2020高考化学总复习课堂练习： 新型化学电源及电解原理的应用

新型化学电源及电解原理的应用
电化学基础是高中化学的重要内容，也是多年来高考命题的重点和热点，在选择题和简答题中几乎年年都有考查。

主要命题方向一是新型化学电源的分析与判断，二是电解原理在现代工业和科学技术中的应用，该题型都是以实际的工业生产和新的科技成就为命题背景，角度灵活；能力方面主要考查的是学生获取运用信息、分析和解决问题的能力，知识方面主要考查的是电极的判断、电极反应方程式的书写、离子的定向移动、介质pH的变化以及有关计算等，同时也能培养学生的宏观辨识和微观探究、模型认知和创新意识方面的学科素养。

其解题的关键是构建并熟练掌握原电池和电解池工作原理的模型，准确获取并运用题目信息，根据电极材料活泼性、电极名称、电极反应类型、电极反应现象、电子流动方向、介质中离子移动方向等方面的关联性进行互判，应用工作原理模型并结合介质环境进行分析判断，但解决问题的核心还是电极反应式的书写，同时还要注意电池中隔膜的类型及其作用。

1．电极反应式的书写思路
2．电极反应式的书写步骤
步骤一：根据原电池或电解池的总反应式，标出电子转移的方向和数目(n e－)。

步骤二：找出正、负极或阴、阳极(失电子的电极为负极或阳极)；确定溶液的酸碱性。

步骤三：写电极反应式。

负极(或阳极)反应：还原剂－n e－===氧化产物
正极(或阴极)反应：氧化剂＋n e－===还原产物
若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，在保证电子转移数目相同的情况下，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。

如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：
总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O
正极：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
负极：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
3．常见的隔膜及作用
(1)隔膜类型
隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。

离子交换膜分三类：
①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。

②阴离子交换膜，简称阴膜，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，不允许其他阳离子和阴离子通过。

(2)隔膜作用
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能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

Ⅰ.新型化学电源
1．(2018·全国卷Ⅲ，11)一种可充电锂—空气电池如图所示。

当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。

下列说法正确的是()
A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2
D[由题意知，放电时负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为O2＋2Li===Li2O2－x。

D对：充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2。

A错：该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极。

B错：该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极。

C错：该电池放电时，电解质溶液中的Li＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li＋向锂材料区迁移。

]
2．(2018·天津卷，10(3))CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。

O2辅助的Al－CO2电池工作原理如图所示。

该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

电池的负极反应式：________________。

电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O－2，6CO2＋6O－2===3C2O2－4＋6O2
反应过程中O2的作用是__________。

该电池的总反应式：________________________________________________________________________。

解析该原电池中Al作负极，失电子生成铝离子，电极反应式为Al－3e－＝Al3＋；在正极的反应式中，O2在第一个反应中作反应物，在第二个反应中作生成物，所以氧气在反应中作催化剂；在得失电子相同条件下，正负极电极反应式相加即得电池反应式，电池反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。

答案Al－3e－===Al3＋催化剂2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
Ⅱ.电解原理的应用
3．(2018·全国卷Ⅰ，13)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。

示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯
包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA－Fe2＋－e－===EDTA－Fe3＋
②2EDTA－Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA－Fe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是()
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA－Fe3＋/EDTA－Fe2＋，溶液需为酸性
C[由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。

C错：阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高。

A对：由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO ＋H2O。

B对：将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S。

D对：Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中。

]
4．(2018·全国卷Ⅰ，27(3))制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。

阳极的电极反应式为____________________。

电解后，________室的NaHSO3浓度增加。

将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

解析阳极上阴离子OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电解过程中
H＋透过阳离子交换膜进入a室，故a室中NaHSO3浓度增加。

答案2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
5．(2018·全国卷Ⅲ，27(3))KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。

KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示。

(1)写出电解时阴极的电极反应式________________________________________________________________________ __________。

(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为______，其迁移方向是________。

(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有
________________________________________________________________________(写出一点)。

解析(1)电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。

(2)电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－===IO－3＋3H2O。

阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。

(3)“KClO3氧化法”的主要不足之处是产生Cl2，易污染环境。

答案(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑(2)K＋由a到b(3)产生Cl2易污染环境等
题组一新型化学电源
Ⅰ.新型一次电池
1．(2019·陕西榆林一模)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。

