1、第一部分 必考部分专题二化学基本理论第 6 讲电化学基础考纲要求1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。学科素养1.变化观念与平衡思想：认识电化学反应的本质是氧化还原反应，能多角度、动态分析电化学反应，并运用电化学原理解决实际问题。2.证据推理与模型认知：能运用原电池、电解池模型示意图解释电极及电池反应现象，揭示“放电”“充电”“电解”时现象的本质与规律。3.科学探究与创新意识：能够发现和提出有探究价值的新型化学电源、环境污染与防治等电化学问题，
2、确定探究目的，设计探究方案，进行实验探究，能根据实验现象总结规律，并勇于提出自己的独到见解。4.科学精神与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，研究新型高效、绿色化学电源，能对与电化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。核心知识整合 H 构建体系强化重点网络构建核心强化1原电池工作原理示意图2原电池正极和负极的 5 种判定方法3微粒流向(1)电子流向：负极正极(电流的方向正好相反)。注意：电子沿导线传递但不能通过电解质溶液。(2)离子流向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。4电解池工作原理(阳极为惰性电极)示意图5电解池阳极和阴极的判定 4 方法(1)根据所连接的外加电源判断，与直流电源
3、正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。(2)根据电子的流向判断，输出电子的一极为阳极，输入电子的一极为阴极。(3)根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。(4)根据电解池两极产物判断，一般情况下：阴极上的现象是：析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出；阳极上的现象是：有非金属单质生成(呈气态的有 Cl2、O2)或电极质量减小(活性电极作阳极)。6电解池的电极反应及其放电顺序(1)阳离子在阴极上的放电顺序：AgFe3Cu2H(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2 IBrClOH7电解的 4 大类型及规律8.金属腐蚀与防护的方法(1)金属腐蚀快慢
4、程度的判断方法(2)金属电化学保护的 2 种方法师生互动探究 S 高频考点点点突破考点一 原电池的工作原理及化学电源解析 充电时该电池为电解池，电解质溶液中阳离子向阴极移动，故 K向阴极移动，A 项错误；充电时的总反应为2Zn(OH)24=2ZnO24OH2H2O，因此 c(OH)逐渐增大，B 项错误；放电时负极上 Zn 发生氧化反应，负极反应为 Zn4OH2e=Zn(OH)24，C 项正确；放电时的正极反应为 O24e2H2O=4OH，电路中通过 2 mol 电子时，消耗 O2 0.5 mol，在标准状况下的体积为 11.2 L，D 项错误。答案 C燃料电池电极反应方程式的书写技巧燃料电池是
5、一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。由于电池总反应式与燃料燃烧方程式相似而得名，由于条件不同，燃料并非真的燃烧。另外，燃料电池的考查重点在不同条件下的电解质溶液，如酸性、碱性、中性、熔融碳酸盐、熔融氧化物等，其书写关键可以归结为一句话：“什么环境下用什么离子平衡电性。”如正极反应式书写：分点突破角度一：以新型化学电源考查原电池的工作原理1锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)2MnO2(s)H2O(l)=Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)下列说法错误的是()A电池工作时，锌失去电子，电解液内部 OH向负极移动B电池正极的电极反应式为：2MnO2
6、(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量理论上减小 6.5 g解析 A 项，锌的化合价升高，失去电子，电解液内部 OH向负极移动，正确；B 项，根据电池总反应式可判断正极是MnO2，正极发生还原反应，电极反应式为 2MnO2(s)H2O(l)2e=Mn2O3(s)2OH(aq)，正确；C 项，电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，错误；D 项，由总反应式可知每通过 0.2 mol 电子时负极消耗 0.1 mol 锌，消耗锌的质量 0.1 mol65 gmol16.5 g，正确。答案 C2近
