第43讲 多池、多室电化学装置
[复习目标] 1.了解离子交换膜的类型及作用。2.了解多池连接装置的特点及分析方法。3.建立解答复杂电化学装置的思维路径。
考点一 离子交换膜在电化学中的应用
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。
1.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，提高产品的纯度或避免不安全因素。
(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。
2.分析方法
(1)根据膜的性质和离子在溶液中的迁移方向，画出离子透过膜的方向；(2)寻找迁出室溶液中浓度较大的迁移离子；(3)分析离子在迁入室的浓度增大和在迁出室的浓度减小，以及带来的实质变化。
一、单一离子交换膜电化学装置
1.利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸，反应原理为2CO2+2H2O2HCOOH+O2，装置如图所示(M、N电极均为惰性电极)，下列说法错误的是( )
A.N电极上发生氧化反应，失去电子
B.M电极上的电极反应式为2H++CO2+2e-HCOOH
C.每转移0.4 mol电子，消耗的CO2与产生O2的质量之差为10 g
D.电池工作时，左侧工作室产生的H+通过质子交换膜往右侧工作室迁移
2.(2024·黑吉辽，12)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：
。下列说法错误的是( )
A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应：2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D.阳极反应：2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+2H2O+H2↑
二、双极膜电化学装置
3.(2024·长沙模拟)利用如图所示装置可合成己二腈[NCCN]。充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H+和OH-向两极移动。下列说法错误的是( )
A.放电时，N极的电势低于M极的电势
B.放电时，双极膜中OH-向N极移动
C.充电时，N极的电极反应式为
2CH2CHCN+2e-+2H+NC(CH2)4CN
D.若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成1 mol O2，才能使左室溶液恢复至初始状态
三、多膜多室电化学装置
4.(2022·全国甲卷，10)一种水性电解液Zn MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2+以存在]。电池放电时，下列叙述错误的是( )
A.Ⅱ 区的K+通过隔膜向 Ⅲ 区迁移
B.Ⅰ 区的S通过隔膜向 Ⅱ 区迁移
C.MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+Mn2++2H2O
D.电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+Zn(OH+Mn2++2H2O
5.(2021·天津，11)如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A.a是电源的负极
B.通电一段时间后，向石墨电极 Ⅱ 附近滴加石蕊溶液，出现红色
C.随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
考点二 多池电化学装置
1.常见多池串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2.电子转移计算
电路中，流过某截面的电子数=电极上得失电子的数目=电解质溶液中离子传输的电荷数。
由得失电子守恒建立各量间的关系。
①根据电子守恒法计算：串联电路电极上得失电子数目相等。
②根据电解方程式或电极反应式计算。
③根据关系式计算，由得失电子守恒关系建立各量间的关系，如串联电池各电极产物的关系：
O2~2Cl2~2Br2~4H+~4e-~2H2~2Cu~4Ag~4OH-
涉及气体体积计算，使用22.4 L·mol-1时务必看清条件(标准状况)，然后再进行计算。
1.如图所示，甲池的总反应式为N2H4+O2N2+2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是( )
A.该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B.甲池中负极反应式为N2H4-4e-N2+4H+
C.甲池和乙池中溶液的pH均减小
D.当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
2.(2022·山东，13改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法错误的是( )
A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小
B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
3.我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)所示。下列说法正确的是( )
A.b电极反应式为R+2H++2e-H2R
B.电池工作时，负极区要保持呈碱性
C.工作一段时间后，正极区的pH变大
D.若消耗标准状况下112 mL O2，则电解后的CuSO4溶液(忽略溶液体积变化)的pH约为2
4.NO 空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图。下列说法错误的是( )
A.b膜为阴离子交换膜
B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O+8NH310N+5S
C.当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸时，M室溶液的质量变化为18 g(溶液体积变化忽略不计)
D.若甲池有5.6 L O2参加反应，则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为15.68 L
答案精析
考点一
提升关键能力
1.C 2.A
3.D [放电时N极为负极，M极为正极，M极电势高，故A正确；放电时，双极膜解离出的OH-向负极N极移动，B正确；充电时阴极反应：2CH2CHCN+2e-+2H+NC(CH2)4CN，C正确；充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，转移2 mol电子，有2 mol OH-移入左室，放电时负极反应：2H2O-4e-O2↑+4H+，放电时生成1 mol O2，转移4 mol电子，有4 mol H+移入左室，则不能使左室恢复至初始状态，D错误。]
4.A
5.D [通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则b为电源的正极，a为电源的负极，石墨电极Ⅰ为阴极，故A正确；石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B正确；随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误；当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，消耗0.06 mol氢离子，根据阳极电极反应式2H2O-4e-O2↑+4H+，产生0.015 mol氧气，体积为336 mL (折合成标准状况下)，故D正确。]
