2024年大二輪化學(xué)（新高考）教案：專題四選擇題專攻5電化學(xué)中的多室、多池裝置

5.電化學(xué)中的多室、多池裝置1．交換膜類型及特點(diǎn)交換膜類型陽(yáng)膜陰膜雙極膜特定的交換膜允許通過(guò)的離子及移動(dòng)方向陽(yáng)離子移向原電池的正極(電解池的陰極)陰離子移向原電池的負(fù)極(電解池的陽(yáng)極)中間層中的H2O解離出H＋和OH－，H＋移向原電池的正極(電解池的陰極)，OH－移向原電池的負(fù)極(電解池的陽(yáng)極)只允許特定的離子或分子通過(guò)，如質(zhì)子交換膜只允許H＋通過(guò)，氯離子交換膜只允許Cl－通過(guò)通性無(wú)論是原電池還是電解池中，陽(yáng)離子均移向得電子的一極，陰離子均移向失電子的一極2.離子交換膜的判斷如：我國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種新型的鋅碘單液流電池，其原理如圖所示：分析：負(fù)極：Zn－2e－=Zn2＋，陽(yáng)離子濃度增大，為平衡電荷，Cl－移向A區(qū)，M為陰離子交換膜。正極：I2＋2e－=2I－，陰離子濃度增大，為平衡電荷，K＋移向B區(qū)，N為陽(yáng)離子交換膜。3．離子交換膜的作用如：(1)三室式電滲析法處理Na2SO4廢水分析：陰極產(chǎn)生氫氣；陽(yáng)離子Na＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū)。陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣，陰離子SOeq\o\al(2－,4)通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極區(qū)。離子交換膜的作用：平衡電荷，使產(chǎn)品NaOH和H2SO4分開(kāi)，不反應(yīng)。(2)形成濃差電池分析：左池為稀AgNO3溶液，右池為濃AgNO3溶液。只有兩邊AgNO3溶液濃度不同，才能形成濃差電池。正、負(fù)電極均為Ag單質(zhì)。隨著反應(yīng)進(jìn)行，左右兩池濃度的差值逐漸減小，外電路中電流將減小，電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度逐漸變小。當(dāng)左右兩側(cè)離子濃度相等時(shí)，電池將停止工作，不再有電流產(chǎn)生，此時(shí)溶液中左、右兩邊硝酸銀溶液的物質(zhì)的量濃度相等。離子交換膜的作用是不允許Ag＋穿過(guò)，只允許NOeq\o\al(－,3)通過(guò)，所以是陰離子交換膜。負(fù)極Ag失電子變成Ag＋，為了平衡電荷，正極區(qū)的NOeq\o\al(－,3)就通過(guò)陰離子交換膜向負(fù)極移動(dòng)。1．(2023·全國(guó)甲卷，12)用可再生能源電還原CO2時(shí)，采用高濃度的K＋抑制酸性電解液中的析氫反應(yīng)來(lái)提高多碳產(chǎn)物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A．析氫反應(yīng)發(fā)生在IrOx-Ti電極上B．Cl－從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極C．陰極發(fā)生的反應(yīng)有：2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2OD．每轉(zhuǎn)移1mol電子，陽(yáng)極生成11.2L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)答案C解析析氫反應(yīng)為還原反應(yīng)，應(yīng)在陰極發(fā)生，即在銅電極上發(fā)生，故A錯(cuò)誤；離子交換膜為質(zhì)子交換膜，只允許氫離子通過(guò)，Cl－不能通過(guò)，故B錯(cuò)誤；銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯、乙醇等，電極反應(yīng)式有2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O，故C正確；水在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O－4e—=O2↑＋4H＋，每轉(zhuǎn)移1mol電子，生成0.25molO2，在標(biāo)況下體積為5.6L，故D錯(cuò)誤。2．(2023·湖北，10)我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)如圖所示的電解池，實(shí)現(xiàn)了海水直接制備氫氣技術(shù)的綠色下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．b電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解時(shí)海水中動(dòng)能高的水分子可穿過(guò)PTFE膜D．海水為電解池補(bǔ)水的速率為2xmol·h－1答案D解析b電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，故A正確；該裝置工作時(shí)陽(yáng)極無(wú)Cl2生成且KOH濃度不變，陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，為保持OH－濃度不變，則陰極產(chǎn)生的OH－要通過(guò)離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極室，即離子交換膜應(yīng)為陰離子交換膜，故B正確；電解時(shí)電解槽中不斷有水被消耗，海水中的動(dòng)能高的水可穿過(guò)PTFE膜，為電解池補(bǔ)水，故C正確；由電解總反應(yīng)可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率為xmol·h－1，則補(bǔ)水的速率也應(yīng)是xmol·h－1，故D錯(cuò)誤。3．(2022·全國(guó)甲卷，10)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)eq\o\al(2－,4)存在]。電池放電時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．Ⅱ區(qū)的K＋通過(guò)隔膜向Ⅲ區(qū)遷移B．Ⅰ區(qū)的SOeq\o\al(2－,4)通過(guò)隔膜向Ⅱ區(qū)遷移C．MnO2電極反應(yīng)：MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2OD．