資源簡介

第30講　電解原理的綜合應用
[課程標準]　掌握電解原理在解決工農業生產的實際應用。
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1．電解原理常見的考查點
電解原理及應用是高考高頻考點，該類試題往往與生產、生活及新科技等相聯系，以裝置圖或流程圖為載體呈現，題材廣、信息新，題目具有一定難度。主要考查陰、陽極的判斷、電極反應式、電解反應方程式的書寫、溶液離子濃度變化及有關計算等。
2．“5點”突破電解綜合應用題
(1)分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，兩極反應為“陽氧陰還”。
(2)剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。
(3)注意放電順序，正確判斷放電的微粒或物質。
(4)出現介質，正確判斷反應產物，酸性介質不出現OH－，堿性介質不出現H＋；不能想當然地認為金屬作陽極，電極產物為金屬陽離子。
(5)注意得失電子守恒和電荷守恒，正確書寫電極反應式。
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一、利用電解原理制備物質
1．(2022·山東濰坊二模)科技工作者開發以乙醇為原料制備DDE()的電解裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．電源的電極電勢：a＞b
B．陽極電極反應式為：C2H5OH＋Cl－－2e－===C2H5OCl＋H＋
C．乙醛為該轉化過程的催化劑
D．每產生1 mol DDE，電路中通過2 mol e－
C　[A.電解池陽極連接電源正極，陰極連接電源負極，右側電極的電極反應為2H＋＋2e－===H2↑，則右側電極為陰極，故左側電極為陽極，a為正極，b為負極，電極電勢a＞b，A正確；B.左側電極為陽極，電極反應式為：C2H5OH＋Cl－－2e－===C2H5OCl＋H＋，B正確；C.由題圖可知，C2H5OCl先轉化為CH3CHO，CH3CHO再和C2H5OH反應生成水和DDE，則CH3CHO為中間產物，C錯誤；D.由題圖可知，產生1 mol DDE需要消耗1 mol CH3CHO，而1 mol CH3CH2OH轉化為1 mol CH3CHO需要轉移2 mol e－，每產生1 mol DDE，電路中通過2 mol e－，D正確。]
2．(雙選)(2022·山東模擬預測)科學家利用多晶銅高效催化電解CO2制乙烯，原理如圖所示。已知：電解前后電解液濃度幾乎不變。下列說法錯誤的是(　　)
A．鉑電極產生的氣體是O2和CO2
B．銅電極的電極反應式為2CO2＋12HCO＋12e－===C2H4＋12CO＋4H2O
C．通電過程中，溶液中HCO通過陰離子交換膜向右槽移動
D．當電路中通過0.6 mol電子時，理論上能產生標況下C2H4 1.12 L
BC　[CO2制乙烯，碳的化合價降低，得電子，故多晶銅電極作電解池的陰極；陰極生成HCO，HCO經陰離子交換膜進入陽極區，因電解前后電解液濃度幾乎不變，可判斷其與水一起失去電子生成O2和CO2。A.據分析，鉑電極產生的氣體是O2和CO2，A正確；B.銅電極CO2得電子生成乙烯，電極反應式為14CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12HCO，B錯誤；C.通電過程中，溶液中HCO向陽極移動，即通過陰離子交換膜向左槽移動，C錯誤；D.根據14CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12HCO，電路中通過0.6 mol 電子時理論上能產生0.05 mol C2H4，即標況下V＝nVm＝0.05 mol×22.4 L/mol＝1.12 L，D正確。]
學生用書?第147頁
二、利用電解原理處理污水
3．三室式電滲析法處理含NH4NO3廢水的原理如圖所示，在直流電源的作用下，兩膜中間的NH和NO可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。工作一段時間后，在兩極區均得到副產品NH4NO3。下列敘述正確的是(　　)
A．a極為電源負極，b極為電源正極
B．c膜是陰離子交換膜，d膜是陽離子交換膜
C．陰極電極反應式為2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
D．當電路中通過2 mol電子的電量時，陽極產生標準狀況下的O2 5.6 L
