資源簡介

題型突破3　有“膜”電化學裝置的分析
1.(2024·黑吉遼卷)“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題,科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法,裝置如圖所示。部分反應機理為+H2。下列說法錯誤的是(　　)
A.相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍
B.陰極反應:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方向移動
D.陽極反應:2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑
2.(2023·全國甲卷)用可再生能源電還原CO2時,采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應可提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率,裝置如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.析氫反應發生在IrOx-Ti電極上
B.Cl-從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極
C.陰極發生的反應有:2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每轉移1 mol電子,陽極生成11.2 L氣體(標準狀況)
3.(2023·北京卷)回收利用工業廢氣中的CO2和SO2,實驗原理示意圖如下。
下列說法不正確的是(　　)
A.廢氣中SO2排放到大氣中會形成酸雨
B.裝置a中溶液顯堿性的原因是HC的水解程度大于HC的電離程度
C.裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO2和SO2
D.裝置b中的總反應為S+CO2+H2OHCOOH+S
4.(2023·河北卷)我國科學家發明了一種以和MnO2為電極材料的新型電池,其內部結構如下圖所示,其中①區、②區、③區電解質溶液的酸堿性不同。放電時,電極材料轉化為。下列說法錯誤的是(　　)
A.充電時,b電極上發生還原反應
B.充電時,外電源的正極連接b電極
C.放電時,①區溶液中的S向②區遷移
D.放電時,a電極的電極反應式為MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O
1.交換膜的類型及特點
交換膜 類型 允許通過的離子及方向 通性
陽膜 陽離子原電池的正極(電解池的陰極) 無論是原電池還是電解池中,陽離子均移向得電子一極,陰離子均移向失電子一極
陰膜 陰離子原電池的負極(電解池的陽極)
雙極膜 中間層中的H2O解離出H+、OH-,H+移向原電池的正極(電解池的陰極),OH-移向原電池的負極(電解池的陽極)
特定的 交換膜 只允許特定的離子或分子通過,如質子交換膜只允許H+通過,氯離子交換膜只允許Cl-通過
2.離子交換膜的判斷
第一步:判斷離子交換膜的用途是制取物質,還是避免電極產物之間發生反應。
第二步:明確電極反應及產物,寫出陰、陽極上的電極反應式。
第三步:依據電極反應式判斷該電極附近主要是哪種離子,考慮交換膜的用途,結合溶液呈電中性的原則,判斷離子移動的方向,確定離子交換膜的種類。
3.離子交換膜的作用
如:三室式電滲析法處理Na2SO4廢水
分析:陰極產生氫氣;陽離子Na+通過陽離子交換膜進入陰極區。
陽極產生氧氣,陰離子S通過陰離子交換膜進入陽極區。
離子交換膜的作用:平衡電荷,使產品NaOH和H2SO4分開,不反應。
1.(2024·山東威海期中)利用雙離子交換膜電解法可以從含硝酸銨的工業廢水中生產硝酸和氨,原理如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A.產品室發生的反應為N+OH-===NH3·H2O
B.N室中硝酸溶液濃度a%>b%
C.a、c為陽離子交換膜,b為陰離子交換膜
D.M、N室分別產生氧氣和氫氣
2.(2024·四川綿陽模擬)微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。利用某微生物燃料電池去除10 L工業廢水(含120.2 g尿素)中的尿素[CO(NH2)2],以期達到排放標準(≤10 mg/L),工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.該電池可以在高溫條件下工作
