第3课时 电化学计算模型 多池、多室装置
[核心素养发展目标] 1.掌握电子守恒规律在电化学中的应用。2.掌握多池连接装置的形式及分析思路。3.了解离子交换膜的类型及其作用。
一、电化学计算模型
1．电化学常涉及的计算问题
原电池和电解池的计算常涉及两极产物定量计算，电路中转移电子数的计算、溶液pH的计算、电解前后电极或电极区质量的差值计算等。
2．电化学计算模型
1．500 mL KCl和Cu(NO3)2的混合溶液中c(Cu2＋)＝0.2 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，通电一段时间后，两电极均收集到5.6 L(标准状况下)气体，假设电解后溶液的体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．原混合溶液中c(Cl－)＝0.3 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移0.5 mol电子
C．电解得到的无色气体与有色气体的体积比为3∶7
D．阳极收集到的气体为Cl2和O2
2．把两支惰性电极插入500 mL硝酸银溶液中，通电电解。当电解质溶液中c(H＋)从10－6 mol·L－1变为10－3 mol·L－1时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是( )
A．27 mg B．54 mg
C．108 mg D．216 mg
3．(2023·厦门高二期中)光电池在光照条件下可产生电流，如图装置可以实现光能源的充分利用，双极膜可将水解离为H＋和OH－，并实现其定向通过。下列说法不正确的是( )
A．该装置可利用光能实现水的分解
B．光照过程中阴极区溶液的pH变小
C．再生池中的反应为2V2＋＋2H＋2V3＋＋H2↑
D．电路中每有2 mol电子通过，阳极区溶液质量增加2 g
二、多池装置
1．一池两用
用如图所示装置进行实验：
(1)若开始时K与N连接，则构成___________________________________________，
铁棒上发生的电极反应式为________________________________________________；
石墨电极产生的现象为____________________________________________________。
(2)若开始时K与M连接，则构成__________________________________________，
铁棒上发生的电极反应式为________________________________；石墨电极产生的现象为_________________________，一段时间后，溶液的pH________。
(3)若用铝条和镁条分别代替图中的石墨和铁棒电极，电解质溶液为氢氧化钠溶液，请写出原电池负极的电极反应式：____________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．多池串联
如图所示装置：
回答下列问题：
(1)甲池是______，乙池是将________能转化为______能的装置。
(2)写出甲、乙、丙池中各电极的电极名称和电极反应式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3．多池装置的解题模型
1．用如图装置进行电解实验(a、b、c、d均为铂电极)，供选择的有4组电解液，要满足下列要求：①工作一段时间后A烧杯的pH上升，B烧杯的pH下降；②b、c两极上反应的离子的物质的量相等，应选择的电解质溶液是( )
A．A烧杯NaOH溶液；B烧杯CuSO4溶液
B．A烧杯AgNO3溶液；B烧杯CuCl2溶液
C．A烧杯Na2SO4溶液；B烧杯AgNO3溶液
D．A烧杯NaCl溶液；B烧杯AgNO3溶液
2．某兴趣小组设计如图所示实验装置，两个相同的玻璃管中盛满NaCl稀溶液(滴有酚酞)，闭合S1一段时间后，两极均有气泡产生，Cu电极一侧液面比C电极一侧的低；断开S1，闭合S2，电流表指针发生偏转。下列叙述正确的是( )
A．闭合S1时，Cu电极产生气泡的原因为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．闭合S1时，若铜电极接直流电源的正极，两极均有气泡产生
C．断开S1、闭合S2时，C电极作负极
D．断开S1、闭合S2时，Cu电极上发生反应：H2－2e－＋2OH－===2H2O
3．如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题：
(1)电源中X极是______(填“正”或“负”)极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝______________。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后溶液中仍有Cl－，则电解后溶液中的c(OH－)＝__________ mol·L－1。
三、多室装置——离子交换膜的作用
1．常见的离子交换膜
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。
离子交换膜分为
(1)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜：只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜：只允许H＋通过，不允许其他阳离子或阴离子通过。
(4)双极隔膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离的产物H＋和OH－可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。
2．离子交换膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．典例剖析
例1 某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl，当电路中转移a mol电子时，交换膜左侧溶液中约减少________ mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)____(填“>”“＜”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。
例2 (2021·广东，16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是( )
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1 mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋
例3 H3PO2可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：
(1)写出阳极的电极反应式：______________________________________________。
(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：_________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质，该杂质产生的原因是____________________________________。
1．(2023·山东师大附中期中)科研人员发明了一种Al-PbO2电池，通过X和Y两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域，电解质分别为KOH、K2SO4、H2SO4，结构示意图如图(已知a＞b)。该电池放电时，下列说法错误的是( )
A．R区K2SO4浓度逐渐增大
B．K＋通过X膜由M区移向R区
C．N区电极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O
D．每消耗1.8 g Al，N区电解质溶液减少19.2 g
