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适用于新教材2024版高考化学一轮总复习第六章课时规范练33多池或多室电化学装置及分析新人教版
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课时规范练33
选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.(2023安徽“皖南八校”联考)利用铜配合物10-phenanthroline-Cu作催化剂电催化可还原CO2制备碳基燃料(包括CO、烷烃和羧酸等),其装置原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.石墨烯为阴极,电极反应式为CO2+2H2O+2e-HCOOH+2OH-
B.该装置工作时,H+穿过质子交换膜从右向左移动
C.每转移2 mol电子,阴极室电解质溶液质量增加46 g
D.该装置工作一段时间后,阳极室电解质溶液pH不变
答案:C
解析:石墨烯为阴极,交换膜为质子交换膜,阴极电极反应式为CO2+2H++2e-HCOOH,A错误;根据电解原理,H+应从左向右移动,B错误;转移2mol电子,有44gCO2参加反应,同时有2molH+从阳极移向阴极,阴极室电解质溶液质量增加44g+2g=46g,C正确;阳极电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,溶剂水减少,c(H+)增大,pH减小,D错误。
2.电解含硫酸铵的废水可制备硫酸和化肥,电解装置如图。下列说法错误的是( )
A.a极为电源的负极
B.N通过阳膜移向N室
C.电解过程中原料室溶液pH升高
D.M室电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+
答案:A
解析:电解含硫酸铵的废水可制备硫酸和化肥,则N通过阳膜移向N室,所以右边石墨电极为阴极,左边石墨电极为阳极,则a极为电源的正极,A错误,B正确;电解过程中原料室溶液中N通过阳膜移向N室,S通过阴膜移向M室,原料室中(NH4)2SO4浓度降低,则溶液的pH升高,C正确;左边M室中水电离产生的OH-发生氧化反应,M室电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,D正确。
3.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,故电极a为阳极,连接电源的正极,A正确;水在双极膜A解离后,氢离子和透过B膜的阴离子在B膜左侧形成混合酸,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。
4.(2023山东泰安模拟)1,5-戊二胺()是生物法制备尼龙材料的重要原料,利用双极膜电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5-戊二胺硫酸盐(含和S)转换为1,5-戊二胺,实现无害化提取,工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.a极的电势比b极的低
B.m膜为阳离子交换膜,n膜为阴离子交换膜
C.电解过程中,H2SO4极室溶液的pH逐渐减小
D.b极区每生成11.2 L气体(标准状况),理论上可生成2 mol 1,5-戊二胺
答案:D
解析:电解池中阳离子向a极运动,则a极是阴极,b极是阳极,故a极的电势比b极的低,A正确;m膜为阳离子交换膜,n膜为阴离子交换膜,B正确;电解过程中,生物发酵液中的S进入H2SO4极室生成H2SO4,溶液pH逐渐减小,C正确;b极区是阳极区,电渗析过程生成O2,每生成11.2L气体(标准状况)转移电子mol×4=2mol,而1mol生成1mol时得2mol电子,故理论上可生成1mol1,5-戊二胺,D错误。
5.用乙醇燃料电池作为电源电解KI溶液的装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲池中OH-流向b极,乙池中OH-流向d极
B.a极的电极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2+12H+
C.已知I2会与OH-反应生成IO-,则在乙池的右侧会存在IO-
D.当乙池产生2 mol气体时,则电路中转移2 mol e-
答案:C
解析:甲池中乙醇通入a极,空气通入b极,则a极是负极,b极是正极,根据电极的连接方式可知,c极是阳极,d极是阴极。原电池中阴离子向负极移动,电解池中阴离子向阳极移动,则甲池中OH-流向a极,乙池中OH-流向c极,A错误;甲池电解质溶液为KOH溶液,则a极反应式为CH3CH2OH+16OH--12e-2C+11H2O,B错误;c极是阳极,电极反应为2I--2e-I2,I2会与OH-反应生成IO-,乙池中是阴离子交换膜,故乙池中交换膜的左侧和右侧都会存在IO-,C正确;d极是阴极,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,乙池产生2mol气体时,则电路中转移4mol电子,D错误。