考点二
提升关键能力
1.C
2.C [电池工作时，左边装置中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体：CH3COO--8e-+2H2O2CO2↑+7H+，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，H+、金属阳离子通过阳膜移向甲室，甲室溶液pH减小，A正确；对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，电极反应式为LiCoO2+e-+4H+Li++Co2++2H2O，C错误；依据电子守恒，乙室消耗的H+比负极CH3COO-反应产生的H+多，因而需补充盐酸，B正确；根据转移电子守恒，可知没有进行溶液转移时，乙室Co2+增加的质量是甲室Co2+减少质量的2倍，而实际二者倍数为=1.5<2，故此时已进行过溶液转移，D正确。]
3.A
4.D [NO 空气质子交换膜燃料电池中通入空气的一极为原电池的正极，通入NO的一极为负极。乙和丙池均为电解池。M室反应2H2O-4e-O2↑+4H+产生的H+通过a膜和N室的Cl-通过b膜在浓缩室形成HCl，所以b膜为阴离子交换膜，A项正确；乙池中SO2被氧化为，NO被还原为N，总反应的离子方程式为5SO2+2NO+8H2O+8NH310N+5S，B项正确；浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸即增加H+物质的量为4 L×(0.6-0.1) mol·L-1=2 mol，所以M室发生反应：2H2O-4e-O2↑+4H+，转移2 mol H+时减少水的物质的量为1 mol，质量为1 mol×18 g·mol-1=18 g，C项正确；没有给出气体所处的压强与温度，无法计算，D项错误。](共79张PPT)
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一
轮
复
习
第九章 第43讲
多池、多室电化学装置
复习目标
1.了解离子交换膜的类型及作用。
2.了解多池连接装置的特点及分析方法。
3.建立解答复杂电化学装置的思维路径。
考点一 离子交换膜在电化学中的应用
考点二 多池电化学装置
课时精练
内容索引
考点一
离子交换膜在电化学中的应用
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。
整合必备知识
1.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，提高产品的纯度或避免不安全因素。
(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。
2.分析方法
(1)根据膜的性质和离子在溶液中的迁移方向，画出离子透过膜的方向；(2)寻找迁出室溶液中浓度较大的迁移离子；(3)分析离子在迁入室的浓度增大和在迁出室的浓度减小，以及带来的实质变化。
一、单一离子交换膜电化学装置
1.利用人工光合作用可将CO2转化为甲酸，反应原理为2CO2+2H2O===
2HCOOH+O2，装置如图所示(M、N电极均为惰性电极)，下列说法错误的是
A.N电极上发生氧化反应，失去电子
B.M电极上的电极反应式为2H++CO2+2e-===
HCOOH
C.每转移0.4 mol电子，消耗的CO2与产生O2的质量之差为10 g
D.电池工作时，左侧工作室产生的H+通过质子交换膜往右侧工作室迁移
√
提升关键能力
N极失去电子，为负极，发生氧化反应，故A正确；
M极为正极，正极CO2得电子生成甲酸，电极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH，故B正确；
总反应为2CO2+2H2O===2HCOOH+O2，每转移
0.4 mol电子，消耗8.8 g CO2，产生3.2 g O2，质量之差为8.8 g-3.2 g=5.6 g，故C错误；
N极为负极，电极反应为2H2O-4e-===4H++O2，M极为正极，电池工作时，左侧工作室产生的H+通过质子交换膜往右侧工作室迁移，故D正确。
2.(2024·黑吉辽，12)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：
。下列说法错误的是
A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应：2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向
移动
D.阳极反应：2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑
√
据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO-，HCHO发生氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，阳极反应：①HCHO+OH--e-===HCOOH+H2↑，
②HCOOH+OH-===HCOO-+H2O，阴极反应：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，即转移2 mol电子时，阴、阳两极各生成1 mol H2，共2 mol H2；而传统电
解水：2H2O 2H2↑+O2↑，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，故A错误、B正确；
由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，OH-通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确；
由分析可知阳极反应为2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑，故D正确。
二、双极膜电化学装置
3.(2024·长沙模拟)利用如图所示装置可合成己二腈[NCCN]。充电时生成己二腈，放电时生成O2，其中a、b是互为反置的双极膜，双极膜中的H2O会解离出H+和OH-向两极移动。下列说法错误的是
A.放电时，N极的电势低于M极的电势
B.放电时，双极膜中OH-向N极移动
C.充电时，N极的电极反应式为2CH2==CHCN
+2e-+2H+===NC(CH2)4CN
D.若充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，则放电时需生成1 mol O2，才能使
左室溶液恢复至初始状态
√
放电时N极为负极，M极为正极，M极电势高，故A正确；
放电时，双极膜解离出的OH-向负极N极移动，B正确；
充电时阴极反应：2CH2==CHCN+2e-+2H+===NC(CH2)4CN，C正确；
充电时制得1 mol NC(CH2)4CN，转移2 mol电子，有2 mol OH-移入左室，放电时负极反应：2H2O-4e-===O2↑+4H+，放电时生成1 mol O2，转移4 mol电子，有4 mol H+移入左室，则不能使左室恢复至初始状态，D错误。
三、多膜多室电化学装置
4.(2022·全国甲卷，10)一种水性电解液Zn MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2+以存在]。电池放电时，下列叙述错误的是
A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B.Ⅰ 区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移
C.MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+===Mn2+
+2H2O
