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2022年高考化学一轮复习讲义第6章第32讲 多池、多室的电化学装置 (含解析)
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这是一份2022年高考化学一轮复习讲义第6章第32讲 多池、多室的电化学装置 (含解析)，共22页。试卷主要包含了掌握多池连接的分析应用，5 g等内容，欢迎下载使用。
复习目标 1.掌握多池连接的分析应用。2.了解离子交换膜的分类及特点。3.理解离子交换膜在装置中的作用。4.熟悉电化学综合计算中的常用方法。
考点一 多池串联的两大模型及原理分析
1．常见串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
显然两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2．“串联”类装置的解题流程
1．(2020·长春质检)下图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b>d。符合上述实验结果的盐溶液是( )
答案 B
解析 A项，当X为MgSO4时，b极上生成H2，电极质量不增加，错误；C项，X为FeSO4，Y为Al2(SO4)3，b、d极上均产生气体，错误；D项，b极上析出Cu，d极上析出Ag，其中d极增加的质量大于b极增加的质量，错误。
2．如图所示装置可间接氧化工业废水中含氮离子(NHeq \\al(＋,4))。下列说法不正确的是( )
A．乙是电能转变为化学能的装置
B．含氮离子氧化时的离子方程式为3Cl2＋2NHeq \\al(＋,4)===N2＋6Cl－＋8H＋
C．若生成H2和N2的物质的量之比为3∶1，则处理后废水的pH减小
D．电池工作时，甲池中的Na＋移向Mg电极
答案 D
3．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。
请回答下列问题：
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为________________________________________________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。
(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)原电池 CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O
(2)阳极 4AgNO3＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3
(3)280 D 1.60 (4)减小 增大
解析 (1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O。
(2)乙池中电解AgNO3溶液，其中C作阳极，Ag作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3。
(3)根据各电极上转移的电子数相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝eq \f(1,4)×eq \f(5.40,108)×22.4 L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝eq \f(1,2)×eq \f(5.40,108)×64 g＝1.60 g。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙中总反应2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。
多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池；与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。
考点二 多室隔膜在电化学中的应用
常见的离子交换膜
1．含义和作用
(1)含义：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。
(2)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能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
2．分类和应用
1．用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有何缺陷？
答案 缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；
缺陷2：Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量。
2．用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有哪些？
答案 (1)平衡电荷，形成闭合回路；
(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
(3)避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
(4)避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
题组一 “隔膜”在新型电池中的应用
1．(2020·黔东南州模拟)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是( )
A．该装置能实现化学能100%转化为电能
B．电子移动方向：a极→b极→质子交换膜→a极
C．a电极的电极反应式为：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
D．当b电极消耗22.4 L O2时，质子交换膜有4 ml H＋通过
答案 C
解析 A项，化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，错误；B项，电子不能经过电解质溶液，所以电子由a极eq \(――→,\s\up7(导线))b极，错误；C项，a为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，正确；D项，气体所处状况不知，无法由体积求物质的量，所以通过H＋的物质的量无法求出，错误。
2．(2020·青岛高三模拟)2019年3月，我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理图所示。下列说法不正确的是( )
A．放电时，B电极反应式：I2＋2e－===2I－
B．放电时，电解质储罐中离子总浓度增大
C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
D．充电时，A极增重65 g时，C区增加的离子数为4NA
答案 C
解析 放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A项正确；放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以电解质储罐中的离子总浓度增大，B项正确；离子交换膜的作用是防止I2、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋，正极区生成
I－，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C项错误；充电时，A极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g，转移2 ml电子，所以C区增加2 ml K＋、2 ml Cl－，离子总数为4NA，D正确。
题组二 “双室”电解池的应用
3．(2020·合肥第一次教学质量检测)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．电极B连接电源正极
B．A极区电解液为LiCl溶液
C．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．每生成1 ml H2，有1 ml Li＋通过该离子交换膜
答案 B
解析 由题意知，电解LiCl溶液制备LiOH，由于电极B生成氢气，A与B用阳离子交换膜隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液，A项错误，B项正确；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；每生成1 ml H2，有2 ml Li＋通过该离子交换膜，D项错误。
4．(2020·四川宜宾诊断)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，是一种强还原剂。工业常用惰性电极电解亚硫酸氢钠的方法制备连二亚硫酸钠，原理及装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．b电极应该接电源的负极
B．a电极的电极反应式2HSOeq \\al(－,3)＋2H＋＋2e－===S2Oeq \\al(2－,4)＋2H2O
C．装置中所用离子交换膜为阴离子交换膜
D．电路中每转移1 ml电子，消耗SO2的体积为11.2 L
答案 B
解析 NaHSO3在a电极被还原生成Na2S2O4，则a电极是阴极，b电极是阳极，故b电极接电源的正极，A错误；a电极发生还原反应，HSOeq \\al(－,3)被还原生成S2Oeq \\al(2－,4)，电极反应式为2HSOeq \\al(－,3)＋2H＋＋2e－===S2Oeq \\al(2－,4)＋2H2O，B正确；b电极是阳极，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===4H＋＋SOeq \\al(2－,4)，阳极生成H＋，阴极消耗H＋，为维持溶液呈电中性，H＋透过离子交换膜向阴极迁移，则该离子交换膜是阳离子交换膜，C错误；电路中每转移1 ml电子，阳极消耗0.5 ml SO2，在标准状况下的体积为11.2 L，题目未指明SO2是否处于标准状况下，D错误。