一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。

该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。

下列有关说法正确的是()
A．钙电极为正极
B．放电过程中，Li＋向负极移动
C．每转移0.2 mol电子，理论上生成20.7 g Pb
D．电池工作一段时间后，正极质量增加
C[由电池总反应可知，Ca发生失电子的氧化反应生成CaCl2，则钙电极是负极，A错误；放电过程中，阳离子向正极移动，则Li＋向硫酸铅电极移动，B错误；正极上PbSO4得电子被还原生成Pb，则转移0.2 mol电子时生成0.1 mol Pb，其质量为20.7 g，C正确；PbSO4是正极，电池工作时，PbSO4被还原生成Pb，正极质量减小，D错误。

] Ⅱ.可充二次电池
2．(2019·福建泉州质检)锂—空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示。

下列说法正确的是()
A．电解质溶液中，Li＋由多孔电极迁移向锂电极
B．该电池放电时，负极发生了还原反应
C．充电时，电池正极的反应式为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑
D．电池中的电解质溶液可以是有机溶剂或稀盐酸等
C[由图可知，金属锂作负极，多孔电极作正极，阳离子向正极移动，则Li＋由锂电极迁移向多孔电极，A错误；放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，B错误；充电时，电池的正极与电源的正极相连，作电解池的阳极，电极反应式为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，C正确；由于锂是活泼金属，可与稀盐酸反应生成LiCl和H2，故电解质溶液不能用稀盐酸，D错误。

]
3．(2019·山东枣庄一模)可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，
在充电和放电时，其电池反应为Mg ＋2MnF 3
放电充电2MnF 2＋MgF 2。

下列说法不正确的是
( )
A ．放电时，镁为负极材料
B ．放电时，电子从镁极流出，经电解质溶液流向正极
C ．充电时，阳极的电极反应式为MnF 2＋F －－e －
===MnF 3
D ．充电时，外加直流电源的负极应与原电池的Mg 极相连
B [放电时，Mg 被氧化生成MgF 2，则镁为负极材料，A 正确；放电时，电子从负极流出经导线流向正极，电子不进入电解质溶液，B 错误；充电时，MnF 2在阳极上发生氧化反应生成MnF 3，电极反应式为MnF 2＋F －－e －===MnF 3，
C 正确；充电时，外加直流电源的负极要与原电池的负极相连，即与镁极相连，
D 正确。

]
可充电电池充放电时关系
Ⅲ.环保高效燃料电池
4．(2019·安徽黄山一模)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。

下列有关该电池的说法正确的是( )
A ．反应CH 4＋H 2O(g)=====催化剂
△
3H 2＋CO ，每消耗1 mol CH 4转移8 mol 电子 B ．电极A 上发生的电极反应为H 2＋CO 2－3－2e －===CO 2＋H 2O C ．电池工作时，CO 2－
3向电极A 移动
D．用电器上每通过4 mol电子，电极B上参加反应的O2为22.4 L
C[在CH4和H2O的反应中，C元素的化合价由－4价升高到＋2价，H元素的化合价由＋1价降低到0价，则每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，A错误；由图可知，电极A上CO＋H2发生氧化反应生成CO2＋H2O，则电极A为负极，电极反应式为H2＋CO＋2CO2－3－4e－===3CO2＋H2O，B错误；电池工作时，阴离子向负极移动，则CO2－3向电极A移动，C 正确；电极B的反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3，则用电器上每通过4 mol电子时，电极B上参与反应的O2为1 mol，在标准状况下的体积为22.4 L，题目未指明是否处于标准状况下，D错误。

]
5．(2019·贵州贵阳检测)一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。

下列关于该电池的叙述正确的是()
A．b电极是负极
B．a电极的电极反应式：N2H4＋4OH－＋4e－===N2↑＋4H2O
C．放电时，电子从a电极经过负载流向b电极
D．电池工作时，K＋从正极移向负极
C[由图可知，N2H4在a电极上发生氧化反应生成N2，则a电极是负极，b电极是正极，A错误；N2H4在a电极上发生失去电子的氧化反应生成N2，则电极反应式为N2H4＋4OH －－4e－===N2↑＋4H2O，B错误；放电时，电子由负极经导线流向正极，即电子从a电极经过负载流向b电极，C正确；电池工作时电解质溶液中的阳离子向正极移动，则K＋从负极移向正极，D错误。

