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(共53張PPT)
第四章　化學反應與電能
提升課時
電化學中的離子交換膜
9
1.了解常見離子交換膜的類型和功能，學會正確解答與此相關的電化學問題。2.結合離子交換膜的知識，構建電化學的解題思路，提升運用模型解決問題的能力。
學習目標
一、知識儲備
二、分類突破
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、知識儲備
1.離子交換膜的種類
陽離子交換膜 只允許陽離子透過，不允許陰離子或某些分子透過
陰離子交換膜 只允許陰離子透過，不允許陽離子或某些分子透過
質子交換膜 只允許H＋透過，不允許其他陽離子和陰離子透過
雙極膜 由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜特點是在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－并分別通過陽膜和陰膜，作為H＋和OH－的離子源
2.離子交換膜的應用
(1)用離子交換膜隔離某些分子和離子，防止副反應的發生。
例如：氯堿工業中，陽離子交換膜的作用就是阻止陰離子(Cl－)和氣體(Cl2)通過，防止氯氣和NaOH反應。
(2)離子交換膜制備物質、分離物質等。
以電滲析法制備H3PO2為例，其原理如圖所示。
(3)離子交換膜使具有濃度差的離子進行選擇性遷移。
離子從“濃→稀”的溶液區移出，移向“稀→濃”的溶液區
以電化學制備K2Cr2O7為例，其原理如圖所示，其中a、b均為石墨電極。
【解題思路】　電化學中的離子交換膜解題思路
二、分類突破
1.原電池中的離子交換膜
【例1】　(2024·蘇州高二期中)微生物燃料電池可用于凈化含鉻廢水，其工作原理如圖所示，該電池工作時，下列說法不正確的是(　　)
D
【題后歸納】　含離子交換膜原電池的工作原理模型
原電池裝置中，離子在內電路的移動方向可以歸納為：陽離子(帶正電)移向正極，陰離子(帶負電)移向負極，即“正正負負”。
【對點練1】　某科研機構研發的NO空氣燃料電池的工作原理如圖所示，下列敘述正確的是(　　)
D
A.BP膜中OH－均向左側溶液移動，M膜為一價陽離子交換膜
B.當陰極產生22.4 L氣體(標準狀況)時，
M膜和N膜各有2 mol離子通過
C.溶液a的主要溶質為ZnSO4和CuSO4
D.電解過程中，高鹽廢水pH不宜過高
A
解析　該裝置為電解池，左側電極為陽極，右側電極為陰極，用于回收ZnSO4、CuSO4，并除去F－和Cl－，工作時陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，且M膜、N膜為相同的一價離子交換膜，則M膜為陰離子交換膜，陽極反應為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，陰極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，雙極膜(BP)中解離的OH－移向高鹽廢水室中與H＋發生中和反應，所以溶液a主要為ZnSO4、CuSO4，溶液b主要為HF、HCl。電解池中陽離子向陰極移動，BP膜中H＋均向右側溶液遷移；F－和Cl－通過M膜向左側遷移，則M膜為一價陰離子交換膜，A錯誤；陰極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，當陰極產生22.4 L氣體(標準狀況下為1 mol)時有2 mol離子通過M膜和N膜，B正確；電解池工作時F－和Cl－通過M膜向左側遷移，H＋與右側雙極膜遷移出來的OH－中和，則反應后得到的溶液a的溶質主要為ZnSO4和CuSO4，C正確；電解過程中，若pH過高則會導致Zn2＋、Cu2＋轉化為沉淀，故應控制高鹽廢水的pH不能過高，D正確。
【對點練2】　生產硝酸鈣的工業廢水常含有NH4NO3，可用電解法凈化。其工作原理如圖所示。下列有關說法正確的是(　　)
C
3.利用交換膜進行物質制備
【例3】　(2024·南陽高二期中)已知四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]是一種有機強堿，常用作電子工業清洗劑。以四甲基氯化銨[(CH3)4NCl]為原料，采用電滲析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如圖。下列說法中錯誤的是(　　)
A.光伏并網發電裝置中P型半導體電勢高
B.c為陽離子交換膜，e為陰離子交換膜
C.b電極反應方程式為4OH－－4e－===
O2↑＋2H2O
D.制備182 g四甲基氫氧化銨，兩極共產生33.6 L氣體(標準狀況)
B
A
4.利用交換膜進行“三廢”處理和環境保護
【例4】　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.電勢：N電極＞M電極
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
解析　M極上O2得電子生成羥基自由基(·OH)，說明M極為陰極，連接電源的負極，N極為陽極，故電勢：N電極＞M電極，A正確；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；1 mol苯酚轉化為CO2，轉移28 mol電子，每處理9.4 g苯酚(即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；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。
A.直流電源為鉛酸蓄電池時，PbO2極連接X電極
B.Y電極上發生還原反應
C.陽極電極反應方程式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.當產生28 g N2時，一定有6 mol H＋穿過質子交換膜
D
(1)交換膜b為________離子交換膜
(填“陰”或“陽”)。
(2)陽極的電極反應式為
______________________________。
(3)若從濃縮室收集到1 L 0.5 mol/L的
Na2SO4溶液，則陰極可回收________ g銅(不考慮副反應)。
陰
2Cl－－2e－===Cl2↑
25.6
A.石墨電極a上的電極反應式為
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B.電解過程中，己室pH增大
C.Li＋富集室為乙室和丁室
D.每轉移1 mol電子，經過C交
換膜的離子小于1 mol
B
課后鞏固訓練
1.某改進后的鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過。下列有關敘述正確的是(　　)