题组三 “多室”电解池的应用
5．(2020·长春质检)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。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－。下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源的正极
B．B为阳离子交换膜
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D．Ⅱ口排出的是淡水
答案 B
解析 根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。
6．(2020·河南天一大联考阶段检测)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述正确的是( )
A．电极a为粗铜，电极b为纯铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过1 ml电子时，可生成32 g纯铜
答案 D
解析 由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为纯铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 ml电子时，可生成0.5 ml纯铜，其质量为32 g，D项正确。
7．四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是( )
A．b、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
B．通电后Ⅲ室中的Cl－透过c迁移至阳极区
C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高
D．电池总反应为4NaCl＋6H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑
答案 D
解析 由图中信息可知，左边电极与负极相连为阴极，右边电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上H2O放电生成O2和H＋，阴极上H2O放电生成H2和OH－；H＋透过c，Cl－透过b，二者在b、c之间的Ⅲ室形成盐酸，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；Na＋透过a，NaOH的浓度变大，所以a是阳离子交换膜，故A、B两项均错误；电解一段时间后，Ⅰ中的溶液的c(OH－)升高，pH升高，Ⅱ中为NaCl溶液，pH不变，Ⅲ中有HCl生成，故c(H＋)增大，pH减小，Ⅳ中H＋移向Ⅲ，H2O放电生成O2，使水的量减小，c(H＋)增大，pH减小，C错误。
(1)含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
(2)在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率；在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。
考点三 电化学原理的相关计算
电化学综合计算的三种常用方法
(1)根据总反应式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：
4e－～ SKIPIF 1 < 0 ～ SKIPIF 1 < 0
阳极产物 阴极产物
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
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。
1．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq \\al(－,3))＝0.6 ml·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 ml·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 ml电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 ml
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 ml·L－1
答案 A
解析 石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 ml 电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 ml电子，所以Cu2＋共得到0.4 ml－0.2 ml＝0.2 ml电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 ml。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NOeq \\al(－,3))，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NOeq \\al(－,3))，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 ml·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 ml·L－1。
2．(2020·山东师大附中模拟)某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是( )
A．X极的电极反应式：Pb－2e－＋SOeq \\al(2－,4)===PbSO4
B．铅蓄电池工作时，每转移2 ml电子，消耗98 g H2SO4
C．电解池的反应仅有2Al＋6H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Al(OH)3↓＋3H2↑
D．每消耗103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有11.2 L H2生成
答案 A
解析 由图可知，电解池中，Al电极上发生氧化反应生成Al3＋和O2，H2O在Fe电极上被还原生成H2，则Al电极是阳极，Fe电极是阴极，Y极是正极，X极是负极，则X极的电极反应式为Pb－2e－＋SOeq \\al(2－,4)===PbSO4，A正确；铅蓄电池工作时，电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，则转移2 ml电子时消耗2 ml H2SO4，其质量为196 g，B错误；由图可知，Al电极上除生成Al3＋外，还生成O2，Fe电极上生成H2和OH－，故电解池中还发生反应：2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑，C错误；消耗103.5 g(即0.5 ml)Pb时，电路中转移1 ml电子，则阴极上逸出0.5 ml H2，题目未指明气体所处状况，H2的体积不确定，D错误。
3．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X电极为直流电源的________极。
(2)pH变化：A________，B________，C________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为__________(设电解前后溶液体积无变化)。
答案 (1)负 (2)增大 减小 不变
(3)0.025 ml·L－1 (4)13
解析 (1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应变为Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。
(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，pH不变。
(3)通电5 min时，C中析出0.02 ml Ag，电路中通过0.02 ml电子。B中共收集0.01 ml气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 ml电子，电子转移不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，则4x＋4y＝0.02 ml(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01 ml(气体体积之和)，解得x＝y＝0.002 5 ml，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 ml＝0.005 ml，c(CuSO4)＝eq \f(0.005 ml,0.2 L)＝0.025 ml·L－1。(4)通电5 min时，A中放出0.01 ml H2，溶液中生成0.02 ml KOH，c(OH－)＝eq \f(0.02 ml,0.2 L)＝0.1 ml·L－1，pH＝13。
(1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。
(2)同一电解池的阴、阳极电极反应中得、失电子数相等。
(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。
1．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，10]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是( )
A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．当电路中转移1 ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
答案 B
解析 由装置示意图可知，负极区CH3COO－发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 ml 电子通过，则电解质溶液中有1 ml钠离子移向正极，1 ml氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。
