2020届高三化学二轮复习——电化学离子交换膜的分析和应用(共22张PPT)
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2021届高三化学二轮复习——电化学离子交换膜的分析与应用(有答案和详细解析)
2021届高三化学二轮复习——电化学离子交换膜的分析与应用（有答案和详细解析）高考真题1[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，13]采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。
忽略温度变化的影响，下列说法错误的是()A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量2(2020·威海一模)工业电解Na2CO3溶液的装置如图所示，A、B两极均为惰性电极。
下列说法正确的是()A．该装置可用于制备NaHCO3溶液，其中A极发生还原反应B．生成a溶液的电极室中反应为：2H2O－4e－＋4CO2－3===O2↑＋4HCO－3C．A极还可能有少量CO2产生，A、B两极产生的气体M和R体积比略大于2∶1D．当c2＝1 mol·L－1，c1＝9 mol·L－1时，则另一室理论上可制备2 mol溶质a(假设右室溶液体积为0.5 L) 3(2020·全国卷Ⅰ，12)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)2－4B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 molC．充电时，电池总反应为2Zn(OH)2－4===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充电时，正极溶液中OH－浓度升高4．[2014·新课标全国卷Ⅰ，27(4)]H3PO2也可用电渗析法制备。
“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：______________________________________。
高中化学离子交换膜在电化学中的应用微课精品课件
巩固训练
2.利用反应6NO2+8NH3====7N2+12H2O构成电池，既能实现有效消除 氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所
示。下列说法不正确的是( C )
A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B.为使电池持续放电，离子交换膜选用阴离子交换膜 C.电极A反应式为2NH3-6e-====N2+6H+ D.当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol
1.隔离两极区，防止发生副反应
例2：现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极， 请用氯碱工业中的膜技术原理，回答下列问题．
请利用交换膜技术，根据上图框架，设计一个电解
Na2SO4溶液制NaOH溶液和H2SO4溶液的装置，标出进
出物质的化学式(已知E为Na2SO4溶液)：
A膜aO为2
G
阴
离H子2S交O4换膜B （H填2 “C阳”N或aO“H阴”；）．
。
②若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差
(Δm左－Δm右)为 14.4 g。
巩固训练
3.人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。
①电源的负极为 B (填“A”或“B”)。
②阳极室中发生的反应依次为
6Cl－－6e－ = 3Cl2↑
、
CO()2＋3Cl2＋H2O = N2＋CO2＋6HC。l
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相
比将 不变 ；若两极共收集到气体13.44
三、分离、提纯某些物质
例5: 工业品氢氧化钾溶液中含 有某些含氧酸根杂质，可用离 子交换膜法电解提纯。电解槽 内装有离子交换膜，其工作原理如 图所示。下列说法中不正确的
高考化学二轮复习：电化学装置中的“离子交换膜”课件
A.负极反应为CH COO-+2H O-8e- ====2CO ↑+7H+
3
2
2
B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
【审答流程—信息提炼】 (1)题干信息:
ห้องสมุดไป่ตู้
序号 ① ② ③
下列说法中正确的是( )
A.膜Ⅱ、膜Ⅲ均为阴离子交换膜
B.M电极反应为Co-2e-+2H P ====Co(H PO )
2
2 22
C.a为电源的负极
D.Co(H PO ) 溶液化学镀钴过程中反应可能为Co2++H P
2 22
2
Co+HP +2H O 2
O
2
+3OH- ====
O
2
O
3
2.A 该装置为电解池，M为阳极，电极材料为金属钴，钴失电子生成钴离子，
为200 mL,则可知所加c(NH4F)=0.02 mol·L-1+2×2.3×10-2 mol·L-1=6.6×
【解析】选B。A.银镜反应需在水浴加热的条件下进行，用图1装置进行银镜反应是错误的，故A错误；B.溴乙烷在氢氧化钠的醇溶液中加热发生消去反应，生成的气体经水洗除去挥发出来的乙醇后，再通入酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液褪色，说明溴乙烷消去反应
工作原理如图。下列说法正确的是( )
A.a电极连接直流电源的正极
B.该电解池工作原理2CO +2H O 2HCOOH+O
22
2
C.M、N分别是阳离子交换膜、阴离子交换膜
高考化学微专题五离子交换膜在电化学中的应用课件
12/10/2021
解析：D [A.阳离子移向阴极，故阴极得电子发生还原反应， 则电极反应方程式为 2Li＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋2LiOH，故 b 极附 近溶液的 pH 增大，故 A 正确；B.阴离子移向阳极，故 a 为阳极失 电子发生氧化反应，故 a 极发生的反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋， 故 B 正确；C.a 极发生的反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，SO42－移 向 a 极可以与 H＋结合生成硫酸，b 极反应方程式为 2H2O＋2e－ ===H2↑＋2OH－，则可得到氢气，故该法制备 LiOH 还可得到硫酸 和氢气等产品，故 C 正确；D.2Li＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋2LiOH， 故当电路中通过 1 mol 电子时，可得到 1 mol LiOH，故 D 错误。]