A.正極發生的反應為Zn2＋＋2e－===Zn
B.乙中的Cu2＋通過交換膜移向甲
C.每消耗1 mol Zn，電路中轉移2個e－
D.該裝置可以防止Zn直接與CuSO4反應
D
解析　銅極為正極，銅離子得到電子發生還原反應生成銅Cu2＋＋2e－===Cu，A錯誤；原電池中陽離子向正極移動，故甲中的Zn2＋通過交換膜移向乙，B錯誤；鋅較活潑，失去電子發生氧化反應Zn－2e－===Zn2＋，則每消耗1 mol Zn，電路中轉移2NA e－，C錯誤；該裝置通過陽離子交換膜可以防止Zn直接與CuSO4反應，D正確。
2.一種水性電解液Al－PbO2離子選擇隔膜電池如圖所示{ KOH溶液中，Al3＋以[Al(OH)4]－的形式存在}。電池放電時，下列敘述正確的是(　　)
B
3.如下所示電解裝置中，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，下列判斷錯誤的是(　　)
A.a是電源的負極
B.通電一段時間后，向石
墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶
液，出現紅色
C.隨著電解的進行，CuCl2溶液濃度變大
D.當0.01 mol Fe2O3完全溶解時，至少產生氣體336 mL(標準狀況)
C
4.利用電解法制備Ca(H2PO4)2并得到副產物NaOH和Cl2。下列說法正確的是(　　)
A.C膜可以為質子交換膜
B.陰極室的電極反應式為
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C.可用鐵電極替換陰極的石墨電極
D.每轉移2 mol e－，陽極室中c(Ca2＋)降低1 mol·L－1
C
解析　通過圖示分析C膜只能是陽離子交換膜，A項錯誤；陰極室的電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B項錯誤；陰極電極不參與反應，故可用鐵電極替換陰極的石墨電極，C項正確；未給出溶液體積，無法計算濃度，D項錯誤。
5.Co是磁性合金的重要材料，也是維生素重要的組成元素。工業上可用如下裝置制取單質Co并獲得副產品鹽酸(A、B均為離子交換膜)：
下列說法正確的是(　　)
A.若陰極析出5.9 g Co，則加入0.1 mol
Co(OH)2可將溶液恢復至原狀態
B.A為陰離子交換膜，B為陽離子交換膜
C.若產品室Δn(HCl)＝0.2 mol，則兩電解
室溶液的質量變化差為|Δm陰極室溶液|－|Δm陽極室溶液|＝11.2 g
D.電解結束后，陽極室溶液的pH值增大
C
6.二氧化碳的再利用是實現溫室氣體減排的重要途徑之一。在稀H2SO4中利用電催化可將CO2同時轉化為多種燃料，其原理如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
A.一段時間后，陰極區溶液質量會減少
B.離子交換膜為陽離子交換膜
C.Pt電極上的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.若陰極只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，則電路中轉移電子的物質的量為1 mol
A
解析　進入陰極區的二氧化碳和氫離子的質量大于生成的CO、CH4、C2H4的總質量，陰極區溶液質量會增加，A錯誤；由電荷守恒可知，氫離子由左側向右側遷移，故離子交換膜為陽離子交換膜，B正確；Pt電極為陽極，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正確；二氧化碳生成CO和HCOOH時，碳元素均由＋4價降低為＋2價，陰極只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，則電路中轉移電子的物質的量為(0.15 mol＋0.35 mol)×2＝1 mol，D正確。
7.雙極膜在電滲析中應用廣泛，它是由陽離子交換膜和陰離子交換膜復合而成。雙極膜內層為水層，工作時水層中的H2O解離成H＋和OH－，并分別通過離子交換膜向兩側發生遷移。下圖為NaBr溶液的電滲析裝置示意圖。
下列說法正確的是(　　)
A.出口2的產物為HBr溶液
B.出口5的產物為硫酸溶液
C.Br－可從鹽室最終進入陽極液中
D.陰極電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
D
解析　電解時， 溶液中的陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，溶液中的Na＋向陰極移動，與雙極膜提供的氫氧根離子結合，故出口2的產物為NaOH溶液，A錯誤；電解時， 溶液中的陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，溶液中的Br－向陽極移動，與雙極膜提供的氫離子結合，故出口4的產物為HBr溶液，鈉離子不能通過雙極膜，故出口5不是硫酸，B錯誤；結合選項B，Br－不會從鹽室最終進入陽極液中，C錯誤；電解池陰極處，發生的反應是物質得到電子被還原，發生還原反應，水解離成H＋和OH－，則在陰極處發生的反應為2H＋＋2e－===H2↑，D正確。
8.利用電解可回收利用工業廢氣中的CO2和SO2，從而實現變廢為寶，工作原理如圖。下列說法正確的是(　　)
B
9.利用反應6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O為原理設計電池(如圖所示，a、b電極均為惰性電極)，既能實現有效消除氮氧化物的排放，減小環境污染，又能充分利用化學資源。(陽離子交換膜只允許陽離子通過)
(1)電池工作時，電解質溶液中的K＋穿過陽離子交換
膜向________(填“a”或“b”)電極移動。
(2)b電極上的電極反應式為_______________________________________。
(3)電池工作一段時間后，左側工作室溶液的pH________(填“變大”“變小”或“不變”)。
(4)電池工作時，每轉移0.2 mol電子，此時右側工作室溶液的質量將________(填“增大”或“減小”)________ g。
b
4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－
變小
增大
9.4