A　[根據題意兩極均得到副產品NH4NO3可知，Ⅱ室廢水中的NH移向Ⅰ室、NO移向Ⅲ室，根據電解過程中離子的移動方向可知，Ⅰ室石墨電極為陰極，Ⅲ室石墨電極為陽極。陰極所連的a極為電源負極，陽極所連的b極為電源正極，A項正確；c膜通過的是NH，故c膜應為陽離子交換膜，同理可知，d膜為陰離子交換膜，B項錯誤；陰極上H＋得電子生成氫氣，C項錯誤；陽極上OH－失電子生成氧氣，電極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，當電路中通過1 mol電子的電量時，陽極產生標準狀態下的O2體積為5.6 L，D項錯誤。]
4．MFC 電芬頓技術不需要外加能量即可發生，通過產生羥基自由基(·OH)處理有機污染物，可獲得高效的廢水凈化效果。其耦合系統原理示意圖如圖，下列說法中錯誤的是(　　)
A.標準狀況下，乙池中消耗22.4 L O2時，可以產生2 mol·OH
B．甲池是將化學能轉化為電能，其中a極上發生氧化反應
C．電子移動方向為：a→Y，X→b
D．乙池中生成羥基自由基的反應為Fe2＋＋H2O2＋H＋===Fe3＋＋H2O＋·OH
A　[A.乙池中Y電極上的反應為O2＋2H＋＋2e－===H2O2，之后再發生H2O2＋H＋＋Fe2＋===Fe3＋＋H2O＋·OH，當產生1 mol羥基自由基時，需要1 mol H2O2，消耗1 mol 的O2。所以，標準狀況下，消耗22.4 L的O2時，產生的是1 mol 的羥基自由基，A錯誤；B.甲池為原電池，將化學能轉化為電能，是燃料電池，b極上氧氣被還原，為正極，a電極為負極，發生的是氧化反應，B正確；C.甲池為原電池，a電極為負極，b電極為正極。乙池為電解池，X電極為陽極，Y電極為陰極。串聯裝置中，電子由原電池負極流向電解池陰極，即a→Y，由電解池的陽極流向原電池正極，即X→b，C正確；D.乙池中Y極為陰極，電極反應式為O2＋2e－＋2H＋===H2O2，則生成·OH的反應為Fe2＋＋H2O2＋H＋===·OH＋Fe3＋＋H2O，D正確。]
三、利用電解原理處理大氣污染
5．SO2和NOx是主要大氣污染物，利用如圖裝置可同時吸收SO2和NO。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．a極為直流電源的負極，與其相連的電極發生還原反應
B．陰極得到2 mol電子時，通過陽離子交換膜的H＋為2 mol
C．吸收池中發生反應的離子方程式為：2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
D．陽極發生的反應式為SO2＋2e－＋2H2O===SO＋4H＋
D　[A項，陰極發生還原反應，亞硫酸氫根離子得電子生成硫代硫酸根離子，a是直流電源的負極，正確；B項，陰極發生還原反應，電極反應式為：2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，陰極得到2 mol電子時，通過陽離子交換膜的H＋為2 mol，正確；C項，硫代硫酸根離子與一氧化氮發生氧化還原反應，生成氮氣，離子反應方程式為：2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，正確；D項，陽極發生失去電子的氧化反應，錯誤。]
6．空氣污染物NO通常用含Ce4＋的溶液吸收，生成HNO2、NO，再利用電解法將上述吸收液中的HNO2轉化為無毒物質，同時生成Ce4＋，其原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．H＋由右室進入左室
B．Ce4＋從電解槽的c口流出，且可循環使用
C．陰極的電極反應式：2HNO2＋6H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
D．若用甲烷燃料電池作為電源，當消耗標準狀況下33.6 L甲烷時，理論上可轉化HNO2 2 mol
C　[A項，根據電解原理，H＋由左室向右室移動，錯誤；B項，空氣污染物NO通常用含Ce4＋溶液吸收，生成HNO2、NO，N的化合價升高，Ce4＋的化合價降低，然后對此溶液進行電解，又產生Ce4＋，根據電解原理，應在陽極上產生，即Ce4＋從a口流出，可循環使用，錯誤；C項，根據電解原理，陰極上得電子，化合價降低，HNO2轉化為無毒物質，即轉化為N2，陰極電極反應式為2HNO2＋6H＋＋6e－===N2↑＋4H2O，正確；D項，3CH4～8HNO2～24e－，標準狀況下，33.6 L甲烷參與反應轉移電子物質的量為 mol＝12 mol，理論上可轉化HNO2的物質的量為 mol＝4 mol，錯誤。]
四、利用電解原理淡化海水