电势，B 错误；C 项：电极 a(正极)电极反应为
＋H＋＋2e
－→
＋Cl－，正极每得到 2 mol 电子时，为使溶液电中性，
必有 2 mol H＋通过质子交换膜进入 a 极溶液，同时电极反应消耗 1
mol H＋。故工作一段时间之后，a 极区溶液中 H＋浓度增大，pH 减
小，C 错误；D 项：据图中物质转化，考虑到质量守恒和电荷守恒
12/10/2021
解析：B [A.电解池中阴离子向阳极区移动，因此通电后中间 隔室的 SO24－离子向正极迁移；正极区氢氧根放电，产生氢离子，所 以正极区溶液 pH 减小，错误；B.阳极区氢氧根离子放电，产生硫酸， 阴极区氢离子放电，产生氢氧化钠，因此该法在处理含 Na2SO4 废水 时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品，正确；C.负极区氢离子得到电子 使溶液中 c(H＋)减小，所以负极区溶液 pH 升高，错误；D.当电路中 通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol 的 O2 生成，错误。]
解析：D [A.阳离子移向阴极，故阴极得电子发生还原反应， 则电极反应方程式为 2Li＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋2LiOH，故 b 极附 近溶液的 pH 增大，故 A 正确；B.阴离子移向阳极，故 a 为阳极失 电子发生氧化反应，故 a 极发生的反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋， 故 B 正确；C.a 极发生的反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，SO42－移 向 a 极可以与 H＋结合生成硫酸，b 极反应方程式为 2H2O＋2e－ ===H2↑＋2OH－，则可得到氢气，故该法制备 LiOH 还可得到硫酸 和氢气等产品，故 C 正确；D.2Li＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋2LiOH， 故当电路中通过 1 mol 电子时，可得到 1 mol LiOH，故 D 错误。]
电势，B 错误；C 项：电极 a(正极)电极反应为
＋H＋＋2e
－→
＋Cl－，正极每得到 2 mol 电子时，为使溶液电中性，
必有 2 mol H＋通过质子交换膜进入 a 极溶液，同时电极反应消耗 1
mol H＋。故工作一段时间之后，a 极区溶液中 H＋浓度增大，pH 减
小，C 错误；D 项：据图中物质转化，考虑到质量守恒和电荷守恒
12/10/2021
解析：B [A.电解池中阴离子向阳极区移动，因此通电后中间 隔室的 SO24－离子向正极迁移；正极区氢氧根放电，产生氢离子，所 以正极区溶液 pH 减小，错误；B.阳极区氢氧根离子放电，产生硫酸， 阴极区氢离子放电，产生氢氧化钠，因此该法在处理含 Na2SO4 废水 时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品，正确；C.负极区氢离子得到电子 使溶液中 c(H＋)减小，所以负极区溶液 pH 升高，错误；D.当电路中 通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol 的 O2 生成，错误。]
高三二轮复习---能力提升 离子交换膜在电化学中的应用(共16张PPT)
阴极
阳极
直击高考
【2015全国I卷11】微生物电池是指在微生物的作用下 将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。
下列有关微生物电池的说法错误的是（ A ）
A
微生物
O2
C6H12O6+H2O 质子交换膜
厌氧反应
有氧反应
A．正极反应中有CO2生成 B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
A．通电后中间隔室的SO42－离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C．负极反应为2 H2O–4e–=O2 +4H+，负极区溶液pH降低 D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成
直击高考
【2018全国I卷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。示意图如图所示，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：
D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
直击高考
【2016全国I卷5】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图 所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作 用下，两膜中间的Na+和SO42－可通过离子交换膜，而两端隔室中 离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是（ B ）
高三二轮复习---能力提升
交流与讨论1
请同学们画出电解饱和NaCl溶液制取NaOH、H2和Cl2的装置 图，标出电极材料，写出电极反应式和总反应式。
阳极： 2Cl- - 2e- = Cl2
2024届高三化学二轮复习+专题七++：离子交换膜在电化学中的应用
近年高考中涉及离子交换膜原理的考题 频繁出现，这一类题型的特点是新情境、 老问题，考查的知识点有原电池原理、 电解池原理、化学电源等。能够多方位 考查化学学科核心素养。
近几年高考卷中有关离子交换膜考查内容统计
阳离子交换膜 阴离子交换膜
小专题 2023年河北卷， 2023年湖北卷，10
13
2023年6月浙江 2023年山东卷，11 卷，13
3.重温经典
平衡电荷，溶质单一
原电池
【例2】(2023河北卷7题)我国科学家发明了一种以
负极