2．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，13]采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
答案 D
解析 A项，根据题图可知，a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极区，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
3．[2018·全国卷Ⅰ，27(3)]焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
制备Na2S2O5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。
答案 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
解析 阳极上H2O放电生成O2和H＋，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电解过程中H＋透过阳离子交换膜进入a室，故a室中NaHSO3浓度增加。
4．[2019·北京，27(2)]可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接________。产生H2的电极反应式是______________________________。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应，说明电极3的作用：___________________________
________________________________________________________________________。
答案 ①K1 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
解析 ①电解碱性电解液时，H2O电离出的H＋在阴极得到电子产生H2，根据题图可知电极1与电池负极连接，为阴极，所以制H2时，连接K1，产生H2的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。③制备O2时碱性电解液中的OH－失去电子生成O2，连接K2，O2在电极2上产生。连接K1时，电极3为电解池的阳极，Ni(OH)2失去电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，连接K2时，电极3为电解池的阴极，电极反应式为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，使电极3得以循环使用。
1．(2020·山东师大附中期中)某种酒精检测仪的传感器采用Pt作为电极，其燃烧室内充满特种催化剂。某同学用该乙醇燃料电池作为电源设计如图所示电解实验装置。
下列说法不正确的是( )
A．a电极为负极，d电极为阴极
B．b电极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．当装置Ⅱ中生成11.2 L(标准状况)Cl2时，有0.5 ml H＋通过装置Ⅰ中的质子交换膜
D．当装置Ⅰ中生成6.0 g CH3COOH时，装置Ⅲ中CuSO4溶液的质量减少16 g
答案 C
解析 乙醇燃料电池中，O2通入b电极区，乙醇蒸气通入a电极区，则a电极是负极，b电极是正极，从而推知，d电极是阴极，A正确；b电极是正极，O2得电子发生还原反应，电解液呈酸性，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B正确；装置Ⅱ中电解饱和氯化钠溶液，生成标准状况下11.2 L Cl2(即0.5 ml)，电路中通过1 ml电子，据得失电子守恒和溶液呈电中性可知，装置Ⅰ中有1 ml H＋透过质子交换膜向右迁移，C错误；装置Ⅰ中负极反应式为CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋，生成6.0 g CH3COOH(即0.1 ml)时，电路中通过0.4 ml电子，装置Ⅲ中阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，据得失电子守恒推知，放出0.1 ml O2、析出0.2 ml Cu，故装置Ⅲ中溶液减少的质量为0.1 ml×32 g·ml－1＋0.2 ml×64 g·ml－1＝16 g，D正确。
2．(2020·山东菏泽模拟)用石墨烯锂硫电池电解制备Fe(OH)2的装置如图所示。电池放电时的反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)，电解池两极材料分别为Fe和石墨，工作一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。下列说法不正确的是( )
A．X是铁电极，发生氧化反应
B．电子流动的方向：B→Y，X→A
C．正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
D．锂电极减重0.14 g时，电解池中溶液减重0.18 g
答案 D
解析 电解法制备Fe(OH)2，则铁作阳极，根据题给总反应可知，金属锂发生氧化反应，作电池的负极，所以Y为阴极，故X是铁电极，故A项正确；电子从原电池的负极流至电解池的阴极，然后从电解池的阳极流回到原电池的正极，即电子从B电极流向Y电极，从X电极流回A电极，故B项正确；由图示可知，电极A发生了还原反应，即正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，故C项正确；锂电极减重0.14 g，则电路中转移0.02 ml电子，电解池中发生的总反应为Fe＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))Fe(OH)2＋H2↑，所以转移0.02 ml电子时，电解池中溶液减少0.02 ml H2O，即减轻0.36 g，故D项错误。
3．用石墨电极完成下列电解实验。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
答案 B
解析 A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的水放电生成氢气和氢氧根离子造成的，正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，发生的反应为Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中也形成电解池，n(钢珠右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(钢球左面)为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m的右面得电子析出铜，正确。
4．(2020·太原质检)采用电化学法还原CO2，是一种使CO2资源化的方法。如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法正确的是( )
A．Zn与电源的负极相连
B．ZnC2O4在交换膜右侧生成
C．电解的总反应式为2CO2＋Zneq \(=====,\s\up7(电解))ZnC2O4
D．通入11.2 L CO2时，转移0.5 ml电子
答案 C
解析 电解过程中Zn被氧化，作阳极，所以Zn与电源的正极相连，A错误；Zn2＋透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2Oeq \\al(2－,4)形成ZnC2O4，B错误；没有给出气体所处的温度和压强，D错误。
5．(2020·湖北宜昌部分示范高中教学协作体期中)现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是( )
(注：质子指H＋，质子交换膜仅允许H＋通过)
A．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极
C．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋
D．该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合
答案 A
解析 酸性条件下，氧气得电子生成水，则Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A项错误；放电时，质子向正极移动，Pt1电极为负极，Pt2电极为正极，则该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极，B项正确；Pt1电极通入SO2，SO2在负极失电子生成SOeq \\al(2－,4)，则Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，C项正确；二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池吸收了空气中的二氧化硫，起到了环保的作用，产物中有硫酸，而且发电，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，D项正确。
6．(2020·天津高三模拟)在混合导体透氧膜反应器中只需一步就可同时制备氨合成气(N2、H2)和液体燃料合成气(CO、H2)，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．膜Ⅰ侧发生的反应为H2O＋2e－===H2↑＋O2－、O2＋4e－===2O2－
B．膜Ⅱ侧相当于原电池的负极
C．膜Ⅱ侧发生的反应为CH4＋O2－－2e－===2H2＋CO
D．膜Ⅱ侧每消耗1 ml CH4，膜Ⅰ侧一定生成1 ml H2
答案 D
解析 膜Ⅰ侧，H2O和O2在正极均发生还原反应，结合题图可写出其电极反应式为H2O＋2e－===H2↑＋O2－、O2＋4e－===2O2－，A项正确；原电池中阴离子由正极向负极移动，结合题图中O2－的移动方向可知，膜Ⅰ侧相当于原电池的正极，膜Ⅱ侧相当于原电池的负极，B项正确；膜Ⅱ侧CH4发生氧化反应，其电极反应式为CH4＋O2－－2e－===2H2＋CO，C项正确；膜Ⅰ侧发生的反应为H2O＋2e－===H2↑＋O2－、O2＋4e－===2O2－，膜Ⅱ侧发生的反应为CH4＋O2－－2e－===2H2＋CO，则膜Ⅱ侧每消耗1 ml CH4，膜Ⅰ侧生成的H2小于1 ml，D项错误。