7．雙極膜(BP)是陰、陽復合膜，在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－，作為H＋和OH－離子源。利用雙極膜電滲析法電解食鹽水可獲得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如圖所示，M、N為離子交換膜。下列說法錯誤的是(　　)
學生用書?第148頁
A．陰極室發生的反應為2H＋＋2e－===H2↑
B．M為陽離子交換膜，N為陰離子交換膜
C．若去掉雙極膜(BP)，陽極室會有Cl2生成
D.電路中每轉移1 mol電子，兩極共得到0.5 mol氣體
D　[陰極室氫離子得電子生成氫氣，發生的反應為2H＋＋2e－===H2↑，故A正確；陰極生成氫氧化鈉，鈉離子穿過M進入陰極室，所以M為陽離子交換膜，N為陰離子交換膜，故B正確；若去掉雙極膜(BP)，氯離子進入陽極室放電生成氯氣，故C正確；電路中每轉移1 mol電子，陽極生成0.25 mol氧氣、陰極生成0.5 mol氫氣，兩極共得到0.75 mol氣體，故D錯誤。]
8．電滲析法淡化海水裝置示意圖如下，電解槽中陰離子交換膜和陽離子交換膜相間排列，將電解槽分隔成多個獨立的間隔室，海水充滿在各個間隔室中。通電后，一個間隔室的海水被淡化，而其相鄰間隔室的海水被濃縮，從而實現了淡水和濃縮海水分離。下列說法正確的是(　　)
A．離子交換膜b為陽離子交換膜
B．各間隔室的排出液中，①③⑤⑦為淡水
C．通電時，電極1附近溶液的pH值比電極2附近溶液的pH值變化明顯
D．淡化過程中，得到的濃縮海水沒有任何使用價值
B　[由題圖分析可知，電極1為電解池陽極，氯離子放電生成氯氣，電極反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，電極2為陰極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應為2H＋＋2e－===H2↑，離子交換膜a是陽離子交換膜，離子交換膜b是陰離子交換膜，A錯誤；結合陰、陽離子移動方向可知①③⑤⑦為淡水，B正確；由電極反應式可知，電極2附近溶液的pH值比電極1附近溶液pH值變化明顯，C錯誤；淡化過程中，得到的濃縮海水可以提取氯化鈉、鎂、鎳等，有使用價值，D錯誤。]
真題演練　明確考向
1．(2022·海南卷)一種采用H2O(g)和N2(g)為原料制備NH3(g)的裝置示意圖如下。
下列有關說法正確的是(　　)
A．在b電極上，N2被還原
B．金屬Ag可作為a電極的材料
C．改變工作電源電壓，反應速率不變
D．電解過程中，固體氧化物電解質中O2－不斷減少
A　[由裝置可知，b電極的N2轉化為NH3，N元素的化合價降低，得到電子發生還原反應，因此b為陰極，電極反應式為N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a為陽極，電極反應式為2O2－＋4e－===O2↑，據此分析解答；A.由分析可得，b電極上N2轉化為NH3，N元素的化合價降低，得到電子發生還原反應，即N2被還原，A正確；B.a為陽極，若金屬Ag作a的電極材料，則金屬Ag優先失去電子，B錯誤；C.改變工作電源的電壓，電流強度發生改變，反應速率也會改變，C錯誤；D.電解過程中，陰極電極反應式為N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，陽極電極反應式為2O2－＋4e－===O2，因此固體氧化物電解質中O2－不會改變，D錯誤。]
2．(2022·浙江6月選考)通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2O4可獲得難溶性的Li2CO3和MnO2，電解示意圖如下(其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自由通過。電解過程中溶液的體積變化忽略不計)。下列說法不正確的是(　　)
A．電極A為陰極，發生還原反應
B．電極B的電極反應：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．電解一段時間后溶液中Mn2＋濃度保持不變
D．電解結束，可通過調節pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO3