B.電子從甲流出,經外電路流向乙
C.乙電極的反應為CO(NH2)2+H2O-6e-===CO2↑+N2↑+6H+
D.消耗67.2 L氧氣(標準狀況)時,廢水可排放
3.(2024·福建廈門期末)用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2,將所得的吸收液用三室膜電解技術處理,原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.電極a為電解池陰極
B.陽極上有反應HS-2e-+H2O===S+3H+發生
C.當電路中通過1 mol電子的電量時,理論上將產生0.5 mol H2
D.處理后可得到較濃的H2SO4和NaHSO3產品
4.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離子交換膜相間排列,將電解槽分隔成多個獨立的間隔室,海水充滿在各個間隔室中。通電后,一個間隔室的海水被淡化,而其相鄰間隔室的海水被濃縮,從而實現了淡水和濃縮海水分離。下列說法正確的是(　　)
A.離子交換膜b為陽離子交換膜
B.各間隔室的排出液中,①③⑤⑦為淡水
C.通電時,電極1附近溶液的pH比電極2附近溶液的pH變化明顯
D.淡化過程中,得到的濃縮海水沒有任何使用價值
5.(2024·北京西城一模)雙極膜可用于電解葡萄糖(C6H12O6)溶液同時制備山梨醇(C6H14O6)和葡萄糖酸(C6H12O7)。電解原理示意圖如下(忽略副反應)。
已知:在電場作用下,雙極膜可將水解離,在兩側分別得到H+和OH-。
注:R為—C5H11O5
下列說法不正確的是(　　)
A.右側的電極與電源的正極相連
B.陰極的電極反應:C6H12O6+2e-+2H+===C6H14O6
C.一段時間后,陽極室的pH增大
D.每生成1 mol山梨醇,理論上同時可生成1 mol葡萄糖酸
題型突破3　有“膜”電化學裝置的分析
1.(2024·黑吉遼卷)“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題,科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法,裝置如圖所示。部分反應機理為+H2。下列說法錯誤的是(　　)
A.相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍
B.陰極反應:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方向移動
D.陽極反應:2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑
答案　A
解析　根據題目可知:電解過程b電極HCHO轉變為HCOO-,失去電子,故b為陽極,陽極反應式:2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑;陰極反應式:2H2O+2e-===2OH-+H2↑。傳統電解水過程中每轉移4 mol e-可制得2 mol H2,耦合HCHO高效制H2過程中每轉移4 mol e-,陰、陽極均可產生2 mol氫氣,則相同電量下H2理論產量是傳統電解水的2倍,A錯誤;由上述分析可知,陰極的電極反應為2H2O+2e-===2OH-+H2↑,B正確;綜合圖像中的離子交換膜為陰離子交換膜及電解池中陰離子向陽極移動知,OH-通過交換膜向b極區移動,C正確;由上述分析可知,D正確。
2.(2023·全國甲卷)用可再生能源電還原CO2時,采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應可提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率,裝置如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.析氫反應發生在IrOx-Ti電極上
B.Cl-從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極
C.陰極發生的反應有:2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每轉移1 mol電子,陽極生成11.2 L氣體(標準狀況)
答案　C
