1.掌握多池連接的分析應(yīng)用。2.了解離子交換膜的分類及特點(diǎn)。3.理解離子交換膜在裝置中的作用。4.熟悉電化學(xué)綜合計(jì)算中的常用方法。
考點(diǎn)一　多池串聯(lián)的兩大模型及原理分析
考點(diǎn)二　多室隔膜在電化學(xué)中的應(yīng)用
考點(diǎn)三　電化學(xué)原理的相關(guān)計(jì)算
專項(xiàng)提能特訓(xùn)11　電解原理在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
1.常見串聯(lián)裝置圖模型一　外接電源與電解池的串聯(lián)(如圖)
A、B為兩個(gè)串聯(lián)電解池，相同時(shí)間內(nèi)，各電極得失電子數(shù)相等。
模型二　原電池與電解池的串聯(lián)(如圖)
顯然兩圖中，A均為原電池，B均為電解池。
2.“串聯(lián)”類裝置的解題流程
1.(2020·長春質(zhì)檢)如圖裝置中a、b、c、d均為Pt電極。電解過程中，電極b和d上沒有氣體逸出，但質(zhì)量均增大，且增重b>d。符合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的鹽溶液是
解析　A項(xiàng)，當(dāng)X為MgSO4時(shí)，b極上生成H2，電極質(zhì)量不增加，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，X為FeSO4，Y為Al2(SO4)3，b、d極上均產(chǎn)生氣體，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，b極上析出Cu，d極上析出Ag，其中d極增加的質(zhì)量大于b極增加的質(zhì)量，錯(cuò)誤。
2.如圖所示裝置可間接氧化工業(yè)廢水中含氮離子( )。下列說法不正確的是A.乙是電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置B.含氮離子氧化時(shí)的離子方程式為3Cl2＋ 2 ===N2＋6Cl－＋8H＋C.若生成H2和N2的物質(zhì)的量之比為3∶1， 則處理后廢水的pH減小D.電池工作時(shí)，甲池中的Na＋移向Mg電極
3.某興趣小組的同學(xué)用如圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問題。當(dāng)閉合該裝置的電鍵時(shí)，觀察到電流表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。
請(qǐng)回答下列問題：(1)甲池為_______(填“原電池”“電解池”或“電鍍池”)，通入CH3OH電極的電極反應(yīng)式為__________________________________。
解析　甲池為原電池，通入CH3OH的電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH3OH
(2)乙池中A(石墨)電極的名稱為_______(填“正極”“負(fù)極”“陰極”或“陽極”)，總反應(yīng)式為______________________________________。
解析　乙池中電解AgNO3溶液，其中C作陽極，Ag作陰極，總反應(yīng)式為
(3)當(dāng)乙池中B極質(zhì)量增加5.40 g時(shí)，甲池中理論上消耗O2的體積為______mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，丙池中_____極析出________g銅。
解析　根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故
(4)若丙池中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，電鍵閉合一段時(shí)間后，甲中溶液的pH將______(填“增大”“減小”或“不變”)；丙中溶液的pH將______(填“增大”“減小”或“不變”)。
解析　若丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，根據(jù)丙中總反應(yīng)2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，則溶液pH增大，而甲中總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH減小。
多池串聯(lián)的裝置中，先根據(jù)電極反應(yīng)物和電解質(zhì)溶液判斷哪個(gè)是原電池，其余裝置一般為電解池；與原電池正極相連的電極為電解池陽極，與原電池負(fù)極相連的電極為電解池陰極，據(jù)此判斷各池中發(fā)生的反應(yīng)。
常見的離子交換膜1.含義和作用(1)含義：離子交換膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。(2)作用：①能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。②能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
1.用下面的裝置制取NaOH、H2和Cl2，此裝置有何缺陷？
答案　缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；缺陷2：Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，影響NaOH的產(chǎn)量。