]
(1)分析模板
(2)电极反应式书写模板
以甲烷燃料电池在四种常见介质中的电极反应为例：
①酸性条件
总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O；
正极反应式：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O；
负极反应式：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。

②碱性条件
总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O；
正极反应式：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－；
负极反应式：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O。

③固体电解质(高温下能传导O2－)
总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O；
正极反应式：2O2＋8e－===4O2－；
负极反应式：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。

④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O；
正极反应式：2O2＋4CO2＋8e－===4CO2－3；
负极反应式：CH4＋4CO2－3－8e－===5CO2＋2H2O。

题组二电解原理的拓展应用
6．(物质制备)(2019·安徽巢湖模拟)下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。

下列说法中正确的是()
A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
B[电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2，A、C、D项错误，只有B项正确。

]
7．(物质提纯)用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。

下列说法正确的是()
A．电极f为阳极，电极e上H＋发生还原反应
B．电极e的电极反应式为4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑
C．d处流进粗KOH溶液，g处流出纯KOH溶液
D．b处每产生11.2 L气体，必有1 mol K＋穿过阳离子交换膜
B[根据图示，K＋移向电极f，所以f是阴极，e是阳极，阳极OH－发生氧化反应生成氧气，A错误；e是阳极，阳极OH－发生氧化反应生成氧气，电极e的电极反应式为4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，B正确；c处流进粗KOH溶液，h处流出纯KOH溶液，C错误；f 是阴极，H＋发生还原反应生成氢气，非标准状况下11.2 L氢气的物质的量不一定是0.5 mol，D错误。

]
8．(环境治理)(2019·豫北九校测评)用下图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，
控制溶液pH 为9～10，CN －与阳极产生的ClO －
反应生成无污染的气体，下列说法不正确的是( )
A ．用石墨作阳极，铁作阴极
B ．阳极的电极反应式为Cl －＋2OH －－2e －===ClO －
＋H 2O
C ．阴极的电极反应式为2H 2O ＋2e －===H 2↑＋2OH －
D ．除去CN －的反应：2CN －＋5ClO －＋2H ＋===N 2↑＋2CO 2↑＋5Cl －＋H 2O
D [阳极产生ClO －，发生的反应为Cl －＋2OH －－2e －===ClO －＋H 2O ，所以阳极一定是石墨电极而不是铁电极，A 、B 两项正确；阴极是H ＋得电子产生H 2，C 项正确；溶液的
pH 为9～10，显碱性，因而除去CN －的反应为2CN －＋5ClO －＋2OH －===N 2↑＋2CO 2－3＋5Cl －＋H 2O ，D 项错误。

]
9．(金属表面的处理)(2019·河北石家庄一模)工业上通过电化学原理在铝表面形成氧化膜来提高其抗腐蚀能力，工作原理如图所示。

下列说法不正确的是( )
A ．碳棒可用铜棒代替，其作用是传递电流
B ．通电一段时间后，溶液的pH 减小
C ．通电后电子被强制从碳棒流向铝片使铝表面形成氧化膜
D ．可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速度
C [A.根据电解原理，碳棒为阴极，铜棒能够代替碳棒，作用是传递电流，正确；B.阳极反应式为2Al －6e －＋3H 2O ＝Al 2O 3＋6H ＋，阴极反应式为2H ＋＋2e －＝H 2↑，总电解反应式为2Al ＋3H 2O=====电解
Al 2O 3＋3H 2↑，硫酸浓度增大，c (H ＋)增大，即pH 减小，正确；C.电子移动方向是从电源的负极→碳棒，铝片→电源的正极，电解质溶液中没有电子通过，错误；D.滑动变阻器调节电路中电流的强度，即可以控制氧化膜的形成速度，正确。

