专题03 多池串联装置分析（重难点讲义）化学人教版2019选择性必修1

专题03 多池串联装置分析 1.掌握多池串联装置的类型判断。 2.能准确区分有外接电源和无外接电源的装置类型。 3.理解多池串联的工作原理，明确串联电路中电子转移守恒原则。 一、有外接电源的电解池的串联装置 有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池，即甲池为电镀池，乙、丙池均为电解池。 二、无外接电源的原电池与电解池的串联装置 1.根据装置特征判断装置类型 串联装置中有非常直观的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等，则该装置为原电池，其余的为电解池，如图中甲池为原电池，乙、丙池为电解池，且电极A、C为阳极，电极B、D为阴极。 2.根据电池的电极材料和电解质溶液判断装置类型 原电池一般是有两种不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极（惰性电极）；而电解池则一般两个都是惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如上图所示，乙池为原电池，甲池为电解池。 三、电化学计算的三种方法 1.以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式： 4e－～～ （式中M为金属，n为其离子所带的正电荷数） 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 2.串联电池中，各电极上转移电子的物质的量是相等的，这是串联电池相关计算的根本依据。 四、多室装置 为实现特定功能的需求，在电化学装置中增加离子交换膜，将原电池或电解池装置分隔成两个或多个相对独立的室，称为多室装置。 1.两种常考的多室装置 （1）三室电解池 利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。 阴极的NO被还原为N，电极反应式为NO＋5e－＋6H＋N＋H2O，N通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为N，电极反应式为NO－3e－＋2H2ON＋4H＋，N通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3。 （2）多室电解池 利用“四室电渗析法”制备H3PO2（次磷酸），其工作原理如图所示： 电解稀硫酸的阳极反应式：2H2O－4e－O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2P通过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应式：　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。 2.离子迁移方向的判断 （1）离子从“生成区”移向“消耗区”（以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示） （2）离子从“原料区”移向“产品区”（以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示） （3）离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区（以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极） 题型01 有外接电源的串联装置 【典例01】如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是(　　) A．X极是电源负极，Y极是电源正极 B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑ C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大 D．Pt极上有6．4 g Cu析出时，b极产生2．24 L(标准状况)气体 【变式探究】高矿化度矿井水节能脱盐新技术是利用有机物（C8H18）和水作电极反应物的电解池，借助离子交换膜进行离子交换脱盐，其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是（　　） A.每脱除1 mol NaCl，外电路转移2 mol电子 B.反应过程中阳极室的pH变小 C.标准状况下，每消耗11.2 L氧气，电路中转移1 mol电子 D.负极的电极反应式为C8H18＋16H2O－50e－8CO2↑＋50H＋ 题型02 无外接电源的串联装置 【典例02】用稀盐酸与稀溶液(碱稍过量)测定中和反应的反应热时，下列有关说法错误的是 1．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是(　　) A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成 B．甲池中负极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋ C．甲池和乙池中溶液的pH均减小 D．当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体 【变式探究】设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法错误的是(　　) A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小 B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸 C．乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－===Li＋＋Co2＋＋4OH－ D．若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移 题型03 多池串联分析 【典例03】如图串联装置中，通电一段时间后，发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，甲中产生4.48 L气体（标准状况下）。下列说法不正确的是（　　） A.丙中Cu电极质量增加43.2 g B.电解过程中丙中溶液酸碱性无变化 C.向甲中通入0.2 mol氯化氢气体，可使溶液恢复到电解前的状态 D.乙中左侧电极反应式：Cu2＋＋2e－Cu 【变式探究】利用双离子交换膜电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，原理如图所示。下列叙述正确的是（　　） A.产品室发生的反应为N＋OH－NH3·H2O B.N室中硝酸溶液浓度：a％＞b％ C.a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜 D.M、N室分别产生氧气和氢气 题型04 多池串联相关计算 【典例04】二十大报告明确了生态文明建设的总基调是推动绿色发展。NO-空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合。某化学兴趣小组用如图装置模拟工业处理废气和废水的过程。已知电极材料均为惰性电极。回答下列问题： (1)甲池在放电过程中的负极反应式为___________________________________________________。 (2)乙池中通入废气SO2的电极为____极，电池总反应的离子方程式为_____________________________。 (3)b为____________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L－1的盐酸时，M室中的溶液的质量变化为____________(溶液体积变化忽略不计)。 (4)若在标准状况下，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____________L。 【变式探究】某甲醇燃料电池的工作原理如图所示，质子交换膜（只有质子能够通过）左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。当电池中有1 mol电子发生转移时，左右两侧溶液的质量之差为g（假设反应物耗尽，忽略气体的溶解）。 【巩固练】 1.（25-26高二上·福建·期中）电解硫酸钠溶液制取某电池材料的前驱体，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．b电极电势低于a B．交换膜B为阳离子交换膜 C．通电一段时间后，Ⅰ室pH降低 D．当Ⅲ室产生时，理论上Ⅰ室中质量减少3.2 g 2.（25-26高二上·福建·期中）某兴趣小组以甲烷燃料电池为电源研究有关电化学的问题。丁池中，利用离子交换膜控制电解液中来制备纳米，下列说法不正确的是 A．甲池中，通入甲烷一极的电极反应式为： B．乙池中，电解总反应化学方程式为： C．丙池中反应一段时间后，溶液中将减小 D．丁池离子交换膜为阴离子交换膜，阴离子移动方向为从右往左 3.（25-26高二上·山东淄博·期中）微生物燃料电池不仅可以获得高效能源，还能合成电子工业清洗剂四甲基氢氧化铵，采用微生物燃料电池电渗析法合成的工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．c是阴离子交换膜，d为阳离子交换膜 B．电子移动方向为电极电极电极电极 C．制备时，可收集处产物并重新添加固体，以重复使用 D．制备时，电极b处产生(标准状况下)气体 4.（25-26高二上·山东·期中）下图是一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置示意图。下列说法正确的是 A．石墨电极反应式为 B．A膜为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜 C．电解过程中，甲池需要不断补充，丙池需要不断补充 D．电解过程中，导线中每通过电子，甲池质量减少 5.（2025高二上·湖南株洲·期中）利用电化学原理，将、和熔融制成燃料电池，模拟工业电解法来精炼银，装置如图所示。 下列有关说法正确的是 A．甲池工作时，往石墨Ⅱ电极方向迁移 B．甲池工作时，转变成绿色硝化剂Y，Y是，可循环使用，则正极发生的电极反应为 C．若石墨Ⅰ消耗4.6 g ，则理论上乙中阳极得到Ag的质量为10.8 g D．甲池工作时，理论上石墨Ⅰ产生的Y不够石墨Ⅱ消耗 6.（25-26高二上·北京·期中）双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的解离成和，作为和离子源。利用双极膜电渗析法处理含NaA的废水，工作原理如图，图中“→”和“←”表示离子通过交换膜的方向。下列说法错误的是 A．R电极与电源正极相连。 B．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜 C．产品X、Y二者浓度一定相同 D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1 mol电子，两极共得到1 mol气体 7.（25-26高二上·福建泉州·期中）模拟海水淡化，并获得浓盐酸和浓NaOH溶液。双极膜组合电解装置示意图如图。阳极、阴极区溶液分别为稀NaOH、稀盐酸。双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜构成，在直流电场的作用下，双极膜间解离成和，并向两极迁移。下列说法错误的是 A．X极是阳极 B．Y极产生1 mol H2时，双极膜有2 mol H2O发生解离 C．电解后在a出口可获得较浓的盐酸，b出口得到淡水 D．电解过程中阳极区溶液中的n(OH-)变小 8.（25-26高二上·河南南阳·期中）某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。下列有关判断正确的是 A．甲池为原电池，乙池中A（石墨）电极上发生还原反应析出银单质 B．电池工作一段时间后，甲池的pH会增大（忽略溶液体积变化） C．若将CuCl2溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙池中溶液的pH将增大 D．当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中至少需通入消耗0.28 L O2 9.（25-26高二上·河南南阳·期中）科学家开发新型电化学装置，用于从卤水[含 等离子]中提取锂盐，简易装置如图所示。已知通电后a电极上发生的反应是 下列说法不正确的是 A．该装置工作一段时间后，在淡水池中得到LiX B．c、d电极分别发生氧化反应、还原反应结合、释放X⁻ C．若卤水池中的卤水和淡水池中的淡水均足量，该装置提取锂盐效果不明显时，分别将a与b、c与d电极对调可继续工作 D．充分电解后，将电源的正极、负极对调，淡水池中c(Li⁺)增大 10.（25-26高二上·四川南充·期中）以浓差电池(电解质溶液浓度不同形成的电池)为电源，石墨为电极将转化为较高纯度的装置如图所示(已知：浓差电池停止工作时阴离子交换膜两侧溶液浓度相等)。下列说法错误的是 A．Ag(2)电极电势高于Ag(I)电极电势 B．电极A上发生的电极反应为 C．工作时，B电极附近溶液的pH增大 D．生成0.5 mol 时，丁室电解质溶液质量增加108 g 【强化练】 11.（24-25高二下·河北秦皇岛·期末）双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的转化为而矿化封存的，其工作原理如图所示。双极膜中间层中的解离成和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是 A．电势：电极M>电极N B．交换膜1和交换膜2均为阳离子交换膜 C．消耗1Ah电量时，阴阳两极生成气体的物质的量之比为1∶2 D．该技术中电解固碳总反应的离子方程式为 12.（24-25高二下·浙江温州·期末）电解含的水溶液制备金属Co，其装置如图： 下列说法不正确的是 A．Co电极应连接电源的负极 B．石墨极上发生的电极反应是 C．工作时，移动方向：Ⅱ室Ⅲ室 D．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少18g 13.（24-25高二下·河南安阳·期末）海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法等，其中电渗析法是利用电解原理通过多组电渗析膜实现，工作原理如图所示(假设以KCl溶液代替海水)，同时获得产品、、，还有淡水。下列说法错误的是 A．出口Ⅰ接收的为淡水 B．n为直流电源的负极 C．膜、分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜 D．电极E处产生的气体X为 14.（24-25高二下·内蒙古赤峰·期末）我国科学家设计了一种催化剂同时作用在阴阳极的电解装置，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．极电极反应式为 B．若有通过质子交换膜，则理论上有被转化 C．电解总反应为 D．若以铅酸蓄电池为电源，则B极应与Pb极相连接 15.