2.用下圖裝置電解飽和食鹽水，其中陽離子交換膜的作用有哪些？
答案　(1)平衡電荷，形成閉合回路；(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸；(3)避免Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，影響NaOH的產(chǎn)量；(4)避免Cl－進(jìn)入陰極區(qū)導(dǎo)致制得的NaOH不純。
題組一　“隔膜”在新型電池中的應(yīng)用
1.(2020·黔東南州模擬)二甲醚(CH3OCH3)燃料電池的工作原理如圖，下列有關(guān)敘述正確的是A.該裝置能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能100%轉(zhuǎn)化為電能B.電子移動(dòng)方向：a極→b極→質(zhì)子交換膜→a極C.a電極的電極反應(yīng)式為：CH3OCH3＋3H2O－ 12e－===2CO2＋12H＋D.當(dāng)b電極消耗22.4 L O2時(shí)，質(zhì)子交換膜有4 ml H＋通過
解析　A項(xiàng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能和電能，不可能100%轉(zhuǎn)化為電能，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，電子不能經(jīng)過電解質(zhì)溶液，所以電子由a極 b極，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，a為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，正確；D項(xiàng)，氣體所處狀況不知，無法由體積求物質(zhì)的量，所以通過H＋的物質(zhì)的量無法求出，錯(cuò)誤。
2.(2020·青島高三模擬)2019年3月，我國科學(xué)家研發(fā)出一種新型的鋅碘單液流電池，其原理圖所示。下列說法不正確的是A.放電時(shí)，B電極反應(yīng)式：I2＋2e－===2I－B.放電時(shí)，電解質(zhì)儲(chǔ)罐中離子總濃度增大C.M為陽離子交換膜，N為陰離子交換膜D.充電時(shí)，A極增重65 g時(shí)，C區(qū)增加的離 子數(shù)為4NA
解析　放電時(shí)，B電極為正極，I2得到電子生成I－，電極反應(yīng)式為I2＋2e－===2I－，A項(xiàng)正確；放電時(shí)，左側(cè)即負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋，所以電解質(zhì)儲(chǔ)罐中的離子總濃度增大，B項(xiàng)正確；離子交換膜的作用是防止I2、Zn接觸發(fā)生反應(yīng)，負(fù)極區(qū)生成Zn2＋，正極區(qū)生成I－，所以Cl－通過M膜進(jìn)入負(fù)極區(qū)，K＋通過N膜進(jìn)入正極區(qū)，所以M為陰離子交換膜，N為陽離子交換膜，C項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，A極的電極反應(yīng)式為Zn2＋＋2e－===Zn，A極增重65 g，轉(zhuǎn)移2 ml電子，所以C區(qū)增加2 ml K＋、2 ml Cl－，離子總數(shù)為4NA，D正確。
題組二　“雙室”電解池的應(yīng)用3.(2020·合肥第一次教學(xué)質(zhì)量檢測)利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料?？捎秒娊釲iCl溶液制備LiOH，裝置如圖所示。下列說法正確的是A.電極B連接電源正極B.A極區(qū)電解液為LiCl溶液C.陽極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D.每生成1 ml H2，有1 ml Li＋通過該離子交換膜
解析　由題意知，電解LiCl溶液制備LiOH，由于電極B生成氫氣，A與B用陽離子交換膜隔開，所以B為陰極，B極區(qū)為LiOH溶液，A極區(qū)為LiCl溶液，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；陽極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑，C項(xiàng)錯(cuò)誤；每生成1 ml H2，有2 ml Li＋通過該離子交換膜，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4.(2020·四川宜賓診斷)連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)俗稱保險(xiǎn)粉，是一種強(qiáng)還原劑。工業(yè)常用惰性電極電解亞硫酸氫鈉的方法制備連二亞硫酸鈉，原理及裝置如圖所示，下列說法正確的是A.b電極應(yīng)該接電源的負(fù)極B.a電極的電極反應(yīng)式 2H＋＋2e－=== ＋2H2OC.裝置中所用離子交換膜為陰 離子交換膜D.電路中每轉(zhuǎn)移1 ml電子，消耗SO2的體積為11.2 L
解析　NaHSO3在a電極被還原生成Na2S2O4，則a電極是陰極，b電極是陽極，故b電極接電源的正極，A錯(cuò)誤；a電極發(fā)生還原反應(yīng)， ，電極反應(yīng)式為＋2e－=== ＋2H2O，B正確；