C　[A.由電解示意圖可知，電極B上Mn2＋轉化為了MnO2，錳元素化合價升高，失電子，則電極B為陽極，電極A為陰極，得電子，發生還原反應，A正確；B.由電解示意圖可知，電極B上Mn2＋失電子轉化為了MnO2，電極反應式為：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正確；C.電極A為陰極，LiMn2O4得電子，電極反應式為：2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依據得失電子守恒，電解池總反應為：2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反應生成了Mn2＋，Mn2＋濃度增大，C錯誤；D.電解池總反應為：2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，電解結束后，可通過調節溶液pH將錳離子轉化為沉淀除去，然后再加入碳酸鈉溶液，從而獲得碳酸鋰，D正確。]
3．(2022·湖北卷)含磷有機物應用廣泛。電解法可實現由白磷直接制備Li[P(CN)2]，過程如圖所示(Me為甲基)。下列說法正確的是(　　)
A．生成1 mol Li[P(CN)2]，理論上外電路需要轉移2 mol電子
B．陰極上的電極反應為：P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－
C．在電解過程中CN－向鉑電極移動
D．電解產生的H2中的氫元素來自于LiOH
D　[A.石墨電極發生反應的物質：P4→Li[P(CN)2]，化合價升高發生氧化反應，所以石墨電極為陽極，對應的電極反應式為：P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－，則生成1 mol Li[P(CN)2]，理論上外電路需要轉移1 mol電子，A錯誤；B.陰極上發生還原反應，應該得電子，則P4＋8CN－－4e－===4[P(CN)2]－為陽極發生的反應，B錯誤；C.石墨電極：P4→Li[P(CN)2]，發生氧化反應，為陽極，鉑電極為陰極，CN－應該向陽極移動，即移向石墨電極，C錯誤；D.由題圖可知HCN在陰極放電，產生CN－和H2，而HCN中的H來自LiOH，則電解產生的H2中的氫元素來自于LiOH，D正確。]
課時精練(三十)　電解原理的綜合應用
(本欄目內容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)
1．(2022·廣東茂名模擬預測)當斯法是經典的制鈉方法，電解熔鹽(氯化鈉和氯化鈣)裝置如圖所示。陽極為碳棒，陰極為圓柱形鋼，兩極間有交換膜隔開。下列敘述正確的是(　　)
A．氯化鈣作助熔劑，流程中存在反應：Ca＋2NaCl===2Na＋CaCl2
B．金屬鈉的密度大于熔融混合鹽的密度，電解得到的鈉在下層
C．每生成1 mol氯氣，會有2 mol Na＋穿過鐵基交換膜
D．電解槽中應通入CO2作保護氣，產品氯氣可用鋼瓶存放
A　[A.本裝置的目的是電解熔融氯化鈉，可以聯想電解鋁工業中的助熔劑冰晶石，加入氯化鈣的目的同樣為作助熔劑，少量Ca2＋在陰極也會放電，形成鈣單質，在熔鹽中會發生Ca＋2NaCl===2Na＋CaCl2，選項A正確；B.金屬鈉在上部收集，所以猜想到鈉的密度小于混合鹽的密度，(另：鈉與水反應中可知，鈉的密度比水小，當然小于熔融鹽)，選項B不正確；C.若鐵基交換膜為陰膜，Na＋無法穿過，若鐵基交換膜為陽膜，透過的還有鈣離子，鈉離子的量無法計算，選項C不正確；D.鈉高溫與二氧化碳發生反應，應以惰性氣體作保護氣，如氖，氯氣(或液氯)常溫下與鐵不能反應(需要點燃)能用鋼瓶存放，選項D不正確。]
2．H3BO3可以通過電解Na[B(OH)4]溶液的方法制備，其工作原理如圖。下列敘述錯誤的是(　　)
A．M室發生的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中：a%＜b%
C．Ⅱ膜為陰膜，產品室發生反應的化學原理為強酸制弱酸
D．理論上每生成1 mol產品，陰極室可生成標準狀況下5.6 L氣體
D　[A項，M室為陽極室，發生氧化反應，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正確；B項，N室為陰極室，溶液中由水電離的H＋得電子發生還原反應，生成H2，促進水的電離，溶液中OH－濃度增大，即a%＜b%，正確；C項，陽極室的H＋穿過陽膜擴散至產品室，原料室的[B(OH)4]－穿過陰膜擴散至產品室，二者反應生成H3BO3，則Ⅱ膜為陰膜，正確；D項，每生成1 mol 產品，轉移電子的物質的量為1 mol，陰極室生成0.5 mol H2，其標準狀況下體積為11.2 L，錯誤。]
3．(2022·寧夏石嘴山模擬)電滲析法是海水淡化的常用方法之一。一種利用微生物對有機廢水進行處理的電化學裝置如圖所示，該裝置在廢水處理的同時還可以進行海水淡化。下列說法正確的是(　　)
A．該裝置工作時，化學能轉化為電能，M為正極
B．X為陰離子交換膜，Y為陽離子交換膜
C．M極電極反應式為CH3CHO＋10OH－－10e－===2CO2↑＋7H2O