D.电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O
√
根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-===Zn(OH，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O，K+从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误、C正确；
Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移，B正确；
电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O，D正确。
5.(2021·天津，11)如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是
A.a是电源的负极
B.通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附
近滴加石蕊溶液，出现红色
C.随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
√
通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则b为电源的正极，a为电源的负极，石墨电极Ⅰ为阴极，故A正确；
石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B正确；
随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误；
当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，消耗0.06 mol氢离子，根据阳极电极反应式2H2O-4e-===O2↑+4H+，产生0.015 mol氧气，体积为336 mL (折合成标准状况下)，故D正确。
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考点二
多池电化学装置
1.常见多池串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
整合必备知识
A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
甲、乙两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2.电子转移计算
电路中，流过某截面的电子数=电极上得失电子的数目=电解质溶液中离子传输的电荷数。
由得失电子守恒建立各量间的关系。
①根据电子守恒法计算：串联电路电极上得失电子数目相等。
②根据电解方程式或电极反应式计算。
③根据关系式计算，由得失电子守恒关系建立各量间的关系，如串联电池各电极产物的关系：
O2~2Cl2~2Br2~4H+~4e-~2H2~2Cu~4Ag~4OH-
涉及气体体积计算，使用22.4 L·mol-1时务必看清条件(标准状况)，然后再进行计算。
1.如图所示，甲池的总反应式为N2H4+O2===N2+2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是
A.该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B.甲池中负极反应式为N2H4-4e-===N2+4H+
C.甲池和乙池中溶液的pH均减小
D.当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
提升关键能力
√
该装置图中，甲池为燃料电池，其中左边电极为负极，右边电极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，阴极上Cu2+得电子生成铜，无气体生成，A错误；
甲池溶液呈碱性，电极反应式不出现H+，B错误；
根据甲池的总反应式可知有水生成，电解液被稀释，故碱性减弱，pH减
小，乙池的总反应式为2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4，电解液酸性增强，pH减小，C正确；
3.2 g N2H4的物质的量为0.1 mol，转移电子的物质的量为0.4 mol，产生0.2 mol Cu，质量为12.8 g，D错误。
2.(2022·山东，13改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法错误的是
A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小
B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-===
Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加
300 mg，则此时已进行过溶液转移
√
电池工作时，左边装置中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体：CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，H+、金属阳
离子通过阳膜移向甲室，甲室溶液pH减小，A正确；
对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，电极反应式为LiCoO2+e-+4H+===Li++Co2++2H2O，C错误；
依据电子守恒，乙室消耗的H+比负极CH3COO-反应产生的H+多，因而需补充盐酸，B正确；
根据转移电子守恒，可知没有进行溶液转移时，乙室Co2+增加的质量是甲室Co2+
减少质量的2倍，而实际二者倍数为=1.5<2，故此时已进行过溶液转移，D正确。
3.我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)所示。下列说法正确的是
A.b电极反应式为R+2H++2e-===H2R
B.电池工作时，负极区要保持呈碱性
C.工作一段时间后，正极区的pH变大
D.若消耗标准状况下112 mL O2，则电解后的CuSO4溶液(忽略溶液体积变
化)的pH约为2
√
a电极反应式为Fe2+-e-===Fe3+，a电极为负极，左侧还发生反应：2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+
2H+，b电极为正极，电极反应式为R+2H++2e-===H2R，右侧还发生反应：O2+H2R===R+
H2O2，实现废气处理和能源利用。负极区生成Fe3+，为防止Fe3+水解生成Fe(OH)3，所以电池工作时，负极区要保持呈酸性，B项错误；
氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极区的pH基本不变，C项错误；
根据原电池正极区的反应，每转移2 mol电子消耗1 mol氧气，现消耗氧气的物质的量为=0.005 mol，则转移电子0.01 mol，由电解总反应式：2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑
+4H+知，生成0.01 mol氢离子，c(H+)==0.1 mol·L-1，则电解后的CuSO4溶液的pH约为1，D项错误。
4.NO 空气质子交换膜燃料电池实现了制硝酸、发电、环保一体化，某兴趣小组用该电池模拟工业处理废气和废水的过程，装置如图。下列说法错误的是
A.b膜为阴离子交换膜
B.乙池中总反应的离子方程式为5SO2+2NO
+8H2O+8NH3 10N+5S
C.当浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸
时，M室溶液的质量变化为18 g(溶液体积变化忽略不计)
D.若甲池有5.6 L O2参加反应，则乙池中处理废气(SO2和NO)的总体积为15.68 L
√
NO 空气质子交换膜燃料电池中通入空气的一极为原电池的正极，通入NO的一极为负极。乙和丙池均为电解池。M室反应2H2O-4e-===O2↑+
4H+产生的H+通过a膜和N室的Cl-通过b膜在浓缩室形成HCl，所以b膜为阴离子交换膜，A项正确；
乙池中SO2被氧化为，NO被还原为N，总反应的离子方程式为
5SO2+2NO+8H2O+8NH3 10N+5S，B项正确；
浓缩室得到4 L浓度为0.6 mol·L-1的盐酸即增加H+物质的量为4 L×(0.6-0.1) mol·
L-1=2 mol，所以M室发生反应：2H2O-4e-===O2↑+4H+，转移2 mol H+时减少
水的物质的量为1 mol，质量为1 mol×18 g·mol-1=18 g，C项正确；
没有给出气体所处的压强与温度，无法计算，D项错误。
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对一对
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 A C D D B B A C
题号 9 10 11 12 13 答案 C D C D B 答案
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(1)BC (2)从右向左 (3)Cl2
(4)不变 2CoCl2+2H2O 2Co+O2↑+4HCl
(5)Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O
(6)448
1.(2020·海南，11改编)某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是
A.电池可用于乙醛的制备
B.b电极为正极
C.电池工作时，a电极附近pH降低
D.a电极的反应式为O2-4e-+4H+===2H2O
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答案
该燃料电池中，乙烯和水发生氧化反应，所以通入乙烯和水的电极是负极，氧气得电子发生还原反应，所以通入氧气的电极是正极，由图可知负极上乙烯和水生成乙
醛和氢离子，氢离子移向正极，正极上氧气和氢离子反应生成水，X为水，由此分析解题。电池工作时，氢离子移向正极，a电极的反应式为O2+4e-+4H+===2H2O，a电极附近pH升高，故C、D不符合题意。
2.我国科学家开发出了一种Zn NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法错误的是
A.电极电势：Zn/ZnO电极B.Zn/ZnO电极的反应式为Zn-2e-+2OH-
===ZnO+H2O
C.电池工作一段时间后，正极区溶液的
pH减小
D.电子流向：Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极
√
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答案
Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，正极电势高于负极电势，A正确；
正极区消耗的H+源于双极膜解离出的H+，且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会减小，C错误；
电子流向：负极→负载→正极，D正确。
3.(2024·山西运城一模)一种以HCOOH为燃料的电池装置如图所示，下列说法正确的是
A.放电时，电极M上发生还原反应
B.理论上消耗HCOOH与O2的物质的量相等
C.放电过程中需补充的物质X为KOH
D.理论上，若有1 mol HCOO-反应时，则有
2 mol K+通过半透膜
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答案
由图可知，甲酸根离子被氧化生成碳酸氢根离子，则电极M作负极，碱性条件下，电极反应式为HCOO--2e-+2OH-===HC+
H2O；电极N作正极，Fe3+被还原生成Fe2+，
电极反应式为Fe3++e-===Fe2+，酸性条件下Fe2+与通入的氧气反应生成铁离子和水，反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O，钾离子通过半透膜由负极区移向正极区，与溶液中的硫酸根离子结合得到硫酸钾，则物质X为硫酸，据此解答。由分析可知，电极M作负极，发生氧化反应，A错误；
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答案
理论上消耗甲酸与氧气的关系为2HCOOH~
4Fe2+~O2，则理论上消耗HCOOH与O2的物质的量不相等，B错误；
放电过程中需补充的物质X为硫酸，C错误；
1 mol甲酸根离子参加反应时，转移电子2 mol，则有2 mol钾离子通过半透膜由负极区移向正极区，与溶液中的硫酸根离子结合得到1 mol硫酸钾，D正确。
4.(2024·辽宁模拟)有学者研制出可持久放电的Cu PbO2双极膜二次电池，其工作原理示意图如图。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并分别向两极迁移。
已知：Cu电极的电极反应式为Cu+2OH--2e-===Cu(OH)2。
下列说法正确的是
A.膜p适合选用阴离子交换膜
B.放电时，理论上硫酸和NaOH溶液的浓度均不变
C.放电时，两极上均有气体生成
D.导线中通过1 mol e-，理论上两极质量变化之差为15 g
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答案
因为Cu电极的电极反应式为Cu+2OH--2e-===
Cu(OH)2，是负极，PbO2是正极，电极反应为PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O，氢离子通过膜p向正极移动，氢氧根离子通过膜q向
负极移动，膜p适合选用阳离子或质子交换膜，A错误；
放电时，由正、负极的电极反应式结合双极膜的作用可知，硫酸的浓度减小，NaOH溶液的浓度不变，B错误；
放电时，两极上均无气体生成，C错误；
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答案
导线中通过1 mol e-，理论上负极质量增加17 g、正极质量增加32 g，两极质量变化之差为15 g，D正确。
5.(2024·湖北黄冈一模)某课题组设计并提出了一种基于时间解耦氨分解的新型可充电Zn NH3电池，能实现NH3到H2的高效转化。已知Mo2C/NiCu@C电极上充放电循环的总反应为2NH3===3H2+N2，工作原理如图所示。下列叙述错误的是
A.放电时的Mo2C/NiCu@C电极电势高于锌
箔电极
B.放电时，Mo2C/NiCu@C电极反应式：
2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
C.交换膜可用阴离子交换膜
D.充电时，锌箔接直流电源的负极
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答案
放电时，锌箔电极为原电池的负极，电极反应式为Zn-2e-+4OH-===，Mo2C/
NiCu@C电极为正极，电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，氢氧根离子通过阴
离子交换膜由正极移向负极；充电时，与直流电源负极相连的锌箔电极为阴极，电极反应式为[Zn]2-+2e-===Zn+4OH-，Mo2C/NiCu@C电极为阳极，碱性条件下氨分子在阳极失去电子发生氧化反应生成氮气和水，电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O，氢氧根离子通过阴离子交换膜由阴极移向阳极。