解析　(1)根據方程式分析氨氣中氮化合價升高，失去電子，作負極，則a為負極，b為正極，電池工作時，根據原電池“同性相吸”，則電解質溶液中的K＋穿過陽離子交換膜向b電極移動。(2)b電極是二氧化氮得到電子變為氮氣，則電極反應式為4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－。(3)電池工作一段時間后，a電極電極反應式為2NH3＋6e－＋6OH－===N2＋6H2O，則左側工作室溶液的pH變小。(4)電池工作時，每轉移0.2 mol電子，此時左側有0.2 mol鉀離子進入到右側，0.05 mol二氧化氮消耗，生成0.025氮氣，因此右側工作室溶液的質量將增大0.2 mol×39 g·mol－1＋0.05 mol×46 g·mol－1－0.025 mol×28 g·mol－1＝9.4 g。
10.LiSO2Cl2電池可作為電源電解制備Ni(H2PO2)2，其工作原理如圖所示。已知電池反應方程式為2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。
回答下列問題：
(1)Li電極是________(填“正極”或“負極”)，C電極上的電極反應為__________________________________________________________。
(2)Li電極與________(填“鎳”或“不銹鋼”)相連，膜c為________交換膜(填“陽離子”或“陰離子”)。
(3)電解一段時間后，Ⅳ室中氫氧化鈉溶液濃度將________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)理論上產品室每獲得283.5 g的Ni(H2PO2)2，Li電極的質量減少________ g。
負極
SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
不銹鋼
陽離子
增大
21提升課時9　電化學中的離子交換膜
學習目標　1.了解常見離子交換膜的類型和功能，學會正確解答與此相關的電化學問題。2.結合離子交換膜的知識，構建電化學的解題思路，提升運用模型解決問題的能力。
一、知識儲備
1.離子交換膜的種類
陽離子 交換膜 只允許陽離子透過，不允許陰離子或某些分子透過
陰離子 交換膜 只允許陰離子透過，不允許陽離子或某些分子透過
質子 交換膜 只允許H＋透過，不允許其他陽離子和陰離子透過
雙極膜 由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜特點是在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－并分別通過陽膜和陰膜，作為H＋和OH－的離子源
2.離子交換膜的應用
(1)用離子交換膜隔離某些分子和離子，防止副反應的發生。
例如：氯堿工業中，陽離子交換膜的作用就是阻止陰離子(Cl－)和氣體(Cl2)通過，防止氯氣和NaOH反應。
(2)離子交換膜制備物質、分離物質等。
以電滲析法制備H3PO2為例，其原理如圖所示。
離子移動方向及交換膜類型：產品室為陽極，原料室中的陰離子H2PO移向產品室，膜1為陰離子交換膜；原料室中的陽離子Na＋移向陰極室，膜2為陽離子交換膜。
陽極：電極反應為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，產生的H＋結合移入的H2PO生成H3PO2。
陰極：電極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，產生的OH－結合移入的Na＋生成NaOH。
(3)離子交換膜使具有濃度差的離子進行選擇性遷移。
離子從“濃→稀”的溶液區移出，移向“稀→濃”的溶液區
以電化學制備K2Cr2O7為例，其原理如圖所示，其中a、b均為石墨電極。
左側：為“稀→濃”的溶液區，則右側的K＋通過K＋交換膜移向左側，a極為陰極，電極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，產生的OH－結合移入的K＋生成KOH。
右側：b極為陽極，電極反應為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，使溶液中的反應2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O正向進行，生成K2Cr2O7。
【解題思路】　電化學中的離子交換膜解題思路
二、分類突破
1.原電池中的離子交換膜
【例1】　(2024·蘇州高二期中)微生物燃料電池可用于凈化含鉻廢水，其工作原理如圖所示，該電池工作時，下列說法不正確的是(　　)
A.M極是電池的負極
B.CH3OH在電極上發生氧化反應
C.N電極附近溶液的pH增大
D.若0.1 mol Cr2O參加反應，則有0.8 mol H＋從交換膜右側向左側遷移
聽課筆記　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【題后歸納】　含離子交換膜原電池的工作原理模型
原電池裝置中，離子在內電路的移動方向可以歸納為：陽離子(帶正電)移向正極，陰離子(帶負電)移向負極，即“正正負負”。
【對點練1】　某科研機構研發的NO－空氣燃料電池的工作原理如圖所示，下列敘述正確的是(　　)
A.a電極為電池負極
B.電池工作時H＋透過質子交換膜從右向左移動
C.當外電路中通過0.2 mol電子時，a電極處消耗O2 1.12 L
D.b電極的電極反應：NO－3e－＋2H2O===4H＋＋NO
2.利用交換膜進行物質的分離與提純
【例2】　某有色金屬工業的高鹽廢水中主要含有H＋、Cu2＋、Zn2＋、SO、F－和Cl－，利用如圖電解裝置可回收ZnSO4、CuSO4并盡可能除去F－和Cl－，其中雙極膜(BP)中間層的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移，M膜、N膜為相同的一價離子交換膜。下列說法錯誤的是(　　)
A.BP膜中OH－均向左側溶液移動，M膜為一價陽離子交換膜
B.當陰極產生22.4 L氣體(標準狀況)時，M膜和N膜各有2 mol離子通過
C.溶液a的主要溶質為ZnSO4和CuSO4
D.電解過程中，高鹽廢水pH不宜過高
聽課筆記　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【對點練2】　生產硝酸鈣的工業廢水常含有NH4NO3，可用電解法凈化。其工作原理如圖所示。下列有關說法正確的是(　　)
A.a極為電源負極，b極為電源正極
B.裝置工作時電子由b極流出，經導線、電解槽流入a極
C.Ⅰ室能得到副產品濃硝酸，Ⅲ室能得到副產品濃氨水
D.陰極的電極反應式為2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
3.利用交換膜進行物質制備
【例3】　(2024·南陽高二期中)已知四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]是一種有機強堿，常用作電子工業清洗劑。以四甲基氯化銨[(CH3)4NCl]為原料，采用電滲析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如圖。下列說法中錯誤的是(　　)