解析　由圖可知,該裝置為電解池,與直流電源正極相連的IrOx-Ti電極為電解池的陽極,水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子,電極反應式為2H2O-4e-===O2↑+4H+,銅電極為陰極,酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等,電極反應式為2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e-===C2H5OH+3H2O,電解池工作時,氫離子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室。A.析氫反應為還原反應,應在陰極發生,即在銅電極上發生,故A錯誤;B.離子交換膜為質子交換膜,只允許氫離子通過,Cl-不能通過,故B錯誤;C.由分析可知,銅電極為陰極,酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等,電極反應式有2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O,故C正確;D.水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子,電極反應式為2H2O-4e-===O2↑+4H+,每轉移1 mol電子,生成0.25 mol O2,在標況下體積為5.6 L,故D錯誤。
3.(2023·北京卷)回收利用工業廢氣中的CO2和SO2,實驗原理示意圖如下。
下列說法不正確的是(　　)
A.廢氣中SO2排放到大氣中會形成酸雨
B.裝置a中溶液顯堿性的原因是HC的水解程度大于HC的電離程度
C.裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO2和SO2
D.裝置b中的總反應為S+CO2+H2OHCOOH+S
答案　C
解析　A.SO2是酸性氧化物,廢氣中SO2排放到空氣中會形成硫酸型酸雨,故A正確;B.裝置a中溶液的溶質為NaHCO3,溶液顯堿性,說明HC的水解程度大于電離程度,故B正確;C.裝置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2氣體,CO2與NaHCO3溶液不反應,不能吸收CO2,故C錯誤;D.由電解池陰極和陽極反應式可知,裝置b中總反應為S+CO2+H2OHCOOH+S,故D正確。
4.(2023·河北卷)我國科學家發明了一種以和MnO2為電極材料的新型電池,其內部結構如下圖所示,其中①區、②區、③區電解質溶液的酸堿性不同。放電時,電極材料轉化為。下列說法錯誤的是(　　)
A.充電時,b電極上發生還原反應
B.充電時,外電源的正極連接b電極
C.放電時,①區溶液中的S向②區遷移
D.放電時,a電極的電極反應式為MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O
答案　B
解析　放電時,電極材料轉化為,電極反應-2ne-===+2nK+,是原電池的負極,陽離子增多需要通過陽離子交換膜進入②區;二氧化錳得到電子變成錳離子,是原電池的正極,電極反應:MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O,陽離子減少,多余的陰離子需要通過陰離子交換膜進入②區,故③區為堿性溶液是電極,①區為酸性溶液是二氧化錳電極。A.充電時,b電極上得到電子,發生還原反應,正確;B.充電時,外電源的正極連接a電極,電極失去電子,電極反應為Mn2++2H2O-2e-===MnO2+4H+,錯誤;C.放電時,①區溶液中多余的S向②區遷移,正確;D.放電時,a電極的電極反應式為MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O,正確。
1.交換膜的類型及特點
交換膜 類型 允許通過的離子及方向 通性
陽膜 陽離子原電池的正極(電解池的陰極) 無論是原電池還是電解池中,陽離子均移向得電子一極,陰離子均移向失電子一極
陰膜 陰離子原電池的負極(電解池的陽極)
雙極膜 中間層中的H2O解離出H+、OH-,H+移向原電池的正極(電解池的陰極),OH-移向原電池的負極(電解池的陽極)
特定的 交換膜 只允許特定的離子或分子通過,如質子交換膜只允許H+通過,氯離子交換膜只允許Cl-通過
2.離子交換膜的判斷
第一步:判斷離子交換膜的用途是制取物質,還是避免電極產物之間發生反應。
第二步:明確電極反應及產物,寫出陰、陽極上的電極反應式。
第三步:依據電極反應式判斷該電極附近主要是哪種離子,考慮交換膜的用途,結合溶液呈電中性的原則,判斷離子移動的方向,確定離子交換膜的種類。
3.離子交換膜的作用
如:三室式電滲析法處理Na2SO4廢水
分析:陰極產生氫氣;陽離子Na+通過陽離子交換膜進入陰極區。
陽極產生氧氣,陰離子S通過陰離子交換膜進入陽極區。
離子交換膜的作用:平衡電荷,使產品NaOH和H2SO4分開,不反應。
