資源簡介

第四章　化學反應與電能
題型整合練　突破多室?guī)る姵亍⒍喑卮?lián)電化學裝置　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
題型1　　多室?guī)る娀瘜W裝置
1.鋅溴液流電池具有高能量密度和長循環(huán)壽命的特點,適用于儲能系統(tǒng),其反應的化學方程式為Zn+Br2 ZnBr2,裝置如圖所示,其中Q·Br-能與單質溴結合生成Q·B。下列說法錯誤的是 (　　)
A.正、負極電解液均為溴化鋅溶液
B.Q·Br-能有效防止溴的揮發(fā)
C.充電時,陽極的電極反應為2Br--2e-+Q·Br- Q·B
D.為防止電池自放電,隔膜應為陰離子交換膜
2.目前,應用電滲析法進行海水淡化是解決淡水資源匱乏的有效途徑之一,該方法是利用電解原理通過多組電滲析膜實現,工作原理如圖所示(以NaCl溶液代替海水),同時獲得產品Cl2、H2、NaOH。下列說法正確的是 (　　)
A.a是直流電源的負極
B.陽極區(qū)溶液濃度幾乎不變
C.膜pq、st分別為陽離子交換膜、陰離子交換膜
D.Ⅰ、Ⅱ口分別產生NaCl濃溶液、淡水
3.雙極膜在電滲析中應用廣泛,它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(fā)生遷移。如圖為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H2SO4溶液
C.Br-可從鹽室最終進入陽極液中
D.陰極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-
4.我國科學家設計如圖所示的電解池,實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變,電解生成氫氣的速率為x mol·h-1。下列說法錯誤的是 (　　)
A.b電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-
B.離子交換膜為陰離子交換膜
C.電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜
D.海水為電解池補水的速率為2x mol·h-1
題型2　　多池串聯(lián)電化學裝置
5.(經典題)下圖為相互串聯(lián)的三個裝置,下列說法正確的是(　　)
A.甲池中A極的電極反應式為CH4-8e-+2H2O CO2+8H+
B.若利用乙池在鐵片上鍍銀,則C是鐵片
C.往丙池中滴加酚酞,石墨附近溶液先變紅
D.若甲池消耗標準狀況下1.4 L CH4,則丙池中陽極上產生氣體的物質的量為0.15 mol
6.利用CH4燃料電池電解制備Ca(H2PO4)2并得到副產物NaOH、H2、Cl2,裝置如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.a極反應:CH4-8e-+4 CO2+2H2O
B.A膜和C膜均為陰離子交換膜,B膜為陽離子交換膜
C.可用鐵電極替換陽極的石墨電極
D.a極上通入2.24 L甲烷,理論上產品室可新增0.4 mol Ca(H2PO4)2
7.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(yè)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(fā)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電極的電極反應式為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)
8.如圖所示,A、B、C、D均為石墨電極,E、F分別為短周期相鄰兩種活潑金屬元素對應的單質,且E能與NaOH溶液反應。按圖示接通電路,反應一段時間。
回答下列問題:
(1)甲池是　　　　(填“原電池”或“電解池”)裝置,電極A的名稱是　　　　。
(2)C極為　　　　(填“陰極”或“陽極”),電極反應式為　　　　　。
(3)燒杯中溶液會變藍的是　　　　(填“a”或“b”)。
(4)F極的名稱是　　　　(填“正極”或“負極”),電極反應式為　　。
(5)甲池中總反應的離子方程式為　　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
1.D 2.B 3.D 4.D 5.D 6.A 7.B
1.D　根據電池反應的化學方程式Zn+Br2 ZnBr2可知,正、負極電解液均為溴化鋅溶液,A正確;Q·Br-能與單質溴結合生成Q·B,能有效防止溴揮發(fā),B正確;充電時Br-在陽極放電,再與Q·Br-結合,陽極的電極反應為2Br--2e-+Q·Br- Q·B,C正確;充電時生成的Q·B向負極擴散,與負極的鋅發(fā)生反應造成自放電,為防止Q·B向負極移動,隔膜應為陽離子交換膜,D錯誤。
2.B　電極N產生H2,則電極N為陰極,與電源負極相連,則b為直流電源負極,a為直流電源正極,A錯誤;陽極的電極反應為2Cl--2e- Cl2↑,①中氯離子通過陰離子交換膜pq進入陽極區(qū),溶液濃度幾乎不變,B正確;①中氯離子通過陰離子交換膜pq進入陽極區(qū),③中鈉離子通過陽離子交換膜st進入陰極區(qū),C錯誤;①中氯離子向左側移動,鈉離子向右側移動,氯化鈉溶液濃度減小,使Ⅰ口對應區(qū)域形成淡水,Ⅱ口對應區(qū)域形成NaCl濃溶液,D錯誤。
解題技法
含“膜”電池中“隔膜”的常考點
　　(1)判斷隔膜類型:根據電極反應式,判斷隔膜兩側離子變化,根據溶液呈電中性判斷離子遷移的方向。(2)分析隔膜作用:在產品制備中,隔膜的主要作用是提高產品純度,避免產物之間發(fā)生反應。