2．(2023·石家庄高二月考)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是( )
A．X、Y依次为阴离子、阳离子交换膜
B．a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，产生的H＋向b极移动
C．b极为正极
D．当电路中转移1 mol电子时，在b极室可以生成40 g NaOH
3．科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子为2 mol
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，阳极溶液中OH－浓度升高
第3课时 电化学计算模型 多池、多室装置
一、
应用体验
1．D
2．B [解法1 根据得失电子守恒计算
由得失电子守恒知，e－～H＋～Ag，所以n(Ag)＝n(H＋)。AgNO3溶液电解后产生酸，n(Ag)＝n(H＋)≈10－3 mol·L－1×0.5 L＝5×10－4 mol，m(Ag)＝n(Ag)×M＝5×10－4 mol×108 g·mol－1＝0.054 g＝54 mg。
解法2 根据电极反应式计算
4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
432 g 4 mol
m 5×10－4 mol
m＝＝0.054 g，即54 mg。]
3．D [由图上电子的移动方向可知右侧是电解池的阳极，反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应式为V3＋＋e－===V2＋，双极膜可将水解离为H＋和OH－，由图可知，H＋进入阴极，OH－进入阳极，放电后的溶液进入再生池中在催化剂条件下发生反应放出氢气，反应方程式为2V2＋＋2H＋2V3＋＋H2↑，电路中每有2 mol电子通过，会有2 mol氢氧根离子进入阳极，生成0.5 mol氧气，阳极区溶液质量增加18 g，D项错误。]
二、
1．(1)原电池 Fe－2e－===Fe2＋ 有无色气泡生成 (2)电解池 2H＋＋2e－===H2↑ 有淡黄绿色气泡生成 增大
(3)Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O
2．(1)原电池 电 化学
(2)A极：负极，CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
B极：正极，O2＋4e－＋2H2O===4OH－
Cu极：阳极，Cu－2e－===Cu2＋
Ag极：阴极，Cu2＋＋2e－=== Cu
Pt(Ⅰ)极：阳极，2Cl－－2e－=== Cl2↑
Pt(Ⅱ)极：阴极，Mg2＋＋2H2O＋2e－=== H2↑＋Mg(OH)2↓
应用体验
1．D
2．D [闭合S1时，铜为阴极，产生气泡的原因为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A错误；闭合S1时，若铜电极接直流电源的正极，Cu作阳极被氧化生成Cu2＋，阳极无气泡产生，B错误；断开S1、闭合S2时，Cu电极一侧的H2发生氧化反应，Cu电极作负极，C电极作正极，C错误；电解时阴极产物为H2和NaOH，形成原电池时，H2在碱性条件下发生氧化反应，其电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，D正确。]
3．(1)负 (2)0.025 mol·L－1 (3)0.1
解析 (1)铜电极增重，说明银在铜电极析出，则铜电极为阴极，X为负极。(2)C中铜电极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子；由4e－～O2可知，B中阳极产生的O2只有0.005 mol，即112 mL；但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL是H2，即全部Cu2＋在阴极放电后，H＋接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol电子时，Cu2＋已被电解完；由2e－～Cu2＋，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。(3)由得失电子守恒知，A中生成0.02 mol OH－，则c(OH－)＝＝0.1 mol·L－1。
三、
例1 2a >
例2 D [分析可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；阴极生成1 mol钴，阳极有1 mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18 g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜后，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误。]
例3 (1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
(3)PO H2PO(或H3PO2)被氧化
跟踪训练
1．D
2．B [根据图示可知，在a极上CH3COO－失去电子被氧化，生成CO2和H＋，碳元素化合价升高，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。为了实现海水的淡化，海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜X为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜Y为阳离子交换膜，A、C正确；a极为负极，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，由于隔膜X是阴离子交换膜，所以阻碍生成的H＋向正极移动，B错误；当电路中转移1 mol电子时，会有1 mol Na＋进入b极室形成1 mol NaOH，其质量是40 g，D正确。]
3．D [由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子为2 mol，B项正确；充电时阳极上发生反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。](共90张PPT)
电化学计算模型 多池、多室装置
第3课时
专题1 第二单元解题能力提升
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核心素养
发展目标
1.掌握电子守恒规律在电化学中的应用。
2.掌握多池连接装置的形式及分析思路。
3.了解离子交换膜的类型及其作用。
内容索引
一、电化学计算模型
二、多池装置
课时对点练
三、多室装置——离子交换膜的作用
电化学计算模型
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一
1.电化学常涉及的计算问题
原电池和电解池的计算常涉及两极产物定量计算，电路中转移电子数的计算、溶液pH的计算、电解前后电极或电极区质量的差值计算等。
一
电化学计算模型
2.电化学计算模型
1.500 mL KCl和Cu(NO3)2的混合溶液中c(Cu2＋)＝0.2 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，通电一段时间后，两电极均收集到5.6 L(标准状况下)气体，假设电解后溶液的体积仍为500 mL，下列说法正确的是
A.原混合溶液中c(Cl－)＝0.3 mol·L－1
B.上述电解过程中共转移0.5 mol电子
C.电解得到的无色气体与有色气体的体积比为3∶7
D.阳极收集到的气体为Cl2和O2
√
阳极Cl－先放电，然后是H2O电离出的OH－放电，即2Cl－－2e－===Cl2↑，2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；
阴极Cu2＋先放电，然后H＋放电，即Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。