A.光伏并網發電裝置中P型半導體電勢高
B.c為陽離子交換膜，e為陰離子交換膜
C.b電極反應方程式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D.制備182 g四甲基氫氧化銨，兩極共產生33.6 L氣體(標準狀況)
聽課筆記　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【對點練3】　硼酸(H3BO3)為一元弱酸，已知H3BO3與足量NaOH溶液反應的離子方程式為H3BO3＋OH－===B(OH)，H3BO3可以通過電解的方法制備。其工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)。下列說法正確的是(　　)
A.當電路中通過1 mol電子時，可得到1 mol H3BO3
B.將電源的正負極反接，工作原理不變
C.陰極室的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.B(OH)穿過陰膜進入陰極室，Na＋穿過陽膜進入產品室
4.利用交換膜進行“三廢”處理和環境保護
【例4】　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.電勢：N電極＞M電極
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
聽課筆記　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【對點練4】　含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的酸性廢水可導致水體富營養化，引發環境污染。如圖是利用電化學原理處理NO的原理，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A.直流電源為鉛酸蓄電池時，PbO2極連接X電極
B.Y電極上發生還原反應
C.陽極電極反應方程式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.當產生28 g N2時，一定有6 mol H＋穿過質子交換膜
5.運用離子交換膜從廢液中回收物質
【例5】　電解精煉銅的廢液中含大量Cu2＋和SO，利用雙膜三室電沉積法回收銅的裝置如圖。
(1)交換膜b為____________離子交換膜(填“陰”或“陽”)。
(2)陽極的電極反應式為_________________________________________。
(3)若從濃縮室收集到1 L 0.5 mol/L的Na2SO4溶液，則陰極可回收____________ g銅(不考慮副反應)。
聽課筆記　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【對點練5】　(2024·邢臺高二期末)電滲析法可以富集鹽湖鹵水中的鋰，原理如圖所示，其中料液中主要含有Na＋、Li＋、Cl－、SO。下列說法錯誤的是(　　)
A.石墨電極a上的電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B.電解過程中，己室pH增大
C.Li＋富集室為乙室和丁室
D.每轉移1 mol電子，經過C交換膜的離子小于1 mol
：課后完成　第四章　提升課時9提升課時9　電化學中的離子交換膜
學習目標　1.了解常見離子交換膜的類型和功能，學會正確解答與此相關的電化學問題。2.結合離子交換膜的知識，構建電化學的解題思路，提升運用模型解決問題的能力。
一、知識儲備
1.離子交換膜的種類
陽離子交換膜 只允許陽離子透過，不允許陰離子或某些分子透過
陰離子交換膜 只允許陰離子透過，不允許陽離子或某些分子透過
質子交換膜 只允許H＋透過，不允許其他陽離子和陰離子透過
雙極膜 由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜特點是在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－并分別通過陽膜和陰膜，作為H＋和OH－的離子源
2.離子交換膜的應用
(1)用離子交換膜隔離某些分子和離子，防止副反應的發生。
例如：氯堿工業中，陽離子交換膜的作用就是阻止陰離子(Cl－)和氣體(Cl2)通過，防止氯氣和NaOH反應。
(2)離子交換膜制備物質、分離物質等。
以電滲析法制備H3PO2為例，其原理如圖所示。
離子移動方向及交換膜類型：產品室為陽極，原料室中的陰離子H2PO移向產品室，膜1為陰離子交換膜；原料室中的陽離子Na＋移向陰極室，膜2為陽離子交換膜。
陽極：電極反應為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，產生的H＋結合移入的H2PO生成H3PO2。
陰極：電極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，產生的OH－結合移入的Na＋生成NaOH。
(3)離子交換膜使具有濃度差的離子進行選擇性遷移。
離子從“濃→稀”的溶液區移出，移向“稀→濃”的溶液區
以電化學制備K2Cr2O7為例，其原理如圖所示，其中a、b均為石墨電極。
左側：為“稀→濃”的溶液區，則右側的K＋通過K＋交換膜移向左側，a極為陰極，電極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，產生的OH－結合移入的K＋生成KOH。
右側：b極為陽極，電極反應為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，使溶液中的反應2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O正向進行，生成K2Cr2O7。
【解題思路】　電化學中的離子交換膜解題思路
二、分類突破
1.原電池中的離子交換膜
【例1】　(2024·蘇州高二期中)微生物燃料電池可用于凈化含鉻廢水，其工作原理如圖所示，該電池工作時，下列說法不正確的是(　　)
A.M極是電池的負極
B.CH3OH在電極上發生氧化反應
C.N電極附近溶液的pH增大
D.若0.1 mol Cr2O參加反應，則有0.8 mol H＋從交換膜右側向左側遷移
答案　D
