第04讲 电化学原理综合应用
目录 01 模拟基础练 【题型一】电解原理创新应用 【题型二】串联类连接装置 【题型三】离子交换膜装置 【题型四】电化学综合计算 02 重难创新练 03 真题实战练
题型一 电解原理创新应用
1．(2024·江苏省南通市如皋市高三下第二次适应性考试)以甲苯为原料通过间接氧化法可以制取苯甲醛、苯甲酸等物质，反应原理如下图所示．下列说法正确的是( )
A．电解时的阳极反应为：2Cr3++7H2O＋6e-= Cr2O72-+14H+
B．电解结束后，阴极区溶液pH升高
C．1mol甲苯氧化为0.5mol苯甲醛和0.5mol苯甲酸时，共消耗
D．甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物可以通过分液的方法分离
【答案】C
【解析】由图可知，左侧电极为阳极，水分子作用下铬离子在阳极失去电子发生氧化反应生成重铬酸根离子和氢离子，电极反应式为2Cr3++7H2O-6e-= Cr2O72-+14H+，阳极槽外中重铬酸根离子与甲苯在酸性条件下反应生成苯甲醛或苯甲酸，反应的离子方程式为3C6H5-CH3+2 Cr2O72-+16H+=3C6H5-CHO +4Cr3++11H2O， C6H5-CH3+ Cr2O72-+8H+=C6H5-COOH +2Cr3++5H2O，电解时，氢离子通过阳离子交换膜由阳极区进入阴极区，右侧电极为电解池的阴极，阴极氢离子放电，电极反应为：2H＋＋2e-=H2↑。A电解时的阳极发生氧化反应，电极反应为：2Cr3++7H2O-6e-= Cr2O72-+14H+，A错误；B项，阳极区产生的氢离子透过质子交换膜进入阴极区，阴极上氢离子放电，电极反应为：2H＋＋2e-=H2↑，电极上每消耗2molH+,就有2molH+进入阴极区，故电极电解结束后，阴极区溶液pH不变，B错误；C项，结合3C6H5-CH3+2 Cr2O72-+16H+=3C6H5-CHO +4Cr3++11H2O，0.5mol甲苯氧化为0.5mol苯甲醛时消耗，根据C6H5-CH3+ Cr2O72-+8H+=C6H5-COOH +2Cr3++5H2O，0.5mol甲苯氧化为0.5mol苯甲酸时消耗0.5mol Cr2O72-，则1mol甲苯氧化为0.5mol苯甲醛和0.5mol苯甲酸时，共消耗，C正确；D项，甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物是互溶的液体，不可以通过分液的方法分离，D错误；故选C。
2．(2024·浙江省高三下学期5月选考适应性考试)电化学方法制备碘仿(CH3I)的原理及主要原料如图，选择性交换膜只允许通过，已知生成CH3I的方程式：CH3COCH3+3IO-→CH3I+CH3COO-+2OH-。下列叙述不正确的是( )
A．制备过程中需要不断搅拌，使丙酮与离子充分接触
B．左室生成IO-的反应：2I--2e-=I2、I2+2OH-=I-+IO-+H2O
C．制备1mol碘仿实际消粍的电量大于理论值，可能的原因是3IO-=2I-+IO3-
D．电解一段时间后，左室混合溶液的碱性增强
【答案】D
【解析】本题属于电解池，右侧石墨为阴极，电极反应为：2H++2e-=H2，左侧石墨为阳极，电极反应为：2I--2e-=I2，随后单质碘和氢氧化钠反应生成碘离子和次碘酸根离子，以此解题。A项，通过搅拌，可以使反应物接触更加充分，提高转化率，A正确；B项，左室生成IO-的反应：2I--2e-=I2、I2+2OH-=I-+IO-+H2O，B正确；C项，制备1mol碘仿实际消粍的电量大于理论值，可能是次碘酸根离子发生歧化反应而被消耗，歧化反应的方程式为：3IO-=2I-+IO3-，C正确；D项，根据选项B分析可知，电解过程中左室会消耗氢氧根离子，则电解一段时间后，左室混合溶液的碱性会减弱，D错误；故选D。
3．科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如左下图所示，用Cu—Si合金作硅源，在950℃下利用三层液熔盐进行电解精炼，并利用某CH4燃料电池(如下图所示)作为电源。下列有关说法不正确的是( )
A．电极c与b相连，d与a相连
B．左侧电解槽中；Si优先于Cu被氧化
C．a极的电极反应为CH4-8e—+4O2—===CO2+2H2O
D．相同时间下，通入CH4、O2的体积不同，会影响硅的提纯速率
【答案】A
【解析】甲烷燃料电池中，通入甲烷的a电极为负极，甲烷在负极上失电子发生氧化反应生成二氧化碳，通入氧气的电极b为正极，氧气在正极上得电子发生还原反应生成阳离子，根据电解池中电子的移动方向可知，c为阴极，与a相连，Si4+在阴极上得电子发生还原反应生成Si，d为阳极，与b相连，Si在阳极上失电子发生氧化反应生成Si4+。A项，甲烷燃料电池中，通入甲烷的a电极为负极，通入氧气的电极b为正极，根据电解池中电子的移动方向可知，c为阴极，与a相连，d为阳极，与b相连，故A错误；B项，由图可知，d为阳极，Si在阳极上失去电子被氧化生成Si4+，而铜没被氧化，说明硅优先于钢被氧化，故B正确；C项，甲烷燃料电池中，通入甲烷的a电极为负极，甲烷在负极上失电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为CH4-8e—+4O2— =CO2+2H2O，故C正确；D项，相同时间下，通入CH4、O2的的体积不同，反应转移电子的物质的量不同，会造成电流强度不同，影响硅的提纯速率，故D正确。故选A。
4．科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．反应器I中产生的是H2
B．b极为电源的正极
C．N极的电极反应式为
D．该装置工作时，N极室中OH-的浓度增大
【答案】D
【解析】反应器I中[Fe(CN)6]3-被还原为[Fe(CN)6]4-，发生反应4[Fe(CN)6]3-+4OH-=4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O；所以反应器I放出氧气、反应器Ⅱ放出氢气，M是阳极、N是阴极。A项，根据图示，反应器I中[Fe(CN)6]3-被还原为[Fe(CN)6]4-，根据氧化还原反应规律，反应器I中产生的是O2，故A错误；B项，根据图示，[Fe(CN)6]4-在M极被氧化为[Fe(CN)6]3-，M为阳极，a极为电源的正极，故B错误；C项，N是阴极，阴极得电子发生还原反应，根据图示N极的电极反应式为，故C错误；D项，该装置工作时，N极的电极反应式为，N极生成OH-，N极室OH-的浓度增大，故D正确；故选D。
5．世界水产养殖协会介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法，其原理如图所示，电极C1、C2为惰性电极，下列说法正确的是
A．C1极上发生还原反应
B．Y为电源的负极
C．若有1 mol NO被还原，则有1 mol H＋通过质子膜迁移至阴极区
D．若有机物为葡萄糖(C6H12O6)，则1 mol葡萄糖被完全氧化时，理论上电极流出20 mol e－
【答案】B
【解析】C1电极上发生反应是微生物作用下有机物转化成CO2，发生氧化反应；C2电极上， NO离子转化成氮气，发生还原反应，为电解池的阴极，则X为正极，Y为负极。若有1 mol NO被还原，根据阴极电极反应式2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O可知，电子转移5 mol，则有5 mol H＋通过质子膜迁移至阴板区；1 mol葡萄糖被完全氧化时，碳元素化合价0价变化为＋4价，理论上电极上流出4×6 mol＝24 mol e－。
题型二 串联类连接装置
6．已知H2O2是一种弱酸，在强碱溶液中主要以HO的形式存在。已知：Al—H2O2碱性燃料电池的总反应为2Al＋3NaHO2===2NaAlO2＋NaOH＋H2O。以Al—H2O2燃料电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过，c、d均为惰性电极)。下列说法不正确的是( )
A．电极a发生的反应为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O
B．电极b是正极，且反应后该电极区的pH增大
C．电解过程中，电子的流向为a→b→c→d
D．电解时，消耗2.7 g Al，则产生标准状况下的氮气1.12 L
【答案】C
【解析】a为负极，电极反应为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O。b为正极，电极反应可由总反应－负极反应得到，所以b极反应为3HO＋6e－＋3H2O===9OH－，反应后溶液的pH增大，A、B两项正确；根据上述分析，a为负极，故电子流向为a→d，c→b，C项错误；由CO(NH2)2→N2，可知每生成1 mol N2，转移6 mol电子，需要消耗2 mol Al，故消耗2.7 g(0.1 mol)Al时，转移0.3 mol电子，生成0.05 mol N2，换算成标准状况下的体积为1.12 L，D项正确。
7．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是( )
A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B．甲池中负极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋
C．甲池和乙池中溶液的pH均减小
D．当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
【答案】C
【解析】该装置图中，甲池为燃料电池，其中左边电极为负极，右边电极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，阴极上Cu2＋得电子生成铜，无气体生成，A错误；甲池溶液呈碱性，电极反应式不出现H＋，B错误；根据甲池的总反应式可知有水生成，电解液被稀释，故碱性减弱，pH减小，乙池的总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解液酸性增强，pH减小，C正确；3.2 g N2H4的物质的量为0.1 mol，转移电子的物质的量为0.4 mol，产生0.2 mol Cu，质量为12.8 g，D错误。
8．工业上采用如图所示装置模拟在A池中实现铁上镀铜，在C装置中实现工业由KCl溶液制取KOH溶液。
下列有关说法错误的是( )
A．a为精铜，b为铁制品，可实现镀铜要求
B．c为负极，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
C．从e口出来的气体为氧气，从f口出来的气体为氢气
D．钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液
【答案】C
【解析】根据图示可知，B为原电池，氧气得电子与水反应生成OH－，d作正极，c作负极；A、C为电解池，m、a为电解池的阳极，b、n为电解池的阴极。a为精铜，失电子，作阳极，b为铁制品，作阴极，铜离子得电子，可实现镀铜要求，A项正确；c为负极，甲醇失电子与溶液中的OH－反应生成CO和水，B项正确；电解KCl溶液，m为阳极，氯离子失电子生成氯气，从e口出来，从f口出来的气体为氢气，C项错误；电解槽左侧为阳极室，钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液，D项正确。
9．利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．电极b反应式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变
C．c电极上的电极反应式为N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋
D．甲中每消耗1 mol SO2，乙装置中有1 mol H＋通过隔膜