6.相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池，放电时两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时放电停止。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是
A.a电极的电极反应为2H2O+2e-===H2↑
+2OH-
B.电池从开始工作到停止放电，电解池
理论上可制得80 g NaOH
C.电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2++2e-===Cu
D.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
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答案
浓差电池工作时，两极附近的电解质溶液浓度差减小，即Cu(1)一侧电解质溶液浓度减小，Cu(2)一侧电解质溶液浓度增大，则原电池中Cu(1)为
正极，电极反应式：Cu2++2e-===Cu，Cu(2)为负极，电极反应式：Cu-2e-===Cu2+，则电解池中a电极为阴极，水电离的H+发生得电子的还原反应生成氢气，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，故A、C正确；
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答案
电池从开始工作到停止放电，两侧溶液中Cu2+浓度相等，设两电极发生改变的Cu2+的物质的量为a，由两侧浓度相等可得2.5 mol·L-1×2 L-a=0.5 mol·L-1×
2 L+a，解得a=2 mol，根据转移电子守恒有Cu~2e-~2NaOH，电解池理论上生成NaOH的物质的量为4 mol，则m(NaOH)=4 mol×40 g·mol-1=160 g，故B错误；
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答案
a电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，b电极为阳极，电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+，则a极附近生成NaOH，b极附近生成H2SO4，所
以钠离子通过离子交换膜c进入a极区，则c为阳离子交换膜，S通过离子交换膜d进入b极区，则d为阴离子交换膜，故D正确。
7.(2024·北京模拟)利用双极膜电解Na2SO4制备NaOH，捕集烟气中CO2，制备NaHCO3。电解原理如图所示。
已知：双极膜为复合膜，可在直流电的作用下，将膜间的H2O解离，提供H+和OH-。
下列说法正确的是
A.阴极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ为阳离子交换膜
C.电路中转移2 mol电子时共产生2 mol NaOH
D.该装置总反应的化学方程式为4H2O 2H2↑+O2↑+2H++2OH-
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答案
由图知，与电源负极相连的阴极的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，与电源正极相连的阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，钠离子通过离子交换膜Ⅰ
移向阴极，故Ⅰ为阳离子交换膜，硫酸根离子通过离子交换膜Ⅱ向右移动，故Ⅱ为阴离子交换膜，双极膜处氢离子向左移动，氢氧根离子向右移动，右侧Na2SO4中钠离子通过阳离子交换膜向左移动，硫酸根离子通过阴离子交换膜向右移动，据此回答。由分析知，阴极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，A正确；
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答案
Ⅰ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，B错误；
电路中转移2 mol e-时阴极区生成2 mol NaOH，双极膜与左侧阳离子交换膜之间
生成2 mol NaOH，故共产生4 mol NaOH，C错误；
由阴极和阳极电解反应式得，该装置总反应的化学方程式为2H2O
2H2↑+O2↑，D错误。
8.(2024·山东日照模拟)以“全氢电池”为电源直接电解氯化钠溶液制备H2和HClO的装置如图所示(工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-)。下列说法错误的是
A.“全氢电池”的总反应为H++OH-===H2O
B.“全氢电池”的双极膜中产生的H+向右
移动，OH-向左移动
C.阳极区发生的电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑
D.理论上负极消耗1 mol H2，电解池阳极区减少1 mol阳离子(忽略HClO
的电离)
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答案
由图知，左图为原电池，其中左边吸附层为负极，发生氧化反应：H2+2OH--2e-===
2H2O，右边吸附层为正极，发生还原反应：
2H++2e-===H2↑；右图为电解池，电解氯化钠溶液制备H2和HClO，则阳极反应式为Cl-+H2O-2e-===HClO+H+，阴极反应式为2H2O+2e-===H2↑
+2OH-。根据分析知，“全氢电池”的总反应为H++OH-===H2O，A正确、C错误；
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答案
原电池中阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，所以“全氢电池”的双极膜中产生的H+向右移动，OH-向左移动，B正确；
理论上负极消耗1 mol H2，即转移2 mol电子，则有2 mol阳离子(钠离子或者氢离子)通过阳离子交换膜进入阴极区，根据Cl-+H2O-2e-===HClO+H+，可知又生成1 mol氢离子，则阳极区减少1 mol阳离子(忽略HClO的电离)，D正确。
9.次磷酸钴广泛应用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴的装置如图所示。下列说法正确的是
A.Co电极连接电源负极
B.C采用阴离子交换膜
C.石墨电极的电极反应式为2H2O+2e-===
2OH-+H2↑
D.工作时，原料室中NaH2PO2的浓度不变
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答案
此电解池用金属钴和次磷酸钠制备次磷酸钴，因此Co电极失去电子作阳极，与电源的正极相连，A项错误；
电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向
阳极移动，产品室中得到次磷酸钴，阳极区生成的Co2+和原料室中的H2都移向产品室，为了确保产品的纯度和原料室电荷守恒，原料室中的Na+移向阴极区，因此A、B、C分别采用阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜，工作时原料室中NaH2PO2的浓度减小，B、D项错误；
石墨电极作阴极，电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑，C项正确。