和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构
正极
如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料
转化 -2e-
为
B 。+下2K列+说法错误的是（ ）
负极反应
A.充电时，b 电极上发生还原反应 B.充电时，外电源的正极连接 b 电极 C.放电时，①区溶液中的SO42－向②区迁移
稀
2.知识重构
7. 分离提纯时，杂质离子一般从“原料室”移出。
（6）离子交换膜的选择 离子交换膜作用：③分离提纯。
例4：[2016·全国卷Ⅰ]三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性 电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO42-可通过 离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。 ab、cd均选何种交换膜？
质子交换膜
2023年全国 甲卷，6
2020年北京 卷，节选
双极膜
2023年广东 卷，16
2021年全国 甲卷，13
离子交换膜 2022年全国甲卷，4
2023年北京卷，5
2022年山东卷， 2023年河北卷，13 13 2021河北卷，9 2022河北卷，12
“离子交换膜”在电化学中的应用课件
氢装置工作时,右侧电极区的pH减小
【解析】选B。由电池工作反应知甲图中右侧电极为 正极,电极反应为11O2+22H2O+44e-====44OH-;左侧电 极为负极,负极反应为4VB2+44OH--44e-==== 2V2O5+
4B2O3+22H2O。由乙图知,E为阴极,C应与电源负极相
连,E极上电极反应为2 +12H++12e-==== 2 ,为
还原产物;F为阳极,D应与电源正极相连,电极反应为
6H2O-12e-====12H++3O2↑,储氢装置工作时,产生的H+ 经高分子电解质膜移至左侧,右侧电极区的pH不会减 小。综上所述,只有B选项正确。
2.(新题预测)科学家研制出了一种新型的锂-空气电 池,其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正 确的是 ( )
【解析】选C。锌化合价升高被氧化,连接电源正极, 故A错误;阳离子交换膜只允许阳离子通过,所以ZnC2O4 在交换膜左侧生成,故B错误;电解的总反应:2CO2+Zn ==== 是0.5 mol,转移电子不一定是0.5 mol,故D错误。
电解 ZnC O ,故C正确; 11.2 L CO 的物质的量不一定 2 4 2
示。下列有关微生物电池的说法错误的是
世纪金榜导学号79100098
(
)
A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2====6CO2+6H2O
【解析】选A。根据碳元素的化合价的变化,二氧化碳 中碳元素的化合价为最高价+4价,所以生成二氧化碳 的反应为氧化反应,应在负极生成,其电极反应式应为 C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑,A错误;在微生物的 作用下,该装置为原电池装置,反应速率比化学反应速 率快,所以微生物促进了反应的发生,B正确;原电池中 阳离子(质子)向正极移动,C正确;电池的总反应实质 是葡萄糖的氧化反应,D正确。
【解析】选B。由电池工作反应知甲图中右侧电极为 正极,电极反应为11O2+22H2O+44e-====44OH-;左侧电 极为负极,负极反应为4VB2+44OH--44e-==== 2V2O5+
4B2O3+22H2O。由乙图知,E为阴极,C应与电源负极相
连,E极上电极反应为2 +12H++12e-==== 2 ,为
还原产物;F为阳极,D应与电源正极相连,电极反应为
6H2O-12e-====12H++3O2↑,储氢装置工作时,产生的H+ 经高分子电解质膜移至左侧,右侧电极区的pH不会减 小。综上所述,只有B选项正确。
2.(新题预测)科学家研制出了一种新型的锂-空气电 池,其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正 确的是 ( )
【解析】选C。锌化合价升高被氧化,连接电源正极, 故A错误;阳离子交换膜只允许阳离子通过,所以ZnC2O4 在交换膜左侧生成,故B错误;电解的总反应:2CO2+Zn ==== 是0.5 mol,转移电子不一定是0.5 mol,故D错误。
电解 ZnC O ,故C正确; 11.2 L CO 的物质的量不一定 2 4 2
示。下列有关微生物电池的说法错误的是
世纪金榜导学号79100098
(
)
A.正极反应中有CO2生成 B.微生物促进了反应中电子的转移 C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2====6CO2+6H2O
【解析】选A。根据碳元素的化合价的变化,二氧化碳 中碳元素的化合价为最高价+4价,所以生成二氧化碳 的反应为氧化反应,应在负极生成,其电极反应式应为 C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑,A错误;在微生物的 作用下,该装置为原电池装置,反应速率比化学反应速 率快,所以微生物促进了反应的发生,B正确;原电池中 阳离子(质子)向正极移动,C正确;电池的总反应实质 是葡萄糖的氧化反应,D正确。
2020届高三化学二轮题型复习课件—— 电化学专题(共29张PPT)
[题型训练 1] 我国科研人员以 Zn 和尖晶石型锰酸锌(ZnMn2O4)为电极材料，研制出一种
水系锌离子电池，该电池的总反应式为 xZn＋Zn1－xMn2O4 列说法正确的是( )
ZnMn2O4(0<x<1)。下
A．充电时，Zn2＋向ZnMn2O4电极迁移 B．充电时，阳极反应：ZnMn2O4－2xe－===Zn1－xMn2O4＋xZn2＋ C．放电时，每转移1 mol e－，ZnMn2O4电极质量增加65 g D．充放电过程中，只有Zn元素的化合价发生变化
种类
允许通过的离子及移动方向
说明
阳离子交 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正 阴离子和气体不
换膜 极
能通过
阴离子交 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负 阳离子和气体不
换膜 极
能通过
质子交 质子→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H＋通过
换膜
(2)[解题模型]