解析　由圖可知，微生物和水分子作用下甲醇在負極失去電子發生氧化反應生成二氧化碳和氫離子，所以M電極為原電池的負極，A和B均正確；電極N為正極，還原菌作用下氧氣、重鉻酸根離子酸性條件下在正極得到電子發生還原反應生成水、氫氧化鉻，電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O、Cr2O＋6e－＋8H＋===2Cr(OH)3＋H2O，原電池工作時正極消耗氫離子，且氫離子向正極移動，但是N極消耗的H＋比M極遷移過來的多，溶液中氫離子濃度減小，所以N電極附近溶液的pH增大，C正確；電極N為正極，還原菌作用下氧氣、重鉻酸根離子酸性條件下在正極得到電子發生還原反應生成水、氫氧化鉻，電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O、Cr2O＋6e－＋8H＋===2Cr(OH)3＋H2O，則若有0.1 mol重鉻酸根離子參加反應，從交換膜左側向右側遷移的氫離子的物質的量大于0.6 mol，D錯誤。
【題后歸納】　含離子交換膜原電池的工作原理模型
原電池裝置中，離子在內電路的移動方向可以歸納為：陽離子(帶正電)移向正極，陰離子(帶負電)移向負極，即“正正負負”。
【對點練1】　某科研機構研發的NO空氣燃料電池的工作原理如圖所示，下列敘述正確的是(　　)
A.a電極為電池負極
B.電池工作時H＋透過質子交換膜從右向左移動
C.當外電路中通過0.2 mol電子時，a電極處消耗O2 1.12 L
D.b電極的電極反應：NO－3e－＋2H2O===4H＋＋NO
答案　D
解析　該燃料電池，燃料通入電池負極發生氧化反應，則b為負極；氧氣在正極發生還原反應，則a為正極，A錯誤；原電池中氫離子向正極移動，故電池工作時H＋透過質子交換膜從左向右移動，B錯誤；C項，沒有標況，不能計算氧氣的體積，c錯誤；b電極上NO失去電子發生氧化反應生成硝酸，電極反應：NO－3e－＋2H2O===4H＋＋NO，D正確。
2.利用交換膜進行物質的分離與提純
【例2】　某有色金屬工業的高鹽廢水中主要含有H＋、Cu2＋、Zn2＋、SO、F－和Cl－，利用如圖電解裝置可回收ZnSO4、CuSO4并盡可能除去F－和Cl－，其中雙極膜(BP)中間層的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移，M膜、N膜為相同的一價離子交換膜。下列說法錯誤的是(　　)
A.BP膜中OH－均向左側溶液移動，M膜為一價陽離子交換膜
B.當陰極產生22.4 L氣體(標準狀況)時，M膜和N膜各有2 mol離子通過
C.溶液a的主要溶質為ZnSO4和CuSO4
D.電解過程中，高鹽廢水pH不宜過高
答案　A
解析　該裝置為電解池，左側電極為陽極，右側電極為陰極，用于回收ZnSO4、CuSO4，并除去F－和Cl－，工作時陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，且M膜、N膜為相同的一價離子交換膜，則M膜為陰離子交換膜，陽極反應為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，陰極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，雙極膜(BP)中解離的OH－移向高鹽廢水室中與H＋發生中和反應，所以溶液a主要為ZnSO4、CuSO4，溶液b主要為HF、HCl。電解池中陽離子向陰極移動，BP膜中H＋均向右側溶液遷移；F－和Cl－通過M膜向左側遷移，則M膜為一價陰離子交換膜，A錯誤；陰極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，當陰極產生22.4 L氣體(標準狀況下為1 mol)時有2 mol離子通過M膜和N膜，B正確；電解池工作時F－和Cl－通過M膜向左側遷移，H＋與右側雙極膜遷移出來的OH－中和，則反應后得到的溶液a的溶質主要為ZnSO4和CuSO4，C正確；電解過程中，若pH過高則會導致Zn2＋、Cu2＋轉化為沉淀，故應控制高鹽廢水的pH不能過高，D正確。
【對點練2】　生產硝酸鈣的工業廢水常含有NH4NO3，可用電解法凈化。其工作原理如圖所示。下列有關說法正確的是(　　)
A.a極為電源負極，b極為電源正極
B.裝置工作時電子由b極流出，經導線、電解槽流入a極
C.Ⅰ室能得到副產品濃硝酸，Ⅲ室能得到副產品濃氨水
D.陰極的電極反應式為2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
答案　C
解析　根據裝置圖，Ⅰ室和Ⅱ室之間為陰離子交換膜，即NO從Ⅱ室移向Ⅰ室，同理NH從Ⅱ室移向Ⅲ室，依據電解原理，a為正極，b為負極，A錯誤；根據電解原理，電解槽中沒有電子通過，只有陰陽離子通過，B錯誤；Ⅰ室為陽極，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，得到較濃的硝酸。Ⅲ室為陰極，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，NH與OH－反應生成NH3·H2O，得到較濃的氨水，C正確、D錯誤。
3.利用交換膜進行物質制備
【例3】　(2024·南陽高二期中)已知四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]是一種有機強堿，常用作電子工業清洗劑。以四甲基氯化銨[(CH3)4NCl]為原料，采用電滲析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如圖。下列說法中錯誤的是(　　)
A.光伏并網發電裝置中P型半導體電勢高
B.c為陽離子交換膜，e為陰離子交換膜
C.b電極反應方程式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D.制備182 g四甲基氫氧化銨，兩極共產生33.6 L氣體(標準狀況)
答案　B
解析　從圖中可以看出，光伏并網發電裝置中， a電極連接N型半導體，則其為負極，b電極連接P型半導體，則其為正極；電解裝置中，a極為陰極，b極為陽極。從電解池a極區溶液中四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]濃度增大，也可推出(CH3)4N＋透過c膜向a電極移動，則a電極為陰極，c膜為陽膜；Cl－透過d膜向右側移動，則d膜為陰膜；Na＋透過e膜向左側移動，則e膜為陽膜。光伏并網發電裝置中，N型半導體為負極，P型半導體為正極，A正確；由分析可知，c、e為陽離子交換膜，B錯誤；b為陽極，溶液中的氫氧根離子失去電子生成氧氣，電極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，C正確；182 g四甲基氫氧化銨的物質的量為＝2 mol，則a極生成1 mol氫氣，b極生成0.5 mol氧氣，兩極共產生1.5 mol氣體，在標況下體積為33.6 L，D正確。