7、年来 AIST 报告正在研制一种“高容量、低成本”锂铜空气燃料电池，该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电总反应方程式为 2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，如图所示。下列说法不正确的是()A放电时，Li透过固体电解质向 Cu 极移动B放电时，负极的电极反应式为 Cu2OH2O2e=2Cu2OHC通空气时，铜被腐蚀，表面产生 Cu2OD整个反应过程中，铜相当于催化剂解析 由题中装置图和放电时总反应可知，放电时 Li 为负极，Cu 为正极，阳离子向正极移动，A 项正确；放电时，负极Li 失电子转化成 Li，B 项错误；结合题中装置图可知，通入空气铜被腐蚀，生成 Cu2O，C
8、项正确；铜被腐蚀生成 Cu2O，放电时 Cu2O 又被还原成 Cu，所以整个反应过程中 Cu 相当于催化剂，D 项正确。答案 B3写出下列新型电池的电极反应式并回答相关问题。(1)肼双氧水燃料电池由于其较高的能量密度而广受关注，其 工 作 原 理 如 图1所 示。则 电 池 正 极 反 应 式 为_，电池工作过程中，A 极区溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)使用电化学一氧化碳气体传感器可定量检测空气中 CO含量，其结构如图 2 所示。这种传感器利用燃料电池原理，则该电池的负极反应式为_。(3)利用燃料电池的原理来处理氮氧化物是一种新方向。装置如图 3 所示，在处理过程中石墨
9、电极上反应生成一种氧化物 Y。写出氧化物 Y 的化学式_；石墨电极为_(填“正”或“负”)极，该电极反应为_。(4)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 示 意 图 如 图 4，写 出 电 极 a 的 电 极 反 应 式：_。(5)一种甲醇燃料电池，如图 5 所示，使用的电解质溶液是 2 molL1 的 KOH 溶液。请写出加入(通入)b 物质一极的电极反应式_；每消耗 6.4 g 甲醇转移的电子数为_。答案(1)H2O22e=2OH 减小(2)COH2O2e=CO22H(3)N2O5 正 O22N2O54e=4NO3(4)2NH36OH6e=N26H2O(5)O2
10、2H2O4e=4OH 1.2NA(1.26.021023)角度二：以可充电电池考查原电池的工作原理4全钒液流储能电池利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能的相互转化，充电时，惰性电极 M、N 分别连接电源的正极和负极。电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是()A充电过程中，N 电极附近酸性减弱B充电过程中，N 电极上 V3被还原为 V2C放电过程中，H由 N 电极向 M 电极移动D放电过程中，M 电极的反应式为 VO2 2He=VO2H2O解析 充电时 N 电极与电源的负极相连，N 电极为阴极，发生还原反应：V3e=V2，A 项错误，B 项正确。放电时，M 电极为正极，阳离子向正
11、极移动，C 项正确。放电时 M 电极为正极，发生还原反应：VO2 2He=VO2H2O，D 项正确。答案 A5高铁电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为 KOH 溶液，放电时的总反应式为 3Zn2K2FeO48H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。下列叙述正确的是()A放电时，负极反应式为 3Zn6e6OH=3Zn(OH)2B放电时，正极区溶液的 pH 减小C充电时，每转移 3 mol 电子，阳极有 1 mol Fe(OH)3 被还原D充电时，电池的锌电极接电源的正极解析 A 项，放电时，负极发生氧化反应，负极反应式为3Zn6e6OH=3Zn(OH)2，正确；B 项，放电时，正极发
12、生还原反应，电极反应式为 2FeO24 8H2O6e=2Fe(OH)310OH，有 OH生成，正极区溶液的 pH 增大，错误；C 项，充电时，每转移 3 mol 电子，阳极有 1 mol Fe(OH)3 被氧化，错误；D 项，充电时，Zn(OH)2 在阴极发生还原反应，所以，电池的锌电极接电源的负极，错误。答案 A6某锂离子二次电池装置如图所示，其放电时的总反应为Li1xCoO2LixC6=6CLiCoO2。下列说法正确的是()A石墨为正极B充电时，阳极质量不变C充电时，阴极反应式为 xLixe=xLiD放电时，正极反应式为 xLiLi1xCoO2xe=LiCoO2解析 根据装置示意图和电池放