如：三室式电渗析法处理含 Na2SO4 废水的原理如下图所示，采用惰性电极，ab、cd 均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的 Na＋和 SO24－可通过离子交换膜， 而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。判断 ab、cd 是什么交换膜；判断离子 的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。
Mg-H2O2 电 池
Mg-AgCl 电 池
总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O 正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O 负极：Mg－2e－===Mg2＋
总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2 正极：2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag 负极：Mg－2e－===Mg2＋
[题型训练3] 深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐 蚀，其电化学腐蚀原理如下图所示，下列与此原理有关的说法错误的是( )
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1234
2.[2018·全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO3也可采用“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_H__2O__＋__2_e_－_=_=_=_2_O__H_－_＋__H__2_↑__。 解析 电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
解析 由原电池的工作原理图示可知， 左端的铂电极为负极，其电极反应式为NO －3e－＋2H2O===NO－ 3＋4H＋，当过程中产生2 mol HNO3时转移6 mol e－，而1 mol O2 参与反应转移4 mol e－，故需要1.5 mol O2参与反应，标准状况下的体积为33.6 L。
12345
12345
4.一氧化氮—空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、 发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反 应式：_N__O_－__3_e_－_＋__2_H__2_O_=_=_=_N__O_－ 3_＋__4_H__＋__，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准 状况下O2的体积为_3_3_._6_L。
解析 如果撤去阳膜，H2PO－ 2 或 H3PO2 可能会被氧化。
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3 模拟预测
1.(2019·青岛市高三3月教学质量检测)水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原 理如下图。该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及粘结剂等)为负极，V2O5为正 极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液。下列叙述错误的是 A.放电时，Zn2＋向V2O5电极移动
12345
3.用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如下图所示。下 列叙述不正确的是
A.膜a、膜c分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜
√B.阳极室、阴极室的产品分别是氢氧化钠、硝酸
C.阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ D.该装置工作时，电路中每转移0.2 mol电子，两极共生成气体3.36 L(标准状况)
1234
解析 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。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，C项错误； 由 题 图 可 知 ， 电 解 时 阴 极 反 应 式 为 CO2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － ===CO＋H2O，A项正确； 将 阴 、 阳 两 极 反 应 式 合 并 可 得 总 反 应 式 为 CO2 ＋ H2S===CO＋H2O＋S，B项正确； Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。
①阴极反应式： 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－； ②阳极反应式： 2I－－2e－===I2 ； ③阴极产生的OH－移向 阳极 与阳极产物反应： 3I2＋6OH－===IO－ 3 ＋5I－＋3H2O ； ④阴离子→透过 阴离子 交换膜→电解池 阳极 (或原电池的 负极)。
(4)电渗析法将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理： 已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn－为含氧酸根离子。
12345
解析 阳极室溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应生成 氧气，电极附近氢离子浓度增大，阴极室溶液中氢离子得 到电子发生还原反应生成氢气，电极附近氢氧根离子浓度 增大，阳极室得到硝酸，阴极室得到氢氧化钠，膜a为阴 离子交换膜，膜c为阳离子交换膜，A正确、B错误； 阳极是氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑， C正确； 阳极生成氧气：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，该 装置工作时，电路中每转移0.2 mol电子，生成氧气0.05 mol，生成氢气0.1 mol，两 极共生成气体体积＝(0.05 mol＋0.1 mol)×22.4 L·mol－1＝3.36 L(标准状况)，D正确。
