题型整合练 带膜的电化学装置分析
1.(2024江苏镇江丹阳开学考)工业上可采用惰性电极电解K2MnO4溶液得KMnO4,装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.离子交换膜应采用阳离子交换膜
B.电解过程中阴极附近溶液pH逐渐减小
C.电解总反应为2Mn+2H2O 2Mn+2OH-+H2↑
D.电解法优点为产率高,产品易分离,缺点为耗能高
2.(2024江苏南通如皋教学质量调研)运用电化学原理分离纯化乙二醛并回收硝酸的装置示意图(电极均为惰性电极)如下。下列说法正确的是( )
A.X极与电源的正极相连
B.N在Y极上得电子
C.m为阳离子交换膜,n为阴离子交换膜
D.分离纯化结束后,A室溶液呈碱性
3.(2024山东青岛第二中学月考)复分解电渗析具有重组和浓缩离子的独特性能,基于四隔室结构特点,通过离子重组可发生类似复分解反应,图中所示为复分解电渗析装置,以KCl和NaNO3为原料制备无氯钾肥(KNO3)并回收NaCl。下列说法错误的是( )
A.浓缩B室中的产品为KNO3,为使产品纯净,该室进液口宜选择蒸 馏水
B.阳极所选电解质溶液宜选择一定浓度的NaOH溶液,其电极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O
C.阴极每产生11.2 L H2(标准状况下),淡水A室有1 mol Cl-进入浓缩A室中
D.该复分解电渗析装置中①③⑤应选择阳离子交换膜,②④应选择阴离子交换膜
4.(2024山东枣庄第三中学月考)利用全钒液流电池电解处理含NH4NO3的废水制备硝酸和氨水的原理如图所示,a、b、c、d电极均为惰性电极。回答下列问题:
(1)全钒液流电池放电时,a极反应式为 ,电池充电时b极应连接电源的 (填“正极”或“负极”)。
(2)隔膜1为 交换膜(填“阴离子”或“阳离子”),q口流出液含有的溶质为 (填化学式),d极的电极反应式为 。
(3)当装置A中有0.4 mol H+通过质子交换膜时,则装置B中产生的气体总体积为 L(标准状况下)。
答案与分层梯度式解析
题型整合练 带膜的电化学装置分析
1.B 由K2MnO4制KMnO4,Mn元素的化合价升高,失去电子,左侧电极作阳极,电极反应式为Mn-e- Mn,阴离子所带电荷减少,K+(阳离子)需要向阴极移动,离子交换膜应采用阳离子交换膜,A项正确;阴极处H2O得电子生成H2和OH-,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+ 2OH-,OH-浓度增大,因此阴极附近溶液pH逐渐升高,B项错误;根据阳极和阴极电极反应式得到电解总反应为2Mn+2H2O 2Mn+ 2OH-+H2↑,C项正确;电解法要消耗电能,能耗高,但阳极处只有KMnO4生成,纯度高,D项正确。
2.C 该装置的作用是分离纯化乙二醛并回收硝酸,则该电解装置的工作原理是:B室中的N向C室移动,B室中的H+向A室移动,则n为阴离子交换膜,m为阳离子交换膜,Y为阳极,X为阴极。X为阴极,与电源的负极相连,A项错误;Y极上为水电离产生的OH-放电,从而产生H+,B项错误;m为阳离子交换膜,n为阴离子交换膜,C项正确;X为阴极,H+放电,每消耗1个H+,B中就有1个H+向A室移动,A室仍然为Na2SO4溶液,溶液呈中性,D项错误。
3.A 左侧电极接电源的正极作阳极,右侧电极接电源的负极作阴极,电解质溶液中的阳离子由左向右移动,阴离子由右往左移动,所以浓缩B室中产品为KNO3,K+通过③进入浓缩B室,N通过④进入浓缩B室,则③为阳离子交换膜,④为阴离子交换膜;浓缩A室中产品为NaCl,Cl-通过②进入浓缩A室,Na+通过①进入浓缩A室,则②为阴离子交换膜,①为阳离子交换膜;Na+通过⑤进入阴极室,则⑤为阳离子交换膜。浓缩B室中的产品为KNO3,由于蒸馏水导电性太差,为使产品纯净,该室进液口宜选择稀的KNO3溶液以增强导电性,A项错误;①为阳离子交换膜,Na+通过①进入浓缩A室,故阳极所选电解质溶液宜选择一定浓度的NaOH溶液,阳极发生氧化反应,故其电极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O,B项正确;阴极每产生11.2 L(标准状况下)即0.5 mol H2,则电路上转移1 mol电子,故淡水A室有1 mol Cl-进入浓缩A室中,C项正确;由分析可知,D项正确。
4.答案 (1)V+2H++e- VO2++H2O 负极
(2)阳离子 HNO3 2H2O-4e- O2↑+4H+
(3)6.72
解析 由题图可知,X区释放氢气,则为阴极区,c为阴极,d为阳极,则a为正极、b为负极。(1)根据分析,a极为正极,溶液中V得到电子和H+反应生成VO2+和水,其电极反应式为V+2H++e- VO2++ H2O。电池充电时b极为阴极,应连接电源的负极。(2)c极是水电离出的H+得到电子变为氢气,剩余的OH-与废水中的N反应生成NH3·H2O,N向c极(阴极)移动,因此隔膜1为阳离子交换膜。d极是水电离出的OH-失去电子变为O2,因此q口流出液含有的溶质为HNO3。d极的电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+。(3)当装置A中有0.4 mol H+通过质子交换膜时,则转移电子0.4 mol,装置B中存在关系式2H2~4e-~O2,则装置B中产生氢气0.2 mol、氧气0.1 mol,产生的气体总体积为6.72 L(标准状况下)。
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