b電極是陽極，電極反應(yīng)式為SO2＋2H2O－2e－===4H＋＋ ，陽極生成H＋，陰極消耗H＋，為維持溶液呈電中性，H＋透過離子交換膜向陰極遷移，則該離子交換膜是陽離子交換膜，C錯(cuò)誤；電路中每轉(zhuǎn)移1 ml電子，陽極消耗0.5 ml SO2，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L，題目未指明SO2是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況下，D錯(cuò)誤。
題組三　“多室”電解池的應(yīng)用
5.(2020·長春質(zhì)檢)某科研小組研究采用BMED膜堆(示意圖如下)，模擬以精制濃海水為原料直接制備酸堿。BMED膜堆包括陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極膜(A、D)。已知：在直流電源的作用下，雙極膜內(nèi)中間界面層發(fā)生水的解離，生成H＋和OH－。下列說法錯(cuò)誤的是A.電極a連接電源的正極B.B為陽離子交換膜C.電解質(zhì)溶液采用Na2SO4溶液可避免有害氣 體的產(chǎn)生D.Ⅱ口排出的是淡水
解析　根據(jù)題干信息確定該裝置為電解池，陰離子向陽極移動(dòng)，陽離子向陰極移動(dòng)，所以電極a為陽極，連接電源的正極，A正確；水在雙極膜A解離后，氫離子吸引陰離子透過B膜到左側(cè)形成酸，B為陰離子交換膜，B錯(cuò)誤；電解質(zhì)溶液采用Na2SO4溶液，電解時(shí)生成氫氣和氧氣，可避免有害氣體的產(chǎn)生，C正確；海水中的陰、陽離子透過兩側(cè)交換膜向兩側(cè)移動(dòng)，淡水從Ⅱ口排出，D正確。
6.(2020·河南天一大聯(lián)考階段檢測)普通電解精煉銅的方法所制備的銅中仍含雜質(zhì)，利用下面的雙膜(陰離子交換膜和過濾膜)電解裝置可制備高純度的Cu。下列有關(guān)敘述正確的是A.電極a為粗銅，電極b為純銅B.甲膜為過濾膜，可阻止陽極泥及 漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū)C.乙膜為陰離子交換膜，可阻止雜 質(zhì)陽離子進(jìn)入陰極區(qū)D.當(dāng)電路中通過1 ml電子時(shí)，可生成32 g純銅
解析　由題意結(jié)合電解原理可知，電極a是陰極，為純銅，電極b是陽極，為粗銅，A項(xiàng)錯(cuò)誤；甲膜為陰離子交換膜，可阻止雜質(zhì)陽離子進(jìn)入陰極區(qū)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；乙膜為過濾膜，可阻止陽極泥及漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)電路中通過1 ml電子時(shí)，可生成0.5 ml純銅，其質(zhì)量為32 g，D項(xiàng)正確。
7.四室式電滲析法制備鹽酸和NaOH的裝置如圖所示。a、b、c為陰、陽離子交換膜。已知：陰離子交換膜只允許陰離子透過，陽離子交換膜只允許陽離子透過。下列敘述正確的是A.b、c分別依次為陽離子交換膜、 陰離子交換膜B.通電后Ⅲ室中的Cl－透過c遷移 至陽極區(qū)C.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高D.電池總反應(yīng)為4NaCl＋6H2O 4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑
解析　由圖中信息可知，左邊電極與負(fù)極相連為陰極，右邊電極為陽極，所以通電后，陰離子向右定向移動(dòng)，陽離子向左定向移動(dòng)，陽極上H2O放電生成O2和H＋，陰極上H2O放電生成H2和OH－；H＋透過c，Cl－透過b，二者在b、c之間的Ⅲ室形成鹽酸，鹽酸濃度變大，所以b、c分別為陰離子交換膜和陽離子交換膜；Na＋透過a，NaOH的濃度變大，所以a是陽離子交換膜，故A、B兩項(xiàng)均錯(cuò)誤；
電解一段時(shí)間后，Ⅰ中的溶液的c(OH－)升高，pH升高，Ⅱ中為NaCl溶液，pH不變，Ⅲ中有HCl生成，故c(H＋)增大，pH減小，Ⅳ中H＋移向Ⅲ，H2O放電生成O2，使水的量減小，c(H＋)增大，pH減小，C錯(cuò)誤。
(1)含離子交換膜電化學(xué)裝置題的解題步驟
(2)在原電池中應(yīng)用離子交換膜，起到替代鹽橋的作用，一方面能起到平衡電荷、導(dǎo)電的作用，另一方面能防止電解質(zhì)溶液中的離子與電極直接反應(yīng)，提高電流效率；在電解池中使用選擇性離子交換膜的主要目的是限制某些離子(或分子)的定向移動(dòng)，避免電解質(zhì)溶液中的離子或分子與電極產(chǎn)物反應(yīng)，提高產(chǎn)品純度或防止造成危險(xiǎn)等。
電化學(xué)綜合計(jì)算的三種常用方法(1)根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計(jì)算。(2)根據(jù)電子守恒計(jì)算①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。②用于混合溶液中電解的分階段計(jì)算。
(3)根據(jù)關(guān)系式計(jì)算根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計(jì)算所需的關(guān)系式。如以通過4 ml e－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：4e－～ ～　　　 陽極產(chǎn)物　　　　　 陰極產(chǎn)物
