新高考化学二轮复习热点06 含“膜”型电化学装置分析（含解析）

这是一份新高考化学二轮复习热点06 含“膜”型电化学装置分析（含解析），共21页。试卷主要包含了离子交换膜的含义和作用，离子交换膜的类型等内容，欢迎下载使用。

热点06 含“膜”型电化学装置分析

1、离子交换膜的含义和作用
(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，如：在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸
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
③用于物质的分离、提纯等
④用于物质的制备，电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质
2、离子交换膜的类型
(1)阳离子交换膜——只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过

以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开
①负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋
②正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu
③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区
④阳离子透过阳离子交换膜原电池正极(或电解池的阴极)
(2)阴离子交换膜——只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过

以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开
①阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②阳极反应式：2I－－2e－===I2
③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O
④阴离子透过阴离子交换膜电解池阳极(或原电池的负极)





(3)质子交换膜——只允许H＋和水分子通过

在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2
①阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
②阳极反应式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋
③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极
④H＋透过质子交换膜原电池正极(或电解池的阴极)
3、离子交换膜类型的判断——根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型
方法与
技巧
(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余
(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型
实例分析：电解饱和食盐水

分析
方法
电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜


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【真题再现】
1．（2022·全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是

A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O
【答案】A
【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。
A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；
B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；
C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；
D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；
故答案选A。
2．（2022·山东卷）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，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，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。下列说法正确的是

A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
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
D．若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【解析】由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。
A．电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，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，Na+通过阳膜进入阴极室，溶液变为NaCl溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH减小，A错误；
B．对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；
C．电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C错误；
D．若甲室Co2+减少200 mg，电子转移物质的量为n(e-)= ，乙室Co2+增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e-)=，说明此时已进行过溶液转移，D正确；
故合理选项是BD。
3．（2021·广东）钴()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室溶液的均增大
B．生成，Ⅰ室溶液质量理论上减少
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：
【答案】D
【分析】
由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2++2e-=Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+。
【详解】
A．由分析可知，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，故A错误；
B．由分析可知，阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；
C．若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会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，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；
D．由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+，故D正确；
故选D。
4．（2021·全国甲）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可果用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的解离为和，并在直流电场作用下分别问两极迁移。下列说法正确的是

A．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．制得乙醛酸，理论上外电路中迁移了电子
D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移
【答案】D
【分析】
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-被氧化为Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，双极膜中间层的H+在直流电场作用下移向阴极，OH-移向阳极。
【详解】
A．KBr在上述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，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；
B．阳极上为Br-失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；
C．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了2mol电子，故C错误；
D．由上述分析可知，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，故D正确；
综上所述，说法正确的是D项，故答案为D。
5．（2021·河北）K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是

A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水
【答案】D
【分析】
由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K—e-=K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾；据以上分析解答。
【详解】
A．金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许通过，不允许通过，故A正确；
B．由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B正确；
C．由分析可知，生成1mol超氧化钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比值为1mol×71g/mol：1mol×32g/mol≈2.22：1，故C正确；
D．铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反应消耗2mol水，转移2mol电子，由得失电子数目守恒可知，耗钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18g/mol=1.8g，故D错误；
故选D。
6．（2021·湖南）锌溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌溴液流电池工作原理如图所：

下列说法错误的是
A．放电时，N极为正极
B．放电时，左侧贮液器中的浓度不断减小
C．充电时，M极的电极反应式为
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
【答案】B
【分析】
由图可知，放电时，N电极为电池的正极，溴在正极上得到电子发生还原反应生成溴离子，电极反应式为Br2+2e—=2Br—，M电极为负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn—2e—=Zn2+，正极放电生成的溴离子通过离子交换膜进入左侧，同时锌离子通过交换膜进入右侧，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变；充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，N电极与直流电源的正极相连，做阳极。
【详解】
A．由分析可知，放电时，N电极为电池的正极，故A正确；
B．由分析可知，放电或充电时，左侧储液器和右侧储液器中溴化锌的浓度维持不变，故B错误；
C．由分析可知，充电时，M电极与直流电源的负极相连，做电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2++2e—=Zn，故C正确；
D．由分析可知，放电或充电时，交换膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，故D正确；
故选B。



【优选特训】
1．用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　)

A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．通电后阴极区溶液pH会增大
C．K＋通过阳离子交换膜从阴极区移向阳极区
D．纯净的KOH溶液从b口导出
答案　C
解析　阳极区为粗KOH溶液，OH－失电子发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中
c(OH－)增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。
2．（2022·北京顺义·二模）我国科研人员发明膜电极电解器电解脱硫废水制备硫酸铵技术，下图为制备装置示意图。下列说法正确的是