10.(2024·吉林统考模拟)新能源是当今的热门话题，储氢材料是新能源领域研究的中心之一，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是
A.左侧装置工作时，盐桥内的K+向锌电
极一端移动
B.电极C和电极D上发生的反应类型相同
C.气体X的主要成分是H2
D.H+透过高分子膜从右室进入左室，在电极C上发生还原反应
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答案
铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，阴离子向负极移动，盐桥中氯离子向锌电极一端移动，A错误；
电极C发生还原反应，电极D发生氧化反应，反应类型不同，B错误；
电极D为阳极，发生氧化反应，溶液中氢氧根离子放电，生成氧气，C错误；
电解池工作时，阳离子从阳极室移向阴极室，H+透过高分子膜从右室进入左室，在电极C上发生还原反应，D正确。
11.(2024·广州统考模拟)一种具有双极膜的酸 碱液流电池如图所示，工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-，有利于电解反应顺利进行。充电时电极a的反应为DSAQ+2H++2e-===H2DSAQ，下列说法不正确的是
A.充电时电极b是阳极
B.充电时KOH溶液中KOH的物质的量增大
C.放电一段时间后，负极区溶液的pH减小
D.每消耗1 mol DSAQ，双极膜处有2 mol H2O解离
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答案
充电时电极a的反应为DSAQ+2H++2e-===H2DSAQ，则电极a为阴极，电极b为阳极，阳极电极反应式为2Br--2e-===Br2；放电时电极a为负极，电极b为
正极。根据分析，充电时，双极膜处产生的H+移向左边阴极区，OH-移向KOH溶液，K+从阳极区经过阳离子交换膜移向KOH溶液，所以KOH的物质的量增大，B正确；
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答案
放电时，负极发生电极反应：H2DSAQ-2e-===DSAQ+2H+，负极区产生的H+与KOH溶液中等量的OH-透过双极膜移至双极膜中间结合生成水，故负极区溶液的pH基本不变，C错误。
12.(2024·安徽高三模拟)SO2和NOx是主要大气污染物，利用如图装置可同时吸收SO2和NO。已知电解池的阴极室中溶液的pH保持在4~7之间。下列说法正确的是
A.电极a为直流电源的正极
B.电解过程中，阳极区电解液的pH增大
C.阴极的电极反应式为SO2+2e-+2H2O
===S+4H+
D.吸收NO的离子方程式为2NO+2S2+2H2O===N2+4HS
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答案
由图中信息可知，在与a相连的电极上，被还原为S2，所以a电极为电源的负极，b为正极。在阳极上发生失电子的氧化反应，由题图可知SO2转化
为H2SO4，电极反应式为SO2-2e-+2H2O===S+4H+，生成H+，故阳极区电解液的pH减小，B错误；
已知电解池的阴极室中溶液的pH保持在4~7之间，溶液显酸性，所以阴极的电极反应为+2H++2e-===S2+2H2O，C错误；
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答案
S2有强还原性，能把NO还原成氮气，离子方程式为2NO+2S2+2H2O===
N2+4HS，D正确。
13.(2024·山东名校考试联盟模拟)以Zn Ni(OH)2原电池为电源电解处理工业废气中的CO2和SO2，工作原理如图。
已知：①放电时，Zn转化为xZnCO3·yZn(OH)2；
②NaHCO3吸收废气后的混合液pH约为8。
下列说法错误的是
A.a电极的反应式为(x+y)Zn-2(x+y)e-+xC
+2yOH-===xZnCO3·yZn(OH)2
B.当转移2 mol e-，有1 mol Zn2+向Ni(OH)2电极迁移
C.NaHCO3溶液的作用是吸收废气中的SO2
D.乙装置中电解总反应为S+2CO2+H2O S+H2C2O4
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答案
锌为活泼金属，失去电子发生氧化反应，a为负极，则b为正极，c为阳极，d为阴极；放电时，锌极为负极，在碱性条件下失去电子发生氧化反应生成xZnCO3·
yZn(OH)2，则反应为(x+y)Zn-2(x+y)e-+xC+2yOH-===xZnCO3·yZn(OH)2，A正确；
放电时，Zn转化为xZnCO3·yZn(OH)2，故不会有锌离子向正极Ni(OH)2电极迁移，B错误。
14.某研究性学习小组用如图所示的装置进行实验，探究原电池、电解池和电解制备钴的工作原理。一段时间后装置甲的两极均有气体产生，且X极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清。请根据实验现象及所查资料，回答下列问题：
查阅资料：高铁酸根离子(Fe)在溶液中呈紫红色。
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答案
(1)题述装置中，发生还原反应的电极有
(填字母)。
A.X(Fe) B.Y(C)
C.Co D.Zn
BC
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答案
从图中可知，丙装置构成原电池结构，Zn电极为负极，失电子生成Zn2+，Cu电极为正极，Cu2+得电子生成Cu，则甲中X电极为阳极，Fe失电子结合氢氧根离子生成高铁酸根离子，此外氢氧根离子也会失电子生成氧气，Y电极为阴极，水得电子生成氢气和氢氧根离子，乙中石墨电极为阳极，Co电极为阴极，Co2+得电子生成Co。
题述装置中，Y电极为阴极、Co电极为阴极，均得电子发生还原反应，而X电极为阳极，Zn电极为负极，均失电子发生氧化反应，因此答案选B、C。
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答案
(2)丙池中的S (填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动。
从右向左
丙池为原电池，原电池电解质溶液中的阴离子向负极移动，则硫酸根离子从右向左移动。
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答案
(3)若撤掉装置乙中的阳离子交换膜，石墨电极上产生的气体除O2外，还可能有 。
Cl2
乙中石墨电极为阳极，若撤掉装置乙中的阳离子交换膜，则氯离子可在石墨电极上失电子生成氯气。
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答案
(4)乙池是电解制备金属钴的装置图，相比电解前，电解完成后理论上Ⅰ室中n(H+) (填“变大”“变小”或“不变”)，该电解池总反应的化学方程
式是 。
不变
2CoCl2+2H2O 2Co+O2↑+4HCl
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答案
Ⅰ室中水失电子生成氧气和氢离子，电极反应为2H2O-4e-===4H++O2↑，但是生成的氢离子通过阳离子交换膜进入Ⅱ室内，因此n(H+)不变。阴极上Co2+得电子生成Co，则电解池总反应为2CoCl2+
2H2O 2Co+O2↑+4HCl。
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答案
(5)反应过程中，X极处发生的电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑和__________