6.(2023福建南平模拟)双极膜是一种能将水分子解离成H+和OH-的特殊离子交换膜。应用双极膜制取聚合硫酸铁净水剂(PFS)的电化学装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.交换膜M为阴离子交换膜,乙为OH-
B.电极a的电极反应式为2H++2e-H2↑
C.电流密度过大,会使PFS产品含量降低
D.若制得1 mol [Fe(OH)SO4]3,理论上转移的电子为2 mol
答案:D
解析:由生成较浓硫酸可知,S从硫酸铁溶液进入稀硫酸中,交换膜M为阴离子交换膜,要有PFS生成,则甲为H+,乙为OH-,A正确;甲为H+,则电极a为阴极,电极反应式为2H++2e-H2↑,B正确;电流密度过大会使OH-进入硫酸铁溶液中生成氢氧化铁沉淀,使PFS含量降低,C正确;若制得1mol[Fe(OH)SO4]3,则有3molOH-进入硫酸铁溶液,理论上转移的电子为3mol,D错误。
7.我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂,研发出一种Zn-NO电池系统,该电池同时具备合成氨和对外供电的功能,其工作原理如图所示(双极膜可将水解离为H+和OH-,并实现其定向通过)。下列说法错误的是( )
A.使用MoS2电极能加快合成氨的速率
B.Zn/ZnO电极反应式为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O
C.双极膜右侧为阳离子交换膜
D.当电路中通过10 mol e-时,理论上可以转化NO的质量为30 g
答案:D
解析:MoS2是电极反应的催化剂,催化剂能降低反应的活化能,加快合成氨的速率,A正确;MoS2为原电池的正极,一氧化氮在催化剂的作用下在溶液中发生还原反应生成氨,原电池中阳离子移向正极,则双极膜右侧为阳离子交换膜,C正确;MoS2为原电池的正极,一氧化氮在正极得到电子发生还原反应生成氨:NONH3,则当电路中通过10mole-时,理论上可以转化NO的质量为60g,D错误。
8.科学家采用碳基电极材料设计了一种新的电解氯化氢回收氯气的工艺,原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.a极是电源的正极
B.阴极的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+
C.电路中每转移1 mol e-,理论上可以回收氯气11.2 L(标准状况)
D.该工艺涉及的总反应为4HCl+O22Cl2+2H2O
答案:B
解析:连接电源a极的电极上HCl转化为Cl2,发生氧化反应,电解池阳极发生氧化反应,阳极连接的是电源正极,故a极为电源正极,A正确;阴极区Fe3+得电子生成Fe2+,阴极发生的电极反应为Fe3++e-Fe2+,B错误;根据阳极的电极反应2HCl-2e-Cl2+2H+,可知2e-~Cl2(g),故电路中每转移1mole-,理论上可以回收的氯气在标准状况下的体积为×1mol×22.4L·mol-1=11.2L,C正确;整个过程是电解条件下,Fe3+起催化作用,HCl与O2反应生成Cl2和H2O,该工艺的总反应为4HCl+O22Cl2+2H2O,D正确。
9.氢能因其环境友好性被誉为“终极能源”。科学家利用电解原理将氨转化为高纯氢气,其装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.阳极的电极反应式为2NH3+6OH--6e-N2+6H2O
B.OH-由a电极通过交换膜迁移向b电极
C.电解一段时间后,阴极区的pH不变
D.当电路中转移1 mol电子时,理论上可生成高纯氢气11.2 L(标准状况)
答案:C
解析:阳极上氨失电子生成氮气和水,电极反应式为2NH3+6OH--6e-N2+6H2O,A正确;a电极发生还原反应,a电极是阴极,b电极是阳极,阴离子由阴极移向阳极,OH-由a电极通过交换膜迁移向b电极,B正确;阴极发生反应2H2O+2e-H2↑+2OH-,电解一段时间后,阴极区的pH增大,C错误;阴极发生反应2H2O+2e-H2↑+2OH-,当电路中转移1mol电子时,理论上可生成高纯氢气11.2L(标准状况),D正确。
10.(2021全国甲卷,13)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层的H2O解离为H+和OH-,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.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B.阳极上的反应式为+2H++2e-+H2O
C.制得2 mol乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol电子
D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
答案:D