D．當有1 mol Na＋通過離子交換膜時，N極消耗的空氣體積約為26.7 L
B　[由題圖可知，該裝置為原電池，是將化學能轉化為電能，電極N中氧氣發生還原反應，N作正極；電極M中甲醛發生氧化反應，M作負極，故A項錯誤；電極N中氧氣發生還原反應，電極反應式為5O2＋20e－＋10H2O===20OH－，生成陰離子，故鈉離子向N極移動，Y為陽離子交換膜，電極M中甲醛發生氧化反應，電極反應式為CH3CHO＋3H2O－10e－===2CO2↑＋10H＋，Cl－向M極移動，X為陰離子交換膜，故B項正確，C錯誤；N電極反應式為5O2＋20e－＋10H2O===20OH－，當有20 mol Na＋通過離子交換膜時，標準狀況消耗氧氣的體積為5×22.4 L/mol，標準狀況，當有1 mol Na＋通過離子交換膜時，N極消耗的空氣體積約為5×5××22.4 L＝28 L，選項無標準狀況這一前提，故D項錯誤。]
4．(2022·北京市八一中學二模)在直流電源作用下，雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，利用雙極膜電解池產生強氧化性的羥基自由基(·OH)，處理含苯酚廢水和含SO2的煙氣的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．從膜b進入溶液的離子是H＋
B．陰極電極反應式為O2＋2e－＋2H＋===2·OH
C．每處理9.4 g苯酚，理論上有2.8 mol H＋透過膜a
D．若·OH只與苯酚和SO2反應，則參加反應的苯酚和SO2物質的量之比為1∶14
C　[雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，M極上O2得電子與H＋反應生成羥基自由基(·OH)，說明M極為陰極，連接電源的負極，M極上產生的羥基自由基將苯酚氧化生成CO2；N極為陽極，H2O解離產生的OH－失電子產生羥基自由基，羥基自由基將SO2氧化為SO。A.M極上O2得電子生成羥基自由基(·OH)，說明M極為陰極，電解池中陽離子移向陰極，則從膜b進入溶液的離子是H＋，A正確；B.M為陰極，陰極上O2得電子生成羥基自由基(·OH)，電極反應式為O2＋2e－＋2H＋===2·OH，B正確；C.每1 mol苯酚轉化為CO2，轉移電子28 mol，每處理9.4 g苯酚即物質的量n＝＝＝0.1 mol，理論上有2.8 mol電子轉移，則有2.8 mol H＋透過膜b，C錯誤；D.若·OH只與苯酚和SO2反應，轉移電子數之比為28∶2，則參加反應的苯酚和SO2物質的量之比為1∶14，D正確。]
5．(2022·安徽蕪湖三模)天津大學研究團隊以KOH溶液為電解質，CoP和Ni2P納米片為催化電極材料，電催化合成偶氮化合物()的裝置如圖所示(R代表烴基)。下列說法正確的是(　　)
A．CoP極連接直流電源的正極
B．Ni2P電極反應式為RCH2NH2－4e－＋4OH－===RCN＋4H2O
C．合成1 mol偶氮化合物，需轉移4 mol電子
D．離子交換膜是陽離子交換膜
B　[A.CoP電極上硝基苯轉化為偶氮化合物，發生的是還原反應，為電解池的陰極，CoP極連接直流電源的負極，故A錯誤；B.Ni2P電極上是RCH2NH2失電子生成RCN，發生氧化反應，Ni2P為陽極，電極反應為：RCH2NH2－4e－＋4OH－===RCN＋4H2O，故B正確；C.CoP電極上硝基苯轉化為偶氮化合物，電極反應：2NO2＋8e－＋4H2O===NN＋8OH－，合成1 mol偶氮化合物，要轉移8 mol電子，故C錯誤；D.由Ni2P電極反應式可知，陽極上的反應會消耗OH－，陰極生成OH－，左端OH－通過陰離子交換膜移向右端，所以該離子交換膜是陰離子交換膜，故D錯誤。]
6．(2022·遼寧二模)目前可采用“雙極膜組”電滲析法淡化海水，同時獲得副產品A和B。其模擬工作原理如圖所示。M和N為離子交換膜，在直流電作用下，雙極陰陽膜(BP)復合層間的H2O解離成H＋和OH－，作為H＋和OH－的離子源。下列說法正確的是(　　)
A．X電極為陰極，電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．M為陽離子交換膜，N為陰離子交換膜，BP膜作用是選擇性通過Cl－和Na＋
C．電路中每生成標準狀況5.6 L氣體a，理論上獲得副產品A和B各1 mol
D．“雙極膜組”電滲析法也可應用于從鹽溶液(MX)制備相應的酸(HX)和堿(MOH)