(式中M為金屬，n為其離子的化合價(jià)數(shù)值)該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計(jì)算的作用和價(jià)值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計(jì)算問題。
1.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c( )＝0.6 ml·L－1，用石墨作電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時(shí)間后，兩極均收集到2.24 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是A.原混合溶液中c(K＋)為0.2 ml·L－1B.上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.2 ml電子C.電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.05 mlD.電解后溶液中c(H＋)為0.2 ml·L－1
解析　石墨作電極電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，陽極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極先后發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑。從收集到O2為2.24 L可推知上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.4 ml 電子，而在生成2.24 L H2的過程中轉(zhuǎn)移0.2 ml電子，所以Cu2＋共得到0.4 ml－0.2 ml＝0.2 ml電子，電解前Cu2＋的物質(zhì)的量和電解得到的Cu的物質(zhì)的量都為0.1 ml。電解前后分別有以下守恒關(guān)系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c( )，c(K＋)＋c(H＋)＝c( )，不難算出：電解前c(K＋)＝0.2 ml·L－1，電解后c(H＋)＝0.4 ml·L－1。
2.(2020·山東師大附中模擬)某化學(xué)課外活動(dòng)小組擬用鉛蓄電池進(jìn)行電絮凝凈水的實(shí)驗(yàn)探究，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下列敘述正確的是A.X極的電極反應(yīng)式：Pb－2e－＋ ===PbSO4B.鉛蓄電池工作時(shí)，每轉(zhuǎn)移2 ml電子，消耗98 g H2SO4C.電解池的反應(yīng)僅有2Al＋6H2O 2Al(OH)3↓＋3H2↑D.每消耗103.5 g Pb，理論上電解池陰極上有11.2 L H2生成
解析　由圖可知，電解池中，Al電極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成Al3＋和O2，H2O在Fe電極上被還原生成H2，則Al電極是陽極，F(xiàn)e電極是陰極，Y極是正極，X極是負(fù)極，則X極的電極反應(yīng)式為Pb－2e－＋ ===PbSO4，A正確；鉛蓄電池工作時(shí)，電池總反應(yīng)式為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，則轉(zhuǎn)移2 ml電子時(shí)消耗2 ml H2SO4，其質(zhì)量為196 g，B錯(cuò)誤；
由圖可知，Al電極上除生成Al3＋外，還生成O2，F(xiàn)e電極上生成H2和OH－，故電解池中還發(fā)生反應(yīng)：2H2O 2H2↑＋O2↑，C錯(cuò)誤；消耗103.5 g(即0.5 ml)Pb時(shí)，電路中轉(zhuǎn)移1 ml電子，則陰極上逸出0.5 ml H2，題目未指明氣體所處狀況，H2的體積不確定，D錯(cuò)誤。
3.在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min時(shí)，銅電極的質(zhì)量增加2.16 g。試回答下列問題。(1)電源中X電極為直流電源的____極。
解析　三個(gè)裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時(shí)，Ag＋在陰極發(fā)生還原反應(yīng)變?yōu)锳g，所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極，則銀電極是陽極，Y是正極，X是負(fù)極。
(2)pH變化：A______，B_____，C______。(填“增大”“減小”或“不變”)
解析　電解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；電解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH減??；電解AgNO3溶液，銀為陽極，不斷溶解，Ag＋濃度基本不變，pH不變。