【對點練3】　硼酸(H3BO3)為一元弱酸，已知H3BO3與足量NaOH溶液反應的離子方程式為H3BO3＋OH－===B(OH)，H3BO3可以通過電解的方法制備。其工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)。下列說法正確的是(　　)
A.當電路中通過1 mol電子時，可得到1 mol H3BO3
B.將電源的正負極反接，工作原理不變
C.陰極室的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.B(OH)穿過陰膜進入陰極室，Na＋穿過陽膜進入產品室
答案　A
解析　A項，電解時，左側石墨電極為陽極，右側石墨電極為陰極，陽極上H2O失電子生成O2和H＋，即2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，陰極上H2O得電子生成H2和OH－，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，當電路中通過1 mol電子時，陽極生成1 mol H＋，H＋通過陽膜進入產品室，與通過陰膜進入產品室的B(OH)反應生成1 mol H3BO3，正確；B項，電源正負極反接后，左側石墨電極為陰極，陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，H＋被消耗，無法移向產品室，不能生成H3BO3，錯誤；C項，由上述分析可知，陰極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，錯誤；D項，電解時原料室中Na＋穿過陽膜進入陰極室，B(OH)穿過陰膜進入產品室，錯誤。
4.利用交換膜進行“三廢”處理和環境保護
【例4】　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.電勢：N電極＞M電極
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
答案　C
解析　M極上O2得電子生成羥基自由基(·OH)，說明M極為陰極，連接電源的負極，N極為陽極，故電勢：N電極＞M電極，A正確；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；1 mol苯酚轉化為CO2，轉移28 mol電子，每處理9.4 g苯酚(即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；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。
【對點練4】　含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的酸性廢水可導致水體富營養化，引發環境污染。如圖是利用電化學原理處理NO的原理，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A.直流電源為鉛酸蓄電池時，PbO2極連接X電極
B.Y電極上發生還原反應
C.陽極電極反應方程式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.當產生28 g N2時，一定有6 mol H＋穿過質子交換膜
答案　D
解析　NO在Y電極得到電子轉化為氮氣，即Y為陰極，X為陽極，鉛酸蓄電池PbO2極為正極，A正確；Y為陰極，發生還原反應，B正確；陽極區電解質為硫酸溶液，故電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正確；由于不能確定參與電極反應的NO中氮元素的具體化合價，所以轉移電子數無法確定，H＋遷移數量無法確定，D錯誤。
5.運用離子交換膜從廢液中回收物質
【例5】　電解精煉銅的廢液中含大量Cu2＋和SO，利用雙膜三室電沉積法回收銅的裝置如圖。
(1)交換膜b為________離子交換膜(填“陰”或“陽”)。
(2)陽極的電極反應式為______________________________________。
(3)若從濃縮室收集到1 L 0.5 mol/L的Na2SO4溶液，則陰極可回收________ g銅(不考慮副反應)。
答案　(1)陰　(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　(3) 25.6
解析　由題圖可知，Na＋與SO透過交換膜進入濃縮室，由離子移動方向可知左側電極為陽極，右側電極為陰極；(1)陰極區SO通過交換膜b進入濃縮室，故交換膜b為陰離子交換膜；(2)左側電極為陽極，電極上Cl－發生氧化反應生成Cl2，發生反應的電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑；(3)若濃縮室得到1 L 0.5 mol·L－1的Na2SO4溶液，則有0.4 mol SO進入濃縮室，電路上有0.8 mol電子通過，可析出0.4 mol Cu，其質量為25.6 g。
【對點練5】　(2024·邢臺高二期末)電滲析法可以富集鹽湖鹵水中的鋰，原理如圖所示，其中料液中主要含有Na＋、Li＋、Cl－、SO。下列說法錯誤的是(　　)
A.石墨電極a上的電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B.電解過程中，己室pH增大
C.Li＋富集室為乙室和丁室
D.每轉移1 mol電子，經過C交換膜的離子小于1 mol
答案　B
解析　電極a與電源負極相連，為陰極，電極反應為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正確；石墨b與電源正極相連，是陽極，電極反應為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，即電解過程中，己室H＋濃度增大，pH減小，B錯誤；丙室中陽離子移向乙室，陰離子移向丁室，戊室中陽離子移向丁室，陰離子移向己室，故Li＋富集室為乙室和丁室，C正確；由題干圖示信息可知，C膜為陰離子交換膜，陰離子中含有SO，根據電荷守恒可知，每轉移1 mol電子，經過C交換膜的離子小于1 mol，D正確。
1.某改進后的鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過。下列有關敘述正確的是(　　)
A.正極發生的反應為Zn2＋＋2e－===Zn
B.乙中的Cu2＋通過交換膜移向甲
C.每消耗1 mol Zn，電路中轉移2個e－
D.該裝置可以防止Zn直接與CuSO4反應
答案　D
解析　銅極為正極，銅離子得到電子發生還原反應生成銅Cu2＋＋2e－===Cu，A錯誤；原電池中陽離子向正極移動，故甲中的Zn2＋通過交換膜移向乙，B錯誤；鋅較活潑，失去電子發生氧化反應Zn－2e－===Zn2＋，則每消耗1 mol Zn，電路中轉移2NA e－，C錯誤；該裝置通過陽離子交換膜可以防止Zn直接與CuSO4反應，D正確。
