D.B极室产生的气体可使湿润的KI淀粉试纸变蓝
2.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N为阳极,电极M上H+发生还原反应
B.电极M的电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.d处流进粗KOH溶液,e处流出纯KOH溶液
D.b处每产生11.2L气体,必有1molK+穿过阳离子交换膜
3.如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。
放电前,被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3,放电后分别变为Na2S4和NaBr。
下列叙述正确的是( )
A.放电时,负极反应为3NaBr-2e-===NaBr3+2Na+
B.充电时,阳极反应为2Na2S2-2e-===Na2S4+2Na+
C.放电时,Na+经过离子交换膜由b池移向a池
D.用该电池电解饱和食盐水,产生2.24LH2时,b池生成17.40gNa2S4
4.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,CO
转化为HCO
D.物质B是NaCl,其作用是增强溶液导电性
5.(2018·全国卷Ⅰ)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
①EDTAFe2+-e-===EDTAFe3+
②2EDTAFe3++H2S===2H++S+2EDTAFe2+
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EDTAFe3+/EDTAFe2+,溶液需为酸性
6.(2019·防城港一模)一定条件下,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.气体X是氢气,电极E是阴极
B.H+由左室进入右室,发生还原反应
C.该储氢过程就是C6H6与氢气反应的过程
D.电极D的电极反应式为C6H6+6H++6e-===C6H12
7.在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH),可获得清洁能源H2。
其原理如图所示。
下列有关说法不正确的是( )
A.电源B极为负极
B.通电后,若有0.1molH2生成,则转移0.2mol电子
C.通电后,H+通过质子交换膜向右移动,最终右侧溶液pH减小
D.与电源A极相连的惰性电极上发生的反应为CH3COOH-8e-+2H2O===2CO2↑+8H+
8.氢碘酸(HI)可用“四室电渗析法”制备,其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。
下列叙述错误的是( )
A.通电后,阴极室溶液的pH增大
B.阳极电极反应式是2H2O-4e-===4H++O2↑
C.得到1mol产品HI,阳极室溶液质量减少8g
D.通电过程中,NaI的浓度逐渐减小
9.一种浓差电池如图所示,阴、阳离子交换膜交替放置,中间的间隔交替充以河水和海水,选择性透过Cl-和Na+,在两电极板形成电势差,进而在外部产生电流。
下列关于该电池的说法错误的是()
A.a电极为电池的正极,电极反应为
B.A为阴离子交换膜,C为阳离子交换膜
C.阳极(负极)隔室的电中性溶液通过阳极表面的氧化作用维持
D.该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵,电极产物也没有经济价值
10.利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。
下列说法错误的是
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+
2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
11.甲醇燃料电池能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注,其工作示意图如图,其总反应为:
2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。
下列说法不正确的是
A.电极A是负极,发生氧化反应
B.电池工作时,电解液中的H+通过质子交换膜向B电极迁移
C.放电前后电解质溶液的pH不变
D.b物质在电极上发生的电极反应式为:
O2+4e-+4H+=2H2O
12.钛被誉为第三金属,广泛用于航天航空等领域。
硼化钒(VB2)-空气电池的放电反应为4VB2+11O2===4B2O3+2V2O5,以该电池为电源制备钛的装置如图所示。
下列说法正确的是()
A.电解过程中,OH-由阴离子交换膜右侧向左侧迁移
B.Pt极反应式为2VB2+22OH--22e-===V2O5+2B2O3+11H2O
C.电解过程中,铜极附近电解质溶液的pH减小
D.若石墨极只收集到4.48LCl2气体,则理论上制备4.8gTi
13.磷酸亚铁锂(LiIFePO4)电池(如图所示)是新能源汽车的动力电池之一。
M电极是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料,隔膜只允许Li+通过,电池的总反应为LixC6+Li1-xFePO4
LiFePO4+6C。
下列说法正确的是
A.放电时,Li+向M电极移动
B.充电时电路中每通过0.5mol电子,就有36g碳和金属锂复合在一起
C.放电时,M电极的电极反应为
D.充电时,N电极的电极反应为LiFePO4-xe-=xLi++Li1-xFePO4
14.现在污水治理越来越引起人们重视,可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚(
),其原理如下图所示,下列说法正确的是
A.该装置为电解装置,B为阳极
B.A极的电极反应式为
+e-=Cl-+
C.当外电路中有0.1mole-转移时,A极区增加的H+的个数为0.1NA