]
课时作业(二十五) 新型化学电源及电解原理的应用1．(2019·安徽宿州质检)太阳能光电池具有可靠稳定、寿命长、安装维护简便等优点，现已得到广泛应用。

氮化镓(GaN)光电池的结构如图所示。

下列说法中正确的是()
A．该装置系统中只存在光能与电能之间的转化
B．Cu电极上的电极反应式为CO2＋8H＋－8e－===CH4＋2H2O
C．工作时，产生的O2、CH4体积比为1∶1(同温同压)
D．离子交换膜为质子交换膜，H＋从左池移向右池
D[由图可知，该装置系统中存在太阳能与化学能、化学能与电能及化学能与热能等的转化，A错误；CO2在Cu电极上发生还原反应生成CH4，则电极反应式为CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O，B错误；H2O在GaN电极上发生氧化反应生成O2，电极反应式为2H2O －4e－===4H＋＋O2↑，根据得失电子守恒可知，产生O2和CH4的物质的量之比为2∶1，在同温同压下的体积比为2∶1，C错误；由上述分析知左池产生H＋，右池消耗H＋，则离子交换膜为质子变换膜，H＋向正极移动，即H＋由左池向右池，D正确。

]
2．(2019·山西实验中学模拟)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示，其中NH3被氧化为常见无毒物质。

下列说法错误的是()
A．溶液中OH－向电极a移动
B．电极b上发生还原反应
C．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
D．理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为3∶4
D[NH3在电极a上发生氧化反应，则a为负极，b为正极，溶液中OH－向电极a(负极)移动，A正确；O2在b极上发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；NH3在负极上被氧化生成N2，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，C正确；反应中NH3被氧化生成N2，而O2被还原生成OH－，根据得失电子守恒可知，理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比n(NH3)∶n(O2)＝4∶3，D错误。

]
3．(2019·湖南湘东五校联考)高铁电池具有比能量高、无污染的特点，用如图模拟其工作原理(放电时两电极均有稳定的金属氢氧化物生成)。

下列有关说法中正确的是()
A．放电时，电子由正极通过外电路流向负极
B．放电时，负极上的电极反应式为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋
C．充电时，阴极区溶液的pH减小
D．充电时，阳极上的电极反应式为Fe(OH)3＋5OH－－3e－===FeO2－4＋4H2O
D[放电时，电子由负极经外电路流向正极，A错误；负极的电解质溶液呈碱性，放电时，Zn在负极上发生氧化反应生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，B错误；充电时，阴极上发生还原反应，电极反应式为Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－，由于生成了OH－，阴极区溶液的pH增大，C错误；充电时，Fe(OH)3在阳极上发生氧化反应生成FeO2－4，电极反应式为Fe(OH)3＋5OH－－3e－===FeO2－4＋4H2O，D正确。

] 4．(2019·山西大同联考)某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2O2－7催化还原，其工作原理如图所示。

下列说法不正确的是()
A．电池工作过程中电子由a极流向b极
B．b极反应式为Cr2O2－7＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O
C．电池工作过程中，a极区附近溶液的pH增大
D．每处理1 mol Cr2O2－7，可生成33.6 L(标准状况下)CO2
答案C
5．(2019·福建南平质检)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有X的稀盐酸为电解质溶液，制造出新型燃料电池，装置如图所示。

下列说法正确的是()
A．放电时H＋向左移动，生成的物质X是NH4Cl
B．通入H2的一极为正极
C．通入N2的电极反应为：N2＋6H＋－6e－===2NH3
D．放电过程右边区域溶液pH逐渐增大
A[以N2、H2为原料，以溶有X的稀盐酸为电解质溶液构成新型燃料电池，正极发生还原反应，即氮气被还原生成NH＋4，电极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NH＋4；负极是氢气失电子生成氢离子，电极方程式为H2－2e－===2H＋，总反应为：N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl。

A.放电时H＋向正极移动，即向左移动，生成的物质X是NH4Cl，正确；
B.通入H2的一极为负极，错误；
C.通入N2的电极为正极，发生还原反应，N2＋6e－＋8H＋===2NH＋4，错误；
D.放电过程右边区域为负极区，H2－2e－===2H＋，溶液pH逐渐减小，错误。

]
6．(2019·浙江宁波调研)液氨－液氧燃料电池曾用于驱动潜艇，其示意图如图所示，下列有关说法不正确的是()
A．电极2是正极，发生还原反应
B．电池工作时，Na＋向电极1移动
C．电流由电极2经外电路流向电极1
D．电极1发生的电极反应为：2NH3＋6OH－－6e－===N2↑＋6H2O
B[A.根据装置图所示的物质关系分析可得，由NH3生成N2时化合价升高，失去电子，所以电极1为负极，发生氧化反应，电极2为正极，发生还原反应，所以A正确；B.在电池内部的电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以Na＋应向电极2移动，故B错误；C.电流是由正极流向负极，故C正确；D.OH－向负极移动，所以电极1(负极)的反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2↑＋6H2O，故D正确。