【答案】B
【解析】甲装置为原电池， b电极为正极，O2得电子结合H＋生成水：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A错误；乙装置是一个电解池，均采用了惰性电极，c极为阳极，发生氧化反应：N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋，d极为阴极，发生的反应为：2H＋＋2e－===H2↑，消耗的H＋与从阳极区迁移过来的H＋相等，故溶液的pH不变，B正确，C错误；依据电子转移数相同可知，a电极反应式：SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO，消耗1 mol SO2转移2 mol电子，则乙装置中为了平衡电荷，有2 mol H＋通过隔膜，D错误。选B。
10．膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用。有人设想利用电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置图如下。下列说法不正确的是( )
A．是原电池
B．池能够生产N2O5
C．电路中电子流向为，形成闭合回路
D．X、Y中H+均从左边迁移到右边
【答案】C
【解析】X装置有能自发进行的氧化还原反应，为原电池装置，二氧化硫在a极发生失电子的氧化反应，则a为负极，氧气在b极发生得电子的还原反应，则b为正极；Y装置与原电池装置相连，为电解池，c极连接原电池正极，为阳极，d极连接原电池负极，为阴极。A项，X装置有能自发进行的氧化还原反应，为原电池装置，故A正确；B项，结合Y装置可知，N2O4在c极失电子转化为N2O5，故B正确；C项，电子只能沿着导线移动，所以电路种电子流向：、，故C错误；D项，在X原电池装置中，H+向正极移动，在Y装置中，H+向阴极移动，都是从左到右的方向，故D正确；故选C。
11．据2022年1月统计，我国光伏发电并网装机容量突破3亿千瓦，连续七年稳居全球首位。已知四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如图。下列说法错误的是
A．光伏并网发电装置中P型半导体为正极
B．c为阳离子交换膜，d、e均为阴离子交换膜
C．阳极的电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑
D．制备182g四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6L气体(标准状况)
【答案】B
【解析】从图中可以看出，光伏并网发电装置中, a电极连接N型半导体，则其为负极，b电极连接P型半导体,则其为正极；电解装置中，a极为阴极，b极为阳极。从电解池a极区溶液中四甲基氢氧化铵[ ( CH3) 4NOH]浓度增大，也可推出( CH3) 4N+透过c膜向a电极移动，则a电极为阴极，c膜为阳膜；Cl-透过d膜向右侧移动，则d膜为阴膜；Na+透过e膜向左侧移动，则e膜为阳膜。A项，光伏并网发电装置中，N型半导体为负极，P型半导体为正极，A正确；B项，c、e为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，B错误；C项，b为阳极，溶液中的氢氧根离子失去电子生成氧气，电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑，C正确；D项，182克四甲基氢氧化铵的物质的量为，则a极生成1mol氢气，b极生成0.5mol氧气，两极共产生1.5mol气体，在标况下体积为33.6L，D正确；故选B。
12．下列说法正确的是( )
A．乙池中石墨电极表面有气泡产生，丙池中向右侧电极移动
B．甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D．收集一段时间后丙池中两电极上产生的气体，左侧电极可能得到混合气体
【答案】D
【解析】由图可知，甲为原电池，甲醇通入极为负极，氧气通入极为正极，乙为电解池，石墨为阳极，Ag为阴极，丙为电解池，左侧Pt电极为阳极，右侧Pt电极为阴极。A项，乙池中石墨电极为阳极，溶液中氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，丙为电解池，阴离子向阳极(左侧Pt电极)移动，故A错误；B项，在燃料电池甲池中，负极是甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性电解质下的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故B错误；C项，电解池乙池中，电解后生成硫酸、铜和氧气，要想复原，要加入氧化铜，故C错误；D项，丙池是电解池，左侧电极是阳极，开始生成氯气，电极反应式为2Cl--2e=Cl2↑，当氯离子消耗完以后，电极继续生成氧气，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，故左侧电极可能得到混合气体，故D正确；故选D。
13．肼(分子式为N2H4，又称联氨)具有可燃性，在氧气中完全燃烧生成氮气，可用作燃料电池的燃料。
由题图信息可知下列叙述不正确的是( )
A．甲为原电池，乙为电解池
B．b电极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－
C．d电极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
D．c电极质量变化128 g时，理论消耗标准状况下的空气约为112 L
【答案】B
【解析】由题图信息可知，甲为乙中的电解提供能量，A项不符合题意；水溶液中不可能存在O2－，B项符合题意；d电极与负极相连，发生还原反应，生成Cu，C项不符合题意；铜质量减小128 g，减少的物质的量为2 mol，故转移4 mol电子，由N2H4＋O2===N2＋2H2O可知，N元素的化合价由－2升高到0，故转移4 mol电子时，参与反应的O2的物质的量为1 mol，即消耗空气的物质的量约为＝5 mol，即标准状况下的体积为5 mol×22.4 L·mol－1＝112 L，D项不符合题意。故选B。
14．利用含有机化合物的废水[废水中的有机化合物表示为，发电原理为(未配平)]发电，电解KI溶液制备的工作装置如图所示。下列说法正确的是
A．a极为原电池正极，c极为电解池阴极
B．装置工作时，当甲池质子交换膜通过1 mol H+时，负极生成5.6 L
C．Ⅱ室为酸性KMnO4溶液，Ⅲ室为KI溶液
D．装置工作一段时间后，Ⅳ室需补充KOH，X为H2
【答案】C
【解析】由题干信息“电解KI溶液制备KIO3”，并结合Ⅳ室为KOH溶液可知，Ⅲ室发生的反应为KI→KIO3，则Ⅲ室为KI溶液，发生氧化反应，故b极为原电池正极，a极为原电池负极，c极为电解池阳极，d极为电解池阴极。A项，Ⅲ室为KI溶液，发生氧化反应，故b极为原电池正极，c极为电解池阳极，A错误；B项，未指明是否为标准状况，无法计算CO2的体积，B错误；C项，a极为原电池负极，则I室发生氧化反应，故I室为含有机化合物的废水，Ⅱ室发生还原反应，即MnO4 -→Mn2+，故Ⅱ室为酸性KMnO4溶液，C正确；D项，c、d极分别为电解池的阳极和阴极，c极发生反应I-+6OH--6e-=IO3-+3H2O，d极发生反应6H2O+6e-=3H2↑＋6OH-，生成的OH-通过离子交换膜进入Ⅲ室，但同时消耗了水，Ⅳ室中KOH浓度增大，故装置工作一段时间后Ⅳ室无需补充KOH，D错误；故选C。
题型三 离子交换膜装置
15．(2019·德州模拟)高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．上述装置中，f极为光伏电池的正极
B．阴极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4
D．若转移2 mol电子，理论上生成100.5 g HClO4
【答案】C
【解析】电解池中阳离子向阴极移动，即d极为阴极，f为电源的负极，A错误；阴极上阳离子得到电子发生还原反应，B错误；阳极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极电极反应为：4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，可知是电解水的过程，即在阳极水失去电子，所以在阳极得到高氯酸的浓溶液，在阴极得到浓的NaOH溶液，C正确；根据阴极电极方程式可知，转移2 mol电子时，生成HClO4 2 mol，理论上生成HClO4 201 g，D错误。故选C。
16．电解精制的浓缩海水制备酸碱的工作原理如图所示。其中a、c为离子交换膜，BP为双极膜(在直流电场作用下，双极膜层间的水会解离为H＋和OH－，分别迁移到双极膜两侧)。下列说法正确的是( )
A．a、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
B．电流流向：电源正极→X电极→Y电极→电源负极
C．若去掉X电极与a之间的双极膜，X电极区产物不变
D．若外电路中通过1 mol电子，双极膜内有4 mol H2O发生解离
【答案】B
【解析】由题图可知，阴离子向X电极移动，阳离子向Y电极移动，故X电极是阳极、Y电极是阴极，a、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，A错误。电流流向：电源正极→阳极(X电极)→阴极(Y电极)→电源负极，B正确。若去掉X电极与a之间的双极膜，X电极上放电的离子不再是OH－，而是Cl－，产物由O2变为Cl2，C错误。外电路中通过的电子数与双极膜内解离出的H＋或OH－所带电荷数相同，故外电路中通过1 mol电子，双极膜内有1 mol H2O发生解离，D错误。
17．我国某大学课题组提出了一种基于电化学的石灰石转化生产消石灰和有价值碳质产物的方法，有望助水泥行业脱碳，装置如图所示。下列叙述正确的是( )
A．图中涉及的物质中有5种非极性分子
B．铱(Ir)极上的氧化产物为CO2
C．生成C2H6的电极反应式为2CO2 +10H2O+14e- =C2H6+14OH-
D．催化电极上每生成1 mol H2，交换膜Q上迁移2 mol OH-
【答案】C
【解析】该装置为电解池，Pt为负极，电极方程式为2H2O+2e-=H2↑＋2OH-，Ir为正极，电极方程式为2H2O-4e-=O2↑＋4H＋，H+和CaCO3反应生成CO2和Ca2+，Ca2+和OH-反应Ca(OH)2；CO2在催化电极生成碳质产物，e为负极，d为正极。A项，图中涉及的物质中CO2，O2，H2，CH4，C2H6，C2H4，有6种非极性分子，故A错误；B项，Ir为正极，电极方程式为2H2O-4e-=O2↑＋4H＋，氧化产物为O2，故B错误；C项，CO2在催化电极生成碳质产物，2CO2 +10H2O+14e- =C2H6+14OH-，符合电子转移守恒，电荷守恒和原子守恒，故C正确；D项，催化电极上不止发生2H2O+2e-=H2↑＋2OH-，还发生，所以催化电极上每生成1 mol H2，交换膜Q上不一定迁移2 mol OH-，故D错误；故选C。
18．水污染是我国面临的主要环境问题之一、工业废水排入水体前必须经过处理达到排放标准，否则会污染地表水和地下水。利用微生物电池进行废水(含Na+、K+、Mg2+、Cl-和等离子)脱盐的同时处理含OCN-(其中C为+4价)酸性废水的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．电子由电极M经用电器流向电极N
B．该电池的优点是条件温和，利用率高，无污染
C．通过膜1的阴离子数目一定等于通过膜2的阳离子数目
D．电池的总反应可表示为
【答案】C