解析:该装置通电时,乙二酸被还原为乙醛酸,因此铅电极为电解池阴极,石墨电极为电解池阳极,阳极上Br-失电子生成Br2,然后Br2将乙二醛氧化为乙醛酸,双极膜中间层的H+移向阴极,OH-移向阳极。KBr在电化学合成过程中除作电解质外,同时还是电解过程中阳极的反应物,A错误;阳极上Br-失去电子生成Br2,Br2将乙二醛氧化为乙醛酸,B错误;电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸,1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移电子为2mol,1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移电子为2mol,根据转移电子守恒可知每生成1mol乙醛酸转移电子为1mol,因此制得2mol乙醛酸时,理论上外电路中迁移2mol电子,C错误;双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极,即H+移向铅电极,D正确。
11.为实现“双碳”目标,我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池,电池工作时,复合膜(由a、b膜复合而成)层间的H2O解离成H+和OH-,在外加电场作用下可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时,Zn-CO2电池工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.闭合K1时,OH-通过b膜向Zn电极方向移动
B.闭合K1时,Zn表面的电极反应式为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-
C.闭合K2时,Zn电极与直流电源正极相连
D.闭合K2时,在Pd电极上有2.24 L CO2(标准状况下)生成,则析出Zn 6.5 g
答案:C
解析:闭合K1时,该装置为原电池,Zn电极为负极,Pd电极为正极,OH-通过b膜移向Zn电极,A正确;闭合K1时,该装置为原电池,Zn发生失电子的氧化反应生成[Zn(OH)4]2-,电极反应式为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-,B正确;闭合K1时,Zn-CO2电池中Zn电极为负极,Pd电极为正极,闭合K2时,该装置为电解池,Zn电极为阴极,与直流电源负极相连,C错误;闭合K2时,该装置为电解池,Pd电极为阳极,阳极上HCOOH发生失去电子的氧化反应生成CO2,Zn电极为阴极,阴极上析出锌,利用得失电子守恒可知,有2.24LCO2(标准状况下)生成时,可析出6.5gZn,D正确。
12.(2023湖南新高考教研联盟联考改编)双极膜在电渗析中应用广泛,它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层,工作时水层中的H2O解离成H+和OH-,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法不正确的是( )
A.出口2的产物为NaOH溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br-不会从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H++2e-H2↑
答案:B
解析:电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,溶液中的Na+通过阳离子交换膜向阴极移动,与双极膜提供的氢氧根离子结合为NaOH,出口2的产物为NaOH溶液,A正确;电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,溶液中的Br-通过阴离子交换膜向阳极移动,与双极膜提供的氢离子结合为HBr,故出口4的产物为HBr溶液,钠离子不能通过双极膜,出口5的产物不是硫酸溶液,B错误;结合B项,Br-不会从盐室最终进入阳极液中,C正确;电解池阴极处发生的反应是物质得到电子的还原反应,水解离成H+和OH-,则在阴极处发生的反应为2H++2e-H2↑,D正确。
13.一种微生物电解池(MEC)既可以处理有机质废水,又有助于降低碳排放,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.a电极为MEC的阳极
B.MEC工作时,质子将从a电极室向b电极室迁移
C.b电极的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O
D.a电极室产生的CO2与b电极室消耗的CO2相等
答案:D
解析:a电极上有机质转化为CO2,发生氧化反应,则a电极为阳极,A正确;MEC工作时为电解池,电解池中阳离子由阳极向阴极迁移,故质子将从a电极室向b电极室迁移,B正确;b电极上CO2得电子被还原,并结合迁移过来的氢离子生成CH4和H2O,根据电子守恒和元素守恒可得电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O,C正确;有机质中碳元素的化合价不一定和甲烷中碳元素的化合价相同,故a电极室产生的CO2与b电极室消耗的CO2不一定相等,D错误。
14.利用电化学原理可对海水(主要成分为NaCl和H2O,还含有少量微生物)进行消毒,并能清除残留的含氯消毒物质(工作原理如图,其中电极均为惰性电极)。已知:工作时,先断开K2,闭合K1,一段时间后,断开K1,闭合K2。下列说法不正确的是( )