A．电极a为阴极
B．b极有NH3生成
C．b极附近酸性增强
D．SO在a极放电的电极反应式是：SO+ H2O −2e- =SO + 2H+
【答案】D
【解析】该装置为电解池。如图：左边电极室中转化为，硫元素化合价升高，故a电极为阳极，b电极为阴极。
A．电极a为阳极，A错误；
B．b极为阴极，电解质为硫酸，酸性环境，发生的电极反应为，产生气体为，B错误；
C．b极消耗氢离子，酸性减弱，C错误；
D．a极附近转化为，故在a极放电的电极反应式为：，D正确；
故选D。
3．（2022·四川·成都七中模拟预测）水系钠离子电池有成本低、寿命长、环保等诸多优势，未来有望代替锂离子电池和铅酸电池。种水系钠离子电池放电和充电的工作原理示意图如图所示。下列说法错误的是

A．放电时，电极N上的电势高于电极M上的电势 B．充电时，TiO2光电极参与该过程
C．该交换膜为阴离子交换膜 D．放电时负极反应式为：
【答案】C
【解析】由图可知，放电时，电极N上转化为I-，碘元素的被还原，因此电极N为正极，电极M为负极，在负极上被氧化为。
A．放电时，电极N为正极，电极M为负极，电极N上的电势高于电极M上的电势，故A正确；
B．充电时I-在TiO2光电极上失电子被氧化为，因此充电时，TiO2光电极参与该过程，故B正确；
C．由图可知，交换膜允许钠离子自由通过，所以该交换膜为阳离子交换膜，故C错误；
D．放电时，电极M为负极，在负极上被氧化为，电极反应式为，故D正确；
答案选C。
4．科学家用(POM，P为＋5价)和作催化剂，通过常温常压电化学还原氮得到火箭燃料肼，装置如图。下列有关说法错误的是

A．中W的化合价为＋6价
B．该电解池总反应式为
C．若用铅蓄电池作电源，则B电极应与电极相连
D．若质子交换膜中有个通过，则B电极有标准状况下22.4 L 产生
【答案】D
【分析】由图可知，A为阴极，氮气得到电子发生还原反应得到肼；B为阳极，水放电失去电子发生氧化反应得到氧气；
【详解】A．中锂、磷、氧、氢化合价分别为+1、+5、-2、+1，根据化合价代数和为零，则W的化合价为＋6价，A正确；
B．该电解池总反应为氮气和水在通电作用下生成肼和氧气，B正确；
C．铅蓄电池中极为正极，应该与电解池中B极相连，C正确；
D．B电极的电极反应式为，质子交换膜中有个通过，外电路中有4 mol 转移，产生1 mol ，标准状况下体积为22.4 L，D错误；
故选D。
5．（2022·安徽黄山·二模）羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池-电解池组合装置(如下图所示)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是

A．b极为负极，d极为阳极
B．b电极区每产生3molCO2，c电极区溶液质量减轻14g
C．d电极的电极反应式：H2O-e-=·OH+H+
D．工作时，如果II室中Na+、Cl− 数目都减小，则M为阳离子交换膜
【答案】B
【解析】苯酚氧化为CO2和H2O的原电池中C6H6O CO2+H2O，发生了氧化反应，作负极，c为阴极： 发生了还原反应，作正极，d为阳极。以此分析解答。
A. 根据上述分析可知：b极为负极，d极为阳极，故A正确；
B. 根据上述分析可知：C6H6O 6CO24mole-，c极区2H+H2 2mole-。所以b电极区每产生3molCO2，c电极产生1molH2，d极质子通过质子交换膜进入c极区，溶液质量不会减轻14g，故B错误；
C. 根据上述分析可知：d为阳极，其电极的电极反应式：H2O-e-=·OH+H+，故C正确；
D. 根据上述分析可知：a为正极，其电极的电极反应式：7H2O++6 e-=2+8OH-，阴离子浓度增大，Na+透过M膜进入a极区，所以M为阳离子交换膜，故D正确；
故答案：B。
6．（2022·山东济南·高三期中）基于硫化学的金属硫电池是有望替代当前锂离子电池技术，满足人类社会快速增长的能源需求，该电池的结构及原理如图所示。下列有关叙述正确的是