（24-25高二下·湖南衡阳·期末）现以CO、O2、熔融盐Z（Na2CO3）组成的燃料电池，采用电解法制备N2O5，装置如图所示，其中Y为CO2，下列说法正确的是 A．甲池石墨I是原电池的正极，发生还原反应 B．乙池左端Pt极电极反应式： C．甲池石墨Ⅱ发生的电极反应： D．若甲池消耗氧气2.24L，则乙池中产生氢气0.2mol 16.（25-26高二上·辽宁大连·期中）如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯中分别盛放200 mL含酚酞的NaCl溶液、CuSO4溶液、MgCl2溶液，a、b，e、f电极均为石墨电极。通电一段时间后，a极附近首先变红色，下列有关说法正确的是     A．M接电源的正极 B．乙中d电极上有红色固体析出 C．当f极生成0.224 L某一种气体时(已经换算为标准状况)，常温下甲中溶液的pH=13(忽略溶液体积的变化) D．丙中原理可用于工业制备镁单质 17.（25-26高二上·山东青岛·期中）工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。已知： ①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解； ②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)。 下列说法中不正确的是 A．碳棒上发生的电极反应：4OH--4e-=O2↑＋2H2O B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断增大 C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应的总方程式不发生改变 18.（25-26高二上·河北衡水·期中）电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，工作原理如图。下列有关说法错误的是 A．阳极可发生电极反应： B．阴极附近溶液的pH增大 C．a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜 D．Ⅰ、Ⅱ分别是浓海水、淡水出口 19.（24-25高二下·湖南·期末）工业上利用电解含Co（Ⅱ）的水溶液制备金属Co和的装置如图。下列说法正确的是 A．Co电极应连接电源的正极 B．“电解”时石墨电极的电极反应为 C．膜Ⅰ和膜Ⅱ分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜 D．溶液浓度的大小： 20.（24-25高二下·江西宜春·期末）利用原电池原理可实现对废水中的有机物进行无害化处理。如图是一种处理废水中有机物的原理示意图，下列说法正确的是 A．M极发生的电极反应为 B．若为正丙醇，每处理1mol正丙醇，M极消耗 C．当M极附近生成51.5g固体时，有1.5mol的由Ⅱ区进入Ⅲ区 D．发生反应后N极附近溶液的pH增大 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题03 多池串联装置分析 1.掌握多池串联装置的类型判断。 2.能准确区分有外接电源和无外接电源的装置类型。 3.理解多池串联的工作原理，明确串联电路中电子转移守恒原则。 一、有外接电源的电解池的串联装置 有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池，即甲池为电镀池，乙、丙池均为电解池。 二、无外接电源的原电池与电解池的串联装置 1.根据装置特征判断装置类型 串联装置中有非常直观的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等，则该装置为原电池，其余的为电解池，如图中甲池为原电池，乙、丙池为电解池，且电极A、C为阳极，电极B、D为阴极。 2.根据电池的电极材料和电解质溶液判断装置类型 原电池一般是有两种不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极（惰性电极）；而电解池则一般两个都是惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如上图所示，乙池为原电池，甲池为电解池。 三、电化学计算的三种方法 1.以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式： 4e－～～ （式中M为金属，n为其离子所带的正电荷数） 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 2.串联电池中，各电极上转移电子的物质的量是相等的，这是串联电池相关计算的根本依据。 四、多室装置 为实现特定功能的需求，在电化学装置中增加离子交换膜，将原电池或电解池装置分隔成两个或多个相对独立的室，称为多室装置。 1.两种常考的多室装置 （1）三室电解池 利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。 阴极的NO被还原为N，电极反应式为NO＋5e－＋6H＋N＋H2O，N通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为N，电极反应式为NO－3e－＋2H2ON＋4H＋，N通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3。 （2）多室电解池 利用“四室电渗析法”制备H3PO2（次磷酸），其工作原理如图所示： 电解稀硫酸的阳极反应式：2H2O－4e－O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2P通过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应式：　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。 2.离子迁移方向的判断 （1）离子从“生成区”移向“消耗区”（以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示） （2）离子从“原料区”移向“产品区”（以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示） （3）离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区（以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极） 题型01 有外接电源的串联装置 【典例01】如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是(　　) A．X极是电源负极，Y极是电源正极 B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑ C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大 D．Pt极上有6．4 g Cu析出时，b极产生2．24 L(标准状况)气体 【答案】B 【解析】a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色，依据电解质溶液为氯化钠的酚酞溶液，判断b极是阴极，Y极为电源负极，X极为电源正极，A项错误；电解过程中CuSO4溶液中的水在Pt极失电子生成氧气和氢离子，溶液中铜离子在Cu极得到电子析出铜，溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH逐渐减小，C、D项错误。 【变式探究】高矿化度矿井水节能脱盐新技术是利用有机物（C8H18）和水作电极反应物的电解池，借助离子交换膜进行离子交换脱盐，其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是（　　） A.