(3)通電5 min時(shí)，B中共收集224 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為_____________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。
0.025 ml·L－1
解析　通電5 min時(shí)，C中析出0.02 ml Ag，電路中通過0.02 ml電子。B中共收集0.01 ml氣體，若該氣體全為氧氣，則電路中需通過0.04 ml電子，電子轉(zhuǎn)移不守恒，因此，B中電解分為兩個(gè)階段，先電解CuSO4溶液，生成O2，后電解水，生成O2和H2，B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設(shè)電解CuSO4溶液時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為x，電解H2O時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為y，則4x＋4y＝0.02 ml(電子轉(zhuǎn)移守恒)，x＋3y＝0.01 ml(氣體體積之和)，解得x＝y(tǒng)＝0.002 5 ml，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 ml＝0.005 ml，c(CuSO4)＝ ＝0.025 ml·L－1。
(4)常溫下，若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為_____(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。
解析　通電5 min時(shí)，A中放出0.01 ml H2，溶液中生成0.02 ml KOH，c(OH－)＝ ＝0.1 ml·L－1，pH＝13。
(1)同一原電池的正、負(fù)極的電極反應(yīng)得、失電子數(shù)相等。(2)同一電解池的陰、陽極電極反應(yīng)中得、失電子數(shù)相等。(3)串聯(lián)電路中的各個(gè)電極反應(yīng)得、失電子數(shù)相等。上述三種情況下，在寫電極反應(yīng)式時(shí)，得、失電子數(shù)要相等，在計(jì)算電解產(chǎn)物的量時(shí)，應(yīng)按得、失電子數(shù)相等計(jì)算。
1.[2020·新高考全國卷Ⅰ(山東)，10]微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置，利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機(jī)廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說法錯(cuò)誤的是A.負(fù)極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－ ===2CO2↑＋7H＋B.隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰 離子交換膜C.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1 ml電子時(shí)，模擬海水理論上除鹽58.5 gD.電池工作一段時(shí)間后，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1
解析　由裝置示意圖可知，負(fù)極區(qū)CH3COO－發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H＋，A項(xiàng)正確；隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，才能使模擬海水中的氯離子移向負(fù)極，鈉離子移向正極，達(dá)到海水淡化的目的，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電路中有1 ml 電子通過，則電解質(zhì)溶液中有1 ml鈉離子移向正極，1 ml氯離子移向負(fù)極，C項(xiàng)正確；負(fù)極產(chǎn)生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正極產(chǎn)生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根據(jù)電荷守恒，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1，D項(xiàng)正確。
2.[2020·新高考全國卷Ⅰ(山東)，13]采用惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如下圖所示。忽略溫度變化的影響，下列說法錯(cuò)誤的是A.陽極反應(yīng)為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑B.電解一段時(shí)間后，陽極室的pH未變C.電解過程中，H＋由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D.電解一段時(shí)間后，a極生成的O2與b極 反應(yīng)的O2等量