D　[由BP雙極膜中H＋、OH－移動方向可知：X電極為電解池的陽極，電極反應式為：2Cl－－2e－===Cl2↑；Y電極為陰極，電極反應式為：2H＋＋2e－===H2↑，電解總反應為2H2O＋2Cl－Cl2↑＋H2↑＋2OH－。精制食鹽水中Na＋經過M膜移向產品A室，與BP雙極膜中轉移過來的OH－結合生成NaOH，所以M膜為陽離子交換膜，精制食鹽水中Cl－經過N膜移向產品B室，與BP雙極膜中轉移過來的H＋結合生成HCl，所以N膜為陰離子交換膜，據此分析解答。A.由以上分析知，X電極為電解池的陽極，電極反應式為：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y電極為陰極，電極反應式為：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A錯誤；B.由題意可知，精制食鹽水中Na＋經過M膜移向產品A室，與BP雙極膜中轉移過來的OH－結合生成NaOH，所以M膜為陽離子交換膜，精制食鹽水中Cl－經過N離子交換膜移向產品B室，與BP雙極膜中轉移過來的H＋結合生成HCl，所以N膜為陰離子交換膜，BP膜作用是選擇性通過H＋和OH－，B錯誤；C.陽極反應式為：2Cl－－2e－===Cl2↑，電路中每生成標況5.6 L氣體Cl2，其物質的量是0.25 mol，轉移電子0.5 mol，理論上獲得副產品A(NaOH溶液)和B(HCl溶液)各0.5 mol，C錯誤；D.“雙極膜組”電滲析法從NaCl溶液獲得酸(HCl)和堿(NaOH)，由此推知：也可從MX溶液制備相應的酸(HX)和堿(MOH)，D正確。]
7．(2022·新疆二模)電解合成1，2 二氯乙烷的實驗裝置如圖所示。下列說法中不正確的是(　　)
A．a為電源正極
B．該裝置總反應為
C．X、Y依次為陽離子交換膜、陰離子交換膜
D．液相反應為CH2ＦCH2＋2CuCl2===ClCH2CH2Cl＋2CuCl(s)
C　[圖中電源b端所連電極發生反應2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，說明這一極為電解池的陰極，b為電源負極，NaCl溶液中的Na＋通過陽離子交換膜Y進入右側陰極區生成NaOH，NaCl溶液中的Cl－通過陰離子交換膜X進入左側陽極區發生反應CH2= CH2＋2Cl－－2e－===ClCH2CH2Cl。A.據分析可知Cl－在左側電極失電子被氧化，因此a所連電極為電解池的陽極，a為電源正極，A選項正確；B.該裝置中陽極反應式CuCl－e－===Cu2＋＋Cl－，陰極反應式2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，總反應式為CH2ＦCH2＋2NaCl＋2H2OClCH2CH2Cl＋2NaOH＋H2，B選項正確；C.據題目分析可知X、Y依次為陰離子交換膜、陽離子交換膜，C選項錯誤；D．由物質進出方向可知液相反應為CH2=CH2＋2CuCl2===ClCH2CH2Cl＋2CuCl(s)，D選項正確。]
8．“碳中和”大背景下，一種利用Ag Cu納米陰極將CO2電化學轉化為C2H4或C2H5OH的裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．M極應與外接電源的正極相連
B．裝置中離子透過膜為陰離子透過膜
C．裝置工作時，N極區SO的濃度不變(N極為石墨電極)
D．M極生成乙醇的電極反應式為2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O
D　[該裝置為電解池裝置，M極二氧化碳轉變為乙烯、乙醇等，發生還原反應，故M極為陰極，N極為陽極。陰極反應：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O；陽極為水失電子生成氧氣和氫離子，故氫離子通過交換膜向左移動，為陽離子交換膜。A.M極為陰極，與外接電源的負極相連，A錯誤；B.由分析可知，為陽離子交換膜，B錯誤；C.陽極水失電子，氫離子向左遷移，水減少了，硫酸根離子濃度增大，C錯誤；D.由分析可知生成乙醇的電極反應為2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，D正確。]
9．我國力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。某高校研究團隊提出，利用TiO2基催化劑光催化還原CO2轉化為甲醇，并利用產生的電能進一步電解制備新型高效凈水劑Na2FeO4，其原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．電極c為負極，發生還原反應
B．電極d的電極反應式為2H2O＋4e－===O2↑＋4H＋
C．Fe電極的電勢高于Cu電極的電勢
D．離子交換膜n、m分別為陰、陽離子交換膜