電池總反應(yīng)：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)＋Mn2＋＋2H2O答案A解析根據(jù)圖示的電池結(jié)構(gòu)和題目所給信息可知，Ⅲ區(qū)Zn為電池的負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，Ⅰ區(qū)MnO2為電池的正極，電極反應(yīng)為MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，K＋從Ⅲ區(qū)通過(guò)隔膜向Ⅱ區(qū)遷移，A錯(cuò)誤、C正確；Ⅰ區(qū)的SOeq\o\al(2－,4)通過(guò)隔膜向Ⅱ區(qū)遷移，B正確；電池的總反應(yīng)為Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)＋Mn2＋＋2H2O，D正確。1．電滲析法淡化海水裝置示意圖如圖，電解槽中陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜相間排列，將電解槽分隔成多個(gè)獨(dú)立的間隔室，海水充滿在各個(gè)間隔室中。通電后，一個(gè)間隔室的海水被淡化，而其相鄰間隔室的海水被濃縮，從而實(shí)現(xiàn)了淡水和濃縮海水分離。下列說(shuō)法正確的是()A．離子交換膜b為陽(yáng)離子交換膜B．各間隔室的排出液中，①③⑤⑦為淡水C．通電時(shí)，電極1附近溶液的pH比電極2附近溶液的pH變化明顯D．淡化過(guò)程中，得到的濃縮海水沒(méi)有任何使用價(jià)值答案B解析A項(xiàng)，由圖分析可知，電極1為電解池的陽(yáng)極，氯離子放電生成氯氣，電極反應(yīng)為2Cl－－2e－=Cl2↑，電極2為陰極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，離子交換膜a是陽(yáng)離子交換膜，離子交換膜b是陰離子交換膜，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，結(jié)合陰、陽(yáng)離子的移向可知，各間隔室的排出液中，①③⑤⑦為淡水，正確；C項(xiàng)，通電時(shí)，陽(yáng)極電極反應(yīng)式：2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極電極反應(yīng)式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，電極2附近溶液的pH比電極1附近溶液的pH變化明顯，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，淡化過(guò)程中，得到的濃縮海水可以提取氯化鈉、鎂、溴等，有使用價(jià)值，錯(cuò)誤。2．(2023·武漢高三質(zhì)量檢測(cè))某化學(xué)興趣小組，根據(jù)電化學(xué)原理，設(shè)計(jì)出利用KCl、NaNO3為原料制取KNO3和NaCl的裝置如圖。A、C代表不同類別的選擇性離子通過(guò)膜。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．C為陽(yáng)離子交換膜B．M和N均可采用純銅作為電極材料C．M和N電極產(chǎn)生氣體的體積比為2∶1D．電解總反應(yīng)：KCl＋NaNO3eq\o(=,\s\up7(電解))KNO3＋NaCl答案C解析根據(jù)出口的溶液，電極M為電解池的陰極，水在陰極放電生成氫氣和氫氧根離子，電極附近陰離子電荷數(shù)大于陽(yáng)離子，氯離子通過(guò)陰離子交換膜C進(jìn)入左側(cè)產(chǎn)品室C和A之間，導(dǎo)致流入硝酸鈉溶液的原料室中的鈉離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜A進(jìn)入左側(cè)產(chǎn)品室C和A之間，硝酸根離子通過(guò)陰離子交換膜C進(jìn)入中間產(chǎn)品室C和A之間，N電極為電解池陽(yáng)極，水在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極附近陽(yáng)離子電荷數(shù)大于陰離子，鈉離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜A進(jìn)入右側(cè)產(chǎn)品室C和A之間，導(dǎo)致流入氯化鉀溶液的原料室中的氯離子通過(guò)陰離子交換膜C進(jìn)入右側(cè)產(chǎn)品室C和A之間，鉀離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜A進(jìn)入中間產(chǎn)品室A和C之間，電解的總反應(yīng)為2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑，M電極生成氫氣，N電極生成氧氣，產(chǎn)生氣體的體積比為2∶1，C正確。3．某團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了用于制氫的膜基海水電解槽，其裝置如圖所示。已知：隔水膜只允許水分子透過(guò)。下列說(shuō)法正確的是()A．M極為陽(yáng)極B．理論上遷移1molOH－時(shí)，海水質(zhì)量?jī)魷p9gC．M極的電極反應(yīng)式為4H2O－4e－=4OH－＋O2↑D．電路上每通過(guò)2mol電子，理論上N極逸出22.4LH2答案B解析電解池中陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，OH－由M極移向N極，則M極為陰極，N極為陽(yáng)極，M極電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，N極電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，理論上遷移1molOH－時(shí)，轉(zhuǎn)移1mole－，則生成0.5molH2和0.25molO2，海水質(zhì)量?jī)魷p0.5mol×2g·mol－1＋0.25mol×32g·mol－1＝9g，故A、C錯(cuò)誤，B正確；未說(shuō)明氣體所處狀態(tài)，不能計(jì)算生成氣體的體積，且N極逸出O2，不是H2，故D錯(cuò)誤。4．雙膜堿性多硫化物空氣液流二次電池可用于再生能源儲(chǔ)能和智能電網(wǎng)的備用電源等，電極Ⅰ為摻雜Na2S2的電極，電極Ⅱ?yàn)樘茧姌O。電池工作原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．離子交換膜a為陽(yáng)離子交換膜，離子交換膜b為陰離子交換膜B．放電時(shí)，中間儲(chǔ)液器中NaOH的濃度不斷變大C．充電時(shí)，電極Ⅰ的電極反應(yīng)式為2Seq\o\al(2－,2)－2e－=Seq\o\al(2－,4)D．充電時(shí)，電路中每通過(guò)1mol電子，陽(yáng)極室溶液質(zhì)量理論上增加9g答案C解析由圖分析可知，電極Ⅱ?yàn)樘茧姌O，放電時(shí)，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，為正極，則電極Ⅰ為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：2Seq\o\al(2－,2)－2e－=Seq\o\al(2－,4)；正極區(qū)氫氧根離子向左側(cè)