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第3课时　电解原理的创新应用
[核心素养发展目标]　1.通过研做电解原理应用的试题，进一步加深对电解原理的理解，建立解答电解问题的思维模型。2.培养学生的创新意识。
类型一　传统电解生产工艺的创新
1.(2025·江苏，8)以稀H2SO4为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为2H2O2H2↑+O2↑。下列说法正确的是(　　)
A.电极a上发生氧化反应生成O2
B.H+通过质子交换膜从右室移向左室
C.光解前后，H2SO4溶液的pH不变
D.外电路每通过0.01 mol电子，电极b上产生0.01 mol H2
答案　A
解析　由图可知，光能转化为电能从而分解水，与电解水原理相似，该装置类似电解池。该电解池中电子由电极a向电极b移动， 故电极a失电子发生氧化反应，作阳极，电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑；电极b得电子作阴极，电极反应式为2H++2e-===H2↑。H+由阳极向阴极移动，即通过质子交换膜由左室向右室移动，B错误；由总反应可知，光解时消耗水，电解质溶液中硫酸浓度逐渐增大，故溶液的pH减小， C错误；由阴极反应式可知，电路中每通过0.01 mol e-，电极b上产生0.005 mol H2，D错误。
2.(2023·湖北，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是(　　)
A.b电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
答案　D
解析　b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，故A正确；该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O，为保持OH-浓度不变，则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h-1，则补水的速率也应是x mol·h-1，故D错误。
3.(2023·浙江6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是(　　)
A.电极A接电源正极，发生氧化反应
B.电极B的电极反应式为：2H2O+2e-===H2↑+2OH-
C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
答案　B
解析　电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；电极B为阴极，通入的氧气得到电子，其电极反应式为2H2O+4e-+O2===4OH-，故B错误；右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入到右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，从而降低电解电压，减少能耗，故D正确。
类型二　应用电解池合成有机物
4.(2025·贵州，9)以Co3O4/SiC为阴极反应的催化剂，在KHCO3溶液中电解CH3CH2CH2OH和KNO3，两极协同合成CH3CH2CONH2(丙酰胺)的原理如图。
下列说法正确的是(　　)
A.b极与电源负极相连，发生氧化反应
B.a极涉及的反应有：N+6e-+7H+===NH2OH+2H2O
C.当电路中转移2 mol电子时，理论上合成1 mol CH3CH2CONH2
D.合成CH3CH2CONH2时会生成CH3CH2COOK副产物
答案　D
解析　b极发生氧化反应，应为阳极，与电源正极相连，而非负极，A错误；溶液环境是KHCO3溶液(呈弱碱性)，反应式中不能出现H+，正确的反应为N+6e-+7HC===NH2OH+7C+2H2O，B错误；合成CH3CH2CONH2可通过羟胺(NH2OH)与丙醛(CH3CH2CHO)反应生成CH3CH2CONH2，有NH2OH+ CH3CH2CHO―→CH3CH2CONH2+H2O，此时每生成1 mol CH3CH2CONH2，电极上转移6 mol电子；也可通过氨气与丙醛反应生成CH3CH2CONH2，有NH3+CH3CH2CHO―→CH3CH2CONH2+H2，此时每生成1 mol CH3CH2CONH2 ，电极上转移8 mol电子，C错误；b极生成的CH3CH2CHO，在碱性的KHCO3溶液中，CH3CH2CHO可进一步被氧化，生成CH3CH2COOK，D符合题意。
5.(2025·福建，9)一种无膜电合成碳酸乙烯酯(C3H4O3)的工作原理如图。下列说法正确的是(　　)
A.电源a极为负极
B.反应中Br-的物质的量不断减少
C.总反应为C2H4+CO2+H2O===C3H4O3+H2
D.“反应Ⅱ”为CO2+BrCH2CH2OH===C3H4O3+H++Br-
答案　C
解析　根据图中信息可知，电合成装置左边电极发生氧化反应：2Br--2e-===Br2，右边电极发生还原反应：2H2O+2e-===H2(g)+2OH-，则电源a极为正极、电源b极为负极，A错误；从整个反应过程来看，Br-在左边电极转化为Br2后，又经反应Ⅰ、Ⅱ等量产生(反应Ⅰ：C2H4+Br2+OH-===BrCH2CH2OH+Br-，反应Ⅱ：CO2+BrCH2CH2OH+OH-===C3H4O3+H2O+Br-)，故Br-的物质的量未发生变化，B、D错误；以整个电解池为研究对象，反应物为C2H4、CO2和H2O，生成物为C3H4O3和H2，总反应为C2H4+CO2+H2O===C3H4O3+H2，C正确。
类型三　电解池在处理环境污染物及废物回收利用方面的应用
6.(2025·湖南，9)一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.电解过程中，K+向左室迁移
B.电解过程中，左室中的浓度持续下降
C.用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色
D.完全转化为NH3的电解总反应：+8Cl-+6H2ONH3↑+9OH-+4Cl2↑
答案　B
解析　电解池中，阳离子向阴极移动，则K+向左室迁移，A正确；电解过程中，N先生成，再消耗，是中间产物，其浓度增大还是减小，取决于其生成速率与消耗速率，无法得出其浓度持续下降的结论，B错误；b处生成氯气，与水反应生成盐酸和次氯酸，盐酸能使蓝色石蕊试纸变红，次氯酸能使变红的试纸褪色，故能看到试纸先变红后褪色，C正确；左侧阴极总反应是+8e-+6H2O===NH3↑+9OH-，右侧阳极总反应是2Cl--2e-===Cl2↑，将两电极反应相加即可得到总反应，D正确。