7．三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SOeq \\al(2－,4)可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SOeq \\al(2－,4)向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 ml电子的电量时，会有0.5 ml的O2生成
答案 B
解析 电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SOeq \\al(2－,4)向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 ml电子的电量时，会有0.25 ml的O2生成，D错误。
8．用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，则下列有关说法不正确的是( )
A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极
B．阳极区pH增大
C．图中的b>a
D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2
答案 B
解析 A项，由图示可知Pt(Ⅰ)极上H＋→H2，发生还原反应，故Pt(Ⅰ)为阴极，X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极，正确；B项，Pt(Ⅱ)为阳极，在阳极，SOeq \\al(2－,3)、HSOeq \\al(－,3)被氧化为H2SO4，SOeq \\al(2－,3)＋H2O－2e－===2H＋＋SOeq \\al(2－,4)，HSOeq \\al(－,3)＋H2O－2e－===3H＋＋SOeq \\al(2－,4)，溶液的酸性增强，pH减小，错误；C项，由B项分析可知，阳极有H2SO4生成，故b>a，正确；D项，阳极产物为H2SO4，阴极产物为H2，正确。
9．硼酸(H3BO3)可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，工作原理如图所示。下列有关表述错误的是( )
A．M室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%C．b膜为阴离子交换膜，产品室发生反应为H＋＋[B(OH)4]－===H3BO3＋H2O
D．理论上每生成1 ml H3BO3，阴极室可生成5.6 L(标准状况)气体
答案 D
解析 由题意知，通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备硼酸，左边为阳极室，右边为阴极室。阳极上水失电子生成O2和H＋，所以a膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，产品室发生反应为H＋＋[B(OH)4]－===H3BO3＋H2O；阴极上水得电子生成H2和OH－，c膜为阳离子交换膜，所以电解后氢氧化钠溶液的浓度变大。M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A项正确；N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%10．(2020·湖北四地七校联考)某地海水中主要离子的质量浓度如下表，现利用“电渗析法”对海水进行淡化，技术原理如图所示(两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是( )
A．甲室的电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
B．淡化过程中易在戊室形成水垢
C．乙室和丁室中部分离子的浓度增大，淡水的出口为b
D．当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时，通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为2 ml
答案 D
解析 由图可知，甲室电极与电源正极相连，为阳极室，Cl－放电能力大于OH－，所以阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故A正确；由图可知，戊室电极与电源负极相连，为阴极室，开始电解时，阴极上水得电子生成氢气同时生成OH－，生成的OH－和HCOeq \\al(－,3)反应生成COeq \\al(2－,3)，与Ca2＋反应生成CaCO3沉淀，OH－和Mg2＋反应生成Mg(OH)2，CaCO3和Mg(OH)2是水垢的成分，故B正确；阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过，电解时丙室中阴离子移向乙室，阳离子移向丁室，所以丙室中物质主要是水，则淡水的出口为b，故C正确；根据B项的分析，戊室收集到的是H2，当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时，则电路中转移2 ml电子，通过甲室阳膜的离子为阳离子，既有＋1价的离子，又有＋2价的离子，所以物质的量不是2 ml，故D错误。
11．(2020·山东淄博实验中学月考)肼(N2H4)-空气碱性燃料电池放电效率高，以该电池为电源模拟工业制烧碱，装置如图所示：
回答下列问题：
(1)乙装置的能量转化形式主要是__________。
(2)乙装置中离子交换膜的类型是________(填字母)。
A．质子交换膜
B．阳离子交换膜
C．阴离子交换膜
(3)铂电极的名称是________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)。
(4)写出铜电极的电极反应式：_____________________________________。
(5)电解过程中，石墨电极附近溶液的pH减小，其原因是_________________________(用化学用语和必要的文字说明)。
(6)若铂电极上有4.48 L O2(标准状况)发生反应，装置的电流效率为80%，理论上制备纯度为96%的烧碱____g(结果保留1位小数)。
答案 (1)电能转化为化学能 (2)B (3)正极
(4)N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O
(5)石墨电极发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，溶液的酸性增强 (6)26.7
解析 (1)装置甲是肼(N2H4)-空气碱性燃料电池，则装置乙是电解池，能量转化形式主要是电能转化为化学能。(2)N2H4在铜电极被氧化生成N2，则铜电极是负极，根据电极连接方式可知，铁是阴极，石墨是阳极。铁电极(阴极)反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极产生OH－，石墨电极(阳极)反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阳极消耗Cl－，为保持溶液呈电中性且制取烧碱，Na＋应透过离子交换膜向左侧迁移，阴极室中得到NaOH溶液，故离子交换膜是阳离子交换膜。(5)电解过程中，石墨电极(阳极)上生成Cl2，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，则石墨电极附近溶液的酸性增强，pH减小。(6)铂电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铂电极上有4.48 L O2(标准状况)发生反应，即消耗0.2 ml O2，电路中转移0.8 ml电子，装置的电流效率为80%，则电子的有效利用量为0.8 ml×80%＝0.64 ml。制取1 ml NaOH时理论上转移电子的物质的量为1 ml，则制取的NaOH的物质的量为0.64 ml，故理论上制备纯度为96%的烧碱的质量为eq \f(0.64 ml×40 g·ml－1,96%)≈26.7 g。
12．对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。
(1)含乙酸钠和对氯苯酚()的废水可以通过构成微生物电池除去二者，其原理如图所示。
①B极是电池的____(填“正”或“负”)极；
②A极的电极反应式为__________________________________。
(2)用电渗析法处理厨房垃圾发酵液，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)。
①阳极的电极反应式为_______________________________________。
②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：_________________________________________。
③电解过程中，采取一定的措施可控制阴极室的pH为6～8，此时进入浓缩室的OH－可忽略不计。
400 mL 10 g·L－1乳酸溶液通电一段时间后，浓度增至145 g·L－1(溶液体积变化忽略不计)，则阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为________L(乳酸的摩尔质量为90 g·ml－1)。
答案 (1)①负 ②＋H＋＋2e－===＋Cl－ (2)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ②阳极上水中的OH－放电，c(H＋)增大，H＋从阳极室通过阳离子交换膜进入浓缩室，同时A－通过阴离子交换膜从阴极室进入浓缩室，发生反应H＋＋A－===HA，乳酸浓度增大 ③6.72选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……
离子
Na＋
K＋
Ca2＋
Mg2＋
Cl－
SOeq \\al(2－,4)
HCOeq \\al(－,3)
质量浓度/(mg·L－1)
9 360
83
200
1 100
16 000