A.闭合K1后的总反应为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-
B.闭合K2后,Na+通过离子交换膜从Ⅱ室迁移至Ⅲ室
C.工作完成后,Ⅱ室中有金属Na剩余
D.残留的含氯消毒物质在Ⅲ室放电被脱除
答案:A
解析:闭合K1后为电解池,阳极海水中的Cl-被氧化为氯气,阴极为含Na+的有机电解液,则Na+被还原生成Na单质,总反应为2Cl-+2Na+Cl2↑+2Na,A错误;断开K1,闭合K2后为原电池,Ⅱ室中Na单质被氧化为Na+,为负极,Ⅲ室为正极,原电池中阳离子流向正极,故Na+通过离子交换膜从Ⅱ室迁移至Ⅲ室,B正确;断开K2,闭合K1时在Ⅰ室生成的氯气与水反应生成含氯消毒物质,含氯消毒物质可以氧化微生物,进行消毒,断开K1,闭合K2后Ⅲ室为正极,剩余的含氯消毒物质被脱除,D正确。
15.(2023湖北武汉部分重点校联考改编)认真观察下列装置,有关说法错误的是( )
A.装置B中PbO2上发生的电极反应为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
B.装置A中总反应的离子方程式为Cu+2H+Cu2++H2↑
C.若在装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3,则消耗水的物质的量共为0.5 mol
D.若装置E的目的是在Cu材料上镀银,则极板M的材料为Ag
答案:D
解析:装置B和C之间通过盐桥连接形成原电池,PbO2作正极,发生还原反应,电极反应式为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O,A正确;装置A为电解池,Cu电极为阳极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,Pt电极为阴极,阴极电极反应式为2H++2e-H2↑,故装置A中总反应为Cu+2H+Cu2++H2↑,B正确;装置D中石墨为阴极,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,Fe电极为阳极,电极反应式为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,随后被氧化生成Fe(OH)3:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,故装置D中生成0.2molFe(OH)3时,消耗水的物质的量为0.4mol+0.1mol=0.5mol,C正确;装置E中极板M为阴极,在Cu材料上镀银,应使Cu材料作阴极,Ag材料作阳极,可用AgNO3溶液作电解质溶液,故极板M的材料应为Cu,D错误。
课时规范练33
选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.(2023安徽“皖南八校”联考)利用铜配合物10-phenanthroline-Cu作催化剂电催化可还原CO2制备碳基燃料(包括CO、烷烃和羧酸等),其装置原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.石墨烯为阴极,电极反应式为CO2+2H2O+2e-HCOOH+2OH-
B.该装置工作时,H+穿过质子交换膜从右向左移动
C.每转移2 mol电子,阴极室电解质溶液质量增加46 g
D.该装置工作一段时间后,阳极室电解质溶液pH不变
答案:C
解析:石墨烯为阴极,交换膜为质子交换膜,阴极电极反应式为CO2+2H++2e-HCOOH,A错误;根据电解原理,H+应从左向右移动,B错误;转移2mol电子,有44gCO2参加反应,同时有2molH+从阳极移向阴极,阴极室电解质溶液质量增加44g+2g=46g,C正确;阳极电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,溶剂水减少,c(H+)增大,pH减小,D错误。
2.电解含硫酸铵的废水可制备硫酸和化肥,电解装置如图。下列说法错误的是( )
A.a极为电源的负极
B.N通过阳膜移向N室
C.电解过程中原料室溶液pH升高
D.M室电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+
答案:A
解析:电解含硫酸铵的废水可制备硫酸和化肥,则N通过阳膜移向N室,所以右边石墨电极为阴极,左边石墨电极为阳极,则a极为电源的正极,A错误,B正确;电解过程中原料室溶液中N通过阳膜移向N室,S通过阴膜移向M室,原料室中(NH4)2SO4浓度降低,则溶液的pH升高,C正确;左边M室中水电离产生的OH-发生氧化反应,M室电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,D正确。
3.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,故电极a为阳极,连接电源的正极,A正确;水在双极膜A解离后,氢离子和透过B膜的阴离子在B膜左侧形成混合酸,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。