7.我国科学家通过Cu2O超低电位下电催化硝酸盐与甲醛的耦合反应，实现了处理污染物的同时产生增值化学品，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.电极的电势：Cu2O电极a>Cu2O电极b
B.当电源的电压过大时，阳极可能会产生氧气
C.阳极区发生的总反应为HCHO+3OH--2e-===HCOO-+2H2O
D.当电路中转移2 mol e-时，Cu2O电极a的质量会增加52 g
答案　D
解析　Cu2O电极a为阳极，Cu2O电极b为阴极，故电极的电势：Cu2O电极a>Cu2O电极b，A正确；当电源的电压过大时，阳极区氢氧根离子可能会放电，产生氧气，B正确；a电极上Cu2O转化为Cu(OH)2，生成的Cu(OH)2与甲醛反应生成甲酸根离子(碱性环境)和Cu2O，故阳极区发生的总反应为HCHO+3OH--2e-===HCOO-+2H2O，C正确；当电路中转移2 mol e-时，Cu2O先转化为Cu(OH)2，Cu(OH)2与甲醛又生成Cu2O，则Cu2O电极a的质量不变，D错误。
8.(2025·河北，10)科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化的电化学装置，其示意图如下：
已知：参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是(　　)
A.LixCoO2电极上发生的反应：LixCoO2+xe-+xLi+===LiCoO2
B.产生标准状况下5.6 L O2时，理论上可转化 mol的LixCoO2
C.再锂化过程中，S向LixCoO2电极迁移
D.电解过程中，阳极附近溶液pH升高
答案　B
解析　LixCoO2转化为LiCoO2，Co的化合价降低，LixCoO2电极作阴极，电极反应式为LixCoO2+(1-x)Li++(1-x)e-===LiCoO2；H2O中O失电子，化合价升高，Pt电极作阳极，电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+。由电池分析知，A错误；由电极反应式可知，每产生标准状况下5.6 L(0.25 mol) O2时转移1 mol电子，根据得失电子守恒，理论上转化的LixCoO2的物质的量为 mol，B正确；S为阴离子，向阳极(即Pt电极)迁移，C错误；由阳极的电极反应式知，电解过程中阳极有H+生成，且消耗H2O，故阳极附近溶液pH降低，D错误。
“5点”突破电解综合应用题
(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极反应为“阳氧阴还”。
(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。(注意离子交换膜会限制某些离子的移动方向)
(3)注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。
(4)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现OH-，碱性介质不出现H+；不能想当然地认为金属作阳极，电极产物为金属阳离子。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。
课时对点练
[分值：100分]
[1~6题，每小题7分，7~11题，每小题8分]
1.(2026·江苏宿迁期中)工业上通过惰性电极电解Na2SO4浓溶液来制备氢氧化钠和硫酸，a、b为离子交换膜，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.b为阳离子交换膜
B.从d口得到NaOH浓溶液
C.该装置将化学能转变为电能
D.生成22.4 L的O2，将有2 mol Na+穿过阳离子交换膜
答案　B
解析　由图可知，c极产生氧气，发生氧化反应，故c极为阳极，则左侧电极为阴极，阳极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+，阴极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，Na+通过a膜移向阴极室，通过b膜移向阳极室，则a膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，A错误，B正确；该装置为电解池即将电能转变为化学能，C错误；题干未告知O2所处状态是否为标准状况，无法计算22.4 L O2的物质的量，也就无法计算穿过阳离子交换膜的Na+的物质的量，D错误。
2.在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图所示，下列说法错误的是(　　)
A.反应后，石墨电极的质量发生变化
B.a极是电源的负极
C.该体系中，Cl-优先于石墨参与反应
D.电极A的电极反应：TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2-
答案　C
解析　由图可知，在外加电源下石墨电极上的C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2-。
3.我国学者以熔融的NaOH-KOH作电解质，在Fe2O3/AC催化条件下，以N2和H2O为原料气，在250 ℃、常压条件下成功实现电催化合成氨，其装置如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)
A.电极a应连接电源负极
B.电极b上的反应为N2+6H2O(g)+6e-===2NH3+6OH-
C.反应过程中，OH-由 b 极区向a极区迁移
D.该电催化合成氨反应的化学方程式为2N2+6H2O(g)4NH3+3O2
答案　A
解析　该装置为电解池，介质为碱性物质，反应为N2和H2O(g)合成氨，由N元素化合价从0价降低至-3价知，N2在阴极得电子，则b连接电源负极，a连接电源正极，A错误；电极b为阴极，电极反应式为N2+6H2O(g)+6e-===2NH3+6OH-，B正确；电解池中阴离子移向阳极，a为阳极，则OH-由b极区向a极区迁移，C正确；总反应为2N2+6H2O(g)4NH3+3O2，D正确。
4.(2025·西安高二期末)一种微生物电化学方法生产甲烷的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.a为电源的负极
B.反应过程中阴极附近的pH减小
C.阳极的电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2+7H+
D.每生成1.12 L甲烷，电路中转移0.4 mol电子
答案　C
解析　由图示知，左池中CH3COO-在电极上失电子被氧化为CO2，故左池为阳极室，右池为阴极室，a为电源正极，b为负极；阳极电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2+7H+；阴极电极反应式为CO2+8H++8e-===CH4+2H2O。