√D.M是阴离子交换膜
12345
解析 TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，太阳能转化为电能， 电能又转化为化学能，A正确； 充电时Na2S4还原为Na2S，放电和充电互为逆过程，所以a是负极，a极的电极反应式 为：4S2－－6e－=== S24－，B正确； 在充电时，阳极I－失电子发生氧化反应，电极反应为3I－－2e－=== I－ 3 ，C正确； 通过图示可知，交换膜只允许钠离子自由通过，所以M是阳离子交换膜，D错误。
5.电解法也可以对亚硝酸盐污水进行处理(工 作原理如右图所示)。通电后，左极区产生浅 绿色溶液，随后生成无色气体。当Fe电极消 耗11.2 g时，理论上可处理 NaNO2含量为 4.6%的污水__1_0_0___g。
解析 当铁消耗 11.2 g 即1516.2 mol＝0.2 mol 时生成 0.2 mol 亚铁离子，与亚硝酸根离 子反应生成氮气和铁离子，根据电子守恒分析，消耗亚硝酸根离子物质的量为03.2mol，
√B.充电时，阳极区电解液的浓度变大
C.充电时，粉末多孔锌电极发生还原反应 D.放电时，V2O5电极上的电极反应式为：
V2O5＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV2O5
12345
解析 放电时，阳离子向正极移动，所以Zn2＋向V2O5电极移动，故A正确；
充电时，阳极区发生ZnxV2O5－2xe－===V2O5＋xZn2＋，锌离子通过阳离子交换膜向 左移动，所以阳极区Zn(CF3SO3)2的浓度减小，故B错误； 充电时，粉末多孔锌电极为阴极，发生还原反应，故C正确； 放电时，V2O5电极上的电极反应式为：V2O5＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV2O5，故D正确。
则可处理污水的质量为03.42.×6%69＝100 g。
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返回
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
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2.某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。TiO2光电极能使电池在太阳光照射 下充电，充电时Na2S4被还原为Na2S。下列说法错误的是 A.充电时，太阳能转化为电能，又转化为化学能 B.放电时，a极的电极反应式为：4S2－－6e－=== S24－ C.充电时，阳极的电极反应式为：3I－－2e－=== I－ 3
解析 H2O 放电产生 H＋，H＋进入产品室，原料室的 H2PO－ 2 穿过阴膜扩散至产品室， 二者发生反应：H＋＋H2PO－ 2 H3PO2。
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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_P__O_34_－_杂质。该杂质产生的原因是_H__2P_O__－ 2_或___H_3_P_O_2_被__氧__化____。
1 高考必备
(1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过)
①负极反应式： Zn－2e－===Zn2＋ ； ②正极反应式： Cu2＋＋2e－===Cu ； ③Zn2＋通过 阳离子 交换膜进入正极区； ④阳离子→透过 阳离子 交换膜→ 原电池正极 (或电解池的阴极)。
(2)质子交换膜(只允许H＋和水分子通过) 在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2
①写出阳极的电极反应式：__2_H_2_O_－__4_e_－_=_=_=__O_2_↑__＋__4_H_＋_K__。 解析 阳极发生氧化反应，在反应中OH－失去电子，电极反应式为2H2O－4e－ ===O2↑＋4H＋。
1பைடு நூலகம்34
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__ _H_2_P_O__－ 2 _穿__过__阴__膜__扩__散__至__产__品__室__，__二__者__反__应__生__成__H__3_P_O_2_。
①阴极反应式： 2H＋＋2e－===H2↑ ； ②阳极反应式： CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋ ； ③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向 阴极 ； ④H＋→透过质子交换膜→ 原电池正极 (或电解池的阴极)。
(3)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过) 以Pt为电极电解淀粉-KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开
2 真题演练
类型一 “单膜”电解池
1.(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＋
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。
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类型三 “多膜”电解池 4.[2014·新课标全国卷Ⅰ，27(4)]H3PO2也可用电渗析法制备。“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)：
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②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为__K_＋__，其迁移方向是_由__a_到__b__。
解析 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。