1.(2024·山東威海期中)利用雙離子交換膜電解法可以從含硝酸銨的工業廢水中生產硝酸和氨,原理如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A.產品室發生的反應為N+OH-===NH3·H2O
B.N室中硝酸溶液濃度a%>b%
C.a、c為陽離子交換膜,b為陰離子交換膜
D.M、N室分別產生氧氣和氫氣
答案　A
解析　該裝置用電解法可以從含硝酸銨的工業廢水中生產硝酸和氨,M室為陰極室,電極反應為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,a膜為陰離子交換膜,M室的OH-通過a膜進入產品室,b膜為陽離子交換膜,N通過b膜進入產品室,產品室發生反應N+OH-===NH3·H2O,N室為陽極室,電極反應為2H2O-4e-===O2↑+4H+,c膜為陰離子交換膜,N通過c膜進入N室,N室為硝酸溶液,電解后濃度增大。A.由分析知,產品室發生的反應為N+OH-===NH3·H2O,正確;B.由分析知,N室為硝酸溶液,電解后濃度增大,故N室中硝酸溶液濃度a%2.(2024·四川綿陽模擬)微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。利用某微生物燃料電池去除10 L工業廢水(含120.2 g尿素)中的尿素[CO(NH2)2],以期達到排放標準(≤10 mg/L),工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.該電池可以在高溫條件下工作
B.電子從甲流出,經外電路流向乙
C.乙電極的反應為CO(NH2)2+H2O-6e-===CO2↑+N2↑+6H+
D.消耗67.2 L氧氣(標準狀況)時,廢水可排放
答案　C
解析　A.微生物的蛋白質在高溫下會變性,失去生理活性,所以電池不可以在高溫條件下工作,錯誤;B.由尿素燃料電池的結構可知,甲電極上O2發生得電子的還原反應生成水,乙電極上尿素[CO(NH2)2]發生失電子的氧化反應生成N2和CO2,則乙電極為負極,甲電極為正極,電子從乙流出,經外電路流向甲,錯誤;C.乙電極上尿素[CO(NH2)2]發生失電子的氧化反應生成N2和CO2,電極反應為CO(NH2)2+H2O-6e-===CO2↑+N2↑+6H+,正確;D.67.2 L氧氣的物質的量為=3 mol,該電池中發生反應的總化學方程式為2CO(NH2)2+3O2===2CO2+2N2+4H2O,根據計量系數關系,則尿素反應的物質的量為2 mol,剩余尿素的質量為120.2 g-2 mol×60 g·mol-1=0.2 g,廢水中尿素的含量為0.02 g/L=20 mg/L,未達到排放標準,錯誤。
3.(2024·福建廈門期末)用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2,將所得的吸收液用三室膜電解技術處理,原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.電極a為電解池陰極
B.陽極上有反應HS-2e-+H2O===S+3H+發生
C.當電路中通過1 mol電子的電量時,理論上將產生0.5 mol H2
D.處理后可得到較濃的H2SO4和NaHSO3產品
答案　D
解析　A.從圖中箭標方向“Na+→電極a”,則a為陰極,正確;B.電極b為陽極,發生氧化反應,根據圖像“HS和S”向b移動,則b電極反應式HS-2e-+H2O===S+3H+,正確;C.電極a發生還原反應,a為陰極,故a電極反應式為2H++2e-===H2↑,通過1 mol電子時,會有0.5 mol H2生成,正確;D.根據圖像可知,b極可得到較濃的硫酸,a極得到亞硫酸鈉,錯誤。
4.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離子交換膜相間排列,將電解槽分隔成多個獨立的間隔室,海水充滿在各個間隔室中。通電后,一個間隔室的海水被淡化,而其相鄰間隔室的海水被濃縮,從而實現了淡水和濃縮海水分離。下列說法正確的是(　　)
A.離子交換膜b為陽離子交換膜
B.各間隔室的排出液中,①③⑤⑦為淡水
C.通電時,電極1附近溶液的pH比電極2附近溶液的pH變化明顯
D.淡化過程中,得到的濃縮海水沒有任何使用價值
答案　B