。
8OH-===Fe+4H2O
Fe-6e-+
(6)一段时间后，若X极质量减小1.12 g，
Y极收集到2.24 L气体，则在X极收集到的气体体积为 mL(均已折算为标准状况时的气体体积)。
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答案
X电极质量减小1.12 g，减小的质量为铁的质量，根据电极反应式Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O可知，消耗Fe 0.02 mol，转移电子0.12 mol，Y电极收集到标准状
况下2.24 L气体，该气体为氢气，根据电极反应2H2O+2e-===2OH-+H2↑，生成0.1 mol氢气，转移0.2 mol电子，根据得失电子守恒，则X电极上生成氧气转移0.08 mol电子，生成0.02 mol氧气，标准状况下体积为448 mL。
返回第九章 第43练 多池、多室电化学装置
分值：100分
(选择题1~9题，每小题6分，10~13题，每小题8分，共86分)
1.(2020·海南，11改编)某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是( )
A.电池可用于乙醛的制备
B.b电极为正极
C.电池工作时，a电极附近pH降低
D.a电极的反应式为O2-4e-+4H+===2H2O
2.我国科学家开发出了一种Zn NO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A.电极电势：Zn/ZnO电极B.Zn/ZnO电极的反应式为Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O
C.电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小
D.电子流向：Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极
3.(2024·山西运城一模)一种以HCOOH为燃料的电池装置如图所示，下列说法正确的是( )
A.放电时，电极M上发生还原反应
B.理论上消耗HCOOH与O2的物质的量相等
C.放电过程中需补充的物质X为KOH
D.理论上，若有1 mol HCOO-反应时，则有2 mol K+通过半透膜
4.(2024·辽宁模拟)有学者研制出可持久放电的Cu PbO2双极膜二次电池，其工作原理示意图如图。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-，并分别向两极迁移。
已知：Cu电极的电极反应式为Cu+2OH--2e-===Cu(OH)2。
下列说法正确的是( )
A.膜p适合选用阴离子交换膜
B.放电时，理论上硫酸和NaOH溶液的浓度均不变
C.放电时，两极上均有气体生成
D.导线中通过1 mol e-，理论上两极质量变化之差为15 g
5.(2024·湖北黄冈一模)某课题组设计并提出了一种基于时间解耦氨分解的新型可充电Zn NH3电池，能实现NH3到H2的高效转化。已知Mo2C/NiCu@C电极上充放电循环的总反应为2NH3===3H2+N2，工作原理如图所示。下列叙述错误的是( )
A.放电时的Mo2C/NiCu@C电极电势高于锌箔电极
B.放电时，Mo2C/NiCu@C电极反应式：2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
C.交换膜可用阴离子交换膜
D.充电时，锌箔接直流电源的负极
6.相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池，放电时两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时放电停止。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是( )
A.a电极的电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得80 g NaOH
C.电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2++2e-===Cu
D.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
7.(2024·北京模拟)利用双极膜电解Na2SO4制备NaOH，捕集烟气中CO2，制备NaHCO3。电解原理如图所示。
已知：双极膜为复合膜，可在直流电的作用下，将膜间的H2O解离，提供H+和OH-。
下列说法正确的是( )
A.阴极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.Ⅰ为阴离子交换膜，Ⅱ为阳离子交换膜
C.电路中转移2 mol电子时共产生2 mol NaOH
D.该装置总反应的化学方程式为4H2O2H2↑+O2↑+2H++2OH-
8.(2024·山东日照模拟)以“全氢电池”为电源直接电解氯化钠溶液制备H2和HClO的装置如图所示(工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-)。下列说法错误的是( )
A.“全氢电池”的总反应为H++OH-===H2O
B.“全氢电池”的双极膜中产生的H+向右移动，OH-向左移动
C.阳极区发生的电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑
D.理论上负极消耗1 mol H2，电解池阳极区减少1 mol阳离子(忽略HClO的电离)
9.次磷酸钴广泛应用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.Co电极连接电源负极
B.C采用阴离子交换膜
C.石墨电极的电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑
D.工作时，原料室中NaH2PO2的浓度不变
10.(2024·吉林统考模拟)新能源是当今的热门话题，储氢材料是新能源领域研究的中心之一，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是( )
A.左侧装置工作时，盐桥内的K+向锌电极一端移动
B.电极C和电极D上发生的反应类型相同
C.气体X的主要成分是H2
D.H+透过高分子膜从右室进入左室，在电极C上发生还原反应
11.(2024·广州统考模拟)一种具有双极膜的酸 碱液流电池如图所示，工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-，有利于电解反应顺利进行。充电时电极a的反应为DSAQ+2H++2e-===H2DSAQ，下列说法不正确的是( )
A.充电时电极b是阳极
B.充电时KOH溶液中KOH的物质的量增大
C.放电一段时间后，负极区溶液的pH减小
D.每消耗1 mol DSAQ，双极膜处有2 mol H2O解离
12.(2024·安徽高三模拟)SO2和NOx是主要大气污染物，利用如图装置可同时吸收SO2和NO。已知电解池的阴极室中溶液的pH保持在4~7之间。下列说法正确的是( )
A.电极a为直流电源的正极
B.电解过程中，阳极区电解液的pH增大
C.阴极的电极反应式为SO2+2e-+2H2O===S+4H+
D.吸收NO的离子方程式为2NO+2S2+2H2O===N2+4HS
13.(2024·山东名校考试联盟模拟)以Zn Ni(OH)2原电池为电源电解处理工业废气中的CO2和SO2，工作原理如图。
已知：①放电时，Zn转化为xZnCO3·yZn(OH)2；
②NaHCO3吸收废气后的混合液pH约为8。
下列说法错误的是( )
A.a电极的反应式为(x+y)Zn-2(x+y)e-+xC+2yOH-===xZnCO3·yZn(OH)2