5.NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.若直流电源为铅酸蓄电池，则b极为Pb
B.阳极反应式为ClO2+e-===Cl
C.交换膜左侧NaOH的物质的量不变，气体X为Cl2
D.制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na+由交换膜左侧向右侧迁移
答案　C
解析　二氧化氯转化为NaClO2(亚氯酸钠)的过程在阴极发生了还原反应，所以a是负极，b是正极，若直流电源为铅酸蓄电池，则b极应该是PbO2，故A错误；由总反应式：2ClO2+2NaCl===2NaClO2+Cl2知，交换膜左侧NaOH的物质的量不变，在阳极上氯离子失电子，发生氧化反应，产生氯气，气体X为Cl2，故B错误、C正确；Na+由交换膜右侧向左侧迁移，故D错误。
6.(2026·山东百师联盟联考)电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NO2的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。下列说法错误的是(　　)
A.a极为电源的负极
B.右室中电极反应式为NO2-e-+H2O===+2H+
C.若阳离子交换膜改为质子交换膜，则H+的移动方向为右室到左室
D.电解一段时间后，左室溶液的pH增大，右室溶液的pH减小
答案　D
解析　电解时，左侧电极氢离子得电子生成氢气，则为阴极，a为电源负极，b为正极，右侧电极上NO2失去电子生成硝酸，电极反应式为NO2-e-+H2O===+2H+。若阳离子交换膜改为质子交换膜，电解池中阳离子移向阴极，H+的移动方向为阳极室(右室)到阴极室(左室)，C正确；每转移2 mol电子右室产生4 mol H+，有2 mol硝酸形成，剩余2 mol H+移动至左室得电子生成氢气，则电解一段时间后，左室溶液的pH不变，右室溶液的pH减小，D错误。
7.工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
已知：①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解；
②氧化性： Ni2+(高浓度) >H+> Ni2+(低浓度)。
A.碳棒上发生的电极反应：4OH- -4e-===O2↑+2H2O
B.电解过程中，B室中NaCl溶液的浓度将不断减小
C.为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH
D.若将阳离子膜去掉，电解时的阳极产物发生改变
答案　B
解析　根据题图可知碳棒为阳极，阳极电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑，阴极电极反应式为Ni2++2e-===Ni、2H++2e-===H2↑，A正确；由于C室中Ni2+、H+不断减少，Cl-通过阴离子膜从C室移向B室，A室中OH-不断减少，Na+通过阳离子膜从A室移向B室，所以B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，B错误；由于H+氧化性大于Ni2+(低浓度)，所以为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH，C正确；若去掉阳离子膜，在阳极Cl-首先放电生成Cl2，阳极产物发生改变，D正确。
8.厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A-表示乳酸根离子)。下列有关说法正确的是(　　)
A.交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，A-从浓缩室通过交换膜Ⅰ向阳极移动
B.交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，H+从浓缩室通过交换膜Ⅱ向阴极移动
C.阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++ O2↑
D.400 mL 0.1 mol·L-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升到0.6 mol·L-1，则阴极上产生的H2在标准状况下的体积为4.48 L
答案　C
解析　左边电极上电极反应式为2H2O - 4e-===4H++ O2↑，生成的H+通过交换膜 Ⅰ 进入浓缩室，所以交换膜 Ⅰ 为阳离子交换膜，右边电极反应式为2H2O + 2e-===2OH-+ H2↑，溶液中A-从右侧通过交换膜 Ⅱ 进入浓缩室，所以交换膜 Ⅱ 为阴离子交换膜，A、B错误，C正确；400 mL 0.1 mol·L-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升到0.6 mol·L-1，则生成乳酸的物质的量为0.4 L×(0.6-0.1)mol·L-1=0.2 mol，转移的H+为0.2 mol，同时转移电子的物质的量为0.2 mol，根据2H2O + 2e-===2OH-+ H2↑知，生成氢气的物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积是2.24 L，D错误。
9.(2026·河南名校联考期中)一种二甲醚和CO2直接制备碳酸二甲酯()的电化学方法如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.a极与直流电源的正极相连
B.a极电势低于b极
C.b极反应：CH3OCH3+C+e-===
D.制备碳酸二甲酯的过程中CO2被氧化
答案　B
解析　a极为阴极，b极为阳极，阴极与直流电源的负极相连，阳极电势高于阴极电势，A项错误，B项正确；b极为阳极，失电子，C项错误；制备碳酸二甲酯的过程中CO2被还原，D项错误。
10.我国科学家开发了如图所示的电化学装置，实现了H2O2的制备和废弃PET的回收利用。下列说法错误的是(　　)
A.溶液中OH-移向电极B
B.电极B的电势高于电极A的电势
C.阳极区发生的反应为HOCH2CH2OH-6e-+8OH-===2HCOO-+6H2O
D.理论上每消耗3 mol O2，电极B消耗乙二醇124 g
答案　D
解析　电极B是阳极，所以溶液中OH-移向阳极即电极B，A正确；电极A是阴极，电极B是阳极，所以电极B的电势高于电极A的电势，B正确；阳极电极反应式为HOCH2CH2OH-6e-+8OH-===2HCOO-+6H2O，理论上消耗3 mol O2，此时转移6 mol电子，则电极B消耗乙二醇的物质的量是1 mol，质量是62 g，C正确、D错误。
11.某污水处理厂利用电解法处理含酚废水并制氢，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.X为电源的正极，a极发生还原反应