结合两极均收集到5.6 L(标准状况下)气体，则阴极收集到0.25 mol H2，原混合溶液中n(Cu2＋)＝0.2 mol·L－1×0.5 L＝0.1 mol，Cu2＋放电共转移0.2 mol电子，生成H2时转移0.5 mol电子，故阴极共转移0.7 mol电子。
设阳极生成Cl2、O2分别为x mol和y mol，则x＋y＝0.25，2x＋4y＝0.7，解得x＝0.15，y＝0.1。
电解时得到的无色气体为H2和O2，物质的量为0.25 mol＋0.1 mol＝0.35 mol，有色气体为Cl2，物质的量为0.15 mol，则无色气体与有色气体的体积比为0.35 mol∶0.15 mol＝7∶3，C错误、D正确。
2.把两支惰性电极插入500 mL硝酸银溶液中，通电电解。当电解质溶液中c(H＋)从10－6 mol·L－1变为10－3 mol·L－1时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是
A.27 mg B.54 mg
C.108 mg D.216 mg
√
解法1 根据得失电子守恒计算
由得失电子守恒知，e－～H＋～Ag，所以n(Ag)＝n(H＋)。AgNO3溶液电解后产生酸，n(Ag)＝n(H＋)≈10－3 mol·L－1×0.5 L＝5×10－4 mol，m(Ag)＝n(Ag)×M＝5×10－4 mol×108 g·mol－1＝0.054 g＝54 mg。
解法2 根据电极反应式计算
432 g 4 mol
m 5×10－4 mol
3.(2023·厦门高二期中)光电池在光照条件下可产生电流，如图装置可以实现光能源的充分利用，双极膜可将水解离为H＋和OH－，并实现其定向通过。下列说法不正确的是
A.该装置可利用光能实现水的分解
B.光照过程中阴极区溶液的pH变小
C.再生池中的反应为2V2＋＋2H＋ 2V3＋＋H2↑
D.电路中每有2 mol电子通过，阳极区溶液质量
增加2 g
√
由图上电子的移动方向可知右侧是电解池
的阳极，反应式为4OH－－4e－===2H2O＋
O2↑，阴极反应式为V3＋＋e－===V2＋，双
极膜可将水解离为H＋和OH－，
由图可知，H＋进入阴极，OH－进入阳极，
放电后的溶液进入再生池中在催化剂条件下发生反应放出氢气，反应方程式为2V2＋＋2H＋ 2V3＋＋H2↑，
电路中每有2 mol电子通过，会有2 mol氢氧根离子进入阳极，生成0.5 mol氧气，阳极区溶液质量增加18 g，D项错误。
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多池装置
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二
1.一池两用
用如图所示装置进行实验：
二
多池装置
(1)若开始时K与N连接，则构成 ，铁棒上发生的电极反应式为 ；石墨电极产生的现象为 。
(2)若开始时K与M连接，则构成 ，铁棒上发生的电极反应式为 ；石墨电极产生的现象为 ，
一段时间后，溶液的pH 。
原电池
Fe－2e－===Fe2＋
有无色气泡生成
电解池
2H＋＋2e－===H2↑
有淡黄绿色气泡生成
增大
(3)若用铝条和镁条分别代替图中的石墨和铁棒电极，电解质溶液为氢氧化钠溶液，请写出原电池负极的电极反应式：__________________
。
Al＋4OH－－3e－===
2.多池串联
如图所示装置：
回答下列问题：
(1)甲池是_______，乙池是将____能转化为______能的装置。
原电池
电
化学
(2)写出甲、乙、丙池中各电极的电极名称和电极反应式。
B极：正极，O2＋4e－＋2H2O===4OH－
Cu极：阳极，Cu－2e－===Cu2＋
Ag极：阴极，Cu2＋＋2e－=== Cu
Pt(Ⅰ)极：阳极，2Cl－－2e－=== Cl2↑
Pt(Ⅱ)极：阴极，Mg2＋＋2H2O＋2e－=== H2↑＋Mg(OH)2↓
3.多池装置的解题模型
1.用如图装置进行电解实验(a、b、c、d均为铂电极)，供选择的有4组电解液，要满足下列要求：①工作一段时间后A烧杯的pH上升，B烧杯的pH下降；②b、c两极上反应的离子的物质的量相等，应选择的电解质溶液是
A.A烧杯NaOH溶液；B烧杯CuSO4溶液
B.A烧杯AgNO3溶液；B烧杯CuCl2溶液
C.A烧杯Na2SO4溶液；B烧杯AgNO3溶液
D.A烧杯NaCl溶液；B烧杯AgNO3溶液
√
铂电极是惰性电极，工作一段时间后，A烧杯的pH上
升，电解Na2SO4溶液的实质是电解水，pH不变；电解
AgNO3溶液时，生成Ag、O2和HNO3，pH下降，故B、
C错误；
b是阳极，c是阴极，b、c两极上反应的离子的物质的量相等，若B烧杯是CuSO4溶液，c电极上消耗1 mol Cu2＋时转移2 mol电子，则b电极上消耗2 mol OH－，不符合要求，A错误；
若A烧杯是NaCl溶液，B烧杯是AgNO3溶液，b电极上有1 mol Cl－被氧化时转移1 mol电子，同时c电极上有1 mol Ag＋被还原，且工作一段时间后，A烧杯的pH上升，B烧杯的pH下降，D正确。
2.某兴趣小组设计如图所示实验装置，两个相同的玻璃管中盛满NaCl稀溶液(滴有酚酞)，闭合S1一段时间后，两极均有气泡产生，Cu电极一侧液面比C电极一侧的低；断开S1，闭合S2，电流表指针发生偏转。
下列叙述正确的是
A.闭合S1时，Cu电极产生气泡的原因为2Cl－－2e－===Cl2↑
B.闭合S1时，若铜电极接直流电源的正极，两极均有气泡
产生
C.断开S1、闭合S2时，C电极作负极
D.断开S1、闭合S2时，Cu电极上发生反应：H2－2e－＋2OH－===2H2O
√
闭合S1时，铜为阴极，产生气泡的原因为2H2O＋2e－===
H2↑＋2OH－，A错误；
闭合S1时，若铜电极接直流电源的正极，Cu作阳极被氧化
生成Cu2＋，阳极无气泡产生，B错误；
断开S1、闭合S2时，Cu电极一侧的H2发生氧化反应，Cu电
极作负极，C电极作正极，C错误；
电解时阴极产物为H2和NaOH，形成原电池时，H2在碱性条件下发生氧化反应，其电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，D正确。
3.如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题：
(1)电源中X极是_____(填“正”或“负”)极。
负
铜电极增重，说明银在铜电极析出，则铜电极为阴极，X为负极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝______________。
0.025 mol·L－1
C中铜电极增重2.16 g，即析出0.02 mol
Ag，线路中通过0.02 mol电子；
由4e－～O2可知，B中阳极产生的O2只有
0.005 mol，即112 mL；
但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL是H2，即全部Cu2＋在阴极放电后，H＋接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 mol电子时，Cu2＋已被电解完；
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后溶液中仍有Cl－，则电解后溶液中的c(OH－)＝______ mol·L－1。
0.1
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多室装置——离子交换膜的作用
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三
1.常见的离子交换膜
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过功能的膜，通常由特殊高分子材料制成。
离子交换膜分为
(1)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜：只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
三
多室装置——离子交换膜的作用
(3)质子交换膜：只允许H＋通过，不允许其他阳离子或阴离子通过。
(4)双极隔膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离的产物H＋和OH－可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。
