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專題強化練1　隔膜在電化學中的應用
1.某儲能電池的工作原理如圖所示,溶液中c(H+)=2.0 mol·L-1,陰離子為S,a、b均為惰性電極,充電過程中左槽溶液顏色由藍色變為黃色。下列敘述正確的是 (　　)
A.當右槽溶液顏色由綠色變為紫色時,電池中的能量轉化形式為化學能轉化為電能
B.儲能電池a、b兩極間的電解質溶液中通過電子的定向移動形成閉合回路
C.充電過程中,a極的電極反應式為VO2+-e-+H2O V+2H+
D.放電時,H+從左槽通過質子交換膜進入右槽
2.(易錯題)某電解廢液中含有NaHPbO2,為防止污染環境,工業上利用此廢液回收Pb,裝置如圖。下列說法錯誤的是 (　　)
A.M電極的電勢高于N
B.若電路中轉移2 mol電子,陰極室溶液質量減少207 g
C.陰極的電極反應式為HPb+2e-+H2O Pb+3OH-
D.將陽離子交換膜換成陰離子交換膜,對Pb的產率無影響
3.雙極膜(BP)是陰、陽復合膜,在直流電作用下,陰、陽膜復合層間的H2O解離成H+和OH-。利用雙極膜電滲析法和惰性電極電解食鹽水可獲得淡水、NaOH溶液和鹽酸,其工作原理如下圖所示,M、N為離子交換膜。下列說法錯誤的是 (　　)
A.M膜為陽離子交換膜
B.出口2的產物是鹽酸
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
4.一種電解法制備高純鉻和硫酸的簡單裝置如圖所示。回答下列問題:
(1)b為直流電源的　　極;陰極反應式為　　　　　　　　　　　。
(2)A膜為　　　離子交換膜,B膜為　　　離子交換膜(填“陰”或“陽”)。
(3)當外電路轉移4 mol電子時,理論上丙中溶液質量減輕　　　g。
答案與分層梯度式解析
1.C 2.B 3.D
1.C　
充電過程中左槽溶液顏色由藍色變為黃色,則外接電源左側為正極,右側為負極,a為陽極,b為陰極,放電過程中a為正極,b為負極。當右槽溶液顏色由綠色變為紫色,V3+得到電子,化合價降低,發生還原反應,b作陰極,此時的能量轉化形式為電能轉化為化學能,A項錯誤;儲能電池a、b兩極間的電解質溶液中通過離子的定向移動形成閉合回路,B項錯誤;充電過程中,a為陽極,VO2+失去電子變成V,電極反應式為VO2+-e-+H2O V+2H+,C項正確;放電過程中H+移向正極,即從右槽通過質子交換膜進入左槽,D項錯誤。
方法點津
有“膜”條件下離子移動方向的判斷方法
2.B　左側電極上OH-失去電子生成O2,左側電極為陽極,電極反應為4OH--4e- O2↑+2H2O,M為正極;右側電極上HPb得到電子生成Pb,右側電極為陰極,電極反應為HPb+2e-+H2O Pb+3OH-,N為負極,M電極的電勢高于N,A正確;陰極電極反應為HPb+2e-+H2O Pb+3OH-,轉移2 mol電子時,有2 mol Na+由左側經陽離子交換膜到達右側,陰極室溶液質量減少207 g-2 mol×23 g·mol-1=161 g,B錯誤、C正確;Na+由左側經陽離子交換膜到達右側,將陽離子交換膜換成陰離子交換膜,多余的OH-經陰離子交換膜由右側到達左側,對Pb的產率無影響,D正確。
易錯分析
分析某室質量的變化,既要考慮該區的電極反應或化學反應,又要考慮通過隔膜的離子帶來的質量變化,本題中電路中轉移2 mol電子時,有1 mol Pb析出,溶液的質量減少207 g,同時Na+由左側經陽離子交換膜到達右側,溶液的質量增加2 mol×23 g·mol-1=46 g,即陰極室溶液減少的質量是二者的差。
3.D　根據圖示信息可知,陰極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-,陽極反應式為2H2O-4e- O2↑+4H+,總反應是電解水。由鹽室得到的產物為淡水,知鹽室中Na+經過M膜移向左側產品室,Cl-經過N膜移向右側產品室,出口2的產物是鹽酸,A、B正確;若去掉雙極膜(BP),Cl-會發生電極反應:2Cl--2e- Cl2↑,C正確;總的電極反應為2H2O 2H2↑+O2↑,每轉移1 mol電子,兩極共得到0.75 mol氣體,D錯誤。
4.答案　(1)正　Cr3++3e- Cr　(2)陰　陽　(3)36
解析　該裝置制備高純鉻和硫酸,Cr電極上Cr3+得電子生成單質鉻,則Cr棒為陰極,a為直流電源的負極,石墨為陽極,b為直流電源的正極;陰極反應式為Cr3++3e- Cr。
(2)Cr棒為陰極,石墨為陽極,為制得硫酸,S要從陰極區向中間區域移動,H+要從陽極區向中間區域移動,所以A膜為陰離子交換膜,B膜為陽離子交換膜。
(3)陽極上水失電子生成氧氣,電極反應式為2H2O-4e- 4H++O2↑,當外電路轉移4 mol電子時,有1 mol O2逸出、4 mol H+向中間區域移動,所以理論上丙中溶液質量減輕32 g+4 g=36 g。
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