每脱除1 mol NaCl，外电路转移2 mol电子 B.反应过程中阳极室的pH变小 C.标准状况下，每消耗11.2 L氧气，电路中转移1 mol电子 D.负极的电极反应式为C8H18＋16H2O－50e－8CO2↑＋50H＋ 【答案】B 【解析】A.由两极反应可知，每转移1 mol电子，有1 mol钠离子透过阳离子交换膜向右迁移，同时有1 mol氯离子透过阴离子交换膜向左迁移，故脱除1 mol NaCl，转移1 mol电子，错误；B.a极为阳极，电极反应式为C8H18＋16H2O－50e－8CO2↑＋50H＋，生成氢离子，pH减小，正确；C.标准状况下，每消耗11.2 L即0.5 mol氧气，电路中转移0.5 mol×4＝2 mol电子，错误；D.b极为阴极，电极反应式为O2 ＋2H2O＋4e－4OH－，错误。 题型02 无外接电源的串联装置 【典例02】用稀盐酸与稀溶液(碱稍过量)测定中和反应的反应热时，下列有关说法错误的是 1．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是(　　) A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成 B．甲池中负极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋ C．甲池和乙池中溶液的pH均减小 D．当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体 【答案】C 【解析】该装置图中，甲池为燃料电池，其中左边电极为负极，右边电极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，阴极上Cu2＋得电子生成铜，无气体生成，A错误；甲池溶液呈碱性，电极反应式不出现H＋，B错误；根据甲池的总反应式可知有水生成，电解液被稀释，故碱性减弱，pH减小，乙池的总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解液酸性增强，pH减小，C正确；3.2 g N2H4的物质的量为0.1 mol，转移电子的物质的量为0.4 mol，产生0.2 mol Cu，质量为12.8 g，D错误。 【变式探究】设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法错误的是(　　) A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小 B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸 C．乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－===Li＋＋Co2＋＋4OH－ D．若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移 【答案】C 【解析】电池工作时，左边装置中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体：CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，Co2＋在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO－失去电子后，H＋、金属阳离子通过阳膜移向甲室，甲室溶液pH减小，A正确；对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2＋，同时得到Li＋，电极反应式为LiCoO2＋e－＋4H＋===Li＋＋Co2＋＋2H2O，C错误；依据电子守恒，乙室消耗的H＋比负极CH3COO－反应产生的H＋多，因而需补充盐酸，B正确；根据转移电子守恒，可知没有进行溶液转移时，乙室Co2＋增加的质量是甲室Co2＋减少质量的2倍，而实际二者倍数为＝1.5<2，故此时已进行过溶液转移，D正确。 题型03 多池串联分析 【典例03】如图串联装置中，通电一段时间后，发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，甲中产生4.48 L气体（标准状况下）。下列说法不正确的是（　　） A.丙中Cu电极质量增加43.2 g B.电解过程中丙中溶液酸碱性无变化 C.向甲中通入0.2 mol氯化氢气体，可使溶液恢复到电解前的状态 D.乙中左侧电极反应式：Cu2＋＋2e－Cu 【答案】A 【解析】乙装置左侧电极表面生成的红色固体为Cu，即乙装置左侧为阴极，右侧为阳极；甲装置中，左侧电极为阴极，右侧电极为阳极；丙装置中，左侧电极为阴极，右侧电极为阳极。甲中为电解氯化钾溶液产生氢气和氯气，标准状况下当甲中产生4.48 L气体时，则各产生0.1 mol氢气和氯气，转移电子数为0.2 mol，丙中Cu电极上生成0.2 mol Ag，质量增加0.2 mol×108 g·mol－1＝21.6 g，A错误；在丙装置中，阳极电极反应式：Ag－e－Ag＋，阴极电极反应式：Ag＋＋e－Ag，所以电解过程中丙溶液pH无变化，B正确；由上述分析可知，甲中阳极生成0.1 mol Cl2，阴极生成0.1 mol H2，则向甲中通入0.2 mol氯化氢气体，可使溶液恢复到电解前的状态，C正确；乙中左侧铜离子放电，电极反应式：Cu2＋＋2e－Cu，D正确。 【变式探究】利用双离子交换膜电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，原理如图所示。下列叙述正确的是（　　） A.产品室发生的反应为N＋OH－NH3·H2O B.N室中硝酸溶液浓度：a％＞b％ C.a、c为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜 D.M、N室分别产生氧气和氢气 【答案】A 【解析】该装置用电解法可以从含硝酸铵的工业废水中生产硝酸和氨，M室为阴极室，电极反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，a膜为阴离子交换膜，M室的OH－通过a膜进入产品室，b膜为阳离子交换膜，N通过b膜进入产品室，产品室发生反应：N＋OH－NH3·H2O；N室为阳极室，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，c膜为阴离子交换膜，N通过c膜进入N室，N室为硝酸溶液，电解后浓度增大。产品室发生的反应为N＋OH－NH3·H2O，A正确；N室为硝酸溶液，电解后浓度增大，故N室中硝酸溶液浓度：a％＜b％，B错误；a、c为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，C错误；M、N室分别产生氢气和氧气，D错误。 题型04 多池串联相关计算 【典例04】二十大报告明确了生态文明建设的总基调是推动绿色发展。NO-空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合。某化学兴趣小组用如图装置模拟工业处理废气和废水的过程。已知电极材料均为惰性电极。回答下列问题： (1)甲池在放电过程中的负极反应式为___________________________________________________。 (2)乙池中通入废气SO2的电极为____极，电池总反应的离子方程式为_____________________________。 (3)b为____________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L－1的盐酸时，M室中的溶液的质量变化为____________(溶液体积变化忽略不计)。 (4)若在标准状况下，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____________L。 【答案】(1)NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋　(2)阳　5SO2＋2NO＋8H2O2NH＋5SO＋8H＋　(3)阴　减小18 g　(4)15.68 【解析】(1)甲池在放电过程中，负极上一氧化氮失去电子发生氧化反应生成硝酸根离子，反应为NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋。(2)乙池中通入废气SO2的电极连接电源的正极，为阳极；阳极二氧化硫发生氧化反应生成硫酸根离子，阴极一氧化氮发生还原反应生成铵根离子，电池总反应的离子方程式为5SO2＋2NO＋8H2O2NH＋5SO＋8H＋。(3)丙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室中氯离子通过b膜进入浓缩室，最终得到较浓的盐酸，故b为阴离子交换膜。当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L－1盐酸时，迁移过来的氢离子为4 L×(0.6 mol·L－1－0.1 mol·L－1)＝2 mol；2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，则反应1 mol水，M室中溶液的质量变化为减少1 mol×18 g·mol－1＝18 g。(4)乙池中SO2转化为硫酸根离子、NO转化为铵根离子；若标准状况下，甲池有5.6 L O2(为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。 【变式探究】某甲醇燃料电池的工作原理如图所示，质子交换膜（只有质子能够通过）左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。当电池中有1 mol电子发生转移时，左右两侧溶液的质量之差为　 　g（假设反应物耗尽，忽略气体的溶解）。 【答案】12 【解析】根据电极反应式，结合得失电子守恒和差量法进行计算，通入甲醇的一极为负极，电极反应式为 CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋ 　Δm 32 g 6 mol 44 g 12 g 1 mol 2 g 通入氧气的一极为正极，电极反应式为 O2＋4e－＋4H＋2H2O　Δm 32 g 4 mol 32 g 1 mol 8 g 1 mol电子发生转移时，左侧还有1 mol H＋穿过质子交换膜进入右侧，即左侧减少1 g H＋，右侧增加了1 g H＋，故Δm左（减少）＝3 g，Δm右（增加）＝9 g。两侧溶液的质量之差为Δm右（增加）＋Δm左（减少）＝9 g＋3 g＝12 g。 【巩固练】 1.（25-26高二上·福建·期中）电解硫酸钠溶液制取某电池材料的前驱体，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．b电极电势低于a B．交换膜B为阳离子交换膜 C．通电一段时间后，Ⅰ室pH降低 D．当Ⅲ室产生时，理论上Ⅰ室中质量减少3.2 g 【答案】D 【分析】由图可知，前驱体在Ⅲ 室生成，则Ⅱ室的金属阳离子进入Ⅲ 室，交换膜B为阳离子交换膜，则右侧纯钛电极为阴极，电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-，OH-与金属阳离子结合得到前驱体，为保持电荷守恒，交换膜A为阴离子交换膜，左侧石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+，所以电解过程实际上是电解水。 【解析】a连接石墨电极（阳极）为电源正极，b连接纯钛电极（阴极）为电源负极，正极电势高于负极，故b电极电势低于a，A正确；由分析可知，金属阳离子需从Ⅱ室进入Ⅲ室，交换膜B允许阳离子通过，为阳离子交换膜，B正确；Ⅰ室为阳极室，阳极反应为2H2O-4e-=O2+4H+，生成H+使溶液酸性增强，pH降低，C正确；根据化学式，生成0.2 mol前驱体需0.4 mol OH-，对应转移0.4 mol电子。阳极反应生成0.1 mol O2（质量3.2g），但Ⅱ室中的会通过交换膜A移向Ⅰ室（维持电中性），0.2 mol （质量19.2 g）移入，故Ⅰ室质量增加19.2 g-3.2 g=16 g，D错误；故选D。 2.（25-26高二上·福建·期中）某兴趣小组以甲烷燃料电池为电源研究有关电化学的问题。丁池中，利用离子交换膜控制电解液中来制备纳米，下列说法不正确的是 A．甲池中，通入甲烷一极的电极反应式为： B．乙池中，电解总反应化学方程式为： C．丙池中反应一段时间后，溶液中将减小 D．丁池离子交换膜为阴离子交换膜，阴离子移动方向为从右往左 【答案】C 【分析】甲池为燃料电池，乙、丙、丁为电解池，甲烷发生氧化反应，通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极，则A为阳极，B为阴极，C为阳极，D为阴极，Cu为阳极，Ti为阴极。 【解析】甲池中甲烷发生氧化反应，其中C的化合价由-4价升高到+4价，失去电子，最后变成碳酸根离子，电极反应式为：，A正确；乙为电解池，阴极为H2O放电生成氢气和OH-，阳极为Cl-放电生成Cl2，总的化学方程式为，B正确；丙为电解池，阴极为Ag+放电生成Ag，阳极为Ag放电生成Ag+，故反应一段时间后，溶液中Ag+的浓度不变，C错误；丁为电解池，且Cu为阳极，阴离子移向阳极移动，故OH-从右往左移动，D正确；故选C。 3.（25-26高二上·山东淄博·期中）微生物燃料电池不仅可以获得高效能源，还能合成电子工业清洗剂四甲基氢氧化铵，采用微生物燃料电池电渗析法合成的工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．c是阴离子交换膜，d为阳离子交换膜 B．电子移动方向为电极电极电极电极 C．制备时，可收集处产物并重新添加固体，以重复使用 D．制备时，电极b处产生(标准状况下)气体 【答案】D 【分析】题干描述采用微生物燃料电池电渗析法合成，由图可知，左侧装置中CO2在光照及光合菌的作用下变为O2，O2得到电子变为H2O，故左侧为燃料电池，石墨电极M为正极，石墨电极N为负极，右侧装置为电解池；a极为阴极，与N极相连；b极为阳极，与M极相连；在电解池中，要于中间隔室合成(CH3)4NOH，需要该室中的Cl−通过d膜向阳极b迁移，(CH3)4N+向阴极迁移，故c膜为阳离子膜；右侧NaOH溶液中的Na+要通过e膜向左迁移，故P处得到的是NaOH的浓溶液； 【解析】由上述分析可知，c膜和d膜均为阴离子交换膜，故A错误；电极电极a为离子迁移，不是电子，故B错误；P处得到的是NaCl的浓溶液，应加水稀释后重复使用，故C错误；阴极a的电极反应式为2H2O+2e−=H2↑+2OH−，OH-与(CH3)4N+结合为 (CH3)4NOH，生成时转移1 mol电子，b极电极反应式为4OH-+4e-=2H2O+O2↑，得到O2为0.25 mol，标况下体积为5.6L，故D正确；故选D。 4.（25-26高二上·山东·期中）下图是一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置示意图。下列说法正确的是 A．石墨电极反应式为 B．A膜为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜 C．电解过程中，甲池需要不断补充，丙池需要不断补充 D．