解析　A項,由圖分析可知,電極1為電解池的陽極,氯離子放電生成氯氣,電極反應為2Cl--2e-===Cl2↑,電極2為陰極,溶液中氫離子得到電子生成氫氣,電極反應為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,離子交換膜a是陽離子交換膜,離子交換膜b是陰離子交換膜,錯誤;B項,結合陰、陽離子的移向可知,各間隔室的排出液中,①③⑤⑦為淡水,正確;C項,通電時,陽極電極反應式:2Cl--2e-===Cl2↑,陰極電極反應式: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,錯誤;D項,淡化過程中,得到的濃縮海水可以提取氯化鈉、鎂、溴等,有使用價值,錯誤。
5.(2024·北京西城一模)雙極膜可用于電解葡萄糖(C6H12O6)溶液同時制備山梨醇(C6H14O6)和葡萄糖酸(C6H12O7)。電解原理示意圖如下(忽略副反應)。
已知:在電場作用下,雙極膜可將水解離,在兩側分別得到H+和OH-。
注:R為—C5H11O5
下列說法不正確的是(　　)
A.右側的電極與電源的正極相連
B.陰極的電極反應:C6H12O6+2e-+2H+===C6H14O6
C.一段時間后,陽極室的pH增大
D.每生成1 mol山梨醇,理論上同時可生成1 mol葡萄糖酸
答案　C
解析　左邊電極葡萄糖被還原為山梨醇,為陰極,右邊電極溴離子失電子被氧化為溴,為陽極。A.右邊電極溴離子失電子被氧化為溴,為陽極,與電源正極相連,正確;B.左邊電極為陰極,葡萄糖中的醛基被還原,電極反應式:C6H12O6+2e-+2H+===C6H14O6,正確;C.陽極室中還發生H2O+Br2+RCHO===RCOOH+2H++2Br-,電解一段時間后,pH減小,錯誤;D.制備山梨醇的反應為C6H12O6+2e-+2H+===C6H14O6,制備葡萄糖酸的總反應為C6H12O6-2e-+H2O===C6H12O7+2H+,根據得失電子守恒可知每生成1 mol山梨醇,理論上同時可生成1 mol葡萄糖酸,正確。(共25張PPT)
第一篇　新高考題型突破
板塊Ⅵ　電化學
題型突破選擇題　題型突破3　有“膜”電化學裝置的分析
真題導航
核心整合
模擬預測
A.相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍
B.陰極反應:2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方向移動
D.陽極反應:2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑
A
解析　根據題目可知:電解過程b電極HCHO轉變為HCOO-,失去電子,故b為陽極,陽極反應式:2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑;陰極反應式:2H2O+2e-===2OH-+H2↑。傳統電解水過程中每轉移4 mol e-可制得2 mol H2,耦合HCHO高效制H2過程中每轉移4 mol e-,陰、陽極均可產生2 mol氫氣,則相同電量下H2理論產量是傳統電解水的2倍,A錯誤;由上述分析可知,陰極的電極反應為2H2O+2e-===2OH-+H2↑,B正確;綜合圖像中的離子交換膜為陰離子交換膜及電解池中陰離子向陽極移動知,OH-通過交換膜向b極區移動,C正確;由上述分析可知,D正確。
2.(2023·全國甲卷)用可再生能源電還原CO2時,采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應可提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率,裝置如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.析氫反應發生在IrOx-Ti電極上
B.Cl-從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極
C.陰極發生的反應有:2CO2+12H++
12e-===C2H4+4H2O
D.每轉移1 mol電子,陽極生成11.2 L氣體(標準狀況)
C
解析　由圖可知,該裝置為電解池,與直流電源正極相連的IrOx-Ti電極為電解池的陽極,水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子,電極反應式為2H2O-4e-===O2↑+4H+,銅電極為陰極,酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等,電極反應式為2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e-===C2H5OH+3H2O,電解池工作時,氫離子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室。A.