1 200
118
复习目标 1.掌握多池连接的分析应用。2.了解离子交换膜的分类及特点。3.理解离子交换膜在装置中的作用。4.熟悉电化学综合计算中的常用方法。
考点一 多池串联的两大模型及原理分析
1．常见串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
显然两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2．“串联”类装置的解题流程
1．(2020·长春质检)下图装置中a、b、c、d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b>d。符合上述实验结果的盐溶液是( )
答案 B
解析 A项，当X为MgSO4时，b极上生成H2，电极质量不增加，错误；C项，X为FeSO4，Y为Al2(SO4)3，b、d极上均产生气体，错误；D项，b极上析出Cu，d极上析出Ag，其中d极增加的质量大于b极增加的质量，错误。
2．如图所示装置可间接氧化工业废水中含氮离子(NHeq \\al(＋,4))。下列说法不正确的是( )
A．乙是电能转变为化学能的装置
B．含氮离子氧化时的离子方程式为3Cl2＋2NHeq \\al(＋,4)===N2＋6Cl－＋8H＋
C．若生成H2和N2的物质的量之比为3∶1，则处理后废水的pH减小
D．电池工作时，甲池中的Na＋移向Mg电极
答案 D
3．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。
请回答下列问题：
(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为________________________________________________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中________极析出________g铜。
(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)原电池 CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O
(2)阳极 4AgNO3＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3
(3)280 D 1.60 (4)减小 增大
解析 (1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \\al(2－,3)＋6H2O。
(2)乙池中电解AgNO3溶液，其中C作阳极，Ag作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3。
(3)根据各电极上转移的电子数相同，得n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝eq \f(1,4)×eq \f(5.40,108)×22.4 L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝eq \f(1,2)×eq \f(5.40,108)×64 g＝1.60 g。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙中总反应2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。
多池串联的装置中，先根据电极反应物和电解质溶液判断哪个是原电池，其余装置一般为电解池；与原电池正极相连的电极为电解池阳极，与原电池负极相连的电极为电解池阴极，据此判断各池中发生的反应。
考点二 多室隔膜在电化学中的应用
常见的离子交换膜
1．含义和作用
(1)含义：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。
(2)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能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
2．分类和应用
1．用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有何缺陷？
答案 缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；
缺陷2：Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量。
2．用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有哪些？
答案 (1)平衡电荷，形成闭合回路；
(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
(3)避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
(4)避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
题组一 “隔膜”在新型电池中的应用
1．(2020·黔东南州模拟)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是( )
A．该装置能实现化学能100%转化为电能
B．电子移动方向：a极→b极→质子交换膜→a极
C．a电极的电极反应式为：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
D．当b电极消耗22.4 L O2时，质子交换膜有4 ml H＋通过
答案 C
解析 A项，化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，错误；B项，电子不能经过电解质溶液，所以电子由a极eq \(――→,\s\up7(导线))b极，错误；C项，a为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，正确；D项，气体所处状况不知，无法由体积求物质的量，所以通过H＋的物质的量无法求出，错误。
2．(2020·青岛高三模拟)2019年3月，我国科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池，其原理图所示。下列说法不正确的是( )
A．放电时，B电极反应式：I2＋2e－===2I－
B．放电时，电解质储罐中离子总浓度增大
C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
D．充电时，A极增重65 g时，C区增加的离子数为4NA
答案 C
解析 放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A项正确；放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以电解质储罐中的离子总浓度增大，B项正确；离子交换膜的作用是防止I2、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋，正极区生成
I－，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C项错误；充电时，A极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g，转移2 ml电子，所以C区增加2 ml K＋、2 ml Cl－，离子总数为4NA，D正确。
题组二 “双室”电解池的应用
3．(2020·合肥第一次教学质量检测)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．电极B连接电源正极
B．A极区电解液为LiCl溶液
C．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．每生成1 ml H2，有1 ml Li＋通过该离子交换膜
答案 B
解析 由题意知，电解LiCl溶液制备LiOH，由于电极B生成氢气，A与B用阳离子交换膜隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液，A项错误，B项正确；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；每生成1 ml H2，有2 ml Li＋通过该离子交换膜，D项错误。
4．(2020·四川宜宾诊断)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，是一种强还原剂。工业常用惰性电极电解亚硫酸氢钠的方法制备连二亚硫酸钠，原理及装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．b电极应该接电源的负极
B．a电极的电极反应式2HSOeq \\al(－,3)＋2H＋＋2e－===S2Oeq \\al(2－,4)＋2H2O
C．装置中所用离子交换膜为阴离子交换膜
D．电路中每转移1 ml电子，消耗SO2的体积为11.2 L
答案 B
解析 NaHSO3在a电极被还原生成Na2S2O4，则a电极是阴极，b电极是阳极，故b电极接电源的正极，A错误；a电极发生还原反应，HSOeq \\al(－,3)被还原生成S2Oeq \\al(2－,4)，电极反应式为2HSOeq \\al(－,3)＋2H＋＋2e－===S2Oeq \\al(2－,4)＋2H2O，B正确；b电极是阳极，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===4H＋＋SOeq \\al(2－,4)，阳极生成H＋，阴极消耗H＋，为维持溶液呈电中性，H＋透过离子交换膜向阴极迁移，则该离子交换膜是阳离子交换膜，C错误；电路中每转移1 ml电子，阳极消耗0.5 ml SO2，在标准状况下的体积为11.2 L，题目未指明SO2是否处于标准状况下，D错误。
题组三 “多室”电解池的应用
5．(2020·长春质检)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。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－。下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源的正极