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类型二 “双膜”电解池 3.[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 _2_H__2O__－__4_e_－_=_=_=_4_H__＋_＋__O_2_↑__。电解后，_a__室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行 结晶脱水，可得到Na2S2O5。
2.[2018·全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO3也可采用“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_H__2O__＋__2_e_－_=_=_=_2_O__H_－_＋__H__2_↑__。 解析 电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
解析 由原电池的工作原理图示可知， 左端的铂电极为负极，其电极反应式为NO －3e－＋2H2O===NO－ 3＋4H＋，当过程中产生2 mol HNO3时转移6 mol e－，而1 mol O2 参与反应转移4 mol e－，故需要1.5 mol O2参与反应，标准状况下的体积为33.6 L。
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4.一氧化氮—空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、 发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反 应式：_N__O_－__3_e_－_＋__2_H__2_O_=_=_=_N__O_－ 3_＋__4_H__＋__，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准 状况下O2的体积为_3_3_._6_L。
解析 如果撤去阳膜，H2PO－ 2 或 H3PO2 可能会被氧化。
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3 模拟预测
1.(2019·青岛市高三3月教学质量检测)水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原 理如下图。该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及粘结剂等)为负极，V2O5为正 极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液。下列叙述错误的是 A.放电时，Zn2＋向V2O5电极移动
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3.用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如下图所示。下 列叙述不正确的是
A.膜a、膜c分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜
√B.阳极室、阴极室的产品分别是氢氧化钠、硝酸
C.阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ D.该装置工作时，电路中每转移0.2 mol电子，两极共生成气体3.36 L(标准状况)
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解析 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。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，C项错误； 由 题 图 可 知 ， 电 解 时 阴 极 反 应 式 为 CO2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － ===CO＋H2O，A项正确； 将 阴 、 阳 两 极 反 应 式 合 并 可 得 总 反 应 式 为 CO2 ＋ H2S===CO＋H2O＋S，B项正确； Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。
①阴极反应式： 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－； ②阳极反应式： 2I－－2e－===I2 ； ③阴极产生的OH－移向 阳极 与阳极产物反应： 3I2＋6OH－===IO－ 3 ＋5I－＋3H2O ； ④阴离子→透过 阴离子 交换膜→电解池 阳极 (或原电池的 负极)。
(4)电渗析法将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理： 已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn－为含氧酸根离子。
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解析 阳极室溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应生成 氧气，电极附近氢离子浓度增大，阴极室溶液中氢离子得 到电子发生还原反应生成氢气，电极附近氢氧根离子浓度 增大，阳极室得到硝酸，阴极室得到氢氧化钠，膜a为阴 离子交换膜，膜c为阳离子交换膜，A正确、B错误； 阳极是氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑， C正确； 阳极生成氧气：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，该 装置工作时，电路中每转移0.2 mol电子，生成氧气0.05 mol，生成氢气0.1 mol，两 极共生成气体体积＝(0.05 mol＋0.1 mol)×22.4 L·mol－1＝3.36 L(标准状况)，D正确。
√D.M是阴离子交换膜
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解析 TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，太阳能转化为电能， 电能又转化为化学能，A正确； 充电时Na2S4还原为Na2S，放电和充电互为逆过程，所以a是负极，a极的电极反应式 为：4S2－－6e－=== S24－，B正确； 在充电时，阳极I－失电子发生氧化反应，电极反应为3I－－2e－=== I－ 3 ，C正确； 通过图示可知，交换膜只允许钠离子自由通过，所以M是阳离子交换膜，D错误。