3.D　電解時,溶液中的陽離子向陰極移動,陰離子向陽極移動,鹽室中的Na+通過陽離子交換膜進入交換室1,雙極膜提供的氫氧根離子進入交換室1,出口2的產物為NaOH溶液,A錯誤;鹽室中的Br-通過陰離子交換膜進入交換室2,雙極膜提供的氫離子進入交換室2,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的產物不是H2SO4溶液,B錯誤;Br-不能通過雙極膜,即Br-不會從鹽室最終進入陽極液中,C錯誤;電解池陰極發(fā)生還原反應,電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-,D正確。
4.D　根據題意,該裝置為電解池,在陰極制得H2;根據“該裝置工作時陽極無Cl2生成”,可知陽極上不是Cl-失電子,而是OH-失電子得到O2。與電源負極相連的b電極為陰極,該極產物H2是由水電離出的氫離子得電子產生的,電極反應為2H2O+2e- H2↑+2OH-,A項正確;陽極OH-放電且陽極KOH溶液的濃度不變,所以陰極產生的OH-通過離子交換膜進入陽極區(qū),在陽極失電子得到O2,則裝置中的離子交換膜為陰離子交換膜,B項正確;PTFE膜透汽不透液態(tài)水,所以海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜,C項正確;根據電解總反應2H2O 2H2↑+O2↑,生成H2的速率等于消耗水的速率,即補水的速率為x mol·h-1,D項錯誤。
5.D　結合圖示裝置可知甲池為燃料電池,乙池和丙池均為電解池。甲池中CH4在堿性條件下失電子發(fā)生氧化反應,電極反應式為CH4+10OH--8e- C+7H2O,A錯誤;若利用乙池在鐵片上鍍銀,鐵片作陰極,即D是鐵片,B錯誤;丙池中Fe電極與電源負極相連,為陰極,石墨電極為陽極,在石墨電極生成Cl2,在Fe電極生成H2和NaOH,則往丙池中滴加酚酞,鐵電極附近溶液先變紅,C錯誤;若甲池消耗標準狀況下1.4 L CH4,反應中失去電子的物質的量為×8=0.5 mol,串聯(lián)電路中轉移電子的物質的量相等,則丙池陽極也失去0.5 mol電子,丙池中陽極開始時的電極反應為2Cl--2e- Cl2↑,溶液中含n(Cl-)=0.1 L×1 mol/L=0.1 mol,產生0.05 mol Cl2,然后陽極水電離出的OH-放電,結合2H2O-4e- O2↑+4H+可知轉移0.4 mol電子時生成0.1 mol O2,即陽極上共生成氣體(0.05+0.1) mol=0.15 mol,D正確。
反思升華
串聯(lián)類電池的解題流程
6.A　左側裝置為原電池,右側裝置為電解池,陽極接正極,陰極接負極,根據O2-移動方向可知b極為正極,a極為負極,負極上甲烷被氧化生成CO2,電極反應式為CH4-8e-+4O2- CO2+2H2O,A正確。陽極室Cl-被氧化生成Cl2,Ca2+向產品室移動;陰極室H2O得電子生成H2和OH-,原料室的Na+向陰極室移動,H2P向產品室移動,A膜和C膜均為陽離子交換膜,B膜為陰離子交換膜,B錯誤。若用鐵電極替換陽極的石墨電極,電解時,鐵電極失去電子生成Fe2+,影響Ca(H2PO4)2的制備,C錯誤。沒有指明氣體所處狀況,2.24 L甲烷的物質的量不能確定,D錯誤。
7.B　電解池a極區(qū)溶液中四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]濃度增大,可推出(CH3)4N+透過c向a電極移動,則c膜為陽離子交換膜,a電極為陰極,N型半導體為負極,P型半導體為正極,正極電勢高于負極;Cl-透過d向右側移動,則d為陰離子交換膜,Na+從陽極區(qū)透過e向左側移動,則e為陽離子交換膜,A正確、B錯誤。b為陽極,溶液中的氫氧根離子失去電子生成氧氣,電極反應式為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,標準狀況下氣體體積為33.6 L,D正確。
8.答案　(1)電解池　陽極
(2)陽極　2Cl--2e- Cl2↑
(3)a
(4)正極　2H2O+2e- H2↑+2OH-
(5)2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+
解析　E、F分別為短周期相鄰兩種活潑金屬元素對應的單質,且E能與NaOH溶液反應,則E為Al,F為Mg。
(1)Al、Mg、NaOH溶液組成的原電池中,Al失去電子被氧化生成[Al(OH)4]-,則E(Al)電極為負極,F(Mg)電極為正極;甲池和中間U形管均為電解池,根據電極的連接方式可知,電極A為陽極。
(2)U形管是電解裝置,D極連接Al電極(負極),作陰極,故電極C為陽極,Cl-在陽極上發(fā)生氧化反應生成Cl2,電極反應式為2Cl--2e- Cl2↑。
(3)電極C上Cl-發(fā)生氧化反應生成Cl2,Cl2通過導管進入淀粉-KI溶液,發(fā)生反應:2KI+Cl2 2KCl+I2,反應生成的I2遇淀粉溶液變藍,故a燒杯中溶液會變藍。
(4)F電極為原電池的正極,發(fā)生還原反應,電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-。
(5)甲池中A、B電極材料均為石墨,是惰性電極,電解CuSO4溶液時,陰極上Cu2+放電生成Cu,陽極上水電離出的OH-放電生成O2,故電池總反應為2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+。
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