]
7．(2019·安徽合肥质检)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。

可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如图所示。

下列说法正确的是()
A．电极B连接电源的正极
B．A极区电解液为LiCl溶液
C．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．每生成1 mol H2，有1 mol Li＋通过离子交换膜
B[由图可知，电极B上产生H2，则发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故电极B为阴极，与电源的负极相连，A错误；A极区电解液为LiCl溶液，Li＋透过阳离子交换膜进入B极区生成LiOH，则B极区为LiOH溶液，B正确；电极A为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；由A项分析可知，生成1 mol H2同时生成2 mol OH－，为保持B极区溶液呈电中性，应有2 mol Li＋通过离子交换膜进入B极区，D错误。

] 8．(2019·北京海淀区模拟)电解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的装置如图所示。

下列说法中不正确的是()
A．阴极产生的物质A是H2
B．溶液中Na＋由阳极室向阴极室迁移
C．阳极OH－放电，H＋浓度增大，CO2－3转化为HCO－3
D．物质B是NaCl，其作用是增强溶液导电性
D[阴极上发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则阴极上产生的物质A是H2，A正确；电解池中阳离子向阴极移动，则Na＋由阳极室向阴极室迁移，B 正确；由图可知，阳极上产生O2，则阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，溶液中c(H 转化为HCO－3，C正确；由图可知，阴极区得到NaOH溶液，为不引入杂质，＋)增大，CO2－
3
物质B应为NaOH，其作用是增强溶液的导电性，D错误。

]
9．(2019·河北张家口模拟)锂－硫电池是一种新型储能电池，放电时的总反应为2Li＋x S===Li2S x。

以该电池为电源制备甲烷的原理如图所示。

下列说法正确的是()
A．b为锂－硫电池的负极
B．锂－硫电池的正极反应式为Li－e－===Li＋
C．阳极反应式为CO＋3CO2－3＋2H2O－2e－===4HCO－3
D．该装置工作时溶液中的c(CO2－3)增大
C[由图可知，CO在M极被还原生成CH4，CO在N极被氧化生成CO2，则M是阴极，N是阳极，故b是锂－硫电池的正极，A错误。

锂－硫电池放电时，Li失电子被氧化，则Li作负极，电极反应式为Li－e－===Li＋；S在正极发生还原反应，电极反应式为x S＋2Li ＋＋2e－===Li2S x，B错误。

由图可知，CO在阳极被氧化生成CO2，CO2与Na2CO3溶液反应生成NaHCO3，故阳极反应式为CO＋3CO2－3＋2H2O－2e－===4HCO－3，C正确。

该装置工作时，溶液中CO2－3与CO2、H2O反应生成HCO－3，则溶液中的c(CO2－3)减小，D错误。

] 10．(2018·四川德阳二诊)硼酸( H3BO3) 为一元弱酸，H3BO3可以通过电解的方法制备。

其工作原理如下图所示( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。

下列说法错误的是()
A ．a 与电源的正极相连接
B ．阳极的电极反应式为：2H 2O －4e －＝O 2↑＋4H ＋
C ．[B(OH)4]－穿过阴膜进入产品室，Na ＋穿过阳膜进入阴极室
D ．当电路中通过3 mol 电子时，可得到1 mol H 3BO 3
D [A.与a 极相连的石墨所处的区域为阳极室，则a 与电源的正极相连接，正确；B.阳极上发生氧化反应，溶液中水失去电子生成氧气，电极反应式为：2H 2O －4e －===O 2↑＋4H ＋↑，正确；C.在电解池中，阴离子向阳极运动，阳离子向阴极运动，因此[B(OH)4]－穿过阴膜进入产品室，Na ＋穿过阳膜进入阴极室，正确；D.阳极电极反应式为：2H 2O －4e －===O 2↑＋4H ＋，阴极上发生还原反应，溶液中的水得到电子生成氢气，2H 2O ＋2e －===H 2↑＋ 2OH －，[B(OH)4]－穿过阴膜进入产品室，与氢离子反应生成H 3BO 3，[B(OH)4]－＋H ＋===H 3BO 3＋H 2O ，当电路中通过3 mol 电子时，生成3 mol 氢离子，可得到3 mol H 3BO 3，错误。