【解析】从图中可以看出，在M极，OCN-转化为CO2和N2，N元素由-3价升高到0价，则M极为负极；在N极，O2作氧化剂，则N极为正极。A项，原电池工作时，电子由负极沿导线流向正极，则电子由电极M经用电器流向电极N，A正确；B项，该电池在厌氧微生物的催化作用下，常温下，将OCN-等杂质转化为CO2、N2等，所以优点是条件温和，利用率高，无污染，B正确；C项，在M极，2OCN--6e-+2H2O=2CO2↑+N2↑+4H+，则废水中的Cl-、SO42-通过膜1向M极移动；在N极，O2+2H2O+4e-=4OH-，则废水中的H+、Na+、K+、Mg2+通过膜2向N极移动，由于阴、阳离子所带的电荷数不同，所以通过膜1的阴离子数目不一定等于通过膜2的阳离子数目，C错误；D项，将M极、N极的电极反应式相加，同时注意废水呈酸性，正极产生的OH-最终被废水中的H+所中和，所以电池的总反应可表示为，D正确；故选C。
19．双极膜(BP)可以在电场作用下，使水分子快速解离为OH-和H+，并透过阴、阳离子膜进入溶液。用此工艺捕获烟道气中的CO2过程如图所示，已知盐室中生成CaCO3实现捕获，下列说法正确的是( )
A．捕获装置中，阴极反应为2H++2e-=H2↑
B．溶液中的X为H+
C．交换膜A为阳离子交换膜
D．捕获1.12LCO2转化为沉淀，则转移电子0.1mol
【答案】A
【解析】由图可知，左边电极连接电源负极，为阴极，左侧双极膜上H+向左移动进入阴极室得电子生成H2，OH-进入碱室与CO2反应生成CO32-，CO32-透过离子交换膜A进入盐室生成CaCO3；右侧电极为阳极，右侧双极膜上OH-进入阳极室，H+进入酸室，Cl-透过离子交换膜C进入酸室形成盐酸。A项，阴极发生还原反应，溶液中H+放电，为2H++2e-=H2↑，A正确；B项，碱室是CO2转化为CO32-，应由双极膜产生OH-不断补充，保持碱的浓度，X应为OH-，B错误；C项，盐室生成CaCO3，就需要CO32-穿过交换膜A，所以交换膜A为阴离子交换膜，C错误；D项，捕获1.12L CO2，未指明标准状况，无法计算转移电子数，D错误；故选A。
20．三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示，在直流电场的作用下，两膜中间的NH和NO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。工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是( )
A．a极为电源负极，b极为电源正极
B．c膜是阴离子交换膜，d膜是阳离子交换膜
C．阴极电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2＋6H2O
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有5.6 L O2生成
【答案】A
【解析】结合题图装置可知，工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3，则Ⅱ室中的阳离子NH、H＋向Ⅰ室移动与Ⅰ室中的稀硝酸反应生成了硝酸铵，则c膜为阳离子交换膜，Ⅰ室中石墨为电解池阴极，a极为电源负极，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；Ⅱ室中的阴离子NO、OH－向Ⅲ室移动与Ⅲ室中的稀氨水反应生成硝酸铵，则d膜为阴离子交换膜，Ⅲ室中石墨为电解池阳极，b极为电源正极，阳极电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。根据上述分析A正确，B、C错误；D中没有给出标准状况下，无法用气体摩尔体积公式计算体积，则D错误。故选A。
题型四 电化学综合计算
21．燃料电池并探究氯碱工业原理和电镀实验，其中乙装置中X为离子交换膜。请按要求回答相关问题：
(1)甲烷燃料电池负极反应式是 。
(2)电极的电极反应式为 。
(3)X选择 离子交换膜(填“阴”或“阳”)。
(4)若在标准状况下，甲装置有112mL氧气参加反应，则乙装置中左侧极室的为 。(设该极室内溶液体积为)
(5)若用丙装置给铜制品镀银，铜制品应放在 (填“a”或“b”)极，反应结束后溶液的浓度 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(6)若a、b为惰性电极，写出图丙中电解总反应的离子反应方程式 。
【答案】(1) CH4+10OH-﹣8e-=CO32-+7H2O
(2) 2H2O+2e-=H2↑＋2OH-
(3)阳
(4)13
(5) a 不变
(6)
【解析】(1)甲中电解质为KOH溶液，碱性环境下甲烷燃料电池负极反应式为CH4+10OH-﹣8e-=CO32-+7H2O；(2)铁作阴极，其电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-；(3)钠离子通过X进入阴极室，则X为阳离子交换膜；(4)若在标准状况下，有112mL氧气参加反应，其物质的量为0.005mol，转移电子数为0.02mol，乙装置铁电极上生成氢气的物质的量为0.01mol，生成的OH-的物质的量为0.02mol，浓度为0.1mol/L，pH=13。(5)丙装置给铜制品镀银，铜制品应作阴极，放在a极。电镀池中电镀液的浓度不变。(6)惰性电极电解硝酸银溶液得到银、氧气和硝酸，反应的离子方程式为。
22．如图设计的串联电池装置，R为变阻器，以调节电路电流。
(1)写出b、c电极的电极反应式：b ，c ；
(2)写出f电极的电极反应式 ，向此电极区域滴入酚酞的现象为： ；该电极区域水的电离平衡被 (填“促进”、“抑制”或“无影响”)。
(3)闭合K一段时间后，丙装置的电解质溶液pH (填“变大”、“变小”或“不变”)，原因是 。
(4)电解一段时间后丙装置析出芒硝(Na2SO4 10H2O)，若此时通入CH4的体积为22.4L(标准状况下)，则向丙装置中加入 gH2O就可以将析出的沉淀溶解并恢复到原有浓度。
(5)有一硝酸盐晶体，其化学式为M(NO3)x yH2O，相对分子质量为242。取1.21g该晶体溶于水，配成100mL溶液，将此溶液用石墨作电极进行电解，当有0.0100mol电子发生转移时，溶液中金属全部析出。经称量阴极增重0.320g。则
①金属M的相对原子质量为 ；
②电解后，生成气体体积= (标准状况下)溶液的pH= (电解过程中溶液体积变化忽略不计)。要求写出计算过程。
【答案】(1)O2+4H++4e-=2H2O CH4+10OH-﹣8e-=CO32-+7H2O
(2)2H++2e-=H2↑ 溶液变红 促进
(3)不变 硫酸钠为强酸强碱盐，用惰性电极电解，实质是电解水，所以pH不变
(4)72
(5)64 0.056L 1
【解析】(1) 甲乙装置为两个燃料电池串联，丙为电解硫酸钠的装置。甲乙装置中通入甲烷的电极为负极，即a、c为负极，通入氧气的为正极，即b、d为正极，则e为阳极，f为阴极；b为正极，发生还原反应，电解质为硫酸，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，c电极为负极，发生氧化反应，电解质为氢氧化钾，电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；(2)f电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑，电解反应发生后，电极附近溶液显碱性，向此电极区域滴入酚酞，溶液变红色；氢离子浓度减小，该电极区域水的电离平衡受到促进；(3)丙装置为电解硫酸钠溶液，相当于电解水，电解后电解质溶液pH不变；(4)CH4的体积为22.4L(标准状况下)，甲烷的物质的量为1mol，根据CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O可知，转移的电子为8mol，则丙装置中电解的水为4mol，质量为4mol×18g/mol=72g，因此需要加入72g水，可以将析出的沉淀溶解并恢复到原有浓度；(5)有一硝酸盐晶体，其化学式表示为M(NO3)x nH2O经测定其摩尔质量为242g mol-1；取1.21g该晶体物质的量==0.005mol；溶于水配成100mL溶液，将此溶液倒入如图所示装置中，用石墨作电极进行电解，当有0.01mol电子通过电极时，溶液中的金属阳离子全部析出，在A极得到金属0.32g，A极为阴极；析出的金属电极反应为：Mx++xe-═M，则金属M的摩尔质量为=64g/mol，故金属M的相对原子质量为64；②阳极连接电源的正极，溶液中氢氧根离子失电子生成氧气；阴极连接电源的负极，溶液中M离子得到电子生成金属M，阳极电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，转移电子0.01mol时，生成氧气的体积为×22.4L/mol=0.056L；金属M的相对原子质量为64，则金属为Cu，此时溶液中电解离子方程式为：2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+，已知电解生成Cu的物质的量为0.005mol，则n(H+)=2n(Cu)=0.01mol，此时c(H+)==0.1mol/L，故电解后溶液pH=1。
23．如图所示，其中甲池的总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O，回答下问题：
请回答下列问题：
(1)甲池为 (填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，负极的电极反应式为 。
(2)乙池A(石墨)电极的名称为 (填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)，乙池中总反应式为 。
(3)当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2的体积为 mL(标准状况下)，丙池中析出 g铜。
(4)一段时间后，断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是_______(填选项字母)。
A．Ag B．Ag2O C．AgOH D．AgCl
(5)若丙中电极不变，将其溶液换成含酚酞的NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙中D极附近观察到的现象是 ，溶液的pH将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。C电极上的电极反应式为 ，检验该电极反应产物的方法是 。
(6)若用丙装置电解精炼铜，粗铜(内含Zn、Fe、Ni等杂质)应该放在 (填C、D)极，电解进行一段时间后，电解质溶液中CuSO4的浓度将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】(1) 原电池 CH3OH+8OH-﹣6e-=CO32-+6H2O
(2) 阳极
(3) 280 1.6
(4)B
(5) 有气泡产生，溶液变红 增大 2Cl--2e-=Cl2↑ 润湿的淀粉KI试纸变蓝
(6) C 减小
【解析】根据电池结构可知甲池是甲醇燃料电池，左边Pt电极为负极，右边Pt电极为正极，进而推出乙、丙池为电解池，A、C为阳极，B、D为阴极。(1)甲池符合甲醇燃料电池的结构，属于原电池，负极甲醇在碱性环境中失电子被氧化生成碳酸根离子：CH3OH+8OH-﹣6e-=CO32-+6H2O；(2)据分析乙池为电解池，A与原电池正极相连为阳极，总反应是电解硝酸银溶液生成银单质、硝酸、氧气：；(3)根据得失电子守恒22.4LO2~432gAg~128gCu，则B生成Ag使B极质量增加5.40g时，甲池中消耗氧气，，丙池中析出，m=1.6gCu；(4)电池总反应为：，溶液中减少的使原子个数比为2：1的Ag和O，因此补充Ag2O使乙池恢复到反应前浓度；(5)若丙中电极不变，将其溶液换成含酚酞的NaCl溶液，则为电解饱和食盐水，D为阴极发生2H2O+2e-=H2↑+2OH-，溶液中滴有酚酞，因此D附近有气泡产生，溶液变红，溶液pH将增大；C为阳极发生Cl--2e-=Cl2↑检验氯气用湿润淀粉碘化钾试纸，现象为：润湿的淀粉KI试纸变蓝；(6)电解精炼铜，粗铜在阳极，因此粗通放在C极，因为除了Cu放电外，Zn、Fe、Ni等杂质也失去电子，而阴极只有铜离子的电子，因此溶液中硫酸铜浓度减小。