电解过程中，导线中每通过电子，甲池质量减少 【答案】B 【分析】该装置为电解池，甲池中得电子产生，故棒为阴极，a极为负极，b极为正极，石墨电极为阳极，阳极上水失电子产生氧气；阴离子硫酸根离子向阳极移动，故A膜为阴离子交换膜，阳离子氢离子向阴极移动，故B膜为阳离子交换膜，乙池中硫酸浓度增大。 【解析】石墨电极上水失电子产生氧气，酸性条件下电极反应式为，A错误；根据分析可知，A膜为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜，B正确；电解过程中，甲池得电子产生，硫酸根离子移向乙池，需要不断补充，丙池水失电子产生氧气且氢离子定向移动到乙池，不需要补充，C错误；电解过程中，导线中每通过电子，甲池减少，质量减少，D错误；故选B。 5.（2025高二上·湖南株洲·期中）利用电化学原理，将、和熔融制成燃料电池，模拟工业电解法来精炼银，装置如图所示。 下列有关说法正确的是 A．甲池工作时，往石墨Ⅱ电极方向迁移 B．甲池工作时，转变成绿色硝化剂Y，Y是，可循环使用，则正极发生的电极反应为 C．若石墨Ⅰ消耗4.6 g ，则理论上乙中阳极得到Ag的质量为10.8 g D．甲池工作时，理论上石墨Ⅰ产生的Y不够石墨Ⅱ消耗 【答案】A 【分析】通入氧气的一极为正极，则石墨Ⅱ作正极，氧气在石墨Ⅱ得电子被还原；在石墨Ⅰ被氧化生成，据此解答。 【解析】甲池为燃料电池，通入的石墨Ⅱ为正极，阳离子（）向正极迁移，即往石墨Ⅱ电极方向迁移，A正确；甲池中在负极（石墨Ⅰ）被氧化为Y（），总反应为，Y为产物并非循环使用；正极反应式虽电荷和原子守恒，但“Y可循环使用”错误，B错误；乙池为电解精炼银，阳极（Ⅱ）是粗银失电子，质量减少，阴极（Ⅰ）得电子析出Ag， C错误；甲池总反应为，由于是总反应的产物，其在石墨Ⅰ电极的生成量大于在石墨Ⅱ电极的消耗量，D错误；故选A。 6.（25-26高二上·北京·期中）双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的解离成和，作为和离子源。利用双极膜电渗析法处理含NaA的废水，工作原理如图，图中“→”和“←”表示离子通过交换膜的方向。下列说法错误的是 A．R电极与电源正极相连。 B．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜 C．产品X、Y二者浓度一定相同 D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1 mol电子，两极共得到1 mol气体 【答案】C 【分析】极室Ⅱ加入NaCl溶液，钠离子通过交换膜Ⅲ进入产品室Ⅱ，故交换膜Ⅲ为阳离子交换膜；R电极与电源正极相连，发生的反应为2Cl--2e-=Cl2↑，依此可推交换膜Ⅱ为阴离子交换膜。 【解析】R电极一侧双极膜解离的OH-向右移动，OH-为阴离子，电解池中阴离子移向阳极，故R为阳极，与电源正极相连，A正确；料室中A-通过交换膜II进入产品室I与H+结合生成HA，说明交换膜II允许阴离子通过，为阴离子交换膜；交换膜I若为阳离子交换膜，可允许极室I中Na+进入料室维持电荷平衡，B正确；产品X（HA）和Y（NaOH）的物质的量由H+、OH-、A-、Na+的迁移量决定（理论上1:1），但浓度取决于产品室体积，题目未说明体积相同，浓度不一定相同，C错误；去掉BP后，阴极（Q）反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-（1mol电子生成0.5mol H2），阳极（R）反应为2Cl--2e-=Cl2↑（1mol电子生成0.5mol Cl2），转移1mol电子共生成1mol气体，D正确；故选C。 7.（25-26高二上·福建泉州·期中）模拟海水淡化，并获得浓盐酸和浓NaOH溶液。双极膜组合电解装置示意图如图。阳极、阴极区溶液分别为稀NaOH、稀盐酸。双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜构成，在直流电场的作用下，双极膜间解离成和，并向两极迁移。下列说法错误的是 A．X极是阳极 B．Y极产生1 mol H2时，双极膜有2 mol H2O发生解离 C．电解后在a出口可获得较浓的盐酸，b出口得到淡水 D．电解过程中阳极区溶液中的n(OH-)变小 【答案】D 【分析】X极为阳极，产生氧气，H2O被氧化产生O2与H+，H+移动到a区产出盐酸，Y极发生水被氧化，生成H2和OH-，OH-移动到c区产出NaOH。 【解析】X极产生O2，电解池中阳极发生氧化反应生成O2，故X极是阳极，A正确；Y极产生H2，阴极反应为2H++2e-=H2↑，生成1 mol H2转移2 mol电子。双极膜解离出的H⁺向阴极迁移，1 mol H2需2 mol H+，则双极膜需解离2 mol H2O（1 mol H2O提供1 mol H+），B正确；a隔室：左侧双极膜解离的H+向右迁移进入a，阴膜允许Cl-从NaCl溶液（b隔室）向左进入a，H+与Cl-结合形成浓盐酸；b隔室为NaCl溶液，Cl-向左通过阴膜、Na+向右通过阳膜，离子减少，故b出口为淡水，C正确；阳极区（X极区）初始为稀NaOH，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O（消耗OH-），左侧双极膜解离的OH-向阳极迁移补充（迁移OH-量=电子转移量=消耗OH-量），故n(OH-)不变，D错误；故选D。 8.（25-26高二上·河南南阳·期中）某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。下列有关判断正确的是 A．甲池为原电池，乙池中A（石墨）电极上发生还原反应析出银单质 B．电池工作一段时间后，甲池的pH会增大（忽略溶液体积变化） C．若将CuCl2溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙池中溶液的pH将增大 D．当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中至少需通入消耗0.28 L O2 【答案】C 【分析】甲池为原电池（燃料电池），其中Pt（CH3OH）为负极，Pt（O2）为正极。乙池和丙池串联在燃料电池上，为电解池。其中A电极和C电极连接原电池正极，为阳极；B电极和D电极连接原电池负极，为阴极。 【解析】根据分析，甲池为甲醇燃料电池，是原电池；乙池中A电极（石墨）为阳极，发生氧化反应，电极反应式为，不会析出银单质，A错误；甲池（原电池）总反应为，反应消耗OH-，溶液碱性减弱，pH减小，B错误；丙池若为NaCl溶液，即总反应为电解NaCl溶液：，生成NaOH，溶液pH增大，C正确；乙池B极析出Ag：Ag⁺+e⁻=Ag，，转移电子0.05 mol；甲池正极O2~4e⁻，，标准状况下体积0.28 L，但选项未说明标准状况，无法确定体积，D错误；故选C。 9.（25-26高二上·河南南阳·期中）科学家开发新型电化学装置，用于从卤水[含 等离子]中提取锂盐，简易装置如图所示。已知通电后a电极上发生的反应是 下列说法不正确的是 A．该装置工作一段时间后，在淡水池中得到LiX B．c、d电极分别发生氧化反应、还原反应结合、释放X⁻ C．若卤水池中的卤水和淡水池中的淡水均足量，该装置提取锂盐效果不明显时，分别将a与b、c与d电极对调可继续工作 D．充分电解后，将电源的正极、负极对调，淡水池中c(Li⁺)增大 【答案】D 【分析】该装置为电解池，连接电源正极的电极b为阳极，连接电源负极的电极a为阴极，电极d为阴极，电极c为阳极，据此作答。 【解析】从卤水中提取锂盐，锂离子为阳离子，移动到阴极（电极a），发生的反应为：，a电极发生还原反应消耗Li+，电极b为阳极，发生的反应为：，释放Li+进入淡水池；c电极（Ag）发生氧化反应（Ag + X- - = AgX）结合卤水中的X-，d电极（AgX）发生还原反应（AgX + = Ag + X-）释放X-进入淡水池。