2.一種水性電解液Al－PbO2離子選擇隔膜電池如圖所示{ KOH溶液中，Al3＋以[Al(OH)4]－的形式存在}。電池放電時，下列敘述正確的是(　　)
A.27 g Al參與反應，有1 mol SO從室2向室1遷移
B.負極的電極反應式為2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－
C.一段時間后，室2溶液濃度一定會減小
D.電路上轉移1 mol電子時，理論上PbO2電極質量凈減32 g
答案　B
解析　鋁活動性較強，失去電子發生氧化反應為負極，負極反應為2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－；氧化鉛電極得到電子發生還原反應為正極，正極反應為PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O；則放電過程中室1的鉀離子向室2遷移、室3的硫酸根離子向室2遷移；27 g Al(為1 mol)參與反應，室1的鉀離子向室2遷移，A錯誤；一段時間后，室2溶液濃度會變大，C錯誤；正極反應為PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，電路上轉移1 mol電子時，理論上消耗0.5 mol PbO2、同時生成0.5 mol PbSO4，電極質量增加32 g，D錯誤。
3.如下所示電解裝置中，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，下列判斷錯誤的是(　　)
A.a是電源的負極
B.通電一段時間后，向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現紅色
C.隨著電解的進行，CuCl2溶液濃度變大
D.當0.01 mol Fe2O3完全溶解時，至少產生氣體336 mL(標準狀況)
答案　C
解析　根據題圖，結合題意知，石墨電極Ⅱ上H2O發生氧化反應產生O2，故石墨電極Ⅱ是陽極，則b是電源的正極、a是電源的負極，A項正確；石墨電極Ⅱ上H2O放電產生O2和H＋：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，通電一段時間后，石墨電極Ⅱ附近溶液顯酸性，能使石蕊顯紅色，B項正確；電解時，Cu2＋在石墨電極Ⅰ上放電生成Cu，左室中Cl－通過陰離子交換膜進入中間室，故CuCl2溶液的濃度減小，C項錯誤；由Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和陽極反應式可得Fe2O3～O2，故產生O2的體積是×0.01 mol×22.4 L·mol－1×103 mL·L－1＝336 mL，D項正確。
4.利用電解法制備Ca(H2PO4)2并得到副產物NaOH和Cl2。下列說法正確的是(　　)
A.C膜可以為質子交換膜
B.陰極室的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C.可用鐵電極替換陰極的石墨電極
D.每轉移2 mol e－，陽極室中c(Ca2＋)降低1 mol·L－1
答案　C
解析　通過圖示分析C膜只能是陽離子交換膜，A項錯誤；陰極室的電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B項錯誤；陰極電極不參與反應，故可用鐵電極替換陰極的石墨電極，C項正確；未給出溶液體積，無法計算濃度，D項錯誤。
5.Co是磁性合金的重要材料，也是維生素重要的組成元素。工業上可用如下裝置制取單質Co并獲得副產品鹽酸(A、B均為離子交換膜)：
下列說法正確的是(　　)
A.若陰極析出5.9 g Co，則加入0.1 mol Co(OH)2可將溶液恢復至原狀態
B.A為陰離子交換膜，B為陽離子交換膜
C.若產品室Δn(HCl)＝0.2 mol，則兩電解室溶液的質量變化差為|Δm陰極室溶液|－|Δm陽極室溶液|＝11.2 g
D.電解結束后，陽極室溶液的pH值增大
答案　C
解析　與電源正極相連的石墨電極為陽極，溶液中水發生氧化反應2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成的H＋穿過A膜進入HCl(aq)產品室，陰極上Co2＋發生還原反應Co2＋＋2e－===Co，溶液中Cl－穿過B膜進入HCl(aq)產品室，電解過程總反應為2Co2＋＋2H2O4H＋＋Co＋O2↑。由總反應2Co2＋＋2H2O4H＋＋Co＋O2↑可知電解過程溶液中H元素質量不變，因此電解質復原不能加入Co(OH)2，A錯誤；由上述分析可知，A膜為陽離子交換膜，B膜為陰離子交換膜，B錯誤；若產品室Δn(HCl)＝0.2 mol，則陽極消耗0.1 mol H2O，陽極溶液質量減少0.1 mol×18 g/mol＝1.8 g，陰極消耗0.1 mol CoCl2，陰極溶液質量減少0.1 mol×130 g/mol＝13 g，因此兩電解室溶液的質量變化差為|Δm陰極室溶液|－|Δm陽極室溶液|＝13 g－1.8 g＝11.2 g，C正確；電解結束后，陽極室中溶劑水減少，硫酸濃度增大，溶液的pH將減小，D錯誤。
6.二氧化碳的再利用是實現溫室氣體減排的重要途徑之一。在稀H2SO4中利用電催化可將CO2同時轉化為多種燃料，其原理如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
A.一段時間后，陰極區溶液質量會減少
B.離子交換膜為陽離子交換膜
C.Pt電極上的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D.若陰極只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，則電路中轉移電子的物質的量為1 mol
答案　A
解析　進入陰極區的二氧化碳和氫離子的質量大于生成的CO、CH4、C2H4的總質量，陰極區溶液質量會增加，A錯誤；由電荷守恒可知，氫離子由左側向右側遷移，故離子交換膜為陽離子交換膜，B正確；Pt電極為陽極，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正確；二氧化碳生成CO和HCOOH時，碳元素均由＋4價降低為＋2價，陰極只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，則電路中轉移電子的物質的量為(0.15 mol＋0.35 mol)×2＝1 mol，D正確。
7.雙極膜在電滲析中應用廣泛，它是由陽離子交換膜和陰離子交換膜復合而成。雙極膜內層為水層，工作時水層中的H2O解離成H＋和OH－，并分別通過離子交換膜向兩側發生遷移。下圖為NaBr溶液的電滲析裝置示意圖。