24．某学校兴趣小组用下图所示装置进行电化学原理的实验探究，回答下列问题：
(1)通O2的电极为 极(填电极名称)，其电极反应式为 。
(2)若B电池为电镀池，X、Y为质量相同的不含杂质的两电极，电解质溶液为CuSO4溶液，目的是在某铁镀件上镀一层铜，则X电极材料为 ，Y电极的反应式为 。若A池中消耗准状况下的H2，则B池中两电极的质量相差 g。
(3)若B电池为精炼铜，且粗铜中含有、Fe、Ag、Au等杂质，在 。电极(填“X”或“Y”)周围有固体沉积。
(4)若X、Y均为Pt，B电池的电解质溶液为的NaCl溶液，当电池工作一段时间后，B电池溶液的将 (填“增大”“减小”或“不变”)，要使该溶液恢复到原来的状态，需加入 。
(5)若X、Y均是铜，电解质溶液为溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu2O，试写出该电极发生的电极反应式为 。
【答案】(1) 正 O2+2H2O+4e-=4OH-
(2)Cu Cu2++2e-=Cu 64
(3)X
(4)增大 HCl气体
(5) 2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O
【解析】(1)A池是燃料电池，B池是电解池，通氧气的一极是正极发生还原反应，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-；(2)电镀时，镀件作阴极、镀层金属作阳极、含有镀层金属的盐溶液作电解质，X与正极相连，X是阳极，所以X电极材料为Cu；Y与负极相连，作阴极，电极方程式为Cu2++2e-=Cu；若A池中消耗准状况下11.2L的H2，即0.5molH2，根据电极方程式：H2－2e-＋2OH-=2H2O，则装置中转移电子数为1mol，B池中，阳极电极反应为Cu-2e-=Cu2+，阴极电极方程式为Cu2++2e-=Cu，当电路中有1mol电子转移时，阳极减少Cu物质的量为0.5mol，质量为32g，阴极增加Cu物质的量为0.5mol，质量为32g，则两电极的质量相差64g；(3)电解法精炼铜，粗铜作阳极、精铜作阴极，粗铜中铜及活泼性大于铜的金属失电子，活泼性小于铜的金属不能失电子，X是阳极，所以在X极周围有固体沉积成阳极泥；(4)惰性电极电解NaCl溶液的方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则电解后溶液pH增大；根据方程式可知，电解NaCl溶液的实质为电解HCl，则要使该溶液恢复到原来的状态，需加入HCl气体；(5)根据题目信息，X极发生氧化反应，铜失电子生成Cu2O，电极反应为：2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O。
25．某研究性学习小组用下图所示的装置进行实验，探究原电池、电解池和电解精炼钴的工作原理。一段时间后装置甲的两极均有气体产生，且X极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清。请根据实验现象及所查资料，回答下列问题：
查阅资料：高铁酸根在溶液中呈紫红色。
(1)上述装置中，发生氧化反应的电极有_______(填字母)。
A． B． C． D．
(2)丙池中的SO42- (填“从左向右”、“从右向左”或“不”)移动。
(3)反应过程中，X极处发生的电极反应为和 。
(4)一段时间后，若X极质量减小1.12g，Y电极收集到2.24L气体，则在X极收集到气体为 mL(均已折算为标准状况时气体体积)。
(5)乙池是电解制备金属钴的装置图，理论上I室中 (填“变大”、“变小”或“不变”)，该电解池总反应的化学方程式是 。
(6)若撤掉装置乙中的阳离子交换膜，石墨电极上产生的气体除O2外，还可能有 。
【答案】(1)A
(2)从右向左
(3)
(4)448
(5)不变
(6) Cl2
【解析】丙装置是原电池，Zn作负极，Cu作正极，甲装置是电解池，乙装置是电解精炼钴的装置，与电源负极相连的的电极是电解池的阴极，与电源正极相连的的电极是电解池的阳极，则甲池中X极作阳极，Y作阴极，乙池中石墨作阳极，Co作阴极。(1)原电池中负极发生氧化反应，电解池中阳极发生氧化反应，则上述装置中，发生氧化反应的电极有丙中的Zn电极、甲中的X电极、乙池中的石墨电极，符合题意的是A选项；(2)根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，实验过程中，丙池中的SO42-会向正电荷较多的Zn电极方向移动，即从右向左移动；(3)在电解过程中，X极作阳极，发生氧化反应，由实验现象可知，X极处发生的电极反应为4OH--4e-＝O2↑＋2H2O和；(4)根据条件可知，n(H2)==0.1mol，n(Fe)==0.02mol，在整个电路中电子转移数目相等，4n(O2)+6n(Fe)= 2n(H2)，即4n(O2)+60.02mol=20.1mol，n(O2)=0.02mol，即V(O2)= 0.02mol22.4L/mol=0.448L=448mL；(5)乙池中石墨为阳极，阳极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑，氢离子经过阳离子交换膜由I室进入II室，则I室中氢离子数目不变，所以理论上I室中n(H+)不变；该电解池的阳极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑，阴极反应式为Co2++2e-=Co，则总反应为，化学方程式为；(6)若撤掉装置乙中的阳离子交换膜，由于放电顺序：Cl->OH-，Cl-更易放电，石墨电极上发生的反应为2Cl--2e-=Cl2↑，所以石墨电极上产生的气体除O2外，还可能有Cl2。
26．(I)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”)，乙池总反应式为 。
(3)当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2的体积为 mL(标准状况下)，丙池中析出 g铜。
(II)氯碱工业是高能耗产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过30%。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子交换膜都只允许阳离子通过。
(4)图中X (填化学式)比较图示中a%与b%的大小 。
(5)写出燃料电池中的电极反应式：负极电极反应式
(6)当生成的X气体为2mol时，理论上通入空气的体积(标况)为 L
【答案】(1) 原电池 CH3OH+8OH-﹣6e-=CO32-+6H2O
(2) 阳极
(3) 280 1.6
(4) Cl2 b%>a%
(5) H2－2e-＋2OH-=2H2O
(6)112
【解析】由图可知，甲池两极物质甲醇和氧气可发生自发的氧化还原反应，所以为原电池，且左侧通入甲醇的一极为负极，发生氧化反应，通氧气的一极为电池的正极，依此类推，与电源正极相连的乙池的A电极为阳极，B电极为阴极，丙池中C电极为阳极，D为阴极。(1)甲醇与氧气发生自发的氧化还原反应，所以甲池为原电池，通入甲醇的一极为电源的负极，失去电子，在碱性条件下发生反应，所以电极反应式为：CH3OH+8OH-﹣6e-=CO32-+6H2O；(2)乙池中A电极与电源正极相连，所以A为阳极，乙池中发生电极反应式为：；(3)在整个串联电路中，转移的电子数相等，根据电子守恒，有一下关系式：
即，求得x=280mL，y= 1.6g；即消耗氧气体积为280mL，析出的Cu的质量为1.6g；(4)由电解池的通入物质和流出物质可知，该电解池为氯碱工业，对应的电极总反应式为：，其中氢气可作为燃料电池的负极燃料，所以Y为氢气，X为氯气，对于燃料电池，正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，产生了OH-，所以NaOH的质量分数会变大，即b%>a%；(5)负极反应的物质为氢气，反应环境为碱性环境，所以负极发生电极反应：H2－2e-＋2OH-=2H2O；(6)串联电路中，电子守恒，所以根据转移电子数相等，可有一下关系式：
则有，V(O2)=22.4L，空气的体积约为氧气体积的5倍，所以空气的体积为112L。
1．(2024·江苏省连云港市高三第一次调研考试)用如图所示的新型电池可以处理含的碱性废水，同时还可以淡化海水。
下列说法正确的是( )
A．a极电极反应式：2CN-+12OH-+10e-=2CO32-+N2↑＋6H2O
B．电池工作一段时间后，右室溶液的减小
C．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜
D．若将含有26 g CN-的废水完全处理，理论上可除去NaCl的质量为292.5 g
【答案】D
【解析】由图可知，a电极CN-在碱性条件下失去电子生成氮气，电极反应为2CN-+12OH--10e-=2CO32-+N2↑＋6H2O，a为负极，则b为正极，电极反应为：2H++2e-=H2↑，以此解题。A项，a极电极反应式：2CN-+12OH--10e-=2CO32-+N2↑＋6H2O，A错误；B项，b为正极，电极反应为：2H++2e-=H2↑，则消耗氢离子，pH增大，B错误；C．由A分析可知，a电极附近负电荷减少，则阴离子通过交换膜Ⅰ向左移动，由B分析可知，b电极附近正电荷减少，则阳离子通过交换膜Ⅱ向右移动，C错误；D项，26 g CN-的物质的量为1mol，根据选项A分析可知，消耗1mol CN-时转移5mol电子，根据电荷守恒可知，可同时处理5mol NaCl，其质量为292.5 g，D正确；故选D。
2．(2024·浙江省五校联盟高三下学期5月联考三模)利用电化学方法富集海水中的锂，其工作原理如下图所示。工作步骤如下：①向MnO2所在腔室通入海水，启动电源1，使海水中的进入MnO2而形成；②关闭电源1和海水通道，启动电源2，同时向电极2上通入空气。下列说法不正确的是( )
A．上述过程中，电极1和电极2分别作阳极和阴极
B．启动电源1时，阴极上的电极反应：2MnO2+ xLi++xe-=LixMn2O4
C．启动电源2时，LixMn2O4中的脱出进入腔室2
D．当有脱出时，电极2上产生1.12L(标准状况下)的H2
【答案】D
【解析】启动电源1，使海水中Li+进入MnO2而形成LixMn2O4，MnO2中锰元素的化合价降低，作阴极，与电源1的负极相连，电极反应式为：2MnO2+ xLi++xe-=LixMn2O4；电极1作阳极，连接电源正极，电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+。关闭电源1和海水通道，启动电源2，向电极2上通入空气，使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2，则电极2为阴极，电极反应式为：2H2O+O2+4e-=4OH-，阳极的电极反应式为：LixMn2O4-xe-=xLi++2MnO2。A项，上述过程中，电极1和电极2分别作阳极和阴极，故A正确；B项，启动电源1时，阴极上的电极反应：2MnO2+ xLi++xe-=LixMn2O4，故B正确；C项，启动电源2时，LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室2，故C正确；D项，当Li+脱出时，电极2为阴极，电极2上不产生H2，而是消耗氧气，故D错误；故选D。
3．(2024·北京东城一模)-种能捕获和释放CO2的电化学装置如下图所示。其中a、b均为惰性电极，电解质溶液均为KCl溶液。当K连接S1时，b极区溶液能捕获通入的CO2。
下列说法不正确的是( )
A．K连接S1时，b极发生反应：
B．K连接S1时。a连接电源正极