C　[A.電極c上CO2轉化為甲醇其中C元素化合價降低，c為正極，A錯誤；B.電極d上水轉化為氧氣，O元素化合價升高，則d為負極，發生氧化反應，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B錯誤；C.與電源負極相連的是電解池的陰極，則Cu為陰極，Fe為陽極，則Fe電極的電勢高于Cu電極的電勢，C正確；D.Fe電極區發生的電極反應為Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，中間室的OH－會通過離子交換膜m移向右室來平衡電荷，則m為陰離子交換膜，Cu電極區發生的電極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－濃度增大，中間室Na＋會通過離子交換膜n移向左室來平衡電荷，則n為陽離子交換膜，D錯誤。]
10．(2022·廣東汕頭二模)研究微生物燃料電池不僅可以獲得高效能源，還能對工業污水等進行處理。利用微生物燃料電池處理含硫廢水并電解制備KIO3的原理如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．光照強度大小不影響KIO3的制備速率
B．右側電池中K＋通過陽離子交換膜從P極移向Q極
C．電極N處發生電極反應：S－6e－＋4H2O===SO＋8H＋
D．不考慮損耗，電路中每消耗1 mol O2，理論上Q極可制得342.4 g KIO3
C　[A.光照強度大小影響單位時間內生成氧氣的量，即影響電流強度，會影響KIO3的制備速率，故A錯誤；B.鉑電極P為陰極，鉑電極Q為陽極，陰極生成氫氧根離子，而陽極生成的IO比消耗的OH－少，溶液中K＋通過陽離子交換膜從Q極移向P極，故B錯誤；C.N極為負極，硫氧化菌將FeSx氧化為S，硫再放電生成SO，負極電極反應式為S－6e－＋4H2O===SO＋8H＋，故C正確；D.不考慮損耗，電路中每消耗1 mol O2，轉移電子為4 mol，陽極反應式為I2＋12OH－－10e－===2IO＋6H2O，可知生成KIO3為4 mol×＝0.8 mol，理論上Q極可制得KIO3的質量為0.8 mol×214 g/mol＝171.2 g，故D錯誤。]
11．電化學方法是化工生產及生活中常用的一種方法。回答下列問題：
(1)二氧化氯(ClO2)為一種黃綠色氣體，是國際上公認的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑。目前已開發出用電解法制取ClO2的新工藝如圖所示：
①圖中用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2。產生ClO2的電極應連接電源的 (填“正極”或“負極”)，對應的電極反應式為 。
②a極區pH (填“增大”“減小”或“不變”)。
③圖中應使用 (填“陰”或“陽”)離子交換膜。
(2)電解K2MnO4溶液可制備KMnO4。工業上，通常以軟錳礦(主要成分是MnO2)與KOH的混合物在鐵坩堝(熔融池)中混合均勻，小火加熱至熔融，即可得到綠色的K2MnO4，其化學方程式為 。
用鎳片作陽極(鎳不參與反應)，鐵板為陰極，電解K2MnO4溶液可制備KMnO4。上述過程用流程圖表示如下：
則D的化學式為 ；陽極的電極反應式為 ；
陽離子遷移方向是 。
(3)電解硝酸工業的尾氣NO可制備NH4NO3，其工作原理如圖所示：
①陰極的電極反應式為 。
②將電解生成的HNO3全部轉化為NH4NO3，則通入的NH3與實際參加反應的NO的物質的量之比至少為 。
解析：　(1)①根據題意可知，Cl－放電生成ClO2的電極為陽極，接電源的正極。根據元素守恒，有水參加反應，同時生成H＋，電極反應式為Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋；②a極區為陰極區，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰極區OH－濃度增大，溶液的pH增大；③根據溶液中電荷守恒的規律，圖中應使用陽離子交換膜。(2)軟錳礦(主要成分是MnO2)與KOH小火加熱至熔融，得到K2MnO4，Mn元素化合價由＋4價升為＋6價，則空氣中的O2作氧化劑，化學方程式為2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O；電解錳酸鉀溶液時，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，K＋通過陽離子交換膜由左側向右側遷移，所以D是氫氧化鉀溶液，陽極上MnO失電子生成MnO，電極反應式為MnO－e－===MnO。