淡水池中Li+与X-结合生成LiX，A正确；c电极（Ag）发生氧化反应（Ag + X- - = AgX）结合X-，d电极（AgX）发生还原反应（AgX + = Ag + X-）释放X-，B正确；工作一段时间后，a（LiFePO4）、b（FePO4）、c（AgX）、d（Ag）活性降低，对调a与b后，a（阳极）可氧化LiFePO4释放Li+，b（阴极）可还原FePO4消耗Li+；对调c与d后，c（阴极）可还原AgX释放X-，d（阳极）可氧化Ag结合X-，装置可继续工作，C正确；充分电解后，将电源的正极、负极对调，则电极a为阳极，发生的反应为：；电极c为阴极，发生的反应为：；电极d为阳极，发生的反应为：；电极b为阴极，发生的反应为：，可知淡水池中减小，D错误；故选D。 10.（25-26高二上·四川南充·期中）以浓差电池(电解质溶液浓度不同形成的电池)为电源，石墨为电极将转化为较高纯度的装置如图所示(已知：浓差电池停止工作时阴离子交换膜两侧溶液浓度相等)。下列说法错误的是 A．Ag(2)电极电势高于Ag(I)电极电势 B．电极A上发生的电极反应为 C．工作时，B电极附近溶液的pH增大 D．生成0.5 mol 时，丁室电解质溶液质量增加108 g 【答案】D 【分析】浓差电池最终交换膜两侧AgNO3溶液浓度相等，交换膜为阴离子交换膜，即通过离子交换膜移向左侧，左侧溶液增大，右侧减小，所以丁池中Ag(1)溶解，增大，丙池中Ag+得电子生成Ag析出，即Ag(2)电极为正极，Ag(1)电极为负极，负极反应式为，正极反应式为，电解池中A电极为阳极，B电极为阴极，阳极上NH3发生失电子的氧化反应生成N2，阴极上H2O发生得电子的还原反应生成H2，据此分析回答。 【解析】根据分析可知，Ag(2)电极为正极，Ag(1)电极为负极，即Ag(2)电极电势高于Ag(l)电极电势，A正确；根据分析，电解池中A电极为阳极，阳极上NH3发生失电子的氧化反应生成N2，电极反应：，B正确；B电极为阴极，发生还原反应：2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH-，电解池中阴离子移向阳极，每生成2mol，转移2mol电子，同时有2mol从甲池移动到乙池，但反应消耗了水，故B极中的NaOH的浓度升高，溶液的pH增大，C正确；生成0.5mol H2转移1mol电子，丁室中，负极Ag(1) Ag – e- = Ag+，溶解1mol Ag，质量为108g，同时丙室1mol （质量62g）通过阴离子交换膜进入丁室，丁室溶液质量增加108g + 62g = 170g，D错误；故选D。 【强化练】 11.（24-25高二下·河北秦皇岛·期末）双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的转化为而矿化封存的，其工作原理如图所示。双极膜中间层中的解离成和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是 A．电势：电极M>电极N B．交换膜1和交换膜2均为阳离子交换膜 C．消耗1Ah电量时，阴阳两极生成气体的物质的量之比为1∶2 D．该技术中电解固碳总反应的离子方程式为 【答案】D 【分析】双极膜中间层的，在直流电场作用下解离为（阳离子）和（阴离子）。左侧双极膜中的向左移动进入左侧硝酸钠溶液中发生反应，向右移动进入“碱室”与二氧化碳反应生成，通过阴离子交换膜进入溶液生成；溶液中的通过阴离子交换膜进入“酸室”，右侧双极膜中的向左移动进入“酸室”，向右移动进入右侧硝酸钠溶液中发生反应。 【解析】电极M为阴极（阴极得电子），电极N为阳极（阳极失电子 ），阳极电势高于阴极电势，即电极M<电极N，A错误；通过交换膜1（阴离子交换膜）进入溶液生成，溶液中通过交换膜2（阴离子交换膜）进入“酸室”，所以交换膜1和交换膜2均为阴离子交换膜，B错误；消耗1Ah电量时，由电极反应式可知，转移电子时，阴极生成 、阳极生成 ，即阴阳两极生成气体物质的量之比为2∶1，C错误；结合装置中物质转化，参与反应，转化为，阴极生成、阳极生成，电解固碳总反应的离子方程式为，D正确；故选D。 12.（24-25高二下·浙江温州·期末）电解含的水溶液制备金属Co，其装置如图： 下列说法不正确的是 A．Co电极应连接电源的负极 B．石墨极上发生的电极反应是 C．工作时，移动方向：Ⅱ室Ⅲ室 D．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少18g 【答案】C 【分析】Ⅰ室发生氧化反应，电极方程式为：；Ⅲ室发生还原反应，电极方程式为：。Ⅰ室中的经阳离子交换膜进入Ⅱ室，Ⅲ室中的经阴离子交换膜进入Ⅱ室。 【解析】由题意可得，电解含的水溶液制备金属Co，在Co电极上发生还原反应，应该连接电源的负极，A正确；Co连接电源的负极，石墨电极连接电源正极，发生氧化反应，Ⅰ室中含有、、，发生氧化反应的物质为，石墨极上发生的电极反应是：，B正确；石墨电极连接电源正极，为阳极，Co电极链接电源负极，为阴极，溶液中电流方向由阳极指向阴极，即Ⅰ室指向Ⅲ室，阴离子移动方向与电流方向相反，移动方向为：Ⅲ室Ⅱ室，C错误；生成Co的电极方程式为：，每生成转移电子，Ⅰ室中电极方程式为：，转移电子时，消耗 ，，D正确；故选C。 13.（24-25高二下·河南安阳·期末）海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法等，其中电渗析法是利用电解原理通过多组电渗析膜实现，工作原理如图所示(假设以KCl溶液代替海水)，同时获得产品、、，还有淡水。下列说法错误的是 A．出口Ⅰ接收的为淡水 B．n为直流电源的负极 C．膜、分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜 D．电极E处产生的气体X为 【答案】C 【分析】据图F极生成氢气，可判断n为电源负极，电极F是阴极，电极反应：，则透过st膜向电极F移动，得到KOH浓溶液，故st膜是阳离子交换膜，电极E是阳极，电极反应为，则透过pq膜进入阳极区，故pq膜是阴离子交换膜，据此分析解题。 【解析】区域I中氯离子向左侧运动，钠离子向右侧运动，氯化钠溶液浓度减小，使I口对应区域形成淡水，A正确；根据分析可知，n为直流电源的负极，B正确；根据分析可知，膜、分别为阴离子交换膜、阳离子交换膜，C错误；电极E是阳极，电极反应为，故X为，D正确；故选C。 14.（24-25高二下·内蒙古赤峰·期末）我国科学家设计了一种催化剂同时作用在阴阳极的电解装置，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．极电极反应式为 B．若有通过质子交换膜，则理论上有被转化 C．电解总反应为 D．若以铅酸蓄电池为电源，则B极应与Pb极相连接 【答案】C 【分析】该装置为电解装置，A电极发生转化为的还原反应，为阴极，与电源负极相连，B电极发生氧化反应生成，该电极为阳极，与电源正极相连，电解池中使用质子交换膜，说明电解质溶液为酸性，从阳极室通过质子交换膜移向阴极室。 【解析】A电极发生转化为的还原反应，电解质溶液为酸性，电极反应式为，A错误；根据电极反应式，有通过质子交换膜，则电路中转移2mol电子，有1mol被转化，气体体积在标准状况下为，选项中未指明条件，B错误；阴极电极反应式为，阳极电极反应式为，阴、阳两极得失电子相同，总反应为，C正确；铅酸蓄电池中Pb极为负极，极为正极，B电极为阳极，应与极相连，D错误；故选C。 15.（24-25高二下·湖南衡阳·期末）现以CO、O2、熔融盐Z（Na2CO3）组成的燃料电池，采用电解法制备N2O5，装置如图所示，其中Y为CO2，下列说法正确的是 A．甲池石墨I是原电池的正极，发生还原反应 B．乙池左端Pt极电极反应式： C．甲池石墨Ⅱ发生的电极反应： D．若甲池消耗氧气2.24L，则乙池中产生氢气0.2mol 【答案】C 【分析】甲池为燃料电池，通入燃料的电极为负极，通入氧化剂的电极为正极。甲池中，CO是燃料，通入石墨Ⅰ，故石墨Ⅰ为负极；O2是氧化剂，通入石墨Ⅱ，故石墨Ⅱ为正极。