解析　A項(xiàng)，根據(jù)題圖可知，a極為陽極，其反應(yīng)式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正確；B項(xiàng)，陽極室產(chǎn)生的氫離子通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室，陽極室pH保持不變，正確；C項(xiàng)，電解過程中陽離子移向陰極，故H＋移向b極區(qū)，正確；D項(xiàng)，根據(jù)電極反應(yīng)式：陽極反應(yīng)為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，陰極反應(yīng)為2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a極生成的O2與b極反應(yīng)的O2不等量，錯(cuò)誤。
3.[2018·全國卷Ⅰ，27(3)]焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉栴}：制備Na2S2O5可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應(yīng)式為_______________________。電解后，____室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5。
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
解析　陽極上H2O放電生成O2和H＋，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，電解過程中H＋透過陽離子交換膜進(jìn)入a室，故a室中NaHSO3濃度增加。
4.[2019·北京，27(2)]可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如圖。通過控制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2。①制H2時(shí)，連接___。產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是________________________。
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
解析　電解堿性電解液時(shí)，H2O電離出的H＋在陰極得到電子產(chǎn)生H2，根據(jù)題圖可知電極1與電池負(fù)極連接，為陰極，所以制H2時(shí)，連接K1，產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
②改變開關(guān)連接方式，可得O2。③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)，說明電極3的作用：____________________________________________________________________________________________________________。
制H2時(shí)，電極3發(fā)生反應(yīng)：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2時(shí)，上述電極反應(yīng)逆向進(jìn)行，使電極3得以循環(huán)使用
解析　制備O2時(shí)堿性電解液中的OH－失去電子生成O2，連接K2，O2在電極2上產(chǎn)生。連接K1時(shí)，電極3為電解池的陽極，Ni(OH)2失去電子生成NiOOH，電極反應(yīng)式為Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，連接K2時(shí)，電極3為電解池的陰極，電極反應(yīng)式為NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，使電極3得以循環(huán)使用。
1.(2020·山東師大附中期中)某種酒精檢測儀的傳感器采用Pt作為電極，其燃燒室內(nèi)充滿特種催化劑。某同學(xué)用該乙醇燃料電池作為電源設(shè)計(jì)如圖所示電解實(shí)驗(yàn)裝置。下列說法不正確的是A.a電極為負(fù)極，d電極 為陰極B.b電極的電極反應(yīng)式 為O2＋4H＋＋4e－===2H2OC.當(dāng)裝置Ⅱ中生成11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)Cl2時(shí)，有0.5 ml H＋通過裝置Ⅰ中的 質(zhì)子交換膜D.當(dāng)裝置Ⅰ中生成6.0 g CH3COOH時(shí)，裝置Ⅲ中CuSO4溶液的質(zhì)量減少16 g
解析　乙醇燃料電池中，O2通入b電極區(qū)，乙醇蒸氣通入a電極區(qū)，則a電極是負(fù)極，b電極是正極，從而推知，d電極是陰極，A正確；b電極是正極，O2得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解液呈酸性，則正極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B正確；裝置Ⅱ中電解飽和氯化鈉溶液，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2 L Cl2(即0.5 ml)，電路中通過1 ml電子，據(jù)得失電子守恒和溶液呈電中性可知，裝置Ⅰ中有1 ml H＋透過質(zhì)子交換膜向右遷移，C錯(cuò)誤；