C．K连接S2时，a极区的值增大
D．该装置通过“充电”和“放电”调控b极区溶液pH，捕获和释放CO2
【答案】C
【解析】当K连接S1时，b极区溶液能捕获通入的CO2，右侧为b极，充电时b为阴极，得电子发生还原反应，a为阳极失电子发生氧化反应；放电时a为正极发生还原反应，得电子，b为负极发生氧化反应，失电子。A项，K连接S1时，为电解池，阴极得电子，发生还原反应， b极发生反应：，A正确；B项，K连接S1时，a为阳极，与连接电源正极相连，B正确；C项，K连接S2时，为原电池，a极为正极，发生还原反应，得电子，，a极区的值减小，C错误；D项，该装置通过“充电”和“放电”OH-浓度调控b极区溶液pH，捕获和释放CO2，D正确；故选C。
4．(2024·安徽黄山二模)一种用氯丙烯()电解合成环氧氯丙烷()的装置如图所示。该装置无需使用隔膜，且绿色高效，图中为或，工作时和同时且等量放电。下列说法错误的是( )
A．电解一段时间后，装置中物质的量增大
B．每转移，生成环氧氯丙烷
C．若为，也可电解制得环氧氯丙烷
D．该装置工作时不需要补充
【答案】A
【解析】由图可知，右电极上H2O被还原生成H2，即右电极作阴极，则左电极作阳极，阳极上X-和OH-同时且等量放电：X- -e-=X·、OH- -e-=OH·。A项，由装置原理图可知，每生成1个环氧氯丙烷，阳极上消耗1个OH-，阴极上生成1个OH-，即OH-消耗的量与生成的量相等，则电解一段时间后，装置中OH-的物质的量不变，A错误；B项，由装置原理图可知，阳极上X-和OH-各失去1个电子，即转移2个电子，就生成1个环氧氯丙烷，则每转移2mole-，生成1mol环氧氯丙烷，B正确；C项，由装置原理图可知，X为Cl或Br，电解制备产物均为环氧氯丙烷，C正确；D项，由装置原理图可知，每生成1个环氧氯丙烷，阳极上先消耗1个X-，最终生成环氧氯丙烷时又释放1个X-，即X-为可循环离子，则该装置工作时无需补充X-，D正确；故选A。
5．中科院长春应化所张新波团队提出了一种独特的锂—氮电池(Li—N2)，该电池在放电过程中消耗氮气，充电过程中释放氮气，实现氮气的循环，并对外提供电能。该电池在充电时发生反应：2Li3N===N2↑＋6Li。现以该电池为电源进行如图所示实验，下列说法正确的是( )
A．乙电极上的反应为2Li3N－6e－===N2↑＋6Li＋
B．充电过程Li＋由甲电极迁移向乙电极，并在多孔碳布表面生成Li3N
C．石墨a电极和m、n处均可能有铜析出
D．锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能
【答案】D
【解析】 放电时，该原电池中锂失电子作负极，氮气得电子作正极，故乙电极是正极，发生反应：N2＋6Li＋＋6e－===2Li3N，A项错误；充电过程是电解池原理，Li＋由乙电极移向甲电极，多孔碳布表面Li3N分解生成N2和Li＋，B项错误；石墨a是阳极，阳极电极反应式：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，产生氧气，C项错误；反应N2＋6Li===2Li3N属于氮的固定，锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能，D项正确。
6．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。
7．(2024·黑龙江二模)某电化学锂富集装置如图，工作步骤如下：Ⅰ.向MnO2所在腔室通入海水，启动电源乙，使海水中进入MnO2结构形成；Ⅱ.关闭电源乙和海水通道，启动电源甲，同时向电极a上通入O2.下列说法错误的是( )
A．电极b与电源乙的正极相连
B．步骤Ⅰ时，腔室2中的进入MnO2所在腔室
C．步骤Ⅱ时，阳极的电极反应式为LixMn2O4-xe-=xLi++2MnO2
D．在电极a上每消耗5.6 L O2(换算成标准状况)，腔室1质量增加7 g
【答案】D
【解析】启动电源乙，使海水中Li+进入MnO2结构形成LixMn2O4，MnO2中锰元素的化合价降低，作阴极，与电源乙的负极相连，电极反应式为：2MnO2+xLi++xe-=LixMn2O4；电极b作阳极，连接电源乙正极，电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，关闭电源乙和海水通道，启动电源甲，向电极a上通入空气，使LixMn2O4中的Li+脱出进入腔室1，则电极a为阴极，电极反应式为：2H2O+O2+4e-=4OH-，阳极的电极反应式为：LixMn2O4-xe-=xLi++2MnO2。A项，电极b作阳极，连接电源乙正极，故A正确；B项，步骤Ⅰ时，MnO2中锰元素的化合价降低，作阴极，腔室2中的Na+向阴极移动，进入MnO2所在腔室，故B正确；C项，步骤Ⅱ时，阳极的LixMn2O4失去电子，变为Li+和MnO2，电极反应式为LixMn2O4-xe-=xLi++2MnO2，故C正确；D项，电极a为阴极，电极反应式为：2H2O+O2+4e-=4OH-，每消耗5.6 L O2(换算成标准状况)，即0.25molO2，转移电子数为1mol，即有1molLi+进入腔室1，腔室1增重：0.25mol×32g/mol+1mol×7g/mol=15g，故D错误；故选D。
8．电化学在实际生活生产中十分常见，如环境保护，利用电化学进行物质制备等。回答下列问题：
(1)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗。
①离子交换膜应选择 离子交换膜(填“阴或“阳”)。
②反应的总化学方程式为 ，电解一段时间后，右侧溶液质量 (填“增加”或“减少)。
(2)目前科学人员研究发现，用甲、乙电化学装置联合能够捕捉CO2。
①装置甲的能量转化方式主要为 。
②装置甲的b电极采用多孔石墨的目的是 ；b电极的电极反应式为 。
③装置乙中的c电极与装置甲的 (填字母)电极相连接，c电极的电极反应式为 。
④当生成1mol草酸铝时，甲、乙装置联合能够捕捉 molCO2。
【答案】(1) 阳 4NaCl+2H2O+O22Cl2↑+4NaOH 增加
(2)化学能转化为电能 增大与空气的接触面积，提高CO2的捕捉效率
2CO2+2e—=C2O42- b 2C2O52-—4e—=4CO2↑+O2↑ 7.5
【解析】(1)由图可知，与直流电源正极相连的电极A为电解池的阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，钠离子通过阳离子交换膜移向阴极室，电极B为电解池的阴极，水分子作用下氧气在阴极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，在阴极室制得氢氧化钠，则电解的总反应为电解通入氧气的氯化钠溶液生成氯气和氢氧化钠；电解时，阳极室的钠离子通过阳离子交换膜移向阴极室；电解时，在阴极室制得氢氧化钠，则右侧溶液质量增加，电解的总反应为电解通入氧气的氯化钠溶液生成氯气和氢氧化钠，反应的化学方程式为4NaCl+2H2O+O22Cl2↑+4NaOH；(2)由图可知，装置甲为原电池，电极a为原电池的负极，铝在负极失去电子发生氧化反应生成铝离子，电极b为正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成草酸根离子；装置乙为电解池，与b相连的c电极为电解池的阳极，C2O52-在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氧气，d电极为阴极，C2O32-在阴极得到电子发生还原反应生成碳；①装置甲为化学能转化为电能的原电池；②装置甲的b电极为正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成草酸根离子，电极反应式为2CO2+2e—=C2O42-，采用多孔石墨有利于增大电极与空气的接触面积，提高二氧化碳的捕捉效率；③装置乙为电解池，二氧化碳与氧离子反应生成C2O52-和碳酸根离子，与b相连的c电极为电解池的阳极，C2O52-在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氧气，电极反应式为2C2O52-—4e—=4CO2↑+O2↑；④由化合价变化看，生成1mol草酸铝时，外电路转移6mol电子，由得失电子数目守恒可知，原电池的正极和电解池的阴极共捕捉二氧化碳的物质的量为6mol+6mol×=7.5mol。
9．电化学原理在能量转化、物质制备及环境保护等领域均有广泛应用，请回答下列问题：
(1)1977年，伏打电堆的发明为电化学的创建开辟了道路。某化学兴趣小组在阅读了相关资料后，想把反应设计成原电池，则电池的负极材料应选择 ；正极的电极反应式为 。
(2)工业上常用电解氧化法在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质一般采用硫酸溶液，阳极的电极反应式为 。
(3)一种以液态胼(N2H4)为燃料的电池装置如图甲所示，该电池用溶液作为电解质溶液。以该燃料电池为电源电解足量的饱和CuSO4溶液以实现向铁棒上镀铜，装置如图乙所示：
①电极为燃料电池的 (填“正”或“负”)极，其电极反应式为 。
②电极应选用的电极材料为 (填“铁”或“铜”)。
(4)氰化物在工业中应用广泛，但是氰化物有剧毒，很多氰化物在加热或与酸作用后会释放出挥发性的有毒气体氰化氢。因此在含氰工业废水排放前，需要对其进行治理。在碱性条件下利用电解法除去废水中的氰化物(以为代表)，装置如图丙。
已知石墨电极上依次发生的部分反应有：
a．
b．
c．
①铁电极上发生的电极反应为 。
②该电解过程一般控制pH在之间，pH偏高或偏低均会引起除氰效果降低，你认为可能的原因是 。
【答案】(1) 铜 NO3-+4H++3e-=NO↑＋2H2O
(2) 2Al+3H2O-6e-= Al2O3＋6H+
(3) 负 N2H4+4OH--4e-=N2↑＋4H2O 铁
(4) 2H2O+2e-=H2↑＋2OH- pH偏高，可能会有OH-在阳极参与放电，降低CNO-的氧化效率；pH偏低，可能会有CN-转化为HCN气体挥发
【解析】(1)由方程式可知，原电池的负应选择还原剂铜、正极选择银或石墨、电解质溶液为稀硝酸，原电池工作时，负极铜失去电子发生氧化反应生成铁离子，酸性条件下，硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成一氧化氮和水，电极反应式为NO3-+4H++3e-=NO↑＋2H2O；(2)由题意可知，用电解氧化法在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜时，铝为电解池的阳极，水分子作用下铝在阳极失去电子发生氧化反应生成氧化铝和氢离子，电极反应式为2Al+3H2O-6e-= Al2O3＋6H+；(3)由图可知，甲池为燃料电池，通入液态肼的a电极为燃料电池的负极，碱性条件下肼在负极失去电子发生氧化反应生成氮气和水，通入空气中的b电极为正极，水分子作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水；乙池为电镀池，与燃料电池正极相连的c电极铜是电镀池的阳极，铜失去电子发生氧化反应生成铜离子，d电极铁棒为阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜；①通入液态肼的a电极为燃料电池的负极，碱性条件下肼在负极失去电子发生氧化反应生成氮气和水，电极反应式为N2H4+4OH--4e-=N2↑＋4H2O；②由分析可知，乙池为电镀池，d电极铁棒为阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜；(4)由题意可知，与直流电源正极相连的石墨电极是阳极，铁电极是阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子。①铁电极是阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑＋2OH-；②电解过程中，若溶液pH偏高，可能会有氢氧根离子在阳极参与放电，导致降低CNO 的氧化效率；若溶液pH偏低，可能会有氰酸根离子转化为HCN气体挥发，所以电解过程一般控制pH在9 10之间。