B.a极电极反应式为C6H5OH+11H2O-28e-===6CO2↑+28H+
C.产生标准状况下4.48 L CO2，则有1.4 mol H+通过质子交换膜
D.电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，溶液的pH保持不变
答案　B
解析　由原理图可知，X为电源的正极，b极连电源负极作阴极，发生还原反应，A错误；a极发生氧化反应，电极反应式为C6H5OH+11H2O-28e-===6CO2↑+28H+，B正确；产生标准状况下4.48 L CO2，即0.2 mol二氧化碳，根据a极反应可知约有0.93 mol H+通过质子交换膜，C错误；电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，原废液为苯酚，显弱酸性，电解总反应为C6H5OH+11H2O6CO2↑+14H2↑，电解后溶液的pH发生改变，D错误。
12.(18分)(2026·河北保定六校联盟期中联考)人们设计了以工业废液为原料制备硫酸的方法。利用电解法处理(NH4)2SO4废液制较浓硫酸，同时获得氨水，其原理示意图如图1所示。
注：电极均为惰性电极。
(1)Y为　　　　(填“阴”或“阳”)离子交换膜；A极为　　　　(填“正”“负”“阴”或“阳”)极。
(2)反应一定时间后，通过X膜的离子数　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)通过Y膜的离子数。
(3)图1表示的总反应式为　　　　　　　。
(4)结合化学用语解释图1装置中生成较浓硫酸的原理：　　　　　　　。
(5)有同学设计燃料电池，利用图1中产生的M、N、较浓硫酸和较浓氨水联合处理SO4废液，获得更高浓度的硫酸和氨水。其原理示意图如图2所示。
①M为　　　　(填化学式)；D极的电极反应式为　　　　。
②较浓硫酸应注入　　　　(填“C极区”或“D极区”)。
③电池工作一段时间后，假设所有产物均留在电池内，当电路中转移0.4 mol电子时，C极区增重质量为________ g。
答案　(1)阴　阴
(2)大于　(3)2(NH4)2SO4+6H2O4NH3·H2O+2H2SO4+O2↑+2H2↑
(4)B极的电极反应：2H2O-4e-===O2↑+4H+，c(H+)增大，通过阴离子交换膜进入B极区，c()增大，最终得到较浓硫酸
(5)①O2　H2-2e-===2H+　②D极区　③10.4
解析　(1)B极生成较浓硫酸，需移向B极，因此Y为阴离子交换膜。移向A极，因此A极为电解池的阴极。(2)由于通过X膜的所带的正电荷总数与通过Y膜的所带的负电荷总数相等，因此通过X膜的离子数大于通过Y膜的离子数。(5)①M是图1阳极(B极)产生的气体，故M为O2；燃料电池中，通入H2(N)的D极为负极，电极反应式为H2-2e-===2H+。②较浓硫酸应注入D极区，D极为负极，氢气失去电子被氧化：H2-2e-===2H+，Y为阴离子交换膜，迁移过来后得到更浓的硫酸。③C极(正极)通入的M是O2，电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-，转移0.4 mol e-时，消耗0.1 mol O2，m(O2)=0.1 mol×32 g·mol-1=3.2 g。同时生成0.4 mol OH-，则有0.4 mol N移向C极区，m(N)=0.4 mol×18 g·mol-1=7.2 g，C极区增重质量为m(O2)+m(N)=3.2 g+7.2 g=10.4 g。(共50张PPT)
第四章 第二节
第3课时　电解原理的创新应用
核心素养 发展目标
1.通过研做电解原理应用的试题，进一步加深对电解原理的理解，建立解答电解问题的思维模型。
2.培养学生的创新意识。
类型一　传统电解生产工艺的创新
1.(2025·江苏，8)以稀H2SO4为电解质溶液的光解水装置如图所示，总反应为2H2O　　　2H2↑+O2↑。下列说法正确的是
A.电极a上发生氧化反应生成O2
B.H+通过质子交换膜从右室移向左室
C.光解前后，H2SO4溶液的pH不变
D.外电路每通过0.01 mol电子，电极b上产生
　0.01 mol H2
√
由图可知，光能转化为电能从而分解水，与电解水原理相似，该装置类似电解池。该电解池中电子由电极a向电极b移动， 故电极a失电子发生氧化反应，作阳极，电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑；电极b得电子作阴极，电极反应式为2H++2e-===H2↑。H+由阳极向阴极移动，即通过质子交换膜由左室向右室移动，B错误；
由总反应可知，光解时消耗水，电解质溶液中硫酸浓度逐渐增大，故溶液的pH减小， C错误；
由阴极反应式可知，电路中每通过0.01 mol e-，电极b上产生0.005 mol H2，D错误。
2.(2023·湖北，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是
A.b电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过
　PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
√
b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，故A正确；
该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O，为保持OH-浓度不变，则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；
电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；
由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h-1，则补水的速率也应是x mol·h-1，故D错误。
3.(2023·浙江6月选考，13)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是
A.电极A接电源正极，发生氧化反应
B.电极B的电极反应式为：2H2O+2e-
　===H2↑+2OH-
C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度
　较高的NaOH溶液
D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少
　能耗
√
电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；
电极B为阴极，通入的氧气得到电子，其电极反应式为2H2O+4e-+O2 ===4OH-，故B错误；