2.离子交换膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3.典例剖析
例1 某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl，当电路中转移a mol电子时，交换膜左侧溶液中约减少_____ mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)______(填“>”“＜”或“＝”)1 mol·L－1
(忽略溶液体积变化)。
2a
>
负极电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，原电池工作时，电路中转移a mol电子，则负极消耗a mol Cl－，形成闭合回路移向正极的n(H＋)为a mol，所以负极区即交换膜左侧溶液中约减少2a mol离子；
正极区电极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，生成
n(HCl)＝a mol，所以交换膜右侧溶液c(HCl)
增大，即交换膜右侧溶液c(HCl)>1 mol·L－1。
例2 (2021·广东，16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是
A.工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应：2Co2＋＋2H2O 2Co＋O2↑＋4H＋
√
分析可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交
换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度
增大，溶液pH减小，故A错误；
阴极生成1 mol钴，阳极有1 mol水放电，则Ⅰ室
溶液质量减少18 g，故B错误；
若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜后，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误。
例3 H3PO2可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：
(1)写出阳极的电极反应式：__________________________。
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：_____________________________
____________________________________________________________。
阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产
品室，原料室的 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有______杂质，该杂质产生的原因是_______________________。
1.(2023·山东师大附中期中)科研人员发明了一种Al-PbO2电池，通过X和Y两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域，电解质分别为KOH、K2SO4、H2SO4，结构示意图如图(已知a＞b)。该电池放电时，下列说法错误的是
A.R区K2SO4浓度逐渐增大
B.K＋通过X膜由M区移向R区
C.N区电极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋ ===
PbSO4＋2H2O
D.每消耗1.8 g Al，N区电解质溶液减少19.2 g
√
结合负极反应可知每消耗1.8 g Al转移
×3＝0.2 mol电子，此时正
极区减少0.2 mol H2SO4，同时生成
0.2 mol H2O，即N区电解质溶液减少
质量为0.2 mol×98 g·mol－1－0.2 mol×18 g·mol－1＝16 g，D错误。
2.(2023·石家庄高二月考)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是
A.X、Y依次为阴离子、阳离子交换膜
B.a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2
＋7H＋，产生的H＋向b极移动
C.b极为正极
D.当电路中转移1 mol电子时，在b极室可以生成40 g NaOH
√
根据图示可知，在a极上CH3COO－失去电
子被氧化，生成CO2和H＋，碳元素化合价
升高，所以a极为该原电池的负极，则b极
为正极。为了实现海水的淡化，海水中的
氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜X为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜Y为阳离子交换膜，A、C正确；
a极为负极，电极反应式为CH3COO－＋
2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，由于隔膜X
是阴离子交换膜，所以阻碍生成的H＋向
正极移动，B错误；
当电路中转移1 mol电子时，会有1 mol Na＋进入b极室形成1 mol NaOH，其质量是40 g，D正确。
3.科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是
A.放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===
B.放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的
电子为2 mol
C.充电时，电池总反应为 ===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D.充电时，阳极溶液中OH－浓度升高
√
由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn
－2e－＋4OH－=== ，A项正确；
放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价
降低2，则1 mol CO2转化为HCOOH时，
转移电子为2 mol，B项正确；
充电时阳极上发生反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。
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课时对点练
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对点训练
题组一 电解池与原电池的综合应用
1.如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析错误的是
A.闭合K1构成原电池，闭合K2构成电解池
B.闭合K1，铁棒上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋
C.闭合K2，铁棒不会被消耗
D.闭合K1，石墨棒周围溶液pH逐渐减小
√
对点训练
闭合K1构成原电池，铁棒是负极，铁失去电子，铁棒
上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，闭合K2构成电解池，
铁棒与电源的负极相连，作阴极不会被消耗，A、B、
C正确；
闭合K1构成原电池，石墨棒是正极，电极反应为O2＋
4e－＋2H2O===4OH－，石墨棒周围溶液pH逐渐升高，D错误。
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对点训练
2.(2024·黑龙江、吉林1月适应性测试)如图，b为H＋/H2标准氢电极，可发生还原反应(2H＋＋2e－===H2↑)或氧化反应(H2－2e－===2H＋)，a、c分别为AgCl/Ag、AgI/Ag电极。实验发现：1与2相连a电极质量减小，2与3相连c电极质量增大。下列说法正确的是
A.1与2相连，盐桥1中阳离子向b电极移动