1．(2023 湖北省选择性考试，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h -1。下列说法错误的是( )
A．b电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h -1
【答案】D
【解析】由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，电池总反应为2H2O2H2↑+O2↑。A项，b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正确；B项，该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，为保持OH-离子浓度不变，则阴极产生的OH-离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，故B正确；C项，电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；D项，由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为x mol·h -1，则补水的速率也应是x mol·h -1，故D错误；故选D。
2．(2023 辽宁省选择性考试，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
【答案】B
【解析】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。A项，放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；B项，储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；C项，放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误；D项，充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+SO42-+2Fe3+，D错误；故选B。
3．(2023 全国甲卷，12)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是( )
A．析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B．Cl-从电极迁移到IrOx-Ti电极
C．阴极发生的反应有：2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O
D．每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)
【答案】C
【解析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx-Ti电极为电解池的阳极，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+，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e =C2H5OH+3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。A项，析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；B项，离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl-不能通过，故B错误；C项，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O，故C正确；D项，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+，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标况下体积为5.6L，故D错误；故选C。
4．(2023 浙江省6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( )
A．电极A接电源正极，发生氧化反应
B．电极B的电极反应式为：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH-
C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
【答案】B
【解析】A项，电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；B项，电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故B错误；C项，右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；D项，改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。故选B。
5．(2023 北京卷，5)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B．装置a中溶液显碱性的原因是HCO3-的水解程度大于HCO3-的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D．装置中的总反应为SO32-+CO2+H2OHCOOH+SO42-
【答案】C
【解析】A项，SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；B项，装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO3-的水解程度大于电离程度，故B正确；C项，装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误；D项，由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为SO32-+CO2+H2OHCOOH+SO42-，故D正确；故选C。
6．(2022·浙江省6月选考，21)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极发应：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+
C．电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
【答案】C
【解析】A项，由电解示意图可知，电极B上Mn2+转化为了MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；B项，由电解示意图可知，电极B上Mn2+失电子转化为了MnO2，电极反应式为：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，B正确；C项，电极A为阴极， LiMn2O4得电子，电极反应式为：2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，反应生成了Mn2+，Mn2+浓度增大，C错误；D项，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确；故选C。
7．(2021 辽宁选择性考试，13)利用(Q)与电解转化法从烟气中分离的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是( )
A．a为电源负极 B．溶液中Q的物质的量保持不变
C．CO2在M极被还原 D．分离出的CO2从出口2排出
【答案】C
【解析】由题干信息可知，M极发生的是由Q转化为的过程，该过程是一个还原反应，故M极为阴极，电极反应为：+2H2O+2e-=+2OH-，故与M极相连的a电极为负极，N极为阳极，电极反应为：-2e-=+2H+，b极为电源正极。A项，由分析可知，a为电源负极，A正确；B项，由分析可知，根据电子守恒可知，溶液中Q的物质的量保持不变，B正确；C项，由分析可知，整个过程CO2未被还原，CO2在M极发生反应为CO2+OH-=HCO3-，C错误；D项，由题干信息可知，M极上CO2发生反应为：CO2+OH-= HCO3-被吸收，HCO3-向阳极移动，N极上发生的反应为：HCO3-+H+=H2O+CO2↑，故分离出的CO2从出口2排出，D正确；故选C。
8．(2021 全国甲卷，13)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H2O解离为H+和OH-，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．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2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol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
【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-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。A项，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项，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项，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项，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；故选D。
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第04讲 电化学原理综合应用
目录 01 模拟基础练 【题型一】电解原理创新应用 【题型二】串联类连接装置 【题型三】离子交换膜装置 【题型四】电化学综合计算 02 重难创新练 03 真题实战练
题型一 电解原理创新应用
1．(2024·江苏省南通市如皋市高三下第二次适应性考试)以甲苯为原料通过间接氧化法可以制取苯甲醛、苯甲酸等物质，反应原理如下图所示．下列说法正确的是( )
A．电解时的阳极反应为：2Cr3++7H2O＋6e-= Cr2O72-+14H+
B．电解结束后，阴极区溶液pH升高
C．1mol甲苯氧化为0.5mol苯甲醛和0.5mol苯甲酸时，共消耗
D．甲苯、苯甲醛、苯甲酸的混合物可以通过分液的方法分离
2．(2024·浙江省高三下学期5月选考适应性考试)电化学方法制备碘仿(CH3I)的原理及主要原料如图，选择性交换膜只允许通过，已知生成CH3I的方程式：CH3COCH3+3IO-→CH3I+CH3COO-+2OH-。下列叙述不正确的是( )
A．制备过程中需要不断搅拌，使丙酮与离子充分接触
B．左室生成IO-的反应：2I--2e-=I2、I2+2OH-=I-+IO-+H2O
C．制备1mol碘仿实际消粍的电量大于理论值，可能的原因是3IO-=2I-+IO3-
D．电解一段时间后，左室混合溶液的碱性增强