下列說法正確的是(　　)
A.出口2的產物為HBr溶液
B.出口5的產物為硫酸溶液
C.Br－可從鹽室最終進入陽極液中
D.陰極電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
答案　D
解析　電解時， 溶液中的陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，溶液中的Na＋向陰極移動，與雙極膜提供的氫氧根離子結合，故出口2的產物為NaOH溶液，A錯誤；電解時， 溶液中的陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，溶液中的Br－向陽極移動，與雙極膜提供的氫離子結合，故出口4的產物為HBr溶液，鈉離子不能通過雙極膜，故出口5不是硫酸，B錯誤；結合選項B，Br－不會從鹽室最終進入陽極液中，C錯誤；電解池陰極處，發生的反應是物質得到電子被還原，發生還原反應，水解離成H＋和OH－，則在陰極處發生的反應為2H＋＋2e－===H2↑，D正確。
8.利用電解可回收利用工業廢氣中的CO2和SO2，從而實現變廢為寶，工作原理如圖。下列說法正確的是(　　)
A.裝置②中a為電源的負極
B.交換膜可采用質子交換膜
C.通電一段時間后甲區域的pH增大
D.裝置①中存在：c(Na＋)答案　B
解析　含二氧化硫和二氧化碳的廢氣通入碳酸氫鈉溶液中，二氧化硫與碳酸氫鈉溶液反應生成二氧化碳和亞硫酸鈉，二氧化碳氣體通入裝置②的右室，CO2在電源右側電極上反應生成HCOOH，則CO2得電子，右側電極為陰極，電極反應式為CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH；碳酸氫鈉和亞硫酸鈉混合溶液通入裝置②的左室，左側電極上亞硫酸根離子失電子生成硫酸根離子，則左側電極為陽極，電池總反應式為SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO。由分析可知，裝置②的左室為陽極，則a為電源的正極，A錯誤；B.由圖可知，乙室中CO2轉化為HCOOH，電極反應式為CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，需要結合H＋，則交換膜可采用質子交換膜，B正確；裝置②的甲室為陽極室，SO轉化SO，電極方程式為H2O＋SO－2e－===SO＋2H＋，甲室H＋濃度增大，pH減小，C錯誤；裝置①中溶液為堿性的，則c(H＋)c(HCO)＋2c(SO)，D錯誤。
9.利用反應6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O為原理設計電池(如圖所示，a、b電極均為惰性電極)，既能實現有效消除氮氧化物的排放，減小環境污染，又能充分利用化學資源。(陽離子交換膜只允許陽離子通過)
(1)電池工作時，電解質溶液中的K＋穿過陽離子交換膜向________(填“a”或“b”)電極移動。
(2)b電極上的電極反應式為___________________________________。
(3)電池工作一段時間后，左側工作室溶液的pH________(填“變大”“變小”或“不變”)。
(4)電池工作時，每轉移0.2 mol電子，此時右側工作室溶液的質量將________(填“增大”或“減小”)________ g。
答案　(1)b　(2)4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－　(3)變小　(4)增大　9.4
解析　(1)根據方程式分析氨氣中氮化合價升高，失去電子，作負極，則a為負極，b為正極，電池工作時，根據原電池“同性相吸”，則電解質溶液中的K＋穿過陽離子交換膜向b電極移動。(2)b電極是二氧化氮得到電子變為氮氣，則電極反應式為4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－。(3)電池工作一段時間后，a電極電極反應式為2NH3＋6e－＋6OH－===N2＋6H2O，則左側工作室溶液的pH變小。(4)電池工作時，每轉移0.2 mol電子，此時左側有0.2 mol鉀離子進入到右側，0.05 mol二氧化氮消耗，生成0.025氮氣，因此右側工作室溶液的質量將增大0.2 mol×39 g·mol－1＋0.05 mol×46 g·mol－1－0.025 mol×28 g·mol－1＝9.4 g。
10.LiSO2Cl2電池可作為電源電解制備Ni(H2PO2)2，其工作原理如圖所示。已知電池反應方程式為2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。
回答下列問題：
(1)Li電極是________(填“正極”或“負極”)，C電極上的電極反應為__________________________________________________________。
(2)Li電極與________(填“鎳”或“不銹鋼”)相連，膜c為________交換膜(填“陽離子”或“陰離子”)。
(3)電解一段時間后，Ⅳ室中氫氧化鈉溶液濃度將________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)理論上產品室每獲得283.5 g的Ni(H2PO2)2，Li電極的質量減少________ g。
答案　(1)負極　SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
(2)不銹鋼　陽離子　(3)增大　(4)21
解析　圖中圖1電池為原電池，圖2為電解池。在原電池中，Li電極為負極，C電極為正極；電解池中，因為要在產品室中獲得Ni(H2PO2)2，所以鎳電極為陽極，不銹鋼電極為陰極。Ni2＋透過膜a進入產品室，則膜a為陽離子交換膜；Ⅲ室中的H2PO透過膜b進入產品室，則膜b為陰離子交換膜；Ⅲ室中的Na＋透過膜c進入Ⅳ室，則膜c為陽離子交換膜。(1)Li電極是負極；C電極(正極)上，SOCl2獲得電子生成SO2和Cl－，電極反應為SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑。(2)因為鎳電極為陽極，不銹鋼電極為陰極，則Li電極與不銹鋼相連，膜c為陽離子交換膜。(3)Ⅳ室中，H2O得電子生成H2和OH－，Na＋從Ⅲ室進入Ⅳ室，則電解一段時間后，Ⅳ室中氫氧化鈉溶液濃度將增大。(4)283.5 g Ni(H2PO2)2的物質的量為＝1.5 mol，則線路中轉移電子3 mol，Li電極上失電子的Li為3 mol，質量減少3 mol×7 g/mol＝21 g。

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