右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入到右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；
改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，从而降低电解电压，减少能耗，故D正确。
类型二　应用电解池合成有机物
4.(2025·贵州，9)以Co3O4/SiC为阴极反应的催化剂，在KHCO3溶液中电解CH3CH2CH2OH和KNO3，两极协同合成CH3CH2CONH2(丙酰胺)的原理如图。
下列说法正确的是
A.b极与电源负极相连，发生氧化反应
B.a极涉及的反应有：N+6e-+7H+===
　NH2OH+2H2O
C.当电路中转移2 mol电子时，理论上合成1 mol CH3CH2CONH2
D.合成CH3CH2CONH2时会生成CH3CH2COOK副产物
√
b极发生氧化反应，应为阳极，与电源正极相连，而非负极，A错误；
溶液环境是KHCO3溶液(呈弱碱性)，反应式中不能出现H+，正确的反应为N+6e-+7HC===NH2OH+7C+2H2O，B错误；
合成CH3CH2CONH2可通过羟胺(NH2OH)与丙醛(CH3CH2CHO)反应生成CH3CH2CONH2，有NH2OH+CH3CH2CHO―→CH3CH2CONH2+H2O，此时每生成1 mol CH3CH2CONH2，电极上转移6 mol电子；也可通过氨气与丙醛反应生成CH3CH2CONH2，有NH3+CH3CH2CHO―→CH3CH2CONH2+H2，此时每生成1 mol CH3CH2CONH2 ，电极上转移8 mol电子，C错误；
b极生成的CH3CH2CHO，在碱性的KHCO3溶液中，CH3CH2CHO可进一步被氧化，生成CH3CH2COOK，D符合题意。
5.(2025·福建，9)一种无膜电合成碳酸乙烯酯(C3H4O3)的工作原理如图。下列说法正确的是
A.电源a极为负极
B.反应中Br-的物质的量不断减少
C.总反应为C2H4+CO2+H2O===C3H4O3+H2
D.“反应Ⅱ”为CO2+BrCH2CH2OH===
　C3H4O3+H++Br-
√
根据图中信息可知，电合成装置左边电极发生氧化反应：2Br--2e-=== Br2，右边电极发生还原反应：2H2O+2e-===H2(g)+2OH-，则电源a极为正极、电源b极为负极，A错误；
从整个反应过程来看，Br-在左边电极转化为Br2后，又经反应Ⅰ、Ⅱ等量产生(反应Ⅰ：C2H4+Br2+OH-===BrCH2CH2OH+Br-，反应Ⅱ：CO2+ BrCH2CH2OH+OH-===C3H4O3+H2O+Br-)，故Br-的物质的量未发生变化，B、D错误；
以整个电解池为研究对象，反应物为C2H4、CO2和H2O，生成物为C3H4O3和H2，总反应为C2H4+CO2+H2O===C3H4O3+H2，C正确。
类型三　电解池在处理环境污染物及废物回收利用方面的应用
6.(2025·湖南，9)一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是
A.电解过程中，K+向左室迁移
B.电解过程中，左室中的浓度持续下降
C.用湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变
　红后褪色
D.完全转化为NH3的电解总反应：+8Cl-+6H2O　 NH3↑+9OH-
　+4Cl2↑
√
电解池中，阳离子向阴极移动，则K+向左室迁移，A正确；
电解过程中，N先生成，再消耗，是中间产物，其浓度增大还是减小，取决于其生成速率与消耗速率，无法得出其浓度持续下降的结论，B错误；
b处生成氯气，与水反应生成盐酸和次氯酸，盐酸能使蓝色石蕊试纸变红，次氯酸能使变红的试纸褪色，故能看到试纸先变红后褪色，C正确；
左侧阴极总反应是+8e-+6H2O===NH3↑+9OH-，右侧阳极总反应是2Cl--2e-===Cl2↑，将两电极反应相加即可得到总反应，D正确。
7.我国科学家通过Cu2O超低电位下电催化硝酸盐与甲醛的耦合反应，实现了处理污染物的同时产生增值化学品，其原理如图所示。下列说法错误的是
A.电极的电势：Cu2O电极a>Cu2O电极b
B.当电源的电压过大时，阳极可能会产
　生氧气
C.阳极区发生的总反应为HCHO+3OH-
　-2e-===HCOO-+2H2O
D.当电路中转移2 mol e-时，Cu2O电极a的质量会增加52 g
√
Cu2O电极a为阳极，Cu2O电极b为阴极，故电极的电势：Cu2O电极a> Cu2O电极b，A正确；
当电源的电压过大时，阳极区氢氧根离子可能会放电，产生氧气，B正确；
a电极上Cu2O转化为Cu(OH)2，生成的Cu(OH)2与甲醛反应生成甲酸根离子(碱性环境)和Cu2O，故阳极区发生的总反应为HCHO+3OH--2e-=== HCOO-+2H2O，C正确；
当电路中转移2 mol e-时，Cu2O先转化为Cu(OH)2，Cu(OH)2与甲醛又生成Cu2O，则Cu2O电极a的质量不变，D错误。
8.(2025·河北，10)科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化的电化学装置，其示意图如下：
已知：参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是
A.LixCoO2电极上发生的反应：LixCoO2
　+xe-+xLi+===LiCoO2
B.产生标准状况下5.6 L O2时，理论上
　可转化 mol的LixCoO2
C.再锂化过程中，S向LixCoO2电极迁移
D.电解过程中，阳极附近溶液pH升高
√
LixCoO2转化为LiCoO2，Co的化合价降低，LixCoO2电极作阴极，电极反应式为LixCoO2+(1-x)Li++(1-x)e-===LiCoO2；H2O中O失电子，化合价升高，Pt电极作阳极，电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+。由电池分析知，A错误；
由电极反应式可知，每产生标准状况下5.6 L(0.25 mol) O2时转移1 mol电子，根据得失电子守恒，理论上转化的LixCoO2的物质的量为 mol，B正确；
S为阴离子，向阳极(即Pt电极)迁移，C错误；
由阳极的电极反应式知，电解过程中阳极有H+生成，且消耗H2O，故阳极附近溶液pH降低，D错误。
“5点”突破电解综合应用题
(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极反应为“阳氧阴还”。
(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。(注意离子交换膜会限制某些离子的移动方向)
(3)注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。
(4)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现OH-，碱性介质不出现H+；不能想当然地认为金属作阳极，电极产物为金属阳离子。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。
练后反思
课时对点练
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 B C A C C D B C
题号 9 10 11
答案 B D B
对一对
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12.
(1)阴　阴
(2)大于　(3)2(NH4)2SO4+6H2O　 4NH3·H2O+2H2SO4+O2↑+2H2↑
(4)B极的电极反应：2H2O-4e-===O2↑+4H+，c(H+)增大，通过阴离子交换膜进入B极区，c()增大，最终得到较浓硫酸
(5)①O2　H2-2e-===2H+　②D极区　③10.4
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1.(2026·江苏宿迁期中)工业上通过惰性电极电解Na2SO4浓溶液来制备氢氧化钠和硫酸，a、b为离子交换膜，装置如图所示。下列说法正确的是
A.b为阳离子交换膜
B.从d口得到NaOH浓溶液
C.该装置将化学能转变为电能
D.生成22.4 L的O2，将有2 mol Na+穿过阳离子
　交换膜
√
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由图可知，c极产生氧气，发生氧化反应，故c极为阳极，则左侧电极为阴极，阳极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+，阴极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，Na+通过a膜移向阴极室，通过b膜移向阳极室，则a膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，A错误，B正确；
该装置为电解池即将电能转变为化学能，C错误；
题干未告知O2所处状态是否为标准状况，无法计算22.4 L O2的物质的量，也就无法计算穿过阳离子交换膜的Na+的物质的量，D错误。
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2.在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图所示，下列说法错误的是
A.反应后，石墨电极的质量发生变化
B.a极是电源的负极
C.该体系中，Cl-优先于石墨参与反应
D.电极A的电极反应：TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2-
√
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由图可知，在外加电源下石墨电极上的C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2-。
3.我国学者以熔融的NaOH-KOH作电解质，在Fe2O3/AC催化条件下，以N2和H2O为原料气，在250 ℃、常压条件下成功实现电催化合成氨，其装置如图所示。下列有关说法不正确的是
A.电极a应连接电源负极
B.电极b上的反应为N2+6H2O(g)+6e-===
　2NH3+6OH-
C.反应过程中，OH-由 b 极区向a极区迁移
D.该电催化合成氨反应的化学方程式为2N2+6H2O(g)　　4NH3+3O2
√
答案
1
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12
答案
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2
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4
5
6
7
8
9
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11
12
该装置为电解池，介质为碱性物质，反应为N2和H2O(g)合成氨，由N元素化合价从0价降低至-3价知，N2在阴极得电子，则b连接电源负极，a连接电源正极，A错误；
电极b为阴极，电极反应式为N2+6H2O(g)+6e-===2NH3+6OH-，B正确；
电解池中阴离子移向阳极，a为阳极，则OH-由b极区向a极区迁移，C正确；
总反应为2N2+6H2O(g)　　4NH3+3O2，D正确。
4.(2025·西安高二期末)一种微生物电化学方法生产甲烷的装置如图所示。下列说法正确的是
A.a为电源的负极
B.反应过程中阴极附近的pH减小
C.阳极的电极反应式为CH3COO-
　-8e-+2H2O===2CO2+7H+
D.每生成1.12 L甲烷，电路中转移0.4 mol电子
√
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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12
答案
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2
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4
5
6
7
8
9
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11
12
由图示知，左池中CH3COO-在电极上失电子被氧化为CO2，故左池为阳极室，右池为阴极室，a为电源正极，b为负极；阳极电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O===2CO2+7H+；阴极电极反应式为CO2+8H++8e-=== CH4+2H2O。
5.NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂，工业上可采用电解法制备，工作原理如图所示。下列叙述正确的是
A.若直流电源为铅酸蓄电池，则b极为Pb
B.阳极反应式为ClO2+e-===Cl
C.交换膜左侧NaOH的物质的量不变，气体X为Cl2
D.制备18.1 g NaClO2时理论上有0.2 mol Na+由交换
　膜左侧向右侧迁移
√
答案
1
2
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5
6
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答案
1
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12
二氧化氯转化为NaClO2(亚氯酸钠)的过程在阴极发生了还原反应，所以a是负极，b是正极，若直流电源为铅酸蓄电池，则b极应该是PbO2，故A错误；
由总反应式：2ClO2+2NaCl===2NaClO2+Cl2知，交换膜左侧NaOH的物质的量不变，在阳极上氯离子失电子，发生氧化反应，产生氯气，气体X为Cl2，故B错误、C正确；
Na+由交换膜右侧向左侧迁移，故D错误。
6.(2026·山东百师联盟联考)电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NO2的装置如图所示(图中电极均为石墨电极)。下列说法错误的是
A.a极为电源的负极
B.右室中电极反应式为NO2-e-+H2O===+2H+
C.若阳离子交换膜改为质子交换膜，则H+的移
　动方向为右室到左室
D.电解一段时间后，左室溶液的pH增大，右室
　溶液的pH减小
√
答案
1
2
3
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5
6
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答案
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11
12
电解时，左侧电极氢离子得电子生成氢气，则为阴极，a为电源负极，b为正极，右侧电极上NO2失去电子生成硝酸，电极反应式为NO2-e-+H2O===+2H+。若阳离子交换膜改为质子交换膜，电解池中阳离子移向阴极，H+的移动方向为阳极室(右室)到阴极室(左室)，C正确；
每转移2 mol电子右室产生4 mol H+，有2 mol硝酸形成，剩余2 mol H+移动至左室得电子生成氢气，则电解一段时间后，左室溶液的pH不变，右室溶液的pH减小，D错误。
7.工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质
Ni的原理如图所示。下列说法错误的是
已知：①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解；
②氧化性： Ni2+(高浓度) >H+> Ni2+(低浓度)。
A.碳棒上发生的电极反应：4OH- -4e-===O2↑+2H2O
B.电解过程中，B室中NaCl溶液的浓度将不断减小
C.为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH
D.若将阳离子膜去掉，电解时的阳极产物发生改变
√
答案
1
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3
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12
根据题图可知碳棒为阳极，阳极电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑，阴极电极反应式为Ni2++2e-===Ni、2H++2e-===H2↑，A正确；
由于C室中Ni2+、H+不断减少，Cl-通过阴离子膜从C室移向B室，A室中OH-不断减少，Na+通过阳离子膜从A室移向B室，所以B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，B错误；
由于H+氧化性大于Ni2+(低浓度)，所以为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH，C正确；
若去掉阳离子膜，在阳极Cl-首先放电生成Cl2，阳极产物发生改变，D正确。
8.厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A-表示乳酸根离子)。下列有关说法正确的是
A.交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，A-从
　浓缩室通过交换膜Ⅰ向阳极移动
B.交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，H+从
　浓缩室通过交换膜Ⅱ向阴极移动
C.阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++ O2↑
D.400 mL 0.1 mol·L-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升到0.6 mol·L-1，
　则阴极上产生的H2在标准状况下的体积为4.48 L
√
答案
1
2
3
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5
6
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11
12
左边电极上电极反应式为2H2O - 4e-===4H++ O2↑，生成的H+通过交换膜 Ⅰ 进入浓缩室，所以交换膜 Ⅰ 为阳离子交换膜，右边电极反应式为2H2O + 2e-===2OH-+ H2↑，溶液中A-从右侧通过交换膜 Ⅱ 进入浓缩室，所以交换膜 Ⅱ 为阴离子交换膜，A、B错误，C正确；
400 mL 0.1 mol·L-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升到0.6 mol·L-1，则生成乳酸的物质的量为0.4 L×(0.6-0.1)mol·L-1=0.2 mol，转移的H+为0.2 mol，同时转移电子的物质的量为0.2 mol，根据2H2O + 2e-===2OH-+ H2↑知，生成氢气的物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积是2.24 L，D错误。
答案
1
2
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5
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11
12
9.(2026·河南名校联考期中)一种二甲醚和CO2直接制备碳酸二甲酯
(　　　　　 　)的电化学方法如图所示。下列说法正确的是
A.a极与直流电源的正极相连
B.a极电势低于b极
C.b极反应：CH3OCH3+C+e-===
　
D.制备碳酸二甲酯的过程中CO2被氧化
答案
1
2
3
4
5
6
7
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9
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11
12
√
答案
1
2
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4
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6
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8
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11
12
a极为阴极，b极为阳极，阴极与直流电源的负极相连，阳极电势高于阴极电势，A项错误，B项正确；
b极为阳极，失电子，C项错误；
制备碳酸二甲酯的过程中CO2被还原，D项错误。
10.我国科学家开发了如图所示的电化学装置，实现了H2O2的制备和废弃PET的回收利用。下列说法错误的是
A.溶液中OH-移向电极B
B.电极B的电势高于电极A的电势
C.阳极区发生的反应为HOCH2CH2OH
　-6e-+8OH-===2HCOO-+6H2O
D.理论上每消耗3 mol O2，电极B消耗乙二醇124 g
√
答案
1
2
3
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5
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12
答案
1
2
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9
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11
12
电极B是阳极，所以溶液中OH-移向阳极即电极B，A正确；
电极A是阴极，电极B是阳极，所以电极B的电势高于电极A的电势，B正确；
阳极电极反应式为HOCH2CH2OH-6e-+8OH-===2HCOO-+6H2O，理论上消耗3 mol O2，此时转移6 mol电子，则电极B消耗乙二醇的物质的量是1 mol，质量是62 g，C正确、D错误。
11.某污水处理厂利用电解法处理含酚废水并制氢，工作原理如图所示。下列说法正确的是
A.X为电源的正极，a极发生还原反应
B.a极电极反应式为C6H5OH+11H2O-28e-===
　6CO2↑+28H+
C.产生标准状况下4.48 L CO2，则有1.4 mol H+
　通过质子交换膜
D.电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，溶液的pH保持不变
√
答案
1
2
3
4
5
6
7
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9
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11
12
由原理图可知，X为电源的正极，b极连电源负极作阴极，发生还原反应，A错误；
a极发生氧化反应，电极反应式为C6H5OH+11H2O-28e-===6CO2↑+28H+，B正确；
产生标准状况下4.48 L CO2，即0.2 mol二氧化碳，根据a极反应可知约有0.93 mol H+通过质子交换膜，C错误；
电解后将两极区溶液混合，与原废水相比较，原废液为苯酚，显弱酸性，电解总反应为C6H5OH+11H2O　　6CO2↑+14H2↑，电解后溶液的pH发生改变，D错误。
答案
1
2
3
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9
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11
12
12.(2026·河北保定六校联盟期中联考)人们设计了以工业废液为原料制备硫酸的方法。利用电解法处理(NH4)2SO4废液制较浓硫酸，同时获得氨水，其原理示意图如图1所示。
注：电极均为惰性电极。
(1)Y为　　　(填“阴”或“阳”)离子交换膜；
A极为　　　(填“正”“负”“阴”或“阳”)极。
阴
阴
B极生成较浓硫酸，需移向B极，因此Y为阴离子交换膜。移向A极，因此A极为电解池的阴极。
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(2)反应一定时间后，通过X膜的离子数_______
(填“大于”“小于”或“等于”)通过Y膜的离子数。
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
大于
由于通过X膜的所带的正电荷总数与通过Y膜的所带的负电荷总数相等，因此通过X膜的离子数大于通过Y膜的离子数。
(3)图1表示的总反应式为____________________
　　 　　　 　　。
(4)结合化学用语解释图1装置中生成较浓硫酸的原理：____________________________________
__________________________________________
　 　　　　　。
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2(NH4)2SO4+6H2O
4NH3·H2O+2H2SO4+O2↑+2H2↑
B极的电极反应：2H2O-4e-===O2↑+4H+，
c(H+)增大，通过阴离子交换膜进入B极区，c()增大，最终得到较浓硫酸
(5)有同学设计燃料电池，利用图1中产生的M、N、较浓硫酸和较浓氨水联合处理SO4废液，获得更高浓度的硫酸和氨水。其原理示意图如图2所示。
①M为　　　(填化学式)；D极的电极反应式为　 　　　。
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
O2
H2-2e-===2H+
M是图1阳极(B极)产生的气体，故M为O2；燃料电池中，通入H2(N)的D极为负极，电极反应式为H2-2e-===2H+。
②较浓硫酸应注入　　　　(填“C极区”或“D极区”)。
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D极区
较浓硫酸应注入D极区，D极为负极，氢气失去电子被氧化：H2-2e-===2H+，Y为阴离子交换膜，迁移过来后得到更浓的硫酸。
③电池工作一段时间后，假设所有产物均留在电池内，当电路中转移0.4 mol电子时，C极区增重质量为______ g。
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10.4
C极(正极)通入的M是O2，电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-，转移0.4 mol e-时，消耗0.1 mol O2，m(O2)=0.1 mol×32 g·mol-1=3.2 g。同时生成0.4 mol OH-，则有0.4 mol N移向C极区，m(N)=0.4 mol×
18 g·mol-1=7.2 g，C极区增重质量为m(O2)+m(N)=3.2 g+7.2 g=10.4 g。
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