D.电子从B极沿导线经小灯泡流向A极
15.如图所示装置为新型电池,放电时电池的总反应式为NaBr3+2Na2S2=3NaBr+Na2S4,下列说法正确的是( )
A.放电时A电极的反应式为2Na2S2+2e﹣═Na2S4+2Na+
B.放电时Na+从左向右通过阳离子交换膜
C.外电路中的电流方向为A→灯泡→B
D.放电时B电极发生氧化反应
答案与分析
【典例分析】
例一[解析] 该电池中,NO
得电子发生还原反应,则装置中右边电极是正极,电极反应为2NO
+10e-+12H+===N2↑+6H2O,装置左边电极是负极,负极上有机物失电子发生氧化反应生成X,电极反应C6H10O5-24e-+7H2O===6CO2↑+24H+。
放电时,电解质溶液中阴离子Cl-移向负极室(左室),A项正确;X气体为CO2,B项正确;正极反应为2NO
+10e-+12H+===N2↑+6H2O,H+参加反应导致溶液酸性减弱,溶液的pH增大,C项错误;根据负极电极反应C6H10O5-24e-+7H2O===6CO2↑+24H+知,电路中每通过4mol电子,产生标准状况下CO2气体的体积为
×6×22.4L·mol-1=22.4L,D项正确。
[答案] C
例二[解析]
(1)①该装置为电解池,电解时阴极电解质为KOH,水中氢离子放电,故电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑;②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+,在电解池中离子移动方向为阳离子移向阴极,故K+由a到b。
(2)根据题中的图示,左侧为电解池的阳极,右侧为电解池的阴极,离子交换膜均为阳离子交换膜,只允许阳离子通过,阳极的电解质溶液为硫酸,所以阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,则阳极的氢离子会透过阳离子交换膜进入a室,与a室中的SO2碱吸收液中含有的Na2SO3发生反应生成NaHSO3,所以a室中的NaHSO3浓度增加。
[答案]
(1)①2H2O+2e-===2OH-+H2↑ ②K+ a到b
(2)2H2O-4e-===4H++O2↑ a
例三[解析] 由图中信息可知,左边电极与负极相连为阴极,右边电极为阳极,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H2O放电生成O2和H+,阴极上H2O放电生成H2和OH-;H+透过c,Cl-透过b,二者在b、c之间的Ⅲ室形成盐酸,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;Na+透过a,NaOH的浓度变大,所以a也是阳离子交换膜,故A、B两项均错误;电解一段时间后,Ⅰ中的溶液的c(OH-)升高,pH升高,Ⅱ中为NaCl溶液,pH不变,Ⅲ中有HCl生成,故c(H+)增大,pH减小,Ⅳ中H+移向Ⅲ,H2O放电生成O2,使水的量减小,c(H+)增大,pH减小,C不正确。
[答案] D
【课堂练习】
1解析:
选C Fe电极与电源正极相连,则Fe作阳极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,反应中生成Fe2+,溶液由无色变为浅绿色,A错误;阴极上H+得电子发生还原反应,电极反应式为2H++2e-===H2↑,B错误;电解过程中阴极上消耗H+,则阴极室溶液的pH升高,C正确;电解时,(NH4)2SO4溶液中NH
向阴极室迁移,故阴极室溶液中的溶质可能为(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等,D错误。
2解析:
选C 铁电极材料为阳极,在高浓度强碱溶液中利用电解的方式可以制备高铁酸盐,所以铁是阳极,电极反应式为Fe-6e-+8OH-===FeO
+4H2O,故A正确;阳离子交换膜可以阻止FeO
进入阴极区域,故B正确;在电解过程中溶液中的阳离子向阴极移动,所以阳离子向b极移动,故C错误;铁电极上发生氧化反应,所以生成的气体可能是氧气,电极反应式是4OH--4e-===O2↑+2H2O,故D正确。
3解析:
选C 放电时,负极上Na2S2被氧化生成Na2S4,电极反应式为2Na2S2-2e-===Na2S4+2Na+,A错误;充电时,阳极上NaBr失电子被氧化生成NaBr3,电极反应式为3NaBr-2e-===NaBr3+2Na+,B错误;放电时,阳离子向正极移动,故Na+经过离子交换膜,由b池移向a池,C正确;题目未指明2.24LH2是否处于标准状况下,无法计算b池中生成Na2S4的质量,D错误。
【课后作业】
1解析:
选A 因为阴极是阳离子反应,所以b膜为阳离子交换膜,选项A正确;A极室Cl-在阳极失电子产生氯气,但不产生沉淀,选项B错误;淡化工作完成后,A室Cl-失电子产生氯气,部分溶于水溶液呈酸性,B室H+得电子产生氢气,OH-浓度增大,溶液呈碱性,C室溶液呈中性,pH大小为pHA2解析:
选B 根据图示,K+移向电极N,所以N是阴极,M极是阳极,OH-发生氧化反应生成氧气,电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑,故A错误、B正确;c处流进粗KOH溶液,f处流出纯KOH溶液,故C错误;N极是阴极,H+发生还原反应生成氢气,非标准状况下11.2L氢气的物质的量不一定是0.5mol,故D错误。
4解析:
选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2H2O-4e-===4H++O2↑,溶液中c(H+)增大,CO
转化为HCO
,C正确;由图可知,阴极区得到NaOH溶液,为不引入杂质,物质B应为NaOH,其作用是增强溶液的导电性,D错误。
5解析:
选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。
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;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;Fe3+、Fe2+只能存在于酸性溶液中,D项正确。