析氫反應為還原反應,應在陰極發生,即在銅電極上發生,故A錯誤;B.離子交換膜為質子交換膜,只允許氫離子通過,Cl-不能通過,故B錯誤;C.由分析可知,銅電極為陰極,酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等,電極反應式有2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O,故C正確;D.水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子,電極反應式為2H2O-4e-===O2↑+4H+,每轉移1 mol電子,生成0.25 mol O2,在標況下體積為5.6 L,故D錯誤。
3.(2023·北京卷)回收利用工業廢氣中的CO2和SO2,實驗原理示意圖如下。
下列說法不正確的是(　　)
A.廢氣中SO2排放到大氣中會形
成酸雨
B.裝置a中溶液顯堿性的原因是
HC的水解程度大于HC的電離程度
C.裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO2和SO2
D.裝置b中的總反應為S+CO2+H2O HCOOH+S
C
A.充電時,b電極上發生還原反應
B.充電時,外電源的正極連接b電極
C.放電時,①區溶液中的S向②區遷移
D.放電時,a電極的電極反應式為MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O
B
1.交換膜的類型及特點
交換膜類型 允許通過的離子及方向 通性
陽膜 陽離子 原電池的____極(電解池的____極) 無論是原電池還是電解池中,陽離子均移向____電子一極,陰離子均移向____電子一極
陰膜 陰離子 原電池的____極(電解池的____極)
雙極膜 中間層中的H2O解離出H+、OH-,H+移向原電池的____極(電解池的____極),OH-移向原電池的____極(電解池的____極)
特定的交換膜 只允許特定的離子或分子通過,如質子交換膜只允許H+通過,氯離子交換膜只允許Cl-通過
正
陰
負
陽
正
陰
負
陽
得
失
2.離子交換膜的判斷
第一步:判斷離子交換膜的用途是制取物質,還是避免電極產物之間發生反應。
第二步:明確電極反應及產物,寫出陰、陽極上的電極反應式。
第三步:依據電極反應式判斷該電極附近主要是哪種離子,考慮交換膜的用途,結合溶液呈電中性的原則,判斷離子移動的方向,確定離子交換膜的種類。
3.離子交換膜的作用
如:三室式電滲析法處理Na2SO4廢水
分析:陰極產生______;陽離子Na+通過陽離子交換膜進入陰極區。
陽極產生氧氣,陰離子S通過陰離子交換膜進入陽極區。
離子交換膜的作用:__________,________________________________________ 。
氫氣
平衡電荷
使產品NaOH和H2SO4分開,不反應
1.(2024·山東威海期中)利用雙離子交換膜電解法可以從含硝酸銨的工業廢水中生產硝酸和氨,原理如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A.產品室發生的反應為N+OH-
===NH3·H2O
B.N室中硝酸溶液濃度a%>b%
C.a、c為陽離子交換膜,b為陰離子
交換膜
D.M、N室分別產生氧氣和氫氣
A
解析　該裝置用電解法可以從含硝酸銨的工業廢水中生產硝酸和氨,M室為陰極室,電極反應為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,a膜為陰離子交換膜,M室的OH-通過a膜進入產品室,b膜為陽離子交換膜,N通過b膜進入產品室,產品室發生反應N+OH-===NH3·H2O,N室為陽極室,電極反應為2H2O-4e-===O2↑+4H+,c膜為陰離子交換膜,N通過c膜進入N室,N室為硝酸溶液,電解后濃度增大。A.由分析知,產品室發生的反應為N+OH-===NH3·H2O,正確;B.由分析知,N室為硝酸溶液,電解后濃度增大,故N室中硝酸溶液濃度a%2.(2024·四川綿陽模擬)微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。利用某微生物燃料電池去除10 L工業廢水(含120.2 g尿素)中的尿素[CO(NH2)2],以期達到排放標準(≤10 mg/L),工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.該電池可以在高溫條件下工作
B.電子從甲流出,經外電路流向乙
C.乙電極的反應為CO(NH2)2+H2O-6e-===
CO2↑+N2↑+6H+
D.消耗67.2 L氧氣(標準狀況)時,廢水可排放
C