负极（石墨Ⅰ）发生氧化反应：；正极（石墨Ⅱ）发生还原反应：。电解池中，与原电池正极相连的电极为阳极，与原电池负极相连的电极为阴极。乙池中，左侧Pt电极与甲池正极（石墨Ⅱ）相连，为阳极；右侧Pt电极与甲池负极（石墨Ⅰ）相连，为阴极。阳极发生氧化反应，结合题目中制备N2O5，且由于隔膜阻止水分子通过，无H2O参与，电极反应为： ；阴极发生还原反应， H+ 得电子生成H2，电极反应为：。 【解析】燃料电池中，燃料发生氧化反应的电极为负极，氧化剂发生还原反应的电极为正极。石墨Ⅰ通入CO（燃料），CO失电子发生氧化反应，故石墨Ⅰ为负极；石墨Ⅱ通入O2（氧化剂），O2得电子发生还原反应，故石墨Ⅱ为正极，A错误；乙池为电解池，与甲池正极（石墨Ⅱ）相连的Pt电极为阳极，与甲池负极（石墨Ⅰ）相连的Pt电极为阴极。在阳极（左端Pt电极），N2O4失电子发生氧化反应，由于隔膜阻止水分子通过，无H2O参与，电极反应为，B错误；甲池石墨Ⅱ是原电池的正极，O2在正极得到电子，与CO2反应生成，电极反应式为，C 正确；甲池中消耗氧气的体积为2.24L，但未说明是标准状况，无法根据体积计算氧气的物质的量，也就无法推出乙池中生成氢气的物质的量，D错误；故选C。 16.（25-26高二上·辽宁大连·期中）如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯中分别盛放200 mL含酚酞的NaCl溶液、CuSO4溶液、MgCl2溶液，a、b，e、f电极均为石墨电极。通电一段时间后，a极附近首先变红色，下列有关说法正确的是     A．M接电源的正极 B．乙中d电极上有红色固体析出 C．当f极生成0.224 L某一种气体时(已经换算为标准状况)，常温下甲中溶液的pH=13(忽略溶液体积的变化) D．丙中原理可用于工业制备镁单质 【答案】C 【分析】该装置为电解池装置，甲烧杯中盛放含酚酞的NaCl溶液，通电一段时间后，a极附近首先变红色，说明a电极发生反应为：，a为阴极，故M接电源的负极，N接电源的正极，b、c、d、e、f分别为阳极、阴极、阳极、阴极、阳极。 【解析】根据分析，M接电源的负极，A错误；乙中d电极为阳极，c电极为阴极，c电极上铜离子得电子生成铜，有红色固体析出，B错误；标况下0.224 L气体的物质的量为，丙中f电极为阳极，电极反应为：，当f极生成0.01 molCl2时转移0.02 mol电子，甲中产生OH-的物质的量为：0.02 mol，OH-的浓度为：，常温下甲中溶液的pH=13，C正确；丙中为电解氯化镁溶液，工业制备镁单质是电解熔融氯化镁，D错误；故选C。 17.（25-26高二上·山东青岛·期中）工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。已知： ①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解； ②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)。 下列说法中不正确的是 A．碳棒上发生的电极反应：4OH--4e-=O2↑＋2H2O B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断增大 C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应的总方程式不发生改变 【答案】D 【分析】由图可知，碳棒作阳极，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，镀镍铁棒作阴极，电极反应式为Ni2++2e-=Ni,据此作答。 【解析】碳棒作阳极，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，故A正确；电解过程中，A中钠离子透过阳离子交换膜进入B中，C中氯离子透过阴离子交换膜进入B中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断增大，故B正确；Ni2+在弱酸性溶液中发生水解，电解过程中需要控制废水pH，故C正确；若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，阳极氯离子放电，电解反应总方程式发生改变，故D错误；故选D。 18.（25-26高二上·河北衡水·期中）电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，工作原理如图。下列有关说法错误的是 A．阳极可发生电极反应： B．阴极附近溶液的pH增大 C．a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜 D．Ⅰ、Ⅱ分别是浓海水、淡水出口 【答案】D 【分析】阳极是溶液中的阴离子失电子发生氧化反应，阴极是溶液中的阳离子得电子发生还原反应，I中氯离子向阳极移动，钠离子向阴极移动，I是淡水出口，而中间Ⅱ中右边移进氯离子，左边移进钠离子，Ⅱ是浓海水出口； 【解析】阳极是氯离子发生氧化反应，所以阳极可发生电极反应：2Cl--2e-═Cl2↑，故A正确；阴极附近是水电离出的氢离子放电，氢氧根离子浓度增大，所以阴极附近溶液的pH增大，故B正确；a膜为氯离子透过的膜，而b膜为阳离子通过的膜，所以a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜，故C正确；I中氯离子向阳极移动，钠离子向阴极移动，所以I是淡水出口，而中间Ⅱ中右边移进氯离子，左边移进钠离子，所以Ⅱ浓海水出口，故D错误；故选D。 19.（24-25高二下·湖南·期末）工业上利用电解含Co（Ⅱ）的水溶液制备金属Co和的装置如图。下列说法正确的是 A．Co电极应连接电源的正极 B．“电解”时石墨电极的电极反应为 C．膜Ⅰ和膜Ⅱ分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜 D．溶液浓度的大小： 【答案】B 【分析】工业上利用电解含Co（Ⅱ）的水溶液制备金属Co和，根据电解装置图可知，得电子生成Co，则Co电极为阴极，石墨电极为阳极。 【解析】根据分析，图中Co电极为阴极，应连接电源的负极，A错误；电解时石墨电极为阳极，失电子生成和，依据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒，可得电极反应为，B正确；阳极生成的透过膜Ⅰ进入中，在阴极得电子生成Co，则透过膜Ⅱ进入中，因此膜Ⅰ为阳离子交换膜，膜Ⅱ为阴离子交换膜，C错误；阳极生成的透过膜Ⅰ进入中，阴极区透过膜Ⅱ进入中，则溶液浓度增大，因此溶液浓度的大小：，D错误；故选B。 20.（24-25高二下·江西宜春·期末）利用原电池原理可实现对废水中的有机物进行无害化处理。如图是一种处理废水中有机物的原理示意图，下列说法正确的是 A．M极发生的电极反应为 B．若为正丙醇，每处理1mol正丙醇，M极消耗 C．当M极附近生成51.5g固体时，有1.5mol的由Ⅱ区进入Ⅲ区 D．发生反应后N极附近溶液的pH增大 【答案】C 【分析】根据M极上转化为，Cr元素化合价降低，可知M极发生还原反应，为正极，电极反应式为；N极为负极，有机物转化为。 【解析】M极生成，可知体系为碱性，电极反应中不会出现，正确的电极反应是：，A错误；当有机物为正丙醇时，(C的平均化合价为)，化合价升高18，，化合价降低3，处理1mol正丙醇转移电子的物质的量为18mol，故M极消耗的物质的量为6mol，B错误；当M极附近生成51.5g固体时，即生成，根据电极反应可知，共转移1.5mol电子，钠离子向正极移动，则有1.5mol的由Ⅱ区进入Ⅲ区，C正确；N电极是有机物发生失去电子的氧化反应，例如：，生成同时消耗水，Ⅰ区溶液降低，D错误；故选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $