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3.电化学中的多室、多池装置
多室电化学装置
知｜识｜强｜化
1.电化学装置中的交换膜
（1）常见离子交换膜
（2）新型交换膜——双极膜
①示意图
②双极膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产生H＋ 和OH－ ，可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH 条件。
2.含“膜”多室电化学装置分析
以四室电渗析法制备H3PO2（次磷酸）为例（选自全国卷），其工作原理如图所示：
分析如下：
真｜题｜研｜析
1.（2024·吉林高考12题）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为＋H2。下列说法错误的是（　　）
A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应：2H2O＋2e－2OH－＋H2↑
C.电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D.阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑
2. 2.（2023·河北高考13题）我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构如图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为下列说法错误的是（　　）
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区溶液中的向②区迁移
D.放电时，a电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－Mn2＋＋2H2O
3.（2023·全国甲卷12题）用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物（乙烯、乙醇等）的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是（　　）
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl－从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应有2CO2＋12H＋＋12e－C2H4＋4H2O
D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体（标准状况）
能｜力｜进｜阶
1.（2024·广东大湾区普通高中二模）利用双极膜电解含有的溶液，使转化成含碳燃料，实现了CO2还原流动。电解池如图所示，双极膜中水电离的H＋和OH－在电场作用下可以向两极迁移。下列说法不正确的是（　　）
A.银网电极与电源负极相连
B.双极膜b侧应该用质子交换膜
C.阴极电极反应为＋2e－＋3H＋CO↑＋2H2O
D.双极膜中有0.1 mol H2O电离，则阳极附近理论上产生0.05 mol O2
2.（2024·合肥八中教育集团铭传高级中学段考）如图所示装置，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断正确的是（　　）
A.b是电源的负极
B.当通过质子交换膜的H＋为0.12 mol时，Ⅱ室内溶液质量增加超过3.32 g
C.电解一段时间后，Ⅰ室溶液的pH降低
D.电解一段时间后，欲使CuCl2溶液恢复到原来浓度，需补充一定量的金属铜和氯气
3.（2024·辽宁重点高中协作校二模）电解硫酸钠溶液制取某正极材料的前驱体（OH）2，其工作原理如图所示：
下列说法正确的是（　　）
A.a是直流电源的负极，石墨电极发生还原反应
B.当产生0.1 mol的（OH）2时，纯钛电极上产生标准状况下2.24 L气体
C.交换膜A是阳离子交换膜，交换膜B是阴离子交换膜
D.通电一段时间，Ⅰ室pH不变
多池电化学装置与电化学计算
知｜识｜强｜化
1.多池电化学装置分析
（1）有外接电源的多池装置
有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：
则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。
（2）无外接电源的多池装置
两图中，A均为原电池，B均为电解池。
2.串联类装置的解题流程
真｜题｜研｜析
1.（2023·北京高考5题）回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是（　　）