]
11．四室式电渗析法制备盐酸和NaOH 的装置如图所示。

a 、b 、c 为阴、阳离子交换膜。

已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。

下列叙述正确的是( )
A ．b 、c 分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜
B ．通电后Ⅲ室中的Cl －
透过c 迁移至阳极区
C ．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH 均升高
D ．电池总反应为4NaCl ＋6H 2O=====电解 4NaOH ＋4HCl ＋2H 2↑＋O 2↑
D[由图中信息可知，Ⅰ中左侧电极与负极相连为阴极，Ⅳ中右侧电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上OH－放电生成O2、阴极上H ＋放电生成H2；氢离子透过c进入Ⅲ，氯离子透过b进入Ⅲ，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；钠离子透过a, NaOH的浓度变大，所以a也是阳离子交换膜。

A.b、c分别为阴离子交换膜、阳离子交换膜，错误；B.通电后Ⅲ室中的Cl－不能透过阳离子交换膜c迁移至Ⅳ室，错误；C.电解一段时间后，Ⅰ中的溶液的pH升高，Ⅱ中的溶
电解
液的pH不变，Ⅲ和Ⅳ两室中的溶液的pH均减小，错误；D.电池总反应为4NaCl＋6H2O===== 4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑，正确。

]
12．根据下列要求回答下列问题。

(1)次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛用于化学镀钴，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，原理如下图。

则Co的电极反应式为__________________，A、B、C为离子交换膜，其中B为________离子交换膜(填“阳”或“阴”)。

解析以金属钴和次磷酸钠为原料，用电解法制备次磷酸钴[Co(H2PO2)2]，Co的化合价从0价升高到＋2价，则Co的电极反应式为Co－2e－===Co2＋，产品室可得到次磷酸钴的原因是：阳极室的Co2＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室的H2PO－2通过阴离子交换膜进入产品室与Co2＋结合生成Co(H2PO2)2，所以B是阴离子交换膜；
答案Co－2e－===Co2＋阴
(2)我国科研人员研制出的可充电“Na－CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)
2Na2CO3＋C。

放电时该电池“吸入”CO2，为电极材料，总反应方程式为4Na＋3CO2放电
充电
其工作原理如图所示。

①放电时，正极的电极反应式为________________________________________________________________________ ____________。

②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为________。

③可选用高氯酸钠－四甘醇二甲醚作电解液的理由是
________________________________________________________________________。

解析①放电时，正极发生得到电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C；②根据反应式可知每转移4 mol电子，正极质量增加
2×106 g＋12 g＝224 g，所以当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为28 g 224 g×4
mol＝0.5 mol。

③根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠－四甘醇二甲醚作电解液的理由是导电性好、与金属钠不反应，难挥发等。

答案①3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C
②0.5 mol③导电性好、与金属钠不反应、难挥发等(答案合理即可)
(3)用电化学法模拟工业处理SO2。

将硫酸工业尾气中的SO2通入如图装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能：
①M极发生的电极反应式为________________________________________________________________________。

②质子交换膜右侧的溶液在反应后pH________(填“增大”“减小”“不变”)。

③当外电路通过0.2 mol e－时，质子交换膜左侧的溶液质量________(填“增大”或“减
小”)________克。

解析①该装置是原电池，反应原理为二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸，通入氧气的N电极是正极，原电池放电时，氢离子由负极移向正极，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，负极M上，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸，电极反应式为：SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO2－4；②质子交换膜右侧为正极区，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，溶液中的氢离子浓度减小，pH增大；
③质子交换膜左侧为负极区，负极上，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸，电极反应式为：SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO2－4，当外电路通过0.2 mol e－时，生成0.4 mol H＋，有0.2 mol H＋通过质子交换膜移向右侧，左侧的溶液质量增大64 g/mol×0.1 mol－0.2 mol×1 g/mol＝6.2 g。

答案①SO2＋2H2O－2e－===SO2－4＋4H＋②增大③增大 6.2。