3．科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如左下图所示，用Cu—Si合金作硅源，在950℃下利用三层液熔盐进行电解精炼，并利用某CH4燃料电池(如下图所示)作为电源。下列有关说法不正确的是( )
A．电极c与b相连，d与a相连
B．左侧电解槽中；Si优先于Cu被氧化
C．a极的电极反应为CH4-8e—+4O2—===CO2+2H2O
D．相同时间下，通入CH4、O2的体积不同，会影响硅的提纯速率
4．科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．反应器I中产生的是H2
B．b极为电源的正极
C．N极的电极反应式为
D．该装置工作时，N极室中OH-的浓度增大
5．世界水产养殖协会介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法，其原理如图所示，电极C1、C2为惰性电极，下列说法正确的是
A．C1极上发生还原反应
B．Y为电源的负极
C．若有1 mol NO被还原，则有1 mol H＋通过质子膜迁移至阴极区
D．若有机物为葡萄糖(C6H12O6)，则1 mol葡萄糖被完全氧化时，理论上电极流出20 mol e－
题型二 串联类连接装置
6．已知H2O2是一种弱酸，在强碱溶液中主要以HO的形式存在。已知：Al—H2O2碱性燃料电池的总反应为2Al＋3NaHO2===2NaAlO2＋NaOH＋H2O。以Al—H2O2燃料电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过，c、d均为惰性电极)。下列说法不正确的是( )
A．电极a发生的反应为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O
B．电极b是正极，且反应后该电极区的pH增大
C．电解过程中，电子的流向为a→b→c→d
D．电解时，消耗2.7 g Al，则产生标准状况下的氮气1.12 L
7．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是( )
A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B．甲池中负极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋
C．甲池和乙池中溶液的pH均减小
D．当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
8．工业上采用如图所示装置模拟在A池中实现铁上镀铜，在C装置中实现工业由KCl溶液制取KOH溶液。
下列有关说法错误的是( )
A．a为精铜，b为铁制品，可实现镀铜要求
B．c为负极，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
C．从e口出来的气体为氧气，从f口出来的气体为氢气
D．钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液
9．利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．电极b反应式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变
C．c电极上的电极反应式为N2O4－2e－＋H2O===N2O5＋2H＋
D．甲中每消耗1 mol SO2，乙装置中有1 mol H＋通过隔膜
10．膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用。有人设想利用电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置图如下。下列说法不正确的是( )
A．是原电池
B．池能够生产N2O5
C．电路中电子流向为，形成闭合回路
D．X、Y中H+均从左边迁移到右边
11．据2022年1月统计，我国光伏发电并网装机容量突破3亿千瓦，连续七年稳居全球首位。已知四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如图。下列说法错误的是
A．光伏并网发电装置中P型半导体为正极
B．c为阳离子交换膜，d、e均为阴离子交换膜
C．阳极的电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑
D．制备182g四甲基氢氧化铵，两极共产生33.6L气体(标准状况)
12．下列说法正确的是( )
A．乙池中石墨电极表面有气泡产生，丙池中向右侧电极移动
B．甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D．收集一段时间后丙池中两电极上产生的气体，左侧电极可能得到混合气体
13．肼(分子式为N2H4，又称联氨)具有可燃性，在氧气中完全燃烧生成氮气，可用作燃料电池的燃料。
由题图信息可知下列叙述不正确的是( )
A．甲为原电池，乙为电解池
B．b电极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－
C．d电极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
D．c电极质量变化128 g时，理论消耗标准状况下的空气约为112 L
14．利用含有机化合物的废水[废水中的有机化合物表示为，发电原理为(未配平)]发电，电解KI溶液制备的工作装置如图所示。下列说法正确的是
A．a极为原电池正极，c极为电解池阴极
B．装置工作时，当甲池质子交换膜通过1 mol H+时，负极生成5.6 L
C．Ⅱ室为酸性KMnO4溶液，Ⅲ室为KI溶液
D．装置工作一段时间后，Ⅳ室需补充KOH，X为H2
题型三 离子交换膜装置
15．(2019·德州模拟)高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．上述装置中，f极为光伏电池的正极
B．阴极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4
D．若转移2 mol电子，理论上生成100.5 g HClO4
16．电解精制的浓缩海水制备酸碱的工作原理如图所示。其中a、c为离子交换膜，BP为双极膜(在直流电场作用下，双极膜层间的水会解离为H＋和OH－，分别迁移到双极膜两侧)。下列说法正确的是( )
A．a、c分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
B．电流流向：电源正极→X电极→Y电极→电源负极
C．若去掉X电极与a之间的双极膜，X电极区产物不变
D．若外电路中通过1 mol电子，双极膜内有4 mol H2O发生解离
17．我国某大学课题组提出了一种基于电化学的石灰石转化生产消石灰和有价值碳质产物的方法，有望助水泥行业脱碳，装置如图所示。下列叙述正确的是( )
A．图中涉及的物质中有5种非极性分子
B．铱(Ir)极上的氧化产物为CO2
C．生成C2H6的电极反应式为2CO2 +10H2O+14e- =C2H6+14OH-
D．催化电极上每生成1 mol H2，交换膜Q上迁移2 mol OH-
18．水污染是我国面临的主要环境问题之一、工业废水排入水体前必须经过处理达到排放标准，否则会污染地表水和地下水。利用微生物电池进行废水(含Na+、K+、Mg2+、Cl-和等离子)脱盐的同时处理含OCN-(其中C为+4价)酸性废水的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．电子由电极M经用电器流向电极N
B．该电池的优点是条件温和，利用率高，无污染
C．通过膜1的阴离子数目一定等于通过膜2的阳离子数目
D．电池的总反应可表示为
19．双极膜(BP)可以在电场作用下，使水分子快速解离为OH-和H+，并透过阴、阳离子膜进入溶液。用此工艺捕获烟道气中的CO2过程如图所示，已知盐室中生成CaCO3实现捕获，下列说法正确的是( )
A．捕获装置中，阴极反应为2H++2e-=H2↑
B．溶液中的X为H+
C．交换膜A为阳离子交换膜
D．捕获1.12LCO2转化为沉淀，则转移电子0.1mol
20．三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示，在直流电场的作用下，两膜中间的NH和NO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。工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是( )
A．a极为电源负极，b极为电源正极
B．c膜是阴离子交换膜，d膜是阳离子交换膜
C．阴极电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2＋6H2O
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有5.6 L O2生成
题型四 电化学综合计算
21．燃料电池并探究氯碱工业原理和电镀实验，其中乙装置中X为离子交换膜。请按要求回答相关问题：
(1)甲烷燃料电池负极反应式是 。
(2)电极的电极反应式为 。
(3)X选择 离子交换膜(填“阴”或“阳”)。
(4)若在标准状况下，甲装置有112mL氧气参加反应，则乙装置中左侧极室的为 。(设该极室内溶液体积为)
(5)若用丙装置给铜制品镀银，铜制品应放在 (填“a”或“b”)极，反应结束后溶液的浓度 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(6)若a、b为惰性电极，写出图丙中电解总反应的离子反应方程式 。
22．如图设计的串联电池装置，R为变阻器，以调节电路电流。
(1)写出b、c电极的电极反应式：b ，c ；
(2)写出f电极的电极反应式 ，向此电极区域滴入酚酞的现象为： ；该电极区域水的电离平衡被 (填“促进”、“抑制”或“无影响”)。
(3)闭合K一段时间后，丙装置的电解质溶液pH (填“变大”、“变小”或“不变”)，原因是 。
(4)电解一段时间后丙装置析出芒硝(Na2SO4 10H2O)，若此时通入CH4的体积为22.4L(标准状况下)，则向丙装置中加入 gH2O就可以将析出的沉淀溶解并恢复到原有浓度。
(5)有一硝酸盐晶体，其化学式为M(NO3)x yH2O，相对分子质量为242。取1.21g该晶体溶于水，配成100mL溶液，将此溶液用石墨作电极进行电解，当有0.0100mol电子发生转移时，溶液中金属全部析出。经称量阴极增重0.320g。则
①金属M的相对原子质量为 ；
②电解后，生成气体体积= (标准状况下)溶液的pH= (电解过程中溶液体积变化忽略不计)。要求写出计算过程。
23．如图所示，其中甲池的总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O，回答下问题：
请回答下列问题：
(1)甲池为 (填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，负极的电极反应式为 。
(2)乙池A(石墨)电极的名称为 (填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)，乙池中总反应式为 。
(3)当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2的体积为 mL(标准状况下)，丙池中析出 g铜。
(4)一段时间后，断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是_______(填选项字母)。
A．Ag B．Ag2O C．AgOH D．AgCl
(5)若丙中电极不变，将其溶液换成含酚酞的NaCl溶液，电键闭合一段时间后，丙中D极附近观察到的现象是 ，溶液的pH将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。C电极上的电极反应式为 ，检验该电极反应产物的方法是 。