解析　A.微生物的蛋白質在高溫下會變性,失去生理活性,所以電池不可以在高溫條件下工作,錯誤;B.由尿素燃料電池的結構可知,甲電極上O2發生得電子的還原反應生成水,乙電極上尿素[CO(NH2)2]發生失電子的氧化反應生成N2和CO2,則乙電極為負極,甲電極為正極,電子從乙流出,經外電路流向甲,錯誤;C.乙電極上尿素[CO(NH2)2]發生失電子的氧化反應生成N2和CO2,電極反應為CO(NH2)2+H2O-6e-===CO2↑+N2↑+6H+,正確;D.67.2 L氧氣的物質的量為=3 mol,該電池中發生反應的總化學方程式為2CO(NH2)2+3O2===2CO2+2N2+4H2O,根據計量系數關系,則尿素反應的物質的量為2 mol,剩余尿素的質量為120.2 g-2 mol×60 g·mol-1 =0.2 g,廢水中尿素的含量為0.02 g/L=20 mg/L,未達到排放標準,錯誤。
3.(2024·福建廈門期末)用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2,將所得的吸收液用三室膜電解技術處理,原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.電極a為電解池陰極
B.陽極上有反應HS-2e-+H2O===S
+3H+發生
C.當電路中通過1 mol電子的電量時,理論
上將產生0.5 mol H2
D.處理后可得到較濃的H2SO4和NaHSO3產品
D
解析　A.從圖中箭標方向“Na+→電極a”,則a為陰極,正確;B.電極b為陽極,發生氧化反應,根據圖像“HS和S”向b移動,則b電極反應式HS-2e-+H2O===S+3H+,正確;C.電極a發生還原反應,a為陰極,故a電極反應式為2H++2e-===H2↑,通過1 mol電子時,會有0.5 mol H2生成,正確;D.根據圖像可知,b極可得到較濃的硫酸,a極得到亞硫酸鈉,錯誤。
4.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離子交換膜相間排列,將電解槽分隔成多個獨立的間隔室,海水充滿在各個間隔室中。通電后,一個間隔室的海水被淡化,而其相鄰間隔室的海水被濃縮,從而實現了淡水和濃縮海水分離。下列說法正確的是(　　)
A.離子交換膜b為陽離子交換膜
B.各間隔室的排出液中,①③⑤⑦
為淡水
C.通電時,電極1附近溶液的pH比
電極2附近溶液的pH變化明顯
D.淡化過程中,得到的濃縮海水沒有任何使用價值
B
解析　A項,由圖分析可知,電極1為電解池的陽極,氯離子放電生成氯氣,電極反應為2Cl--2e-===Cl2↑,電極2為陰極,溶液中氫離子得到電子生成氫氣,電極反應為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,離子交換膜a是陽離子交換膜,離子交換膜b是陰離子交換膜,錯誤;B項,結合陰、陽離子的移向可知,各間隔室的排出液中,①③⑤⑦為淡水,正確;C項,通電時,陽極電極反應式:2Cl--2e-===Cl2↑,陰極電極反應式: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,錯誤;D項,淡化過程中,得到的濃縮海水可以提取氯化鈉、鎂、溴等,有使用價值,錯誤。
5.(2024·北京西城一模)雙極膜可用于電解葡萄糖(C6H12O6)溶液同時制備山梨醇(C6H14O6)和葡萄糖酸(C6H12O7)。電解原理示意圖如下(忽略副反應)。
已知:在電場作用下,雙極膜可將水解離,在兩側分別得到H+和OH-。
C
注:R為—C5H11O5
下列說法不正確的是(　　)
A.右側的電極與電源的正極相連
B.陰極的電極反應:C6H12O6+2e-+2H+===C6H14O6
C.一段時間后,陽極室的pH增大
D.每生成1 mol山梨醇,理論上同時可生成1 mol葡萄糖酸
解析　左邊電極葡萄糖被還原為山梨醇,為陰極,右邊電極溴離子失電子被氧化為溴,為陽極。A.右邊電極溴離子失電子被氧化為溴,為陽極,與電源正極相連,正確;B.左邊電極為陰極,葡萄糖中的醛基被還原,電極反應式:C6H12O6+2e-+2H+===C6H14O6,正確;C.陽極室中還發生H2O+Br2+RCHO===RCOOH+2H++2Br-,電解一段時間后,pH減小,錯誤;D.制備山梨醇的反應為C6H12O6+2e-+2H+===C6H14O6,制備葡萄糖酸的總反應為C6H12O6-2e-+H2O===C6H12O7+2H+,根據得失電子守恒可知每生成1 mol山梨醇,理論上同時可生成1 mol葡萄糖酸,正確。

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