＋，C正确；右侧装置d电极为正极，酸性条件下LiCoO2在正极得到电子发生还原反应生成Li＋、Co2＋和H2O，电极反应式为LiCoO2＋e－＋4H＋Li＋＋Co2＋＋2H2O，D错误。 11.(16分)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取系列化工产品的重要化学工业。但氯碱工业是高耗能产业，某氯碱厂工程师设计如下新工艺，相关物料的传输与转化关系如图所示，将电解池与原电池相结合的新工艺可以节能30％以上，这样大大降低能耗，节约资源。请回答下列问题： (1)装置中，A为　　　　　，B为　　　　　(填“电解池”或“原电池”)。已知离子交换膜1为阳离子交换膜，离子交换膜2是　　　　　(填“质子交换膜”“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。 (2)图中a、b、m、n均为惰性电极，b为　　　　　　极，m为　　　　　　极(填“阴”“阳”“正”或“负”)。X、Y分别是　　　　　　、　　　　　　(填物质名称)，C1　　　　C2(填“＞”“＜”或“＝”)。分别写出a、m电极的电极反应式：　　　　　　　　　　　　　　；　　　　　　　。 (3)这样的设计，主要节能之处在于(写出两处)：　　　　　　　；　　　　　　　。 (4)在标准状况下，若生成Y的体积为44.8 L，则至少通入的空气体积为　　　　　　 L(只考虑空气的主要成分N2和O2)。 答案：(1)原电池　电解池　阳离子交换膜 (2)负　阴　氢气　氯气　＜　O2＋4e－＋2H2O4OH－　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－ (3)燃料电池可以补充电解池消耗的电能　提高产出碱液的浓度(降低能耗)　(4)112 解析：由图分析可得，B装置是精制NaCl溶液进入，流出的是稀的NaCl溶液，B是电解池，n极是氯离子放电生成氯气，为电解池的阳极，m为电解池的阴极，阴极生成氢气；A为燃料电池，负极是氢气失电子发生氧化反应，正极是氧气得电子，发生还原反应，据此分析解答。(1)由分析可知，A为原电池，B为电解池；由于是精制NaCl溶液进入，出的是稀的NaCl溶液，因此离子交换膜2为阳离子交换膜；(2)由分析可知，b为负极，m为阴极，X是氢气，Y是氯气；a极是氧气得电子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O4OH－，m极发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－；(3)这样设计燃料电池可以补充电解池消耗的电能，并且可以提高产出碱液的浓度(降低能耗)；(4)因转移电子相等，阳极生成标准状况下氯气44.8 L，即2 mol，则转移电子为4 mol，所以正极上至少消耗1 mol氧气需5 mol空气，故至少消耗空气的体积为112 L。 12.(14分)按要求回答下列问题。 (1)利用如图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。 ①结合方程式简述提取CO2的原理：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。处理至合格的方法是　　　　　　 　　　　　　　。 (2)电催化氮气还原合成氨是一种常温常压条件下利用水作为氢源的低碳环保路线，电催化合成氨装置如图： ①a为　　　　　　极。 ②该装置总反应化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 (3)微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术，MFC碳氮联合同时去除的氮转化系统原理如图。 ①A极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②H＋通过质子交换膜向　　　　　　(填“A”或“B”)电极区溶液移动。 答案：(1)①a室：2H2O－4e－4H＋＋O2↑，氢离子通过阳离子交换膜进入b室，发生反应H＋＋HCCO2↑＋H2O　②用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH　(2)①负　②2N2＋6H2O4NH3＋3O2　 (3)①CH3COO——8e－＋2H2O2CO2↑＋7H＋　②B 解析：(1)①a室为阳极，水电离的氢氧根放电：2H2O－4e－4H＋＋O2↑，氢离子通过阳离子交换膜进入b室，与海水中的碳酸氢根发生反应H＋＋HCCO2↑＋H2O；②用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海，c室为阴极，发生还原反应，水电离的氢离子放电：2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至装置入口海水的pH。 (2)①N2转化为NH3，N元素化合价降低，此极为电解池的阴极，对应a为电源的负极、b为电源的正极；②由图示可知，电极反应物为N2和H2O，生成物为NH3和O2，反应的总化学方程式为2N2＋6H2O4NH3＋3O2。 (3)①微生物燃料电池A极上CH3COO－转化为CO2，电极B为正极，A极的电极反应式为CH3COO——8e－＋2H2O2CO2↑＋7H＋；②溶液中H＋向正极移动，即向B电极区溶液移动，所以H＋通过质子交换膜向B电极区溶液移动。 学科网（北京）股份有限公司 $