B.当转移2 mol e-，有1 mol Zn2+向Ni(OH)2电极迁移
C.NaHCO3溶液的作用是吸收废气中的SO2
D.乙装置中电解总反应为S+2CO2+H2OS+H2C2O4
14.(14分)某研究性学习小组用如图所示的装置进行实验，探究原电池、电解池和电解制备钴的工作原理。一段时间后装置甲的两极均有气体产生，且X极处溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清。请根据实验现象及所查资料，回答下列问题：
查阅资料：高铁酸根离子(Fe)在溶液中呈紫红色。
(1)上述装置中，发生还原反应的电极有 (填字母)。
A.X(Fe) B.Y(C)
C.Co D.Zn
(2)丙池中的S (填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动。
(3)若撤掉装置乙中的阳离子交换膜，石墨电极上产生的气体除O2外，还可能有 。
(4)乙池是电解制备金属钴的装置图，相比电解前，电解完成后理论上Ⅰ室中n(H+) (填“变大”“变小”或“不变”)，该电解池总反应的化学方程式是 。
(5)反应过程中，X极处发生的电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑和 。
(6)一段时间后，若X极质量减小1.12 g，Y极收集到2.24 L气体，则在X极收集到的气体体积为 mL(均已折算为标准状况时的气体体积)。
答案精析
1.A 2.C
3.D [由图可知，甲酸根离子被氧化生成碳酸氢根离子，则电极M作负极，碱性条件下，电极反应式为HCOO--2e-+2OH-HC+H2O；电极N作正极，Fe3+被还原生成Fe2+，电极反应式为Fe3++e-Fe2+，酸性条件下Fe2+与通入的氧气反应生成铁离子和水，反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O，钾离子通过半透膜由负极区移向正极区，与溶液中的硫酸根离子结合得到硫酸钾，则物质X为硫酸，据此解答。由分析可知，电极M作负极，发生氧化反应，A错误；理论上消耗甲酸与氧气的关系为2HCOOH~4Fe2+~O2，则理论上消耗HCOOH与O2的物质的量不相等，B错误；放电过程中需补充的物质X为硫酸，C错误；1 mol甲酸根离子参加反应时，转移电子2 mol，则有2 mol钾离子通过半透膜由负极区移向正极区，与溶液中的硫酸根离子结合得到1 mol硫酸钾，D正确。]
4.D 5.B
6.B [浓差电池工作时，两极附近的电解质溶液浓度差减小，即Cu(1)一侧电解质溶液浓度减小，Cu(2)一侧电解质溶液浓度增大，则原电池中Cu(1)为正极，电极反应式：Cu2++2e-Cu，Cu(2)为负极，电极反应式：Cu-2e-Cu2+，则电解池中a电极为阴极，水电离的H+发生得电子的还原反应生成氢气，电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-，故A、C正确；电池从开始工作到停止放电，两侧溶液中Cu2+浓度相等，设两电极发生改变的Cu2+的物质的量为a，由两侧浓度相等可得2.5 mol·L-1×2 L-a=0.5 mol·L-1×2 L+a，解得a=2 mol，根据转移电子守恒有Cu~2e-~2NaOH，电解池理论上生成NaOH的物质的量为4 mol，则m(NaOH)=4 mol×40 g·mol-1=160 g，故B错误；a电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-，b电极为阳极，电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+，则a极附近生成NaOH，b极附近生成H2SO4，所以钠离子通过离子交换膜c进入a极区，则c为阳离子交换膜，S通过离子交换膜d进入b极区，则d为阴离子交换膜，故D正确。]
7.A [由图知，与电源负极相连的阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-，与电源正极相连的阳极的电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑，钠离子通过离子交换膜Ⅰ移向阴极，故Ⅰ为阳离子交换膜，硫酸根离子通过离子交换膜Ⅱ向右移动，故Ⅱ为阴离子交换膜，双极膜处氢离子向左移动，氢氧根离子向右移动，右侧Na2SO4中钠离子通过阳离子交换膜向左移动，硫酸根离子通过阴离子交换膜向右移动，据此回答。由分析知，阴极反应式：2H2O+2e-H2↑+2OH-，A正确；Ⅰ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，B错误；电路中转移2 mol e-时阴极区生成2 mol NaOH，双极膜与左侧阳离子交换膜之间生成2 mol NaOH，故共产生4 mol NaOH，C错误；由阴极和阳极电解反应式得，该装置总反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑，D错误。]
8.C 9.C
10.D [铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，阴离子向负极移动，盐桥中氯离子向锌电极一端移动，A错误；电极C发生还原反应，电极D发生氧化反应，反应类型不同，B错误；电极D为阳极，发生氧化反应，溶液中氢氧根离子放电，生成氧气，C错误；电解池工作时，阳离子从阳极室移向阴极室，H+透过高分子膜从右室进入左室，在电极C上发生还原反应，D正确。]
11.C 12.D
13.B [锌为活泼金属，失去电子发生氧化反应，a为负极，则b为正极，c为阳极，d为阴极；放电时，锌极为负极，在碱性条件下失去电子发生氧化反应生成xZnCO3·yZn(OH)2，则反应为(x+y)Zn-2(x+y)e-+xC+2yOH-xZnCO3·yZn(OH)2，A正确；放电时，Zn转化为xZnCO3·yZn(OH)2，故不会有锌离子向正极Ni(OH)2电极迁移，B错误。]
14.(1)BC (2)从右向左 (3)Cl2
(4)不变 2CoCl2+2H2O2Co+O2↑+4HCl
(5)Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O
(6)448
解析 从图中可知，丙装置构成原电池结构，Zn电极为负极，失电子生成Zn2+，Cu电极为正极，Cu2+得电子生成Cu，则甲中X电极为阳极，Fe失电子结合氢氧根离子生成高铁酸根离子，此外氢氧根离子也会失电子生成氧气，Y电极为阴极，水得电子生成氢气和氢氧根离子，乙中石墨电极为阳极，Co电极为阴极，Co2+得电子生成Co。
(1)上述装置中，Y电极为阴极、Co电极为阴极，均得电子发生还原反应，而X电极为阳极，Zn电极为负极，均失电子发生氧化反应，因此答案选B、C。(2)丙池为原电池，原电池电解质溶液中的阴离子向负极移动，则硫酸根离子从右向左移动。(3)乙中石墨电极为阳极，若撤掉装置乙中的阳离子交换膜，则氯离子可在石墨电极上失电子生成氯气。(4)Ⅰ室中水失电子生成氧气和氢离子，电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑，但是生成的氢离子通过阳离子交换膜进入Ⅱ室内，因此n(H+)不变。阴极上Co2+得电子生成Co，则电解池总反应为2CoCl2+2H2O2Co+O2↑+4HCl。(6)X电极质量减小1.12 g，减小的质量为铁的质量，根据电极反应式Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O可知，消耗Fe 0.02 mol，转移电子0.12 mol，Y电极收集到标准状况下2.24 L气体，该气体为氢气，根据电极反应2H2O+2e-2OH-+H2↑，生成0.1 mol氢气，转移0.2 mol电子，根据得失电子守恒，则X电极上生成氧气转移0.08 mol电子，生成0.02 mol氧气，标准状况下体积为448 mL。