A．该电池可采用含的水溶液或有机物为电解质溶液
B．放电时，电子的移动方向：电极a→电极b→隔膜→电极a
C．充电时，正极区可能发生的反应有
D．充电时，电路中转移时，负极质量减少78g
【答案】C
【分析】该装置的电化学装置，根据原电池工作原理，K电极为负极，b电极为正极，据此分析；
【详解】A．该装置为电化学装置，金属钾作负极，金属钾是活泼金属，能与水发生反应，因此电解质溶液不能是水溶液，故A错误；
B．放电属于电化学，根据原电池工作原理，电子从负极经外电路流向正极，即电子从电极a→灯泡→电极b，电池内部没有电子通过，故B错误；
C．充电电池充电时，电池正极接电源正极，电池负极接电源负极，充电时，电池正极上失去电子，化合价升高，根据装置图可知，正极反应式为xK2S3-(2x-6)e-=3S+2xK+，故C正确；
D．充电时，负极(阴极)反应式为K++e-=K，电路中转移2mole-，生成2molK，负极质量增重2mol×39g/mol=78g，故D错误；
答案为C。
7．现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽。利用氯碱工业中的离子交换膜技术原理，可电解Na2SO4溶液生产NaOH溶液和H2SO4溶液。下列说法正确的是(　　)

A．阴极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．从A口出来的是NaOH溶液
C．b是阳离子交换膜，允许Na＋通过
D．Na2SO4溶液从G口进入
答案　C
解析　阴极是水电离的氢离子放电，阴极发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项错误；A为阳极是水电离的氢氧根离子放电，产生的气体是氧气，同时生成氢离子，则阳极附近生成硫酸，则从A口出来的是H2SO4溶液，B项错误。
8．（2022·陕西西安·二模）据文献报道，一种新型的微生物脱盐电池的装置如图所示，关于该电池装置说法正确的是

A．Y为阴离子选择性交换膜
B．左室溶液碱性增强
C．负极反应是CH3COO- +2H2O-8e-=2CO2 ↑+7H+
D．转移2 mol电子，海水脱去氯化钠的质量是58.5 g
【答案】C
【解析】A．原电池中阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐的目的，因此Y为阳离子交换膜，X为阴离子交换膜，A错误；
B．由图示可知，左室为负极，负极CH3COO-失电子生成二氧化碳，负极反应式为：CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+，生成了氢离子，溶液碱性减弱，B错误；
C．由图示可知，负极CH3COO-失电子生成二氧化碳，负极反应式为：CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+，C正确；
D．转移电子数目与钠离子、氯离子所带电荷数相同，因此转移2mol电子，各有2mol钠离子和2mol氯离子分别透过半透膜，可除去氯化钠2mol，质量为2mol58.5g/mol=117g，D错误；
答案选C。
9．用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是(　　)

A．阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2
B．b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋
C．产品室中发生的反应是B(OH)3＋OH－===B(OH)
D．每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g
答案　D
解析　由图可知，b极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H＋，a极为阴极，电解时阴极上水得电子发生还原反应生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，在产品室中B(OH)、H＋发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理论上每生成1 mol产品，b极生成
1 mol H＋，a极生成0.5 mol H2，减少质量为1 g，NaOH溶液增加的Na＋为1 mol即23 g，故NaOH溶液增重22 g。
10．微生物脱盐电池既可以处理废水中CH3COOH和，又可以实现海水淡化，原理如下图所示。下列说法正确的是

A．生物电极b为电池的负极
B．电极a的电极反应式为CH3COOH-8e-+8OH-=2CO2↑+6H2O
C．每生成标准状况下2.24LN2，电路中转移0.6mol电子
D．离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜
【答案】C
【解析】该装置为原电池，有机废水中的CH3COOH发生失电子的氧化反应生成，亚硝酸根发生得电子的还原反应生成，极为负极，极为正极。
A．极为负极，CH3COOH失电子，极为正极亚硝酸根得电子,故A错误；
B．由分析知极为负极，则负极反应式为，故B错误；
C．发生得电子的还原反应生成，每生成标准状况下2.24LN2，电路中转移0.6mol电子故C正确；
D．原电池工作时，阴离子移向负极、阳离子移向正极，即溶液中的通过阳离子交换膜移向极、通过阴离子交换膜移向极，达到海水淡化目的，所以离子交换膜a为阴离子交换膜，离子交换膜b为阳离子交换膜，故D错误；
故答案为C。
11．乙醛酸()是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图所示。该装置中阴、阳两极为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。下列说法正确的是(　　)