B．B为阳离子交换膜
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D．Ⅱ口排出的是淡水
答案 B
解析 根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。
6．(2020·河南天一大联考阶段检测)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述正确的是( )
A．电极a为粗铜，电极b为纯铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过1 ml电子时，可生成32 g纯铜
答案 D
解析 由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为纯铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 ml电子时，可生成0.5 ml纯铜，其质量为32 g，D项正确。
7．四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是( )
A．b、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
B．通电后Ⅲ室中的Cl－透过c迁移至阳极区
C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高
D．电池总反应为4NaCl＋6H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑
答案 D
解析 由图中信息可知，左边电极与负极相连为阴极，右边电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上H2O放电生成O2和H＋，阴极上H2O放电生成H2和OH－；H＋透过c，Cl－透过b，二者在b、c之间的Ⅲ室形成盐酸，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；Na＋透过a，NaOH的浓度变大，所以a是阳离子交换膜，故A、B两项均错误；电解一段时间后，Ⅰ中的溶液的c(OH－)升高，pH升高，Ⅱ中为NaCl溶液，pH不变，Ⅲ中有HCl生成，故c(H＋)增大，pH减小，Ⅳ中H＋移向Ⅲ，H2O放电生成O2，使水的量减小，c(H＋)增大，pH减小，C错误。
(1)含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
(2)在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率；在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。
考点三 电化学原理的相关计算
电化学综合计算的三种常用方法
(1)根据总反应式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：
4e－～ SKIPIF 1 < 0 ～ SKIPIF 1 < 0
阳极产物 阴极产物
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
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。
1．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq \\al(－,3))＝0.6 ml·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 ml·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 ml电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 ml
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 ml·L－1
答案 A
解析 石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 ml 电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 ml电子，所以Cu2＋共得到0.4 ml－0.2 ml＝0.2 ml电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 ml。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NOeq \\al(－,3))，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NOeq \\al(－,3))，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 ml·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 ml·L－1。
2．(2020·山东师大附中模拟)某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是( )
A．X极的电极反应式：Pb－2e－＋SOeq \\al(2－,4)===PbSO4
B．铅蓄电池工作时，每转移2 ml电子，消耗98 g H2SO4
C．电解池的反应仅有2Al＋6H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Al(OH)3↓＋3H2↑
D．每消耗103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有11.2 L H2生成
答案 A
解析 由图可知，电解池中，Al电极上发生氧化反应生成Al3＋和O2，H2O在Fe电极上被还原生成H2，则Al电极是阳极，Fe电极是阴极，Y极是正极，X极是负极，则X极的电极反应式为Pb－2e－＋SOeq \\al(2－,4)===PbSO4，A正确；铅蓄电池工作时，电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，则转移2 ml电子时消耗2 ml H2SO4，其质量为196 g，B错误；由图可知，Al电极上除生成Al3＋外，还生成O2，Fe电极上生成H2和OH－，故电解池中还发生反应：2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑，C错误；消耗103.5 g(即0.5 ml)Pb时，电路中转移1 ml电子，则阴极上逸出0.5 ml H2，题目未指明气体所处状况，H2的体积不确定，D错误。
3．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X电极为直流电源的________极。
(2)pH变化：A________，B________，C________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为__________(设电解前后溶液体积无变化)。
答案 (1)负 (2)增大 减小 不变
(3)0.025 ml·L－1 (4)13
解析 (1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应变为Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。
(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，pH不变。
(3)通电5 min时，C中析出0.02 ml Ag，电路中通过0.02 ml电子。B中共收集0.01 ml气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 ml电子，电子转移不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，则4x＋4y＝0.02 ml(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01 ml(气体体积之和)，解得x＝y＝0.002 5 ml，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 ml＝0.005 ml，c(CuSO4)＝eq \f(0.005 ml,0.2 L)＝0.025 ml·L－1。(4)通电5 min时，A中放出0.01 ml H2，溶液中生成0.02 ml KOH，c(OH－)＝eq \f(0.02 ml,0.2 L)＝0.1 ml·L－1，pH＝13。
(1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。
(2)同一电解池的阴、阳极电极反应中得、失电子数相等。
(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。
1．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，10]微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是( )
A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．当电路中转移1 ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
答案 B
解析 由装置示意图可知，负极区CH3COO－发生氧化反应生成CO2和H＋，A项正确；隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，才能使模拟海水中的氯离子移向负极，钠离子移向正极，达到海水淡化的目的，B项错误；电路中有1 ml 电子通过，则电解质溶液中有1 ml钠离子移向正极，1 ml氯离子移向负极，C项正确；负极产生CO2：CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，正极产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，根据电荷守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。