B.2与3相连，电池反应为2Ag＋2I－＋2H＋
===2AgI＋H2↑
C.1与3相连，a电极减小的质量等于c电极
增大的质量
D.1与2、2与3相连，b电极均为e－流出极
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对点训练
1与2相连，左侧两池构成原电池，a电
极质量减小，AgCl转化为Ag，说明a为
正极，b为负极，盐桥1中阳离子向a电
极移动，A错误；
2与3相连，右侧两池构成原电池，c电
极质量增大，Ag转化为AgI，说明c为负极，b为正极，生成氢气，电池反应为2Ag＋2I－＋2H＋===2AgI＋H2↑，B正确；
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对点训练
1与3相连，由于AgI更难溶，AgCl转化
为AgI，a极为正极，AgCl转化为Ag，
a极质量减小，c极为负极，Ag转化为
AgI，c极质量增加，a电极减小的质量
小于c电极增大的质量，C错误；
1与2相连，b为负极，b电极为e－流出极，2与3相连，c为负极，c电极为e－流出极，D错误。
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对点训练
题组二 离子交换膜电化学装置的分析
3.催化还原二氧化碳是解决温室效应及能源问题的重要手段之一，中国科学家设计出如图装置实现CO2的转化，电池总反应为CO2＋NaCl CO＋NaClO。下列说法错误的是
A.该装置工作时，质子通过质子交换膜由阳
极室移向阴极室
B.催化电极Ⅰ上发生的电极反应为CO2＋2e－
＋2H＋===CO＋H2O
C.太阳能电池的正极为A极
D.该装置不仅还原CO2，还产生了次氯酸盐
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对点训练
根据图中的物质变化可知，催化电极Ⅰ为阴
极，催化电极Ⅱ为阳极，A极为负极，B极
为正极。在电解池中，阳离子向阴极移动，
则质子通过质子交换膜由阳极室移向阴极室，
A项正确；
阴极的电极反应为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，B项正确；
由电池总反应可知，D项正确。
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对点训练
4.(2023·西安高二检测)“容和一号”铁铬液流电池的总反应为Fe3＋＋Cr2＋
Fe2＋＋Cr3＋。闭合K1，断开K2时，工作原理如图所示，其中a电极上涂有固态氢化铋(BiHx)。下列说法错误的是
A.充电时，a电极连接电源的负极
B.放电时，正极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋
C.放电时，H＋从a极区移向b极区
D.充电时，BiHx只起导电的作用
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对点训练
充电时为电解池，根据总反应：Fe3＋＋Cr2＋
Fe2＋＋Cr3＋可知，Cr3＋发生得电子的还原反应生成
Cr2＋，a电极为阴极，应连接电源的负极，A正确；
放电时，b电极为正极，Fe3＋发生得电子的还原
反应生成Fe2＋，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，
B正确；
电池放电时，a电极为负极，b电极为正极，则H＋从a极区移向b极区，C正确；
充电时，BiHx起导电和转移电子的作用，D错误。
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对点训练
题组三 串联电化学装置的分析
5.用碱性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如图所示。下列说法正确的是
A.燃料电池工作时负极反应为H2===2H＋
＋2e－
B.若要实现铁上镀铜，则a极是铁，b极是铜
C.若要实现电解精炼铜，则a极发生氧化反应，b极上有铜析出
D.a、b两极均是石墨时，在相同条件下，当电池中消耗22.4 L(标准状况)
H2时，a极析出64 g铜
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碱性氢氧燃料电池工作时负极通入H2，电
极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，A
错误；
若要实现铁上镀铜，则a极(阳极)是铜，b极(阴极)是铁，B错误；
若要实现电解精炼铜，则a极连接粗铜，发生氧化反应，b极为阴极，Cu2＋得电子，b极上有铜析出，C正确；
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a、b两极均是石墨时，在相同条件下，当
电池中消耗22.4 L(标准状况)H2时，外电路
转移2 mol e－，b极为阴极，析出64 g铜，
a极为阳极，不能析出铜，D错误。
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对点训练
6.如图为相互串联的三个装置，下列说法正确的是
A.甲池中A极的电极反应式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
B.若利用乙池在铁片上镀银，则C是铁片
C.向丙池中滴加酚酞，石墨附近溶液先变红
D.若甲池消耗标准状况下1.4 L CH4，则丙池中阳极上产生气体的物质的
量为0.15 mol
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对点训练
结合图示装置可知甲池为燃料电池，乙
池和丙池均为电解池。甲池中CH4在碱
性条件下失电子发生氧化反应，电极反
应为CH4＋10OH－－8e－=== ＋7H2O，A错误；
若利用乙池在铁片上镀银，铁片作阴极，即D是铁片，B错误；
丙池中Fe电极与电源负极相连，为阴极，石墨电极为阳极，在石墨电极生成Cl2，在Fe电极生成H2和NaOH，则向丙池中滴加酚酞，铁电极附近溶液先变红，C错误；
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若甲池消耗标准状况下1.4 L CH4，反应
中失去电子的物质的量为
×8＝0.5 mol，串联电路中转移电子的
物质的量相等，则丙池阳极也失去0.5 mol电子，丙池中阳极开始时的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中含n(Cl－)＝0.1 mol，产生0.05 mol Cl2，然后水电离出的OH－放电，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，可知转移0.4 mol电子时生成0.1 mol O2，即阳极上共生成气体为(0.05＋0.1) mol＝0.15 mol，D正确。
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题组四 电化学计算
7.LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。其工作示意图如图，LiPON薄膜只允许Li＋通过，电池总反应为LixSi＋Li1－xCoO2 Si＋LiCoO2。下列有关说法正确的是
A.LiPON薄膜在充、放电过程中质量发生变化
B.导电介质c可为Li2SO4水溶液
C.放电时b极为正极，电极反应为Li1－xCoO2＋
xe－＋xLi＋===LiCoO2
D.充电时，当外电路通过0.2 mol 电子时，非晶硅薄膜上质量减少1.4 g
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由电池总反应为LixSi＋Li1－xCoO2 Si＋
LiCoO2可知，充电时a极为阴极，电极反应
式为xLi＋＋xe－＋Si===LixSi，b极为阳极，
电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋
xLi＋；放电时a极为负极，电极反应式为LixSi－xe－===Si＋xLi＋，b极为正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2。LiPON薄膜在充、放电过程中并未参与电极反应，故其质量不发生变化，A错误；
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由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故导电介
质c不能为Li2SO4水溶液，B错误；
充电时，a极为阴极，发生反应：xLi＋＋xe－
＋Si===LixSi，当外电路通过0.2 mol 电子时，
非晶硅薄膜上质量增加0.2 mol×7 g·mol－1＝1.4 g，D错误。
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对点训练
8.用如图所示装置电解硫酸铜和氯化钠的混合溶液，当线路中有1.2 mol 电子通过时，甲电极增重并有4.48 L(已折算成标准状况下的体积，下同)气体生成，乙电极上生成气体7.84 L，则原溶液中硫酸铜与氯化钠的物质的量之比为
A.2∶1 B.4∶1
C.2∶3 D.4∶3
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该电解池阴极的电极反应式为①Cu2＋＋2e－===Cu、
②2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极的电极反应式
为③2Cl－－2e－===Cl2↑、④2H2O－4e－===4H＋＋
O2↑，甲电极增重，并有4.48 L气体生成，
则甲电极为阴极，乙电极为阳极，甲电极上生成的氢气为0.2 mol，乙电极上生成气体7.84 L(氯气和氧气，共0.35 mol)，反应共转移1.2 mol电子，阴极上反应②共得到0.4 mol电子，
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对点训练
则反应①共得到电子1.2 mol－0.4 mol＝0.8 mol，可
计算出原溶液中Cu2＋的物质的量为0.4 mol；
设阳极产生氯气的物质的量为x，产生氧气的物质的
量为y，则x＋y＝0.35 mol，2x＋4y＝1.2 mol，联立两
个方程，解得x＝0.1 mol，y＝0.25 mol，
所以溶液中Cl－为0.2 mol，则原溶液中硫酸铜与氯化钠的物质的量之比为0.4∶0.2＝2∶1，A正确。
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9.(2023·徐州高二质检)用阴离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米Cu2O，反应为2Cu＋H2O Cu2O＋H2↑，装置如图，下列说法正确的是
A.电解时OH－通过阴离子交换膜向Ti极移动
B.阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O
C.阴极OH－放电，有O2生成
D.Ti电极和Cu电极上生成物的物质的量之比为2∶1
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Cu极与外加电源的正极相连，Cu极为阳极，Ti极与
外加电源的负极相连，Ti极为阴极。电解时阴离子向
阳极移动，则OH－通过阴离子交换膜向Cu极移动，
A项错误；
Cu极为阳极，电极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===
Cu2O＋H2O，B项正确；
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Ti极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋
2OH－，阴极有H2生成，C项错误；
根据电极反应式和得失电子守恒可知，Ti极生成
的H2和Cu极生成的Cu2O的物质的量之比为1∶1，
D项错误。
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综合强化
10.双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是
A.Y电极与电源正极相连，发生的反应为
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B.M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜
C.“双极膜电渗析法”可用于用盐(MX)
溶液制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
D.若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1 mol电子，两极共得到1 mol气体
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综合强化
由工作原理图可知，溶液中OH－向右
移动，则Y电极为阳极，NaCl浓溶液
经过电解变为淡水，因此电解过程中
盐室中氯离子向Y电极移动，N为阴离
子交换膜；X电极为阴极，盐室中的Na＋向X电极移动，M为阳离子交换膜。Y电极为阳极，与电源正极相连，发生的反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A正确，B错误；
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综合强化
“双极膜电渗析法”利用阴、阳离子
的定向移动，可用于用盐(MX)溶液制
备相应的酸(HX)和碱(MOH)，C正确；
若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1 mol
电子，阳极可产生0.5 mol氯气，阴极产生0.5 mol的氢气，共得到1 mol气体，D正确。
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11.已知H2O2是一种弱酸，在强碱溶液中主要以 形式存在。现以Al-H2O2电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备H2，下列说法不正确的是
A.电解过程中，电子的流向为a→d→
c→b
B.电池的正极反应为 ＋2e－＋H2O
===3OH－
C.电解时，消耗5.4 g Al，则产生标准状况下2.24 L N2
D.c电极是阳极，且反应后该电极区溶液pH减小
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综合强化
根据题给装置可知，左侧为原电池，
右侧为电解池，d电极上产生H2，根
据电解原理，d电极为阴极，则c电极
为阳极，a电极为负极，b电极为正极，电解质溶液中没有电子通过，电子流向为a→d，c→b，A错误；
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综合强化
c电极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－=== ＋N2↑
＋6H2O，消耗OH－，反应后该电极区溶液pH减小，D正确。
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综合强化
12.Mg-Li1－xFePO4是一种新型二次电池，其装置的示意图如图(Li＋透过膜只允许Li＋通过)。下列说法正确的是
A.断开K1、闭合K2，右室的电极为阳极，
Li＋发生还原反应
B.断开K2、闭合K1，右室的电极反应式：
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
C.断开K2、闭合K1，外电路中通过a mol电子时，左室溶液质量增加12a g
D.该二次电池的总反应为xMg＋xLi2SO4＋2Li1－xFePO4 xMgSO4＋
2LiFePO4
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综合强化
断开K1、闭合K2，该装置为电解池，右室
的电极与外接电源的正极相连作阳极，