4.(2023山东泰安模拟)1,5-戊二胺()是生物法制备尼龙材料的重要原料,利用双极膜电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5-戊二胺硫酸盐(含和S)转换为1,5-戊二胺,实现无害化提取,工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.a极的电势比b极的低
B.m膜为阳离子交换膜,n膜为阴离子交换膜
C.电解过程中,H2SO4极室溶液的pH逐渐减小
D.b极区每生成11.2 L气体(标准状况),理论上可生成2 mol 1,5-戊二胺
答案:D
解析:电解池中阳离子向a极运动,则a极是阴极,b极是阳极,故a极的电势比b极的低,A正确;m膜为阳离子交换膜,n膜为阴离子交换膜,B正确;电解过程中,生物发酵液中的S进入H2SO4极室生成H2SO4,溶液pH逐渐减小,C正确;b极区是阳极区,电渗析过程生成O2,每生成11.2L气体(标准状况)转移电子mol×4=2mol,而1mol生成1mol时得2mol电子,故理论上可生成1mol1,5-戊二胺,D错误。
5.用乙醇燃料电池作为电源电解KI溶液的装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲池中OH-流向b极,乙池中OH-流向d极
B.a极的电极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2+12H+
C.已知I2会与OH-反应生成IO-,则在乙池的右侧会存在IO-
D.当乙池产生2 mol气体时,则电路中转移2 mol e-
答案:C
解析:甲池中乙醇通入a极,空气通入b极,则a极是负极,b极是正极,根据电极的连接方式可知,c极是阳极,d极是阴极。原电池中阴离子向负极移动,电解池中阴离子向阳极移动,则甲池中OH-流向a极,乙池中OH-流向c极,A错误;甲池电解质溶液为KOH溶液,则a极反应式为CH3CH2OH+16OH--12e-2C+11H2O,B错误;c极是阳极,电极反应为2I--2e-I2,I2会与OH-反应生成IO-,乙池中是阴离子交换膜,故乙池中交换膜的左侧和右侧都会存在IO-,C正确;d极是阴极,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,乙池产生2mol气体时,则电路中转移4mol电子,D错误。
6.(2023福建南平模拟)双极膜是一种能将水分子解离成H+和OH-的特殊离子交换膜。应用双极膜制取聚合硫酸铁净水剂(PFS)的电化学装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.交换膜M为阴离子交换膜,乙为OH-
B.电极a的电极反应式为2H++2e-H2↑
C.电流密度过大,会使PFS产品含量降低
D.若制得1 mol [Fe(OH)SO4]3,理论上转移的电子为2 mol
答案:D
解析:由生成较浓硫酸可知,S从硫酸铁溶液进入稀硫酸中,交换膜M为阴离子交换膜,要有PFS生成,则甲为H+,乙为OH-,A正确;甲为H+,则电极a为阴极,电极反应式为2H++2e-H2↑,B正确;电流密度过大会使OH-进入硫酸铁溶液中生成氢氧化铁沉淀,使PFS含量降低,C正确;若制得1mol[Fe(OH)SO4]3,则有3molOH-进入硫酸铁溶液,理论上转移的电子为3mol,D错误。
7.我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂,研发出一种Zn-NO电池系统,该电池同时具备合成氨和对外供电的功能,其工作原理如图所示(双极膜可将水解离为H+和OH-,并实现其定向通过)。下列说法错误的是( )
A.使用MoS2电极能加快合成氨的速率
B.Zn/ZnO电极反应式为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O
C.双极膜右侧为阳离子交换膜
D.当电路中通过10 mol e-时,理论上可以转化NO的质量为30 g
答案:D
解析:MoS2是电极反应的催化剂,催化剂能降低反应的活化能,加快合成氨的速率,A正确;MoS2为原电池的正极,一氧化氮在催化剂的作用下在溶液中发生还原反应生成氨,原电池中阳离子移向正极,则双极膜右侧为阳离子交换膜,C正确;MoS2为原电池的正极,一氧化氮在正极得到电子发生还原反应生成氨:NONH3,则当电路中通过10mole-时,理论上可以转化NO的质量为60g,D错误。
8.科学家采用碳基电极材料设计了一种新的电解氯化氢回收氯气的工艺,原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.a极是电源的正极
B.阴极的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+
C.电路中每转移1 mol e-,理论上可以回收氯气11.2 L(标准状况)
D.该工艺涉及的总反应为4HCl+O22Cl2+2H2O
答案:B
解析:连接电源a极的电极上HCl转化为Cl2,发生氧化反应,电解池阳极发生氧化反应,阳极连接的是电源正极,故a极为电源正极,A正确;阴极区Fe3+得电子生成Fe2+,阴极发生的电极反应为Fe3++e-Fe2+,B错误;根据阳极的电极反应2HCl-2e-Cl2+2H+,可知2e-~Cl2(g),故电路中每转移1mole-,理论上可以回收的氯气在标准状况下的体积为×1mol×22.4L·mol-1=11.2L,C正确;整个过程是电解条件下,Fe3+起催化作用,HCl与O2反应生成Cl2和H2O,该工艺的总反应为4HCl+O22Cl2+2H2O,D正确。