A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度
C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D.装置b中的总反应为＋CO2＋H2OHCOOH＋
2.（2022·山东高考15题改编）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2（s）转化为Co2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法错误的是（　　）
A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小
B.装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－Li＋＋Co2＋＋4OH－
D.若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
3.（2022·河北高考12题改编）科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理示意图如图。
下列说法正确的是（　　）
A.电极b为阳极
B.隔膜为阳离子交换膜
C.生成气体M与N的物质的量之比为2∶1
D.反应器Ⅰ中反应的离子方程式为4[Fe（CN）6]3－＋4OH－4[Fe（CN）6]4－＋O2↑＋2H2O
能｜力｜进｜阶
1.（2024·T8联盟五模拟）装置甲是某可充电电池的示意图，该电池放电的化学方程式为2K2S2＋KI3K2S4＋3KI。图中的离子交换膜只允许K＋通过，C、D、F均为石墨电极，E为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时C、D两电极产生的气体体积相同（标准状况），E电极质量减少1.28 g。下列说法正确的是（　　）
A.装置甲中A电极为电池的正极
B.C电极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O4OH－
C.装置乙中D电极产生的气体是H2，体积为224 mL（标准状况）
D.装置丙中的总反应为2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑
2.（2024·T8联盟六模拟）相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液（a、b电极均为石墨电极），可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法错误的是（　　）
A.b电极的电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋
B.电池放电过程中，Cu（1）电极为该电池的正极
C.电池从开始工作到停止放电，理论上可制得标准状况下44.8 L气体
D.若开始前两铜电极的质量相同，当电路中转移0.2 mol电子时，两铜电极的质量相差12.8 g
3.（2024·广州五校联考）利用CH4燃料电池电解制备Ca（H2PO4）2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是（　　）
A.a极反应：CH4－8e－＋4CO2＋2H2O
B.A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜
C.a极上通入标准状况下2.24 L甲烷，阳极室Ca2＋减少0.2 mol
D.阳极室有氯气产生，阴极室中有氢气产生且NaOH浓度增大
提示：完成课后作业　板块一　专题三　3专题三　电化学
选择题突破三
1.新型电池
考向一
真题研析
1.C　MnO2转化为MnOOH，Mn由＋4价降为＋3价，发生还原反应，MnO2作氧化剂，A错误；电池工作时阴离子向负极移动，B错误；温度较低时，反应速率会降低，C正确；MnO2转化为MnOOH，每生成1 mol MnOOH转移电子数为1×6.02×1023，D错误。
2.C　由题图中的物质转化知，a极作正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－4OH－，b极作负极，电极反应为C6H12O6＋2CuOC6H12O7＋Cu2O，Cu2O＋2OH－－2e－2CuO＋H2O，该电池的总反应为2C6H12O6＋O22C6H12O7，A正确；由题图可知，b电极上发生转化：CuO→Cu2O→CuO，反应前后CuO的性质和数目不变，故b电极上CuO通过Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）相互转变起催化作用，B正确；根据负极的电极反应式可知，当消耗18 mg（0.1 mmol）葡萄糖时，转移0.2 mmol电子，故理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；电池中，阳离子向正极迁移，由分析知，b电极为负极，a电极为正极，故两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a，D正确。
3.B　由题图分析可知，Ag为负极，A错误；电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt，B正确；溶液为酸性，故正极Pt表面发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－2H2O，C错误；每消耗标准状况下11.2 L的O2，转移2 mol电子，故最多去除2 mol Cl－，D错误。
能力进阶
1.D　由题图知，Zn作负极，电极反应为Zn＋4OH－－2e－Zn（OH，多孔Pd纳米片作正极，电极反应为CO2＋2e－＋2H＋HCOOH；由分析可知，A选项正确；正极CO2转化为HCOOH，故正极区溶液的pH减小，B选项正确；Zn为该电池的负极，发生的电极反应为Zn＋4OH－－2e－Zn（OH，C选项正确；每生成1 mol甲酸，转移2 mol e－，双极膜处解离2 mol H2O，D选项错误。
2.B　由图知，电极M为正极，电极M上的电势高于电极N上的，A错误；质子带正电荷，放电时向正极移动，故质子由电极N向电极M移动，即从海泥层通过交接面向海水层移动，B项正确；电极N的电极反应式为S2－－2e－S↓，C项错误；电极M的电极反应式为O2＋4CO2＋2H2O＋4e－4，由得失电子守恒可得，4e－～4CO2～2S2－，由元素守恒可得，2S2－～2～16e－，结合得失电子守恒，16e－～～4CO2，故理论上M电极区消耗CO2与N电极区生成CO2的质量相等，D项错误。
3.C　在压力梯度的驱动下，储氢材料极生成的质子通过交换膜移向Pd极，外电路电子流动方向为Pt极→负载→Pd极，故Pd极为正极，Pt极为负极，Pd极发生还原反应，A错误；电流方向为Pd极→负载→Pt极→交换膜→Pd极，B错误；电池负极反应为PdHx－e－PdHx－1＋H＋，C正确；Pd极为正极，则Pt极的电势低于Pd极的电势，D错误。
考向二
真题研析
1.C　充电时Zn2＋向阴极移动，A错误；由题意知，放电时，MnO2转化为MnOOH和ZnMn2O4，B错误；放电时，MnO2电极为正极，发生的反应有MnO2＋H2O＋e－MnOOH＋OH－，C正确；根据放电时Zn电极的电极反应式为Zn－2e－Zn2＋可知，Zn电极质量减少0.65 g（0.01 mol）时，电路中通过0.02 mol电子，故MnO2电极有0.02 mol MnO2发生反应，但MnO2转化为MnOOH和少量ZnMn2O4，故生成的MnOOH的物质的量小于0.020 mol，D错误。
2.C　由题图知，该电池放电时CO2转化为MgC2O4，C元素化合价降低发生还原反应，则多孔碳纳米管电极作正极，Mg电极作负极，Mg失电子转化为Mg2＋。放电时，电池的总反应为2CO2＋MgMgC2O4，A正确；充电时多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极相连，B正确；充电时，Mg电极作阴极，电子由阳极经外电路流向Mg电极，C错误；放电时，CO2中C元素由＋4价降为＋3价，故转移1 mol电子时，理论上转化1 mol CO2，D正确。
3.C　标注框内Zn和N之间存在配位键，N和C、C和C、C和H之间存在共价键，A项正确；放电时Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－Zn2＋，Zn-TCPP为正极，电极反应式为＋2e－3I－，则电池总反应为Zn＋Zn2＋＋3I－，B项正确；充电时Zn为阴极，阴极反应式为Zn2＋＋2e－Zn，Zn2＋主要来自电解质溶液，C项错误；根据放电时负极反应式：Zn－2e－Zn2＋知，消耗0.65 g Zn，即0.01 mol Zn，理论上转移0.02 mol电子，D项正确。
能力进阶
1.B　该二次电池储能时为电解池，PbSO4转化为Pb，被还原作阴极，多孔碳电极为阳极，Fe2＋失电子生成Fe3＋，放电时Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，多孔碳电极为正极，正极上Fe3＋得电子转化为Fe2＋。该二次电池储能时为电解池，电能转化为化学能，A错误；放电时右池多孔碳电极为正极，发生反应Fe3＋＋e－Fe2＋，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧溶液，pH减小， B正确；放电时Pb为负极，被氧化生成的Pb2＋结合S生成PbSO4，电极反应式为Pb－2e－PbSO4，负极极板的质量增加，C错误；充电时总反应为PbSO4＋2Fe2＋Pb＋＋2Fe3＋，D错误。
2.C　由原理和图知，电极A为负极，电极反应式为Li－e－Li＋，电极B为正极，电极反应式为3CO2＋4e－＋4Li＋2Li2CO3＋C。放电时，电极A为负极，充电时，电极A接电源的负极，A正确；Li＋在负极生成，在正极参与反应，故聚合物电解质膜只允许Li＋通过，B正确；放电时，若电路中转移NA个电子，右室质量增加 g＝40 g，C错误；由3CO2＋4e－＋4Li＋2Li2CO3＋C知，若0.3 mol CO2气体参加反应，则电路中转移电子的数目为0.4NA，D正确。
3.B　根据图中电极反应知，放电时，甲电极为负极，电极反应为In－3e－In3＋，电极乙为正极，电极反应为MnO2＋e－＋H＋MnOOH，充电时电极甲接电源负极是阴极，电极乙接电源正极是阳极。充电时，电极甲接电源负极是阴极，电极乙接电源正极是阳极，故H＋移向电极甲，A正确；放电时，负极反应为In－3e－In3＋，正极反应为MnO2＋e－＋H＋MnOOH，故电路中转移3 mol电子，负极质量减少：1 mol×115 g·mol－1＝115 g，正极质量增加：3 mol×1 g·mol－1＝3 g，故两电极质量变化数值之和为118 g，B错误；放电时，负极反应为In－3e－In3＋，正极反应为MnO2＋e－＋H＋MnOOH，总反应：In＋3MnO2＋3H＋3MnOOH＋In3＋，C正确；放电时，正极反应为MnO2＋e－＋H＋MnOOH，则充电时，阳极反应：MnOOH－e－MnO2＋H＋，D正确。
2.电解原理及其应用
考向一
真题研析
1.B　由题图可知，多孔电极1上H2O（g）发生还原反应生成H2（g），则多孔电极1为阴极，电极反应式为2H2O＋4e－2H2＋2O2－；多孔电极2上O2－发生氧化反应生成O2（g），多孔电极2为阳极，电极反应式为2O2－－4e－O2↑。多孔电极表面积大，可增大其与水蒸气的接触面积，A项正确；电极2作阳极，O2－发生氧化反应，电极反应式为2O2－－4e－O2↑，B项错误；电解池中阴离子向阳极移动，即O2－从多孔电极1向多孔电极2移动，C项正确；阴极的电极反应式为2H2O＋4e－2H2＋2O2－，则分解2 mol H2O时电路中通过4 mol电子，故理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O，D项正确。
2.D　闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，右侧为阴极，电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－（2H＋＋2e－H2↑），A错误；左侧生成氯气，氯气遇到水生成HClO，HClO具有漂白性，使a处布条褪色，是HClO表现的漂白性，B错误；b处出现蓝色，发生反应：Cl2＋2KII2＋2KCl，说明还原性：I－＞Cl－，C错误；断开K1，立刻闭合K2，此时构成氢氯燃料电池，电流表发生偏转，D正确。
3.B　电极b上Br－发生失电子的氧化反应转化成Br，电极b为阳极，电极反应为Br－－6e－＋3H2OBr＋6H＋，则电极a为阴极，电极a的电极反应为2H＋＋2e－H2↑，电解总反应式为Br－＋3H2OBr＋3H2↑，A、C项正确；催化循环阶段Br被还原成Br－循环使用，同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2，电解过程中消耗H2O和Br－，而催化阶段Br被还原成Br－循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误；催化阶段，Br元素的化合价由＋5价降至－1价，生成1 mol Br－得到6 mol电子，O元素的化合价由－2价升至0价，生成1 mol O2失去4 mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n（O2）∶n（Br－）＝6∶4＝3∶2，D项正确。
能力进阶
1.B　以ZrO2、石墨为电极，以熔融CaCl2为电解质，采用熔盐电脱氧法电解制备金属Zr。则ZrO2为阴极，石墨为阳极。阴极反应ZrO2＋4e－Zr＋2O2－；阳极反应4Cl－－4e－2Cl2↑。石墨电极为阳极，接电源正极，A正确；由阴极反应知，阴极没有O2生成，B不正确；电解池工作时，阴离子向阳极移动，则O2－向石墨电极迁移，C正确；Zr4＋的氧化性强于Ca2＋，则Zr4＋优先于Ca2＋在阴极被还原，D正确。
2.B　利用电解复氧装置，电解产生的氧气溶于水体中，可以为水中的动植物提供生存所需的氧，A项正确；阴极发生的反应为Mg2＋＋2H2O＋2e－H2↑＋Mg，B项错误；电解过程中，阳极上会生成O2和Cl2，可以杀灭藻类，C项正确；电解过程只需通电，操作简单，不需要额外添加化学试剂，不会对环境造成二次污染，D项正确。
3.D　依据图示可知，b电极出口有Cl2产生，故b为阳极，电极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，则a为阴极，电极反应为Na＋＋e－Na。b电极为阳极，A项正确；添加CaCl2的目的是降低电解质熔点，节省能源，同时减少单质钠的挥发；增大密度，使得被还原出的密度较低的液态钠单质能漂浮在混合盐之上，易于分离得到产物，B项正确；结合题干信息，电解过程中会产生一定量的金属Ca，说明部分Ca2＋会在阴极放电，C项正确；为了防止生成的Na与Cl2接触，阴、阳两极之间应该用离子交换膜隔开，以保持两极区电解质的电中性，不能使用钢板，D项错误。
4.D　传统氯碱工艺电解饱和食盐水使用阳离子交换膜，该方法可避免使用离子交换膜，A项正确；根据图示，第一步中阳极反应为Na0.44MnO2－xe－Na0.44－xMnO2＋xNa＋，B项正确；第二步中，放电结束后，Na0.44－xMnO2→Na0.44MnO2，Ag→AgCl，电解质溶液中NaCl的含量降低，C项正确；理论上，每消耗1 mol O2转移4 mol电子，第一步生成4 mol NaOH；根据钠元素守恒，第二步提取4 mol NaCl，第三步生成2 mol Cl2，D项错误。
考向二
真题研析
1.B　由电解原理图可知，Ni电极产生H2，发生还原反应，作阴极，电解质溶液为KOH水溶液，则电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－；Pt电极C3N8H4被氧化生成C6，作阳极，电极反应为2C3N8H4＋8OH－－4e－C6＋8H2O，同时，Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为4OH－－4e－O2↑＋2H2O。Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，OH－向阳极即Pt电极移动，A错误；生成C6的电极反应为2C3N8H4＋8OH－－4e－C6＋8H2O，B正确；阳极主要反应为2C3N8H4－4e－＋8OH－C6＋8H2O，阴极反应为2H2O＋2e－，则电解过程中发生的总反应主要为2C3N8H4＋4OH－C6＋4H2O＋2H2↑，反应消耗OH－，生成H2O，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；由总反应：2C3N8H4＋4OH－C6＋4H2O＋2H2↑可知，每生成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成，发生电极反应：4OH－－4e－O2↑＋2H2O，则生成1 mol H2时得到的部分电子由OH－放电产生O2提供，所以生成K4C6N16小于0.5 mol，D错误。
2.B　左侧PbCu电极的Pb表面HOOC—COOH转化为HOOC—CHO，发生脱氧的还原反应，Cu表面
HOOC—CHN—OH转化为HOOC—CH2—N＋H3，发生脱氧、加氢的还原反应，因此PbCu电极为阴极；根据题干信息，右侧Cu电极上发生失电子的氧化反应，因此Cu电极为阳极。根据题干信息可知，Cu电极所在的阳极区先后发生反应：HCHO＋OH－HOCH2O－、HOCH2O－＋OH－[OCH2O]2－＋H2O、[OCH2O]2－－e－HCOO－＋H·，H·可转化为H2，则阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C正确；根据阳极总反应可知，每消耗4个OH－，电路中通过2e－，根据电荷守恒，双极膜中有2个OH－向阳极迁移，即阳极区c（OH－）减小，A正确；据工作原理图知，阴极反应过程：首先Pb上：H2C2O4＋2e－＋2H＋HOOC—CHO＋H2O，然后：HOOC—CHO＋H3N＋OHHOOC—CHNOH＋H2O＋H＋，Cu上：HOOC—CHNOH＋4e－＋5H＋HOOC—CH2N＋H3＋H2O，故阴极总反应为H2C2O4＋H3N＋OH＋6e－＋6H＋H3N＋CH2COOH＋3H2O，由阴极总反应知，理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH消耗6 mol H＋，双极膜中有6 mol H2O解离提供出6 mol H＋，B错误；D中所述反应即为阴极反应过程中Pb上发生的反应，D正确。
3.D　该装置是电解池，电极b上3-甲基吡啶转化为烟酸过程中“加氧少氢”，发生氧化反应，则b为阳极，a为阴极，阴极电极反应式为＋2e－＋2H＋，A、C正确；电解池中阳离子移向阴极，则H＋移向a电极，B正确；根据得失电子守恒可得关系式：～6e－～，因此生成6 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸，D错误。
能力进阶
1.B　由题干信息可知，无阳极氯腐蚀，故在该条件下，N2H4的放电能力强于Cl－，Cl－不放电，N2H4发生氧化反应生成N2，A正确；由题可知，该电解池采用电解制氢新技术，结合A选项中分析，b极为阳极，则a极为阴极，与电源负极连接，气体1为H2，发生还原反应：2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，B错误；b极为阳极，N2H4发生氧化反应生成N2，电极反应式正确，C正确；a极反应式为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，根据电极反应式知，标准状况下，产生0.1 mol H2时外电路转移电子数为0.2NA，D正确。
2.C　生成含镁化合物，镁单质应发生氧化反应，Mg电极为阳极，电极反应为Mg－2e－＋N＋＋6H2OMgNH4PO4·6H2O，惰性电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑。阳极反应有：Mg－2e－＋N＋＋6H2OMgNH4PO4·6H2O，A正确；由Mg－2e－＋N＋＋6H2OMgNH4PO4·6H2O知，若电路中转移1.98 mol e－，则消耗的）＝0.99 mol，则溶液中剩余含P微粒为1 mol－0.99 mol＝0.01 mol，B正确；强酸性环境下，会生成H3，强碱性环境下，N会生成氨水，不利于去除氮、磷元素，C错误；鸟粪石是含N、P元素的不溶性物质，通过沉淀溶解平衡可逐渐提供可溶性的铵根离子和磷酸根离子，提供N和P，故可用作缓释肥，实现变废为宝，D正确。
3.D　题给电解装置中，电极a上是水得到电子生成H2和OH－，电极b上是HCHO的碱性溶液失去电子生成H2和HCOO－，根据电解池中阳极失去电子和阴极得到电子可以判断出电极a是阴极，电极b是阳极。电极a是阴极，连接电源负极，A正确；电极b是阳极，阳极上甲醛失去电子生成氢气和甲酸根离子，并且溶液是碱性的，因此b电极反应式为2HCHO＋4OH－－2e－2HCOO－＋H2↑＋2H2O，B正确；电解过程中电极a上产生一个H2得到2个电子，电极b上产生一个H2失去2个电子，因此电解过程中a、b两极产生H2的数量相同，相同条件下产生气体的体积相同，C正确；电解过程共收集到22.4 L的H2（标准状况），为1 mol，由选项C可知a和b电极上均产生了0.5 mol H2，则通过阴离子交换膜的OH－为1 mol，D错误。
3.电化学中的多室、多池装置
考向一
真题研析
1.A　b极上HCHO在碱性溶液中被氧化为HCOO－，则b极为阳极，阳极反应为2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋2H2O＋H2↑，阴极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑。传统电解水过程中每转移4 mol e－，可制得2 mol H2，耦合HCHO高效制H2过程中每转移4 mol e－，阴、阳极均可产生2 mol氢气，则相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误；阴极的电极反应为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，B正确；综合图像中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知，OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动，C正确；由上述分析可知，D正确。
2.B　放电时，电极材料转化为电极反应为是原电池的负极，阳离子增多，需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原电池的正极，电极反应：MnO2＋4H＋＋2e－Mn2＋＋2H2O，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区。充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；充电时，外电源的正极连接a电极，电极失去电子，电极反应为Mn2＋＋2H2O－2e－MnO2＋4H＋，B错误；放电时，①区溶液中多余的向②区迁移，C正确；放电时，a电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－Mn2＋＋2H2O，D正确。
3.C　IrOx-Ti电极接电源正极，为阳极，发生失电子的氧化反应，故电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑，A错误；质子交换膜只允许H＋通过，故H＋从IrOx-Ti电极向Cu电极迁移，B错误；Cu电极接电源负极，为阴极，发生得电子的还原反应，根据图中物质转化关系知CO2可发生反应：2CO2＋12H＋＋12e－C2H4＋4H2O，C正确；由A可知每转移1 mol电子，阳极生成 0.25 mol即5.6 L（标准状况）O2，D错误。
能力进阶
1.D　根据示意图，右侧生成CO，发生还原反应，为阴极区，即Ag网为阴极，与电源的负极相连，阴极的反应式为＋2e－＋3H＋CO↑＋2H2O；Ni网为阳极，电极反应式为4OH－－4e－O2↑＋2H2O，双极膜中H＋向右侧移动，即b为质子膜，OH－向左侧移动，a为阴离子膜。银网电极为阴极，与电源负极相连，A正确；双极膜中H＋向右侧移动，即b为质子膜，B正确；阴极的电极反应式为＋2e－＋3H＋CO↑＋2H2O，C正确；根据阳极反应式4OH－－4e－O2↑＋2H2O，产生0.05 mol O2会消耗0.2 mol OH－，双极膜中有0.2 mol H2O电离，D错误。
2.B　由石墨电极Ⅱ产生氧气可知，电极Ⅱ为阳极，电极 Ⅰ 为阴极，则b是电源的正极，A错误；随着电解的进行，当通过质子交换膜的H＋为0.12 mol时，Ⅱ室得到了来自Ⅰ室的0.12 mol Cl－及Ⅲ室的0.12 mol H＋，并且根据Fe2O3＋6H＋2Fe3＋＋3H2O，0.02 mol Fe2O3完全溶解，质量增加为0.12 mol×36.5 g·mol－1＋0.02 mol×160 g·mol－1＝7.58 g，超过3.32 g，B正确；电解一段时间后，Ⅰ室中Cu2＋浓度降低，水解平衡Cu2＋＋2H2OCu（OH）2＋2H＋向左移动，溶液的pH升高，C错误；电解一段时间后，欲使CuCl2溶液恢复到原来浓度，需补充CuCl2固体，D错误。
3.B　由图可知，前驱体在Ⅲ室产生，即金属阳离子进入Ⅲ室，与该极产生的OH－生成前驱体，纯钛电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，作为电解池的阴极，接电源负极（b），故a为正极，石墨电极为阳极，阳极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑，发生氧化反应，Ⅱ室中的阴离子通过交换膜A移向阳极，故交换膜A为阴离子交换膜。a是直流电源的正极，石墨电极为阳极，发生氧化反应，A错误；产生0.1 mol的（OH）2时，需要0.2 mol OH－，纯钛电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，产生0.1 mol H2，标准状况下的体积为0.1 mol×22.4 L·mol－1＝2.24 L，B正确；交换膜A是阴离子交换膜，交换膜B是阳离子交换膜，C错误；石墨电极为阳极，阳极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑，则通电一段时间，Ⅰ室pH减小，D错误。
考向二
真题研析
1.C　SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HC的水解程度大于其电离程度，B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，C错误；由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为S＋CO2＋H2OHCOOH＋S，D正确。
2.C　电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子被氧化为CO2，同时生成H＋，电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O2CO2↑＋7H＋，H＋通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为Co2＋＋2e－Co，因此，甲室溶液pH逐渐减小，A正确；对于乙室，正极上LiCoO2被还原为Co2＋，同时得到Li＋，其中的O2－与溶液中的H＋结合生成H2O，电极反应式为2LiCoO2＋2e－＋8H＋2Li＋＋2Co2＋＋4H2O，负极发生的反应为CH3COO－－8e－＋2H2O2CO2↑＋7H＋，负极产生的H＋通过阳膜进入正极室，但是乙室的H＋浓度仍然是减小的，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为LiCoO2＋e－＋4H＋Li＋＋Co2＋＋2H2O，C错误；若甲室Co2＋减少200 mg，则转移电子为n（e－）＝×2≈0.006 8 mol；若乙室Co2＋增加300 mg，则转移电子为n（e－）＝×1≈0.005 1 mol，由于转移电子的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分溶液转移至甲室，D正确。