LiFePO4中的铁元素发生氧化反应，A错误；
断开K2、闭合K1，该装置为原电池，右室
的电极为正极，得电子发生还原反应，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，外电路中通过a mol电子时，左室有0.5a mol Mg溶解，同时有a mol Li＋移向右室，因此左室溶液质量增加为0.5a mol×24 g·
mol－1－a mol×7 g·mol－1＝5a g，B正确、C错误；
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综合强化
该二次电池的总反应为xMg＋xLi2SO4＋2Li1－xFePO4 xMgSO4＋
2LiFePO4，D错误。
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综合强化
13.如图中，甲、乙是两个完全相同的光伏并网发电模拟装置，利用它们对煤浆进行脱硫处理。下列叙述错误的是
A.光伏并网发电装置中a为负极
B.石墨1上消耗1 mol Mn2＋，甲、乙中各转
移0.5 mol电子
C.脱硫反应原理为15Mn3＋＋FeS2＋8H2O===
15Mn2＋＋Fe3＋＋ ＋16H＋
D.处理60 g FeS2，石墨2上消耗7.5 mol H＋
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综合强化
甲、乙两个串联的光伏发电装置可直接等
价于直流电源，由装置图可知，石墨1上发
生氧化反应，即阳极反应：Mn2＋－e－===
Mn3＋，其连接外接电源的正极，石墨2上
发生还原反应，即阴极反应：2H＋＋2e－
===H2↑，其连接外接电源的负极，结合脱硫装置图可知，脱硫反应原理为15Mn3＋＋FeS2＋8H2O===15Mn2＋＋Fe3＋＋ ＋16H＋。
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综合强化
石墨1上消耗1 mol Mn2＋，电极反应：Mn2＋－e－===Mn3＋，甲、乙两个发电装置是串联模式，故甲中转移的电子数应等于乙中转移的电子数，即甲、乙各转移1 mol 电子，B错误；
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13作业12 电化学计算模型 多池、多室装置
(选择题1～2题，每小题3分，3～13题，每小题4分，共50分)
题组一 电解池与原电池的综合应用
1.如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析错误的是( )
A．闭合K1构成原电池，闭合K2构成电解池
B．闭合K1，铁棒上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋
C．闭合K2，铁棒不会被消耗
D．闭合K1，石墨棒周围溶液pH逐渐减小
2．(2024·黑龙江、吉林1月适应性测试)如图，b为H＋/H2标准氢电极，可发生还原反应(2H＋＋2e－===H2↑)或氧化反应(H2－2e－===2H＋)，a、c分别为AgCl/Ag、AgI/Ag电极。实验发现：1与2相连a电极质量减小，2与3相连c电极质量增大。下列说法正确的是( )
A．1与2相连，盐桥1中阳离子向b电极移动
B．2与3相连，电池反应为2Ag＋2I－＋2H＋===2AgI＋H2↑
C．1与3相连，a电极减小的质量等于c电极增大的质量
D．1与2、2与3相连，b电极均为e－流出极
题组二 离子交换膜电化学装置的分析
3．催化还原二氧化碳是解决温室效应及能源问题的重要手段之一，中国科学家设计出如图装置实现CO2的转化，电池总反应为CO2＋NaClCO＋NaClO。下列说法错误的是( )
A．该装置工作时，质子通过质子交换膜由阳极室移向阴极室
B．催化电极Ⅰ上发生的电极反应为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O
C．太阳能电池的正极为A极
D．该装置不仅还原CO2，还产生了次氯酸盐
4．(2023·西安高二检测)“容和一号”铁铬液流电池的总反应为Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋。闭合K1，断开K2时，工作原理如图所示，其中a电极上涂有固态氢化铋(BiHx)。下列说法错误的是( )
A．充电时，a电极连接电源的负极
B．放电时，正极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋
C．放电时，H＋从a极区移向b极区
D．充电时，BiHx只起导电的作用
题组三 串联电化学装置的分析
5．用碱性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．燃料电池工作时负极反应为H2===2H＋＋2e－
B．若要实现铁上镀铜，则a极是铁，b极是铜
C．若要实现电解精炼铜，则a极发生氧化反应，b极上有铜析出
D．a、b两极均是石墨时，在相同条件下，当电池中消耗22.4 L(标准状况)H2时，a极析出64 g铜
6．如图为相互串联的三个装置，下列说法正确的是( )
A．甲池中A极的电极反应式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
B．若利用乙池在铁片上镀银，则C是铁片
C．向丙池中滴加酚酞，石墨附近溶液先变红
D．若甲池消耗标准状况下1.4 L CH4，则丙池中阳极上产生气体的物质的量为0.15 mol
题组四 电化学计算
7．LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。其工作示意图如图，LiPON薄膜只允许Li＋通过，电池总反应为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2。下列有关说法正确的是( )
A．LiPON薄膜在充、放电过程中质量发生变化
B．导电介质c可为Li2SO4水溶液
C．放电时b极为正极，电极反应为Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
D．充电时，当外电路通过0.2 mol 电子时，非晶硅薄膜上质量减少1.4 g
8.用如图所示装置电解硫酸铜和氯化钠的混合溶液，当线路中有1.2 mol 电子通过时，甲电极增重并有4.48 L(已折算成标准状况下的体积，下同)气体生成，乙电极上生成气体7.84 L，则原溶液中硫酸铜与氯化钠的物质的量之比为( )
A．2∶1 B．4∶1
C．2∶3 D．4∶3
9．(2023·徐州高二质检)用阴离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米Cu2O，反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，装置如图，下列说法正确的是( )
A．电解时OH－通过阴离子交换膜向Ti极移动
B．阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O
C．阴极OH－放电，有O2生成
D．Ti电极和Cu电极上生成物的物质的量之比为2∶1
10．双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是( )
A．Y电极与电源正极相连，发生的反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜
C．“双极膜电渗析法”可用于用盐(MX)溶液制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1 mol电子，两极共得到1 mol气体
11．已知H2O2是一种弱酸，在强碱溶液中主要以HO形式存在。现以Al-H2O2电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备H2，下列说法不正确的是( )
A．电解过程中，电子的流向为a→d→c→b
B．电池的正极反应为HO＋2e－＋H2O===3OH－
C．电解时，消耗5.4 g Al，则产生标准状况下2.24 L N2
D．c电极是阳极，且反应后该电极区溶液pH减小
12．Mg-Li1－xFePO4是一种新型二次电池，其装置的示意图如图(Li＋透过膜只允许Li＋通过)。下列说法正确的是( )