2．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，13]采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
答案 D
解析 A项，根据题图可知，a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极区，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
3．[2018·全国卷Ⅰ，27(3)]焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
制备Na2S2O5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。
答案 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
解析 阳极上H2O放电生成O2和H＋，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电解过程中H＋透过阳离子交换膜进入a室，故a室中NaHSO3浓度增加。
4．[2019·北京，27(2)]可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接________。产生H2的电极反应式是______________________________。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应，说明电极3的作用：___________________________
________________________________________________________________________。
答案 ①K1 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
解析 ①电解碱性电解液时，H2O电离出的H＋在阴极得到电子产生H2，根据题图可知电极1与电池负极连接，为阴极，所以制H2时，连接K1，产生H2的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。③制备O2时碱性电解液中的OH－失去电子生成O2，连接K2，O2在电极2上产生。连接K1时，电极3为电解池的阳极，Ni(OH)2失去电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，连接K2时，电极3为电解池的阴极，电极反应式为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，使电极3得以循环使用。
1．(2020·山东师大附中期中)某种酒精检测仪的传感器采用Pt作为电极，其燃烧室内充满特种催化剂。某同学用该乙醇燃料电池作为电源设计如图所示电解实验装置。
下列说法不正确的是( )
A．a电极为负极，d电极为阴极
B．b电极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．当装置Ⅱ中生成11.2 L(标准状况)Cl2时，有0.5 ml H＋通过装置Ⅰ中的质子交换膜
D．当装置Ⅰ中生成6.0 g CH3COOH时，装置Ⅲ中CuSO4溶液的质量减少16 g
答案 C
解析 乙醇燃料电池中，O2通入b电极区，乙醇蒸气通入a电极区，则a电极是负极，b电极是正极，从而推知，d电极是阴极，A正确；b电极是正极，O2得电子发生还原反应，电解液呈酸性，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B正确；装置Ⅱ中电解饱和氯化钠溶液，生成标准状况下11.2 L Cl2(即0.5 ml)，电路中通过1 ml电子，据得失电子守恒和溶液呈电中性可知，装置Ⅰ中有1 ml H＋透过质子交换膜向右迁移，C错误；装置Ⅰ中负极反应式为CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋，生成6.0 g CH3COOH(即0.1 ml)时，电路中通过0.4 ml电子，装置Ⅲ中阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，据得失电子守恒推知，放出0.1 ml O2、析出0.2 ml Cu，故装置Ⅲ中溶液减少的质量为0.1 ml×32 g·ml－1＋0.2 ml×64 g·ml－1＝16 g，D正确。
2．(2020·山东菏泽模拟)用石墨烯锂硫电池电解制备Fe(OH)2的装置如图所示。电池放电时的反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)，电解池两极材料分别为Fe和石墨，工作一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。下列说法不正确的是( )
A．X是铁电极，发生氧化反应
B．电子流动的方向：B→Y，X→A
C．正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
D．锂电极减重0.14 g时，电解池中溶液减重0.18 g
答案 D
解析 电解法制备Fe(OH)2，则铁作阳极，根据题给总反应可知，金属锂发生氧化反应，作电池的负极，所以Y为阴极，故X是铁电极，故A项正确；电子从原电池的负极流至电解池的阴极，然后从电解池的阳极流回到原电池的正极，即电子从B电极流向Y电极，从X电极流回A电极，故B项正确；由图示可知，电极A发生了还原反应，即正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，故C项正确；锂电极减重0.14 g，则电路中转移0.02 ml电子，电解池中发生的总反应为Fe＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))Fe(OH)2＋H2↑，所以转移0.02 ml电子时，电解池中溶液减少0.02 ml H2O，即减轻0.36 g，故D项错误。
3．用石墨电极完成下列电解实验。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
答案 B
解析 A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的水放电生成氢气和氢氧根离子造成的，正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，发生的反应为Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中也形成电解池，n(钢珠右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(钢球左面)为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m的右面得电子析出铜，正确。
4．(2020·太原质检)采用电化学法还原CO2，是一种使CO2资源化的方法。如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法正确的是( )
A．Zn与电源的负极相连
B．ZnC2O4在交换膜右侧生成
C．电解的总反应式为2CO2＋Zneq \(=====,\s\up7(电解))ZnC2O4
D．通入11.2 L CO2时，转移0.5 ml电子
答案 C
解析 电解过程中Zn被氧化，作阳极，所以Zn与电源的正极相连，A错误；Zn2＋透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2Oeq \\al(2－,4)形成ZnC2O4，B错误；没有给出气体所处的温度和压强，D错误。
5．(2020·湖北宜昌部分示范高中教学协作体期中)现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是( )
(注：质子指H＋，质子交换膜仅允许H＋通过)
A．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极
C．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋
D．该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合
答案 A
解析 酸性条件下，氧气得电子生成水，则Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A项错误；放电时，质子向正极移动，Pt1电极为负极，Pt2电极为正极，则该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极，B项正确；Pt1电极通入SO2，SO2在负极失电子生成SOeq \\al(2－,4)，则Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SOeq \\al(2－,4)＋4H＋，C项正确；二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池吸收了空气中的二氧化硫，起到了环保的作用，产物中有硫酸，而且发电，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，D项正确。
6．(2020·天津高三模拟)在混合导体透氧膜反应器中只需一步就可同时制备氨合成气(N2、H2)和液体燃料合成气(CO、H2)，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．膜Ⅰ侧发生的反应为H2O＋2e－===H2↑＋O2－、O2＋4e－===2O2－
B．膜Ⅱ侧相当于原电池的负极
C．膜Ⅱ侧发生的反应为CH4＋O2－－2e－===2H2＋CO
D．膜Ⅱ侧每消耗1 ml CH4，膜Ⅰ侧一定生成1 ml H2
答案 D