3.D　由图可知，电极a为阳极，碱性条件下[Fe（CN）6]4－在阳极发生氧化反应生成[Fe（CN）6]3－，在催化剂作用下，[Fe（CN）6]3－与OH－反应生成[Fe（CN）6]4－、O2和H2O，电极b为阴极，在水分子作用下DHPS在阴极发生还原反应生成DHPS-2H和OH－，在催化剂作用下，DHPS-2H与水反应生成DHPS和H2，OH－通过阴离子交换膜由阴极室向阳极室移动，则M为O2、N为H2。电极b为电解池的阴极，A错误；OH－通过阴离子交换膜由阴极室向阳极室移动，则隔膜为阴离子交换膜，B错误；M为O2、N为H2，由得失电子数目守恒可知，O2和H2的物质的量之比为1∶2，C错误；反应器Ⅰ中发生的反应为催化剂作用下，[Fe（CN）6]3－与OH－反应生成[Fe（CN）6]4－、O2和H2O，离子方程式为4[Fe（CN）6]3－＋4OH－4[Fe（CN）6]4－＋O2↑＋2H2O，D正确。
能力进阶
1.C　断开K，C、D两电极产生的气体体积相同，E电极质量减少1.28 g，则E电极是阳极，F电极是阴极，装置乙溶液中Cu2＋全部析出Cu、H＋得到电子生成H2，C电极是阳极，D电极是阴极，因此装置甲中A电极为电池的负极，B电极是正极，A错误；C电极是阳极，溶液中水放电，电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，B错误；装置乙中D电极是阴极，导线中转移的电子的物质的量是×2 mol＝0.04 mol，则C电极生成O2的物质的量是＝0.01 mol，标准状况下的体积是224 mL，由于C、D两电极产生的气体体积相同，所以产生H2的体积标准状况下是224 mL，C正确；装置丙中阳极是铜放电，阴极是H＋放电，得不到Cl2，总反应为Cu＋2H2OCu（OH）2＋H2↑，D错误。
2.C　浓差电池中，左侧溶液中Cu2＋浓度大，离子的氧化性强，所以Cu（1）电极为正极，电极上发生还原反应，电极反应：Cu2＋＋2e－Cu，Cu（2）电极为负极，电极反应：Cu－2e－Cu2＋；则电解槽中a电极为阴极，b电极为阳极，阳极上水放电生成O2和H＋，电极反应：2H2O－4e－O2↑＋4H＋，阴极上水放电生成H2，电极反应：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，则Na＋通过离子交换膜c进入左室，c为阳离子交换膜，S通过离子交换膜d进入右室，d为阴离子交换膜。b电极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋，A正确；浓差电池中，Cu（1）电极为正极，B正确；电池从开始工作到停止放电，溶液中Cu2＋浓度变为1.5 mol·L－1，根据Cu2＋～Cu～2e－知，Cu（1）电极上析出n（Cu）＝（2.5－1.5）mol·L－1×2 L＝2 mol，电路中转移了4 mol电子，则a极产生了2 mol H2，b极产生了1 mol O2，共3 mol气体，则理论上可制得标准状况下3 mol×22.4 L·mol－1＝67.2 L气体，C错误；当电路中转移0.2 mol电子时，Cu（1）电极上析出的n（Cu）＝0.1 mol，对应的m（Cu）＝0.1 mol×64 g·mol－1＝6.4 g，Cu（2）电极上溶解的n（Cu）＝0.1 mol，m（Cu）＝6.4 g，则两铜电极的质量相差12.8 g，D正确。
3.C　由图可知，左侧装置为甲烷燃料电池，通入甲烷的a极为负极，甲烷发生氧化反应，电极反应式为CH4－8e－＋4O2－CO2＋2H2O，通入O2的b极为正极，O2在正极发生还原反应，电极反应式为2O2＋8e－4O2－；右侧装置为电解池，与b极相连的石墨电极为阳极，Cl－放电生成Cl2，溶液中Ca2＋通过阳离子交换膜进入产品室，与a极相连的石墨电极为阴极，水分子在阴极放电生成H2和OH－，原料室中Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室，H2P通过阴离子交换膜进入产品室，所以在阴极室得到浓度较大的NaOH溶液，在产品室得到Ca（H2PO4）2溶液。a极为负极，电极反应式为CH4－8e－＋4O2－CO2＋2H2O，A正确；电解时，溶液中Ca2＋通过阳离子交换膜进入产品室，Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室，H2P通过阴离子交换膜进入产品室，则A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，B正确；由得失电子数目守恒可知，阳极室消耗Cl－为×8＝0.8 mol，由电荷守恒可知，进入产品室的Ca2＋为0.8 mol×＝0.4 mol，则阳极室减少钙离子的物质的量为0.4 mol，C错误；与b极相连的石墨电极为阳极，Cl－在阳极放电生成Cl2，与a极相连的石墨电极为阴极，水分子放电生成H2和OH－，原料室中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，所以在阴极室得到浓度较大的NaOH溶液，D正确。
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