6解析:
选D 由图可知,苯(C6H6)在D电极加氢还原生成环己烷(C6H12),则电极D是阴极,电极E是阳极,阳极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,故气体X是氧气,A错误;电解池中阳离子向阴极移动,则H+由右室进入左室,发生还原反应,B错误;阴极上苯(C6H6)被还原生成环己烷(C6H12),电极反应式为C6H6+6H++6e-===C6H12,根据阴、阳极上发生的反应及得失电子守恒推知电池总反应式为2C6H6+6H2O===2C6H12+3O2↑,故该储氢过程就是C6H6与水反应的过程,C错误,D正确。
7解析:
选C 电解有机废水(含CH3COOH),在阴极上氢离子得电子生成氢气,即2H++2e-===H2↑,则连接阴极的B极为负极,选项A正确;通电后,若有0.1molH2生成,根据电极反应式2H++2e-===H2↑可知转移0.2mol电子,选项B正确;在阴极上氢离子得电子生成氢气,但是氢离子会经过质子交换膜向右移动进入阴极室,阴极室的pH几乎保持不变,选项C不正确;与电源A极相连的惰性电极是阳极,电极反应式为CH3COOH-8e-+2H2O===2CO2↑+8H+,选项D正确。
8解析:
选C 通电后,阴极电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,则溶液的pH增大,故A正确;阳极上发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,故B正确;根据阳极电极反应式可知得到1mol产品HI,则转移1mol电子,阳极室溶液质量减少9g,故C错误;通电过程中,原料室中的Na+移向阴极室,I-移向产品室,所以NaI的浓度逐渐减小,故D正确。
9【答案】D
A.b电极电子流出,b为电池的负极,a电极为电池的正极,电极反应为
,故A正确;
B.钠离子向a电极方向移动,氯离子向b电极方向移动,所以A为阴离子交换膜,C为阳离子交换膜,故B正确;
C.阳极(负极)隔室中氯离子放电产生氯气,保持溶液中的电荷守恒,故C正确;
D.电极产物有氢气,是很好的清洁能源,氯气是重要的化工原料,经济价值是非常高的,故D错误;
10A项、相比现有工业合成氨,该方法选用酶作催化剂,条件温和,同时利用MV+和MV2+的相互转化,化学能转化为电能,故可提供电能,故A正确;
B项、左室为负极区,MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+,电极反应式为MV+—e—=MV2+,放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+,反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+,故B错误;
C项、右室为正极区,MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+,电极反应式为MV2++e—=MV+,放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+,故C正确;
D项、电池工作时,氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动,故D正确。
故选B。
11【答案】C
A.根据图示,电子由A极流出,沿导线流向B极,则A为负极、B为正极,A极发生氧化反应,故A正确;
B.原电池工作时,电解质溶液中阳离子H+向正极B移动,故B正确;
C.电池反应式为2CH3OH+3O2═2CO2+4H2O,有水生成导致溶液体积增大,溶质浓度减小,则c(H+)减小,所以溶液的pH增大,故C错误;
D.正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,正极的电极反应式为:
O2+4e-+4H+=2H2O,故D正确;
12【答案】B
A、Pt是负极,原电池中阴离子移向负极,OH-由阴离子交换膜左侧向右侧迁移,故A错误;
B、Pt是负极,VB2发生氧化反应,负极反应式为2VB2-22e-+22OH-===V2O5+2B2O3+11H2O,故B正确;
C、铜是正极,正极反应是O2+2H2O+4e-=4OH-,正极生成OH-,铜极附近电解质溶液pH增大,故C错误;
D、没有指明氯气是否处于“标准状况”,不能根据摩尔体积22.4L·mol-1计算,故D项错误。
13【答案】D
A.放电时,原电池内部阳离子向正极移动,即Li+向N极移动,A错误;
B.充电时电路中每通过0.5mol电子,则有0.5molLi生成,就有36/xg碳和金属锂复合在一起,B错误;
C.放电时,C的化合价未变,Li失电子生成锂离子,M电极的电极反应为LixC-xe-=xLi++6C,C错误;
D.充电时,N电极的电极反应为LiFePO4-xe-=xLi++Li1-xFePO4,D正确;
14【答案】D
A.该装置中没有电源,为原电池,根据氢离子的移动方向可知,A为正极,B为负极,故A错误;
B.
+e-=Cl-+
质量不守恒,A为正极,正极有氢离子参与反应,电极反应式为
+2e-+H+=Cl-+
,故B错误;
C.根据电荷守恒,当外电路中有0.2mole-转移时,通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA,而发生
+2e-+H+=Cl-+
,则A极区增加的H+的个数为0.1NA,故C错误;
D.原电池中电子从负极B沿导线经小灯泡流向正极A,故D正确;
15【答案】B
A、由放电时电池的总反应式为NaBr3+2Na2S2=3NaBr+Na2S4可知,A为原电池的负极,反应为2S22-﹣2e﹣=S42-,故A错误;
B、放电时Na+从负极通过阳离子交换膜移向正极,A为原电池的负极,B为原电池的正极,所以Na+从左向右通过阳离子交换膜,故B正确;
C、A为原电池的负极,B为原电池的正极,所以电流方向为B→灯泡→A,故C错误;
D、B为原电池的正极,发生还原反应,故D错误;