解析 膜Ⅰ侧，H2O和O2在正极均发生还原反应，结合题图可写出其电极反应式为H2O＋2e－===H2↑＋O2－、O2＋4e－===2O2－，A项正确；原电池中阴离子由正极向负极移动，结合题图中O2－的移动方向可知，膜Ⅰ侧相当于原电池的正极，膜Ⅱ侧相当于原电池的负极，B项正确；膜Ⅱ侧CH4发生氧化反应，其电极反应式为CH4＋O2－－2e－===2H2＋CO，C项正确；膜Ⅰ侧发生的反应为H2O＋2e－===H2↑＋O2－、O2＋4e－===2O2－，膜Ⅱ侧发生的反应为CH4＋O2－－2e－===2H2＋CO，则膜Ⅱ侧每消耗1 ml CH4，膜Ⅰ侧生成的H2小于1 ml，D项错误。
7．三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SOeq \\al(2－,4)可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SOeq \\al(2－,4)向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 ml电子的电量时，会有0.5 ml的O2生成
答案 B
解析 电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SOeq \\al(2－,4)向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 ml电子的电量时，会有0.25 ml的O2生成，D错误。
8．用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，则下列有关说法不正确的是( )
A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极
B．阳极区pH增大
C．图中的b>a
D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2
答案 B
解析 A项，由图示可知Pt(Ⅰ)极上H＋→H2，发生还原反应，故Pt(Ⅰ)为阴极，X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极，正确；B项，Pt(Ⅱ)为阳极，在阳极，SOeq \\al(2－,3)、HSOeq \\al(－,3)被氧化为H2SO4，SOeq \\al(2－,3)＋H2O－2e－===2H＋＋SOeq \\al(2－,4)，HSOeq \\al(－,3)＋H2O－2e－===3H＋＋SOeq \\al(2－,4)，溶液的酸性增强，pH减小，错误；C项，由B项分析可知，阳极有H2SO4生成，故b>a，正确；D项，阳极产物为H2SO4，阴极产物为H2，正确。
9．硼酸(H3BO3)可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，工作原理如图所示。下列有关表述错误的是( )
A．M室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%
D．理论上每生成1 ml H3BO3，阴极室可生成5.6 L(标准状况)气体
答案 D
解析 由题意知，通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备硼酸，左边为阳极室，右边为阴极室。阳极上水失电子生成O2和H＋，所以a膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，产品室发生反应为H＋＋[B(OH)4]－===H3BO3＋H2O；阴极上水得电子生成H2和OH－，c膜为阳离子交换膜，所以电解后氢氧化钠溶液的浓度变大。M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A项正确；N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%
A．甲室的电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
B．淡化过程中易在戊室形成水垢
C．乙室和丁室中部分离子的浓度增大，淡水的出口为b
D．当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时，通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为2 ml
答案 D
解析 由图可知，甲室电极与电源正极相连，为阳极室，Cl－放电能力大于OH－，所以阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故A正确；由图可知，戊室电极与电源负极相连，为阴极室，开始电解时，阴极上水得电子生成氢气同时生成OH－，生成的OH－和HCOeq \\al(－,3)反应生成COeq \\al(2－,3)，与Ca2＋反应生成CaCO3沉淀，OH－和Mg2＋反应生成Mg(OH)2，CaCO3和Mg(OH)2是水垢的成分，故B正确；阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过，电解时丙室中阴离子移向乙室，阳离子移向丁室，所以丙室中物质主要是水，则淡水的出口为b，故C正确；根据B项的分析，戊室收集到的是H2，当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时，则电路中转移2 ml电子，通过甲室阳膜的离子为阳离子，既有＋1价的离子，又有＋2价的离子，所以物质的量不是2 ml，故D错误。
11．(2020·山东淄博实验中学月考)肼(N2H4)-空气碱性燃料电池放电效率高，以该电池为电源模拟工业制烧碱，装置如图所示：
回答下列问题：
(1)乙装置的能量转化形式主要是__________。
(2)乙装置中离子交换膜的类型是________(填字母)。
A．质子交换膜
B．阳离子交换膜
C．阴离子交换膜
(3)铂电极的名称是________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)。
(4)写出铜电极的电极反应式：_____________________________________。
(5)电解过程中，石墨电极附近溶液的pH减小，其原因是_________________________(用化学用语和必要的文字说明)。
(6)若铂电极上有4.48 L O2(标准状况)发生反应，装置的电流效率为80%，理论上制备纯度为96%的烧碱____g(结果保留1位小数)。
答案 (1)电能转化为化学能 (2)B (3)正极
(4)N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O
(5)石墨电极发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，溶液的酸性增强 (6)26.7
解析 (1)装置甲是肼(N2H4)-空气碱性燃料电池，则装置乙是电解池，能量转化形式主要是电能转化为化学能。(2)N2H4在铜电极被氧化生成N2，则铜电极是负极，根据电极连接方式可知，铁是阴极，石墨是阳极。铁电极(阴极)反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极产生OH－，石墨电极(阳极)反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阳极消耗Cl－，为保持溶液呈电中性且制取烧碱，Na＋应透过离子交换膜向左侧迁移，阴极室中得到NaOH溶液，故离子交换膜是阳离子交换膜。(5)电解过程中，石墨电极(阳极)上生成Cl2，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，则石墨电极附近溶液的酸性增强，pH减小。(6)铂电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铂电极上有4.48 L O2(标准状况)发生反应，即消耗0.2 ml O2，电路中转移0.8 ml电子，装置的电流效率为80%，则电子的有效利用量为0.8 ml×80%＝0.64 ml。制取1 ml NaOH时理论上转移电子的物质的量为1 ml，则制取的NaOH的物质的量为0.64 ml，故理论上制备纯度为96%的烧碱的质量为eq \f(0.64 ml×40 g·ml－1,96%)≈26.7 g。
12．对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。
(1)含乙酸钠和对氯苯酚()的废水可以通过构成微生物电池除去二者，其原理如图所示。
①B极是电池的____(填“正”或“负”)极；
②A极的电极反应式为__________________________________。
(2)用电渗析法处理厨房垃圾发酵液，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)。
①阳极的电极反应式为_______________________________________。
②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：_________________________________________。
③电解过程中，采取一定的措施可控制阴极室的pH为6～8，此时进入浓缩室的OH－可忽略不计。
400 mL 10 g·L－1乳酸溶液通电一段时间后，浓度增至145 g·L－1(溶液体积变化忽略不计)，则阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为________L(乳酸的摩尔质量为90 g·ml－1)。
答案 (1)①负 ②＋H＋＋2e－===＋Cl－ (2)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ②阳极上水中的OH－放电，c(H＋)增大，H＋从阳极室通过阳离子交换膜进入浓缩室，同时A－通过阴离子交换膜从阴极室进入浓缩室，发生反应H＋＋A－===HA，乳酸浓度增大 ③6.72选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
CuSO4
AgNO3
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……
离子
Na＋
K＋
Ca2＋
Mg2＋
Cl－
SOeq \\al(2－,4)
HCOeq \\al(－,3)
质量浓度/(mg·L－1)
9 360
83
200
1 100
16 000
1 200
118
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