裝置Ⅰ中負(fù)極反應(yīng)式為CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋，生成6.0 g CH3COOH(即0.1 ml)時(shí)，電路中通過0.4 ml電子，裝置Ⅲ中陽極反應(yīng)式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，陰極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu，據(jù)得失電子守恒推知，放出0.1 ml O2、析出0.2 ml Cu，故裝置Ⅲ中溶液減少的質(zhì)量為0.1 ml×32 g·ml－1＋0.2 ml×64 g·ml－1＝16 g，D正確。
2.(2020·山東菏澤模擬)用石墨烯鋰硫電池電解制備Fe(OH)2的裝置如圖所示。電池放電時(shí)的反應(yīng)為16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)，電解池兩極材料分別為Fe和石墨，工作一段時(shí)間后，右側(cè)玻璃管中產(chǎn)生大量的白色沉淀。下列說法不正確的是A.X是鐵電極，發(fā)生氧化反應(yīng)B.電子流動(dòng)的方向：B→Y， X→AC.正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6＋ 2Li＋＋2e－===3Li2S4D.鋰電極減重0.14 g時(shí)，電解池中溶液減重0.18 g
解析　電解法制備Fe(OH)2，則鐵作陽極，根據(jù)題給總反應(yīng)可知，金屬鋰發(fā)生氧化反應(yīng)，作電池的負(fù)極，所以Y為陰極，故X是鐵電極，故A項(xiàng)正確；
電子從原電池的負(fù)極流至電解池的陰極，然后從電解池的陽極流回到原電池的正極，即電子從B電極流向Y電極，從X電極流回A電極，故B項(xiàng)正確；
由圖示可知，電極A發(fā)生了還原反應(yīng)，即正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，故C項(xiàng)正確；鋰電極減重0.14 g，則電路中轉(zhuǎn)移0.02 ml電子，電解池中發(fā)生的總反應(yīng)為Fe＋2H2O Fe(OH)2＋
H2↑，所以轉(zhuǎn)移0.02 ml電子時(shí)，電解池中溶液減少0.02 ml H2O，即減輕0.36 g，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.用石墨電極完成下列電解實(shí)驗(yàn)。
下列對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是A.a、d處：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B.b處：2Cl－－2e－===Cl2↑C.c處發(fā)生了反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋D.根據(jù)實(shí)驗(yàn)一的原理，實(shí)驗(yàn)二中m處能析出銅
解析　A項(xiàng)，a、d處試紙變藍(lán)，說明溶液顯堿性，是溶液中的水放電生成氫氣和氫氧根離子造成的，正確；B項(xiàng)，b處變紅，局部褪色，說明是溶液中的氯離子放電生成氯氣同時(shí)與H2O反應(yīng)生成HClO和H＋，發(fā)生的反應(yīng)為Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，c處為陽極，鐵失去電子生成亞鐵離子，正確；D項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)一中ac形成電解池，bd形成電解池，所以實(shí)驗(yàn)二中也形成電解池，n(鋼珠右面)有氣泡生成，為陰極產(chǎn)生氫氣，n的另一面(鋼球左面)為陽極產(chǎn)生Cu2＋，Cu2＋在m的右面得電子析出銅，正確。
4.(2020·太原質(zhì)檢)采用電化學(xué)法還原CO2，是一種使CO2資源化的方法。如圖是利用此法制備ZnC2O4的示意圖(電解液不參與反應(yīng))。下列說法正確的是A.Zn與電源的負(fù)極相連B.ZnC2O4在交換膜右側(cè)生成C.電解的總反應(yīng)式為2CO2＋Zn ZnC2O4D.通入11.2 L CO2時(shí)，轉(zhuǎn)移0.5 ml電子
解析　電解過程中Zn被氧化，作陽極，所以Zn與電源的正極相連，A錯(cuò)誤；Zn2＋透過陽離子交換膜到達(dá)左側(cè)與生成的 形成ZnC2O4，B錯(cuò)誤；沒有給出氣體所處的溫度和壓強(qiáng)，D錯(cuò)誤。
5.(2020·湖北宜昌部分示范高中教學(xué)協(xié)作體期中)現(xiàn)有二氧化硫—空氣質(zhì)子交換膜燃料電池，其原理如圖所示。下列說法不正確的是(注：質(zhì)子指H＋，質(zhì)子交換膜僅允許H＋通過)A.Pt2電極附近發(fā)生的反應(yīng)為O2＋ 4e－＋2H2O===4OH－B.該電池工作時(shí)質(zhì)子從Pt1電極經(jīng) 過內(nèi)電路流到Pt2電極C.Pt1電極附近發(fā)生的反應(yīng)為SO2＋2H2O－2e－=== ＋4H＋D.該電池實(shí)現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合