A．断开K1、闭合K2，右室的电极为阳极，Li＋发生还原反应
B．断开K2、闭合K1，右室的电极反应式：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
C．断开K2、闭合K1，外电路中通过a mol电子时，左室溶液质量增加12a g
D．该二次电池的总反应为xMg＋xLi2SO4＋2Li1－xFePO4xMgSO4＋2LiFePO4
13．如图中，甲、乙是两个完全相同的光伏并网发电模拟装置，利用它们对煤浆进行脱硫处理。下列叙述错误的是( )
A．光伏并网发电装置中a为负极
B．石墨1上消耗1 mol Mn2＋，甲、乙中各转移0.5 mol电子
C．脱硫反应原理为15Mn3＋＋FeS2＋8H2O===15Mn2＋＋Fe3＋＋2SO＋16H＋
D．处理60 g FeS2，石墨2上消耗7.5 mol H＋
作业12 电化学计算模型 多池、多室装置
1．D 2.B
3．C [根据图中的物质变化可知，催化电极Ⅰ为阴极，催化电极Ⅱ为阳极，A极为负极，B极为正极。在电解池中，阳离子向阴极移动，则质子通过质子交换膜由阳极室移向阴极室，A项正确；阴极的电极反应为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，B项正确；由电池总反应可知，D项正确。]
4．D [充电时为电解池，根据总反应：Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋可知，Cr3＋发生得电子的还原反应生成Cr2＋，a电极为阴极，应连接电源的负极，A正确；放电时，b电极为正极，Fe3＋发生得电子的还原反应生成Fe2＋，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，B正确；电池放电时，a电极为负极，b电极为正极，则H＋从a极区移向b极区，C正确；充电时，BiHx起导电和转移电子的作用，D错误。]
5．C [碱性氢氧燃料电池工作时负极通入H2，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，A错误；若要实现铁上镀铜，则a极(阳极)是铜，b极(阴极)是铁，B错误；若要实现电解精炼铜，则a极连接粗铜，发生氧化反应，b极为阴极，Cu2＋得电子，b极上有铜析出，C正确；a、b两极均是石墨时，在相同条件下，当电池中消耗22.4 L(标准状况)H2时，外电路转移2 mol e－，b极为阴极，析出64 g铜，a极为阳极，不能析出铜，D错误。]
6．D [结合图示装置可知甲池为燃料电池，乙池和丙池均为电解池。甲池中CH4在碱性条件下失电子发生氧化反应，电极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，A错误；若利用乙池在铁片上镀银，铁片作阴极，即D是铁片，B错误；丙池中Fe电极与电源负极相连，为阴极，石墨电极为阳极，在石墨电极生成Cl2，在Fe电极生成H2和NaOH，则向丙池中滴加酚酞，铁电极附近溶液先变红，C错误；若甲池消耗标准状况下1.4 L CH4，反应中失去电子的物质的量为×8＝0.5 mol，串联电路中转移电子的物质的量相等，则丙池阳极也失去0.5 mol电子，丙池中阳极开始时的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，溶液中含n(Cl－)＝0.1 mol，产生0.05 mol Cl2，然后水电离出的OH－放电，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，可知转移0.4 mol电子时生成0.1 mol O2，即阳极上共生成气体为(0.05＋0.1) mol＝0.15 mol，D正确。]
7．C [由电池总反应为LixSi＋Li1－xCoO2Si＋LiCoO2可知，充电时a极为阴极，电极反应式为xLi＋＋xe－＋Si===LixSi，b极为阳极，电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋；放电时a极为负极，电极反应式为LixSi－xe－===Si＋xLi＋，b极为正极，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2。LiPON薄膜在充、放电过程中并未参与电极反应，故其质量不发生变化，A错误；由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故导电介质c不能为Li2SO4水溶液，B错误；充电时，a极为阴极，发生反应：xLi＋＋xe－＋Si===LixSi，当外电路通过0.2 mol 电子时，非晶硅薄膜上质量增加0.2 mol×7 g·mol－1＝1.4 g，D错误。]
8．A [该电解池阴极的电极反应式为①Cu2＋＋2e－===Cu、②2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极的电极反应式为③2Cl－－2e－===Cl2↑、④2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，甲电极增重，并有4.48 L气体生成，则甲电极为阴极，乙电极为阳极，甲电极上生成的氢气为0.2 mol，乙电极上生成气体7.84 L(氯气和氧气，共0.35 mol)，反应共转移1.2 mol电子，阴极上反应②共得到0.4 mol电子，则反应①共得到电子1.2 mol－0.4 mol＝0.8 mol，可计算出原溶液中Cu2＋的物质的量为0.4 mol；设阳极产生氯气的物质的量为x，产生氧气的物质的量为y，则x＋y＝0.35 mol,2x＋4y＝1.2 mol，联立两个方程，解得x＝0.1 mol，y＝0.25 mol，所以溶液中Cl－为0.2 mol，则原溶液中硫酸铜与氯化钠的物质的量之比为0.4∶0.2＝2∶1，A正确。]
9．B 10.B
11．A [根据题给装置可知，左侧为原电池，右侧为电解池，d电极上产生H2，根据电解原理，d电极为阴极，则c电极为阳极，a电极为负极，b电极为正极，电解质溶液中没有电子通过，电子流向为a→d，c→b，A错误；b电极为正极，电极反应式为HO＋2e－＋H2O===3OH－，B正确；根据得失电子守恒，有×3＝×2×3，解得V(N2)＝2.24 L，C正确；c电极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O，消耗OH－，反应后该电极区溶液pH减小，D正确。]
12．B [断开K1、闭合K2，该装置为电解池，右室的电极与外接电源的正极相连作阳极，LiFePO4中的铁元素发生氧化反应，A错误；断开K2、闭合K1，该装置为原电池，右室的电极为正极，得电子发生还原反应，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，外电路中通过a mol电子时，左室有0.5a mol Mg溶解，同时有a mol Li＋移向右室，因此左室溶液质量增加为0.5a mol×24 g·mol－1－a mol×7 g·mol－1＝5a g，B正确、C错误；该二次电池的总反应为xMg＋xLi2SO4＋2Li1－xFePO4xMgSO4＋2LiFePO4，D错误。]
13．B [甲、乙两个串联的光伏发电装置可直接等价于直流电源，由装置图可知，石墨1上发生氧化反应，即阳极反应：Mn2＋－e－===Mn3＋，其连接外接电源的正极，石墨2上发生还原反应，即阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑，其连接外接电源的负极，结合脱硫装置图可知，脱硫反应原理为15Mn3＋＋FeS2＋8H2O===15Mn2＋＋Fe3＋＋2SO＋16H＋。石墨1上消耗1 mol Mn2＋，电极反应：Mn2＋－e－===Mn3＋，甲、乙两个发电装置是串联模式，故甲中转移的电子数应等于乙中转移的电子数，即甲、乙各转移1 mol 电子，B错误；n(FeS2)＝＝0.5 mol，再根据脱硫反应方程式可得，装置中转移电子的物质的量为0.5 mol×(1＋7×2)＝7.5 mol，所以石墨2上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，需消耗7.5 mol H＋，D正确。]