9.氢能因其环境友好性被誉为“终极能源”。科学家利用电解原理将氨转化为高纯氢气,其装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.阳极的电极反应式为2NH3+6OH--6e-N2+6H2O
B.OH-由a电极通过交换膜迁移向b电极
C.电解一段时间后,阴极区的pH不变
D.当电路中转移1 mol电子时,理论上可生成高纯氢气11.2 L(标准状况)
答案:C
解析:阳极上氨失电子生成氮气和水,电极反应式为2NH3+6OH--6e-N2+6H2O,A正确;a电极发生还原反应,a电极是阴极,b电极是阳极,阴离子由阴极移向阳极,OH-由a电极通过交换膜迁移向b电极,B正确;阴极发生反应2H2O+2e-H2↑+2OH-,电解一段时间后,阴极区的pH增大,C错误;阴极发生反应2H2O+2e-H2↑+2OH-,当电路中转移1mol电子时,理论上可生成高纯氢气11.2L(标准状况),D正确。
10.(2021全国甲卷,13)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层的H2O解离为H+和OH-,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.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B.阳极上的反应式为+2H++2e-+H2O
C.制得2 mol乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol电子
D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
答案:D
解析:该装置通电时,乙二酸被还原为乙醛酸,因此铅电极为电解池阴极,石墨电极为电解池阳极,阳极上Br-失电子生成Br2,然后Br2将乙二醛氧化为乙醛酸,双极膜中间层的H+移向阴极,OH-移向阳极。KBr在电化学合成过程中除作电解质外,同时还是电解过程中阳极的反应物,A错误;阳极上Br-失去电子生成Br2,Br2将乙二醛氧化为乙醛酸,B错误;电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸,1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移电子为2mol,1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移电子为2mol,根据转移电子守恒可知每生成1mol乙醛酸转移电子为1mol,因此制得2mol乙醛酸时,理论上外电路中迁移2mol电子,C错误;双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极,即H+移向铅电极,D正确。
11.为实现“双碳”目标,我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池,电池工作时,复合膜(由a、b膜复合而成)层间的H2O解离成H+和OH-,在外加电场作用下可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时,Zn-CO2电池工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.闭合K1时,OH-通过b膜向Zn电极方向移动
B.闭合K1时,Zn表面的电极反应式为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-
C.闭合K2时,Zn电极与直流电源正极相连
D.闭合K2时,在Pd电极上有2.24 L CO2(标准状况下)生成,则析出Zn 6.5 g
答案:C
解析:闭合K1时,该装置为原电池,Zn电极为负极,Pd电极为正极,OH-通过b膜移向Zn电极,A正确;闭合K1时,该装置为原电池,Zn发生失电子的氧化反应生成[Zn(OH)4]2-,电极反应式为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-,B正确;闭合K1时,Zn-CO2电池中Zn电极为负极,Pd电极为正极,闭合K2时,该装置为电解池,Zn电极为阴极,与直流电源负极相连,C错误;闭合K2时,该装置为电解池,Pd电极为阳极,阳极上HCOOH发生失去电子的氧化反应生成CO2,Zn电极为阴极,阴极上析出锌,利用得失电子守恒可知,有2.24LCO2(标准状况下)生成时,可析出6.5gZn,D正确。
12.(2023湖南新高考教研联盟联考改编)双极膜在电渗析中应用广泛,它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层,工作时水层中的H2O解离成H+和OH-,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法不正确的是( )