解析　酸性條件下，氧氣得電子生成水，則Pt2電極附近發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)，質(zhì)子向正極移動(dòng)，Pt1電極為負(fù)極，Pt2電極為正極，則該電池工作時(shí)質(zhì)子從Pt1電極經(jīng)過內(nèi)電路流到Pt2電極，B項(xiàng)正確；Pt1電極通入SO2，SO2在負(fù)極失電子生成 ，則Pt1電極附近發(fā)生的反應(yīng)為SO2＋2H2O－2e－=== ＋4H＋，C項(xiàng)正確；
二氧化硫—空氣質(zhì)子交換膜燃料電池吸收了空氣中的二氧化硫，起到了環(huán)保的作用，產(chǎn)物中有硫酸，而且發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合，D項(xiàng)正確。
6.(2020·天津高三模擬)在混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器中只需一步就可同時(shí)制備氨合成氣(N2、H2)和液體燃料合成氣(CO、H2)，其工作原理如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是A.膜Ⅰ側(cè)發(fā)生的反應(yīng)為H2O＋2e－ ===H2↑＋O2－、O2＋4e－=== 2O2－B.膜Ⅱ側(cè)相當(dāng)于原電池的負(fù)極C.膜Ⅱ側(cè)發(fā)生的反應(yīng)為CH4＋O2－－2e－===2H2＋COD.膜Ⅱ側(cè)每消耗1 ml CH4，膜Ⅰ側(cè)一定生成1 ml H2
解析　膜Ⅰ側(cè)，H2O和O2在正極均發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合題圖可寫出其電極反應(yīng)式為H2O＋2e－===H2↑＋O2－、O2＋4e－===2O2－，A項(xiàng)正確；原電池中陰離子由正極向負(fù)極移動(dòng)，結(jié)合題圖中O2－的移動(dòng)方向可知，膜Ⅰ側(cè)相當(dāng)于原電池的正極，膜Ⅱ側(cè)相當(dāng)于原電池的負(fù)極，B項(xiàng)正確；膜Ⅱ側(cè)CH4發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為CH4＋O2－－2e－===2H2＋CO，C項(xiàng)正確；
膜Ⅰ側(cè)發(fā)生的反應(yīng)為H2O＋2e－===H2↑＋O2－、O2＋4e－===2O2－，膜Ⅱ側(cè)發(fā)生的反應(yīng)為CH4＋O2－－2e－===2H2＋CO，則膜Ⅱ側(cè)每消耗1 ml CH4，膜Ⅰ側(cè)生成的H2小于1 ml，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
7.三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na＋和 可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。下列敘述正確的是A.通電后中間隔室的 向正極遷移，正 極區(qū)溶液pH增大B.該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品C.負(fù)極反應(yīng)為2H2O－4e－===O2＋4H＋，負(fù)極區(qū)溶液pH降低D.當(dāng)電路中通過1 ml電子的電量時(shí)，會(huì)有0.5 ml的O2生成
解析　電解池中陰離子向陽極移動(dòng)，陽離子向陰極移動(dòng)，即 向正極區(qū)移動(dòng)，Na＋ 向負(fù)極區(qū)移動(dòng)，正極區(qū)水電離的OH－發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，H＋留在正極區(qū)，該極得到H2SO4產(chǎn)品，溶液pH減小，負(fù)極區(qū)水電離的H＋發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，OH－留在負(fù)極區(qū)，該極得到NaOH產(chǎn)品，溶液pH增大，故A、C錯(cuò)誤，B正確；該電解池相當(dāng)于電解水，根據(jù)電解水的方程式可計(jì)算出當(dāng)電路中通過1 ml電子的電量時(shí)，會(huì)有0.25 ml的O2生成，D錯(cuò)誤。
8.用Na2SO3溶液吸收硫酸工業(yè)尾氣中的二氧化硫，將所得的混合液進(jìn)行電解循環(huán)再生，這種新工藝叫再生循環(huán)脫硫法。其中陰、陽離子交換膜組合循環(huán)再生機(jī)理如圖所示，則下列有關(guān)說法不正確的是A.X為直流電源的負(fù)極，Y為直流電 源的正極B.陽極區(qū)pH增大C.圖中的b>aD.該過程中的產(chǎn)品主要為H2SO4和H2
解析　A項(xiàng)，由圖示可知Pt(Ⅰ)極上H＋→H2，發(fā)生還原反應(yīng)，故Pt(Ⅰ)為陰極，X為直流電源的負(fù)極，Y為直流電源的正極，正確；
C項(xiàng)，由B項(xiàng)分析可知，陽極有H2SO4生成，故b>a，正確；D項(xiàng)，陽極產(chǎn)物為H2SO4，陰極產(chǎn)物為H2，正確。
9.硼酸(H3BO3)可以通過電解NaB(OH)4溶液的方法制備，工作原理如圖所示。下列有關(guān)表述錯(cuò)誤的是A.M室的電極反應(yīng)式為2H2O－ 4e－===O2↑＋4H＋B.N室中，進(jìn)口和出口的溶液濃 度大小關(guān)系為a%

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