(3)①由題圖可知，NO在陰極上得電子生成NH，電極反應式為NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O。②NO在陽極上失電子生成NO，電極反應式為NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，電解總反應式為8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，故當實際參加反應的NO為8 mol時，要將電解生成的HNO3全部轉化為NH4NO3，還應通入2 mol NH3，則n(NH3)∶n(NO)＝2 mol∶8 mol＝1∶4。
答案：　(1)①正極　Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋　②增大　③陽
(2)2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O KOH　MnO－e－===MnO　K＋通過陽離子交換膜由左側向右側遷移
(3)①NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O　②1∶4
12．(2022·北京模擬預測)回答下列問題。
(1)氫碘酸也可以用“電解法”制備，裝置如圖所示。其中雙極膜(BPM)是陰、陽復合膜，在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－；A、B為離子交換膜。
①B膜最佳應選擇 。
②陽極的電極反應式是 。
③少量的I－因濃度差通過BPM膜，若撤去A膜，其缺點是 。
(2)利用電化學高級氧化技術可以在電解槽中持續產生·OH，使處理含苯酚(C6H5OH)廢水更加高效，裝置如圖所示。已知a極主要發生的反應是O2生成H2O2，然后在電解液中產生·OH并迅速與苯酚反應。
①b極連接電源的 極(填“正”或“負”)。
②a極的電極反應式為 。
③除電極反應外，電解液中主要發生的反應方程式有 。
解析：　(1)①從題圖上看，右端的BPM膜和B膜之間產生NaOH，BPM膜提供OH－，B膜最好是Na＋交換膜；②陽極附近溶液為硫酸溶液，水電離出的氫氧根離子失電子，故陽極的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；③A膜應為陽離子交換膜，陽極產生的H＋透過A膜和少量的I－反應得到少量的HI，若撤去A膜，I－會在陽極失電子得到碘單質，沉積在陽極表面，損傷陽極板。
(2)①a極主要發生的反應是O2生成H2O2，O元素化合價降低，得到電子，發生還原反應，則a電極為陰極，與電源負極相接，所以b電極為陽極，與電源正極相接；②a電極為陰極，O2得到電子生成H2O2，電解質溶液顯酸性，電極反應式為O2＋2e－＋2H＋===H2O2；③H2O2分解產生·OH，化學方程式為H2O2===2·OH，·OH與苯酚反應生成無毒的氧化物，該氧化物為CO2，反應的化學方程式為C6H6O＋28·OH===6CO2↑＋17H2O。
答案：　(1)①Na＋交換膜　②2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　③I－會在陽極失電子得到碘單質，沉積在陽極表面，損傷陽極板　(2)①正　②O2＋2e－＋2H＋===H2O2　③C6H6O＋28·OH===6CO2↑＋17H2O
13．回答下列問題：
(1)我國某科研團隊設計了一種電解裝置，將CO2和NaCl高效轉化為CO和NaClO，原理如圖1所示：
通入CO2氣體的一極為 (填“陰極”“陽極”“正極”或“負極”)，寫出該極的電極反應式： 。
(2)全釩液流電池是利用不同價態的含釩離子在酸性條件下發生反應，其電池結構如圖2所示。已知酸性溶液中釩以VO(黃色)、V2＋(紫色)、VO2＋(藍色)、V3＋(綠色)的形式存在。放電過程中，電池的正極反應式為 ，右側儲液罐中溶液顏色變化為 。
解析：　(1)該裝置為電解池，CO2→CO，碳元素化合價降低，發生還原反應，則通入CO2氣體的一極為陰極，電極反應式：2H＋＋CO2＋2e－===CO＋H2O；(2)有電子流入的一極為正極，則X為正極，放電時正極上反應式：2H＋＋VO＋e－===VO2＋＋H2O；放電過程中，右罐為負極，電極反應式：V2＋－e－===V3＋，則溶液顏色逐漸由紫色變為綠色。
答案：　(1)陰極　2H＋＋CO2＋2e－===CO＋H2O　(2)2H＋＋VO＋e－===VO2＋＋H2O　溶液顏色由紫色變為綠色

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