A.出口2的产物为NaOH溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br-不会从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H++2e-H2↑
答案:B
解析:电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,溶液中的Na+通过阳离子交换膜向阴极移动,与双极膜提供的氢氧根离子结合为NaOH,出口2的产物为NaOH溶液,A正确;电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,溶液中的Br-通过阴离子交换膜向阳极移动,与双极膜提供的氢离子结合为HBr,故出口4的产物为HBr溶液,钠离子不能通过双极膜,出口5的产物不是硫酸溶液,B错误;结合B项,Br-不会从盐室最终进入阳极液中,C正确;电解池阴极处发生的反应是物质得到电子的还原反应,水解离成H+和OH-,则在阴极处发生的反应为2H++2e-H2↑,D正确。
13.一种微生物电解池(MEC)既可以处理有机质废水,又有助于降低碳排放,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.a电极为MEC的阳极
B.MEC工作时,质子将从a电极室向b电极室迁移
C.b电极的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O
D.a电极室产生的CO2与b电极室消耗的CO2相等
答案:D
解析:a电极上有机质转化为CO2,发生氧化反应,则a电极为阳极,A正确;MEC工作时为电解池,电解池中阳离子由阳极向阴极迁移,故质子将从a电极室向b电极室迁移,B正确;b电极上CO2得电子被还原,并结合迁移过来的氢离子生成CH4和H2O,根据电子守恒和元素守恒可得电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O,C正确;有机质中碳元素的化合价不一定和甲烷中碳元素的化合价相同,故a电极室产生的CO2与b电极室消耗的CO2不一定相等,D错误。
14.利用电化学原理可对海水(主要成分为NaCl和H2O,还含有少量微生物)进行消毒,并能清除残留的含氯消毒物质(工作原理如图,其中电极均为惰性电极)。已知:工作时,先断开K2,闭合K1,一段时间后,断开K1,闭合K2。下列说法不正确的是( )
A.闭合K1后的总反应为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-
B.闭合K2后,Na+通过离子交换膜从Ⅱ室迁移至Ⅲ室
C.工作完成后,Ⅱ室中有金属Na剩余
D.残留的含氯消毒物质在Ⅲ室放电被脱除
答案:A
解析:闭合K1后为电解池,阳极海水中的Cl-被氧化为氯气,阴极为含Na+的有机电解液,则Na+被还原生成Na单质,总反应为2Cl-+2Na+Cl2↑+2Na,A错误;断开K1,闭合K2后为原电池,Ⅱ室中Na单质被氧化为Na+,为负极,Ⅲ室为正极,原电池中阳离子流向正极,故Na+通过离子交换膜从Ⅱ室迁移至Ⅲ室,B正确;断开K2,闭合K1时在Ⅰ室生成的氯气与水反应生成含氯消毒物质,含氯消毒物质可以氧化微生物,进行消毒,断开K1,闭合K2后Ⅲ室为正极,剩余的含氯消毒物质被脱除,D正确。
15.(2023湖北武汉部分重点校联考改编)认真观察下列装置,有关说法错误的是( )
A.装置B中PbO2上发生的电极反应为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
B.装置A中总反应的离子方程式为Cu+2H+Cu2++H2↑
C.若在装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3,则消耗水的物质的量共为0.5 mol
D.若装置E的目的是在Cu材料上镀银,则极板M的材料为Ag
答案:D
解析:装置B和C之间通过盐桥连接形成原电池,PbO2作正极,发生还原反应,电极反应式为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O,A正确;装置A为电解池,Cu电极为阳极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,Pt电极为阴极,阴极电极反应式为2H++2e-H2↑,故装置A中总反应为Cu+2H+Cu2++H2↑,B正确;装置D中石墨为阴极,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,Fe电极为阳极,电极反应式为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,随后被氧化生成Fe(OH)3:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,故装置D中生成0.2molFe(OH)3时,消耗水的物质的量为0.4mol+0.1mol=0.5mol,C正确;装置E中极板M为阴极,在Cu材料上镀银,应使Cu材料作阴极,Ag材料作阳极,可用AgNO3溶液作电解质溶液,故极板M的材料应为Cu,D错误。
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