5.电解法也可以对亚硝酸盐污水进行处理(工 作原理如右图所示)。通电后，左极区产生浅 绿色溶液，随后生成无色气体。当Fe电极消 耗11.2 g时，理论上可处理 NaNO2含量为 4.6%的污水__1_0_0___g。
解析 当铁消耗 11.2 g 即1516.2 mol＝0.2 mol 时生成 0.2 mol 亚铁离子，与亚硝酸根离 子反应生成氮气和铁离子，根据电子守恒分析，消耗亚硝酸根离子物质的量为03.2mol，
√B.充电时，阳极区电解液的浓度变大
C.充电时，粉末多孔锌电极发生还原反应 D.放电时，V2O5电极上的电极反应式为：
V2O5＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV2O5
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解析 放电时，阳离子向正极移动，所以Zn2＋向V2O5电极移动，故A正确；
充电时，阳极区发生ZnxV2O5－2xe－===V2O5＋xZn2＋，锌离子通过阳离子交换膜向 左移动，所以阳极区Zn(CF3SO3)2的浓度减小，故B错误； 充电时，粉末多孔锌电极为阴极，发生还原反应，故C正确； 放电时，V2O5电极上的电极反应式为：V2O5＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV2O5，故D正确。
则可处理污水的质量为03.42.×6%69＝100 g。
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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
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2.某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。TiO2光电极能使电池在太阳光照射 下充电，充电时Na2S4被还原为Na2S。下列说法错误的是 A.充电时，太阳能转化为电能，又转化为化学能 B.放电时，a极的电极反应式为：4S2－－6e－=== S24－ C.充电时，阳极的电极反应式为：3I－－2e－=== I－ 3
解析 H2O 放电产生 H＋，H＋进入产品室，原料室的 H2PO－ 2 穿过阴膜扩散至产品室， 二者发生反应：H＋＋H2PO－ 2 H3PO2。
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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_P__O_34_－_杂质。该杂质产生的原因是_H__2P_O__－ 2_或___H_3_P_O_2_被__氧__化____。
1 高考必备
(1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过)
①负极反应式： Zn－2e－===Zn2＋ ； ②正极反应式： Cu2＋＋2e－===Cu ； ③Zn2＋通过 阳离子 交换膜进入正极区； ④阳离子→透过 阳离子 交换膜→ 原电池正极 (或电解池的阴极)。
(2)质子交换膜(只允许H＋和水分子通过) 在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2
①写出阳极的电极反应式：__2_H_2_O_－__4_e_－_=_=_=__O_2_↑__＋__4_H_＋_K__。 解析 阳极发生氧化反应，在反应中OH－失去电子，电极反应式为2H2O－4e－ ===O2↑＋4H＋。
1பைடு நூலகம்34
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__ _H_2_P_O__－ 2 _穿__过__阴__膜__扩__散__至__产__品__室__，__二__者__反__应__生__成__H__3_P_O_2_。
①阴极反应式： 2H＋＋2e－===H2↑ ； ②阳极反应式： CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋ ； ③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向 阴极 ； ④H＋→透过质子交换膜→ 原电池正极 (或电解池的阴极)。
(3)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过) 以Pt为电极电解淀粉-KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开
2 真题演练
类型一 “单膜”电解池
1.(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＋
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。
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类型三 “多膜”电解池 4.[2014·新课标全国卷Ⅰ，27(4)]H3PO2也可用电渗析法制备。“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)：
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②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为__K_＋__，其迁移方向是_由__a_到__b__。
解析 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。
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类型二 “双膜”电解池 3.[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 _2_H__2O__－__4_e_－_=_=_=_4_H__＋_＋__O_2_↑__。电解后，_a__室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行 结晶脱水，可得到Na2S2O5。