(6)若用丙装置电解精炼铜，粗铜(内含Zn、Fe、Ni等杂质)应该放在 (填C、D)极，电解进行一段时间后，电解质溶液中CuSO4的浓度将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
24．某学校兴趣小组用下图所示装置进行电化学原理的实验探究，回答下列问题：
(1)通O2的电极为 极(填电极名称)，其电极反应式为 。
(2)若B电池为电镀池，X、Y为质量相同的不含杂质的两电极，电解质溶液为CuSO4溶液，目的是在某铁镀件上镀一层铜，则X电极材料为 ，Y电极的反应式为 。若A池中消耗准状况下的H2，则B池中两电极的质量相差 g。
(3)若B电池为精炼铜，且粗铜中含有、Fe、Ag、Au等杂质，在 。电极(填“X”或“Y”)周围有固体沉积。
(4)若X、Y均为Pt，B电池的电解质溶液为的NaCl溶液，当电池工作一段时间后，B电池溶液的将 (填“增大”“减小”或“不变”)，要使该溶液恢复到原来的状态，需加入 。
(5)若X、Y均是铜，电解质溶液为溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu2O，试写出该电极发生的电极反应式为 。
25．某研究性学习小组用下图所示的装置进行实验，探究原电池、电解池和电解精炼钴的工作原理。一段时间后装置甲的两极均有气体产生，且X极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清。请根据实验现象及所查资料，回答下列问题：
查阅资料：高铁酸根在溶液中呈紫红色。
(1)上述装置中，发生氧化反应的电极有_______(填字母)。
A． B． C． D．
(2)丙池中的SO42- (填“从左向右”、“从右向左”或“不”)移动。
(3)反应过程中，X极处发生的电极反应为和 。
(4)一段时间后，若X极质量减小1.12g，Y电极收集到2.24L气体，则在X极收集到气体为 mL(均已折算为标准状况时气体体积)。
(5)乙池是电解制备金属钴的装置图，理论上I室中 (填“变大”、“变小”或“不变”)，该电解池总反应的化学方程式是 。
(6)若撤掉装置乙中的阳离子交换膜，石墨电极上产生的气体除O2外，还可能有 。
26．(I)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”)，乙池总反应式为 。
(3)当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2的体积为 mL(标准状况下)，丙池中析出 g铜。
(II)氯碱工业是高能耗产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺节能超过30%。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子交换膜都只允许阳离子通过。
(4)图中X (填化学式)比较图示中a%与b%的大小 。
(5)写出燃料电池中的电极反应式：负极电极反应式
(6)当生成的X气体为2mol时，理论上通入空气的体积(标况)为 L
1．(2024·江苏省连云港市高三第一次调研考试)用如图所示的新型电池可以处理含的碱性废水，同时还可以淡化海水。
下列说法正确的是( )
A．a极电极反应式：2CN-+12OH-+10e-=2CO32-+N2↑＋6H2O
B．电池工作一段时间后，右室溶液的减小
C．交换膜Ⅰ为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴离子交换膜
D．若将含有26 g CN-的废水完全处理，理论上可除去NaCl的质量为292.5 g
2．(2024·浙江省五校联盟高三下学期5月联考三模)利用电化学方法富集海水中的锂，其工作原理如下图所示。工作步骤如下：①向MnO2所在腔室通入海水，启动电源1，使海水中的进入MnO2而形成；②关闭电源1和海水通道，启动电源2，同时向电极2上通入空气。下列说法不正确的是( )
A．上述过程中，电极1和电极2分别作阳极和阴极
B．启动电源1时，阴极上的电极反应：2MnO2+ xLi++xe-=LixMn2O4
C．启动电源2时，LixMn2O4中的脱出进入腔室2
D．当有脱出时，电极2上产生1.12L(标准状况下)的H2
3．(2024·北京东城一模)-种能捕获和释放CO2的电化学装置如下图所示。其中a、b均为惰性电极，电解质溶液均为KCl溶液。当K连接S1时，b极区溶液能捕获通入的CO2。
下列说法不正确的是( )
A．K连接S1时，b极发生反应：
B．K连接S1时。a连接电源正极
C．K连接S2时，a极区的值增大
D．该装置通过“充电”和“放电”调控b极区溶液pH，捕获和释放CO2
4．(2024·安徽黄山二模)一种用氯丙烯()电解合成环氧氯丙烷()的装置如图所示。该装置无需使用隔膜，且绿色高效，图中为或，工作时和同时且等量放电。下列说法错误的是( )
A．电解一段时间后，装置中物质的量增大
B．每转移，生成环氧氯丙烷
C．若为，也可电解制得环氧氯丙烷
D．该装置工作时不需要补充
5．中科院长春应化所张新波团队提出了一种独特的锂—氮电池(Li—N2)，该电池在放电过程中消耗氮气，充电过程中释放氮气，实现氮气的循环，并对外提供电能。该电池在充电时发生反应：2Li3N===N2↑＋6Li。现以该电池为电源进行如图所示实验，下列说法正确的是( )
A．乙电极上的反应为2Li3N－6e－===N2↑＋6Li＋
B．充电过程Li＋由甲电极迁移向乙电极，并在多孔碳布表面生成Li3N
C．石墨a电极和m、n处均可能有铜析出
D．锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能
6．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↑
7．(2024·黑龙江二模)某电化学锂富集装置如图，工作步骤如下：Ⅰ.向MnO2所在腔室通入海水，启动电源乙，使海水中进入MnO2结构形成；Ⅱ.关闭电源乙和海水通道，启动电源甲，同时向电极a上通入O2.下列说法错误的是( )
A．电极b与电源乙的正极相连
B．步骤Ⅰ时，腔室2中的进入MnO2所在腔室
C．步骤Ⅱ时，阳极的电极反应式为LixMn2O4-xe-=xLi++2MnO2
D．在电极a上每消耗5.6 L O2(换算成标准状况)，腔室1质量增加7 g
8．电化学在实际生活生产中十分常见，如环境保护，利用电化学进行物质制备等。回答下列问题：
(1)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗。
①离子交换膜应选择 离子交换膜(填“阴或“阳”)。
②反应的总化学方程式为 ，电解一段时间后，右侧溶液质量 (填“增加”或“减少)。
(2)目前科学人员研究发现，用甲、乙电化学装置联合能够捕捉CO2。
①装置甲的能量转化方式主要为 。
②装置甲的b电极采用多孔石墨的目的是 ；b电极的电极反应式为 。
③装置乙中的c电极与装置甲的 (填字母)电极相连接，c电极的电极反应式为 。
④当生成1mol草酸铝时，甲、乙装置联合能够捕捉 molCO2。
9．电化学原理在能量转化、物质制备及环境保护等领域均有广泛应用，请回答下列问题：
(1)1977年，伏打电堆的发明为电化学的创建开辟了道路。某化学兴趣小组在阅读了相关资料后，想把反应设计成原电池，则电池的负极材料应选择 ；正极的电极反应式为 。
(2)工业上常用电解氧化法在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质一般采用硫酸溶液，阳极的电极反应式为 。
(3)一种以液态胼(N2H4)为燃料的电池装置如图甲所示，该电池用溶液作为电解质溶液。以该燃料电池为电源电解足量的饱和CuSO4溶液以实现向铁棒上镀铜，装置如图乙所示：
①电极为燃料电池的 (填“正”或“负”)极，其电极反应式为 。
②电极应选用的电极材料为 (填“铁”或“铜”)。
(4)氰化物在工业中应用广泛，但是氰化物有剧毒，很多氰化物在加热或与酸作用后会释放出挥发性的有毒气体氰化氢。因此在含氰工业废水排放前，需要对其进行治理。在碱性条件下利用电解法除去废水中的氰化物(以为代表)，装置如图丙。
已知石墨电极上依次发生的部分反应有：
a．
b．
c．
①铁电极上发生的电极反应为 。
②该电解过程一般控制pH在之间，pH偏高或偏低均会引起除氰效果降低，你认为可能的原因是 。
1．(2023 湖北省选择性考试，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h -1。下列说法错误的是( )
A．b电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h -1
2．(2023 辽宁省选择性考试，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb+SO42-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
3．(2023 全国甲卷，12)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是( )
A．析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B．Cl-从电极迁移到IrOx-Ti电极
C．阴极发生的反应有：2CO2+12H++12e =C2H4+4H2O
D．每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)
4．(2023 浙江省6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( )
A．电极A接电源正极，发生氧化反应
B．电极B的电极反应式为：2H2O＋2e-=H2↑＋2OH-
C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
5．(2023 北京卷，5)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B．装置a中溶液显碱性的原因是HCO3-的水解程度大于HCO3-的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D．装置中的总反应为SO32-+CO2+H2OHCOOH+SO42-
6．(2022·浙江省6月选考，21)通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极发应：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+
C．电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
7．(2021 辽宁选择性考试，13)利用(Q)与电解转化法从烟气中分离的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是( )
A．a为电源负极 B．溶液中Q的物质的量保持不变
C．CO2在M极被还原 D．分离出的CO2从出口2排出
8．(2021 全国甲卷，13)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H2O解离为H+和OH-，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．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2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol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
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