A．若有2 mol H＋通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为1 mol
B．M电极上的电极反应式为OHC—CHO＋H2O＋2e－===HOOC—CHO＋2H＋
C．M极与电源的正极相连
D．电解一段时间后，N极附近溶液的pH变小
答案　C
解析　2 mol H＋通过质子交换膜，则电路中转移2 mol电子，阴极的电极反应式为HOOC—COOH＋2H＋＋2e－===HOOC—CHO＋H2O，阳极区的反应有2Cl－－2e－===Cl2↑，OHC—CHO＋Cl2＋H2O===HOOC—CHO＋2Cl－＋2H＋，因此，两极各生成1 mol乙醛酸，共生成2 mol乙醛酸，A、B错误；M电极是电解池的阳极，与电源的正极相连，C正确。
12．（2022·河北唐山·二模）某科研小组用碱性甲烷燃料电池制备，其工作原理如图所示(已知电解装置的电极材料分别为金属钴和不锈钢)：

下列有关说法错误的是
A．N电极为不锈钢
B．电极n处电极反应式为：
C．电解一段时间后，N极区溶液增大
D．膜a、膜c均为阳离子交换膜
【答案】B
【解析】根据图示，M电极所在为阳极室，M电极为阳极，N电极为阴极，则碱性甲烷燃料电池中m电极为正极，n电极为负极；据此分析作答。
A．该装置用于制备Co(H2PO2)2，M电极为阳极，则M电极为金属Co，M电极的电极反应为Co-2e-=Co2+，N电极为不锈钢，A正确；
B．n电极为碱性甲烷燃料电池的负极，n电极通入CH4，电极反应式为CH4-8e-+10OH-=+7H2O，B错误；
C．N电极为阴极，N电极电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，电解一段时间后，N极区碱性增强，溶液的pH增大，C正确；
D．阳极室中的Co2+通过膜a进入产品室，膜a为阳离子交换膜，原料室中通过膜b进入产品室，膜b为阴离子交换膜，则原料室中Na+通过膜c进入阴极室，膜c为阳离子交换膜，D正确；
答案选B。
13．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　)

A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．甲溶液可循环利用
C．离子交换膜a是阳离子交换膜
D．当电路中通过2 mol电子时，Fe电极会有1 mol H2生成
答案　D
解析　A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，正确；D项，阳极是Fe发生氧化反应，错误。
14．（2022·四川·石室中学模拟预测）糠醛氧化制备糠酸是综合利用糠醛资源的一个重要途径。在直流电场作用下，双极膜(BMP)将水解离为H+和OH-，并实现其定向通过。工业上用双极膜电解槽电解糠醛溶液同时制备糠醇和糠酸盐，电解时，MnO2/MnOOH在电极与糠醛之间传递电子，电解过程如图所示。下列说法不正确的是

A．电解时，阳极反应为MnOOH-e-+OH-=MnO2+H2O
B．通电时双极膜将水解离为H+和OH-，H+向阴极室方向移动
C．生成糠酸盐的离子反应方程式为+2MnO2+OH-→ +2MnOOH
D．理论上外电路中迁移2mol电子，需要消耗1mol糠醛
【答案】D
【解析】根据图示，阳极室中，失电子变为；阴极室中，糠醛得电子生成糠醇。
A．据图可知阳极是失电子变为，A正确；
B．在电解池中，阳离子向阴极室方向移动，B正确；
C．据图可知在阳极室糠醛生成糠酸盐的离子反应方程式为，C正确；
D．理论上外电路中迁移电子，阳极室和阴极室各需要消耗糠醛，共需要消耗糠醛，D错误；
故选D。
15．（2022·天津·一模）在K2Cr2O7存在下，利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理，同时向外界提供电能，其工作原理如图所示。下列说法正确的是

A．N极为电池的正极，产生OH-
B．工作一段时间后，NaCl溶液浓度增大
C．M极的电极反应为+11H2O-23e-=6CO2↑+23H+
D．处理时，OH-从阴离子交换膜左侧向右侧移动
【答案】A
【解析】根据原电池的工作原理，负极发生氧化反应，有机物被氧化，结合平均化合价，有机物中6个碳原子整体显-4价，生成物中6个CO2碳元素的碳原子整体显示+24价，故负极反应式为：+11H2O-28e-=6CO2+28H+，生成的H+透过阳膜向中间室移动。右侧正极反应式为：+6e-+7H2O=2Cr(OH)3+8OH-，阴离子OH-透过阴膜向中间室移动在中间室生成水，NaCl溶液浓度减小，据此分析解答。
A．M电极苯酚被氧化产生CO2，同时产生H+，则M为负极，N极为正极，发生反应：+6e-+7H2O=2Cr(OH)3+8OH-，产生OH-，A正确；
B．苯酚在负极被氧化为CO2的同时会产生H+，H+会通过阳离子交换膜迁移到中间极室；在正极被还原为Cr(OH)3的同时会产生OH-，OH-会跨过阴离子交换膜迁移到中间极室，与由正极区迁移来的氢离子反应生成水，因此，中间极室的NaCl溶液浓度下降，B错误；
C．M极为负极，发生苯酚的氧化反应，电极反应式为：+11H2O-28e-=6CO2+28H+，C错误；
D．N极为正极，发生还原反应，电极反应式为：+6e-+7H2O=2Cr(OH)3+8OH-，反应产生的OH-通过阴离子交换膜从右侧向左侧移动，而非从左侧向右侧迁移，D错误；
故合理选项是A。
16．（2022·黑龙江·哈九中三模）某科研小组设计双阴极微生物燃料电池进行同步硝化和反硝化脱氮研究，装置如图所示。下列叙述错误的是

A．“厌氧阳极”的电极反应方程式为 C6H12O6+6H2O - 24e -=6CO2+24H+
B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH增大
C．该电池工作中“好氧阴极”和“缺氧阴极”之间存在着对电子的竞争作用，和电极之间存在着对O2的竞争
D．若“好氧阴极”1mol完全生成，此时向该电极输送电子的物质的量为4mol，则该区消耗的O2在标准状况的体积约为44.8L
【答案】D
【解析】由题干微生物燃料电池示意图可知，电子从厌氧阳极流出，即葡萄糖在厌氧阳极上失去电子，生成CO2，则该电极反应为：C6H12O6+6H2O - 24e -=6CO2↑+24H+，电子转移到左侧的缺氧阴极上，得到电子并结合阳极产生的H+，生成NO2和H2O，NO2能够进一步得到电子结合H+，生成N2和H2O，电极反应分别为：+e-+2H+=NO2↑+H2O，2NO2+8e-+8H+=N2+4H2O，电子转移到好氧阴极，则可能是O2得到电子，发生的电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，同时O2还可能氧化生成，甚至还可以进一步被O2氧化成，反应方程式为：2+3O2=2+2H2O+4H+，2+O2=2，据此分析解题。
A．由分析可知，“厌氧阳极”的电极反应方程式为 C6H12O6+6H2O - 24e -=6CO2+24H+，A正确；
B．由分析可知，电池工作时，“缺氧阴极”电极的电极反应为：+e-+2H+=NO2↑+H2O，2NO2+8e-+8H+=N2+4H2O，故其电极附近的溶液中H+浓度减小，pH增大，故B正确；
C．由分析可知，该电池工作中厌氧阳极的电子同时转移到“好氧阴极”和“缺氧阴极”中，故“好氧阴极”和“缺氧阴极”之间存在着对电子的竞争作用，在“好氧阴极”上电极上得电子也可以将O2还原，同时也可以被O2氧化，即和电极之间存在着对O2的竞争，C正确；
D．若“好氧阴极”1mol完全生成则反应中转移了8mol电子，此时转移的电子是发生在和O2之间，消耗了2molO2，即此时并未向该电极输送电子，则该区消耗的O2在标准状况的体积约为2mol×22.4L/mol=44.8L，D错误；
故答案为：D。
17．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。

下列说法正确的是(　　)
A．出口2的产物为HBr溶液
B．出口5的产物为硫酸溶液
C．Br－可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　D
解析　阴极，水中H＋放电，双极膜中水解离生成的H＋移向阴极区，OH－移向交换室1，与NaBr溶液中通过阳离子交换膜进入交换室1的Na＋组成NaOH溶液，出口1为Na2SO4溶液，出口2为NaOH溶液，同理，阳极，水中OH－放电，双极膜中的OH－移向阳极，H＋移向交换室2，与通过阴离子交换膜进入交换室2的Br－组成HBr，出口4产物为HBr溶液，出口5为Na2SO4溶液。
18．某电池研究员使用锂—磺酰氯(Li—SO2Cl2)电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。下列说法错误的是(　　)

A．电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
B．电池的e极连接电解池的h极
C．膜a是阳离子交换膜，膜c是阴离子交换膜
D．电解池中不锈钢电极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
答案　C
解析　在锂—磺酰氯电池中，Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，C为正极，电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑；在电解池中，不锈钢为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，镍为阳极，电极反应式为Ni－2e－===Ni2＋。Ⅱ室为产品室，故阳极上Ni失去电子生成的Ni2＋通过膜a进入产品室，Ⅲ室中的H2PO通过膜b进入产品室，与Ni2＋形成Ni(H2PO2)2，故膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，膜c应为阳离子交换膜，以防Ⅳ室的OH－通过膜c进入Ⅲ室与NaH2PO2反应消耗原料，同时Na＋通过膜c进入Ⅳ室可制备浓氢氧化钠溶液，C项错误。