13、电时的总反应可知，锂离子二次电池中石墨作负极，含锂化合物作正极，A 项错误；充电时，阳极发生氧化反应：LiCoO2xe=Li1xCoO2xLi，阳极质量减小，B 项错误；充电时，阴极发生还原反应：6CxLixe=LixC6，C 项错误；放电时，正极反应式为 Li1xCoO2xLixe=LiCoO2，D 项正确。答案 D“4 方面”突破可充电电池角度三：原电池原理在工业生产中的应用7.一种处理污水的燃料电池模型如右图所示。该电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙。下列叙述不正确的是()AB 电极为正极B气体乙可能为 CO2CO2 在 A 电
14、极得电子D电池工作时，B 电极附近的 pH 逐渐减小解析A 项，电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，则 B 电极为负极，错误；B 项，有机物是含碳、氢、氧元素的化合物，有机物释放电子、质子(H)生成乙，乙可能为 CO2，正确；C 项，B 电极为负极，则 A 电极为正极，在燃料电池中，O2在正极得电子，即 O2 在 A 电极得电子，正确；D 项，细菌将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，质子(H)浓度增大，则 B 电极附近的 pH 逐渐减小，正确。答案 A8乙烯催化氧化成乙醛可设计成如下图所示的燃料电池，在制备乙醛的同时
15、还可获得电能，其总反应化学方程式为：2CH2=CH2O22CH3CHO。下列有关说法正确的是()A该电池电极 a 为正极，b 为负极B电子移动方向：电极 a磷酸溶液电极 bC负极反应式为：CH2=CH22eH2O=CH3CHO2HDb 电极有 2.24 L O2 反应，溶液中有 0.4 mol H迁移到 b电极上反应解析 A 项，由化学方程式知，CH2=CH2 被氧化，O2被还原，则通入 CH2=CH2 的一极为负极，即 a 为负极，b 为正极，错误；B 项，电子不能通过电解质溶液，错误；C 项，从题 图 可 以 看 出，负 极 反 应 为CH2=CH2 2e H2O=CH3CHO2H，正确；
16、D 项，没有指出气体的温度和压强，不能计算 O2 的物质的量，错误。答案 C考点二 电解池的工作原理及应用 金属的腐蚀与防护类型一 电解池的工作原理及应用解析 通电后中间隔室的 SO24 向正极区迁移，正极区溶液水中 OH放电，pH 降低，Na向负极区迁移，负极区溶液水中H放电，pH 增大，A、C 项错误；电路中通过 1 mol 电子的电量，有 0.25 mol O2 生成，D 项错误。答案 B解答电解池相关题目的“3 看”分点突破角度：电解池的原理及应用1某小组为研究电化学原理，设计了甲、乙、丙三种装置(C1、C2、C3 均为石墨)。下列叙述正确的是()A甲、丙中化学能转化为电能，乙中电能转
17、化为化学能BC1、C2 分别是阳极、阴极；锌片、铁片上都发生氧化反应CC1 上和 C3 上放出的气体相同，铜片上和铁片上放出的气体也相同D甲中溶液的 pH 逐渐增大，丙中溶液的 pH 逐渐减小解析 A 项，甲没有外接电源，是将化学能转化为电能的装置，为原电池；乙、丙有外接电源，是将电能转化为化学能的装置，为电解池，错误；B 项，C1、C2 分别连接电源的正、负极，分别是电解池的阳极、阴极；锌片作负极发生氧化反应，铁片作阴极发生还原反应，错误；C 项，C1 和 C3 都是阳极，氯离子在阳极上失电子生成氯气，铜片上和铁片上都是氢离子得电子生成氢气，正确；D 项，甲中正极和丙中阴极上都是氢离子得电子
18、生成氢气，随着反应的进行，溶液的 pH 均增大，错误。答案 C2(1)利用 LiOH 和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH 可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图装置电解制备 LiOH，两电极区电解液分别为 LiOH和 LiCl 溶液。B 极区电解液为_溶液(填化学式)，阳极电极反应式为_，电解过程中 Li向_电极迁移(填“A”或“B”)。(2)一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。导线中电子移动方向为_。(用 A、D 表示)生成目标产物的电极反应式为_。答案(1)LiOH 2Cl2e=Cl2 B(2)AD C6H66H6e=C6H12类型二
19、 电解的相关计算解析 阴极可以放电的阳离子依次为 0.01 mol Ag、0.01 mol Cu2和 H，阳极放电的离子是 OH；当阳极生成标准状况下 1.12 L O2 时，电路中通过电子 n(e)0.05 mol40.2 mol，此时 Ag、Cu 已全部析出，总质量为 0.01 mol108 gmol10.01 mol64 gmol11.72 g；因为当 Ag、Cu 全部析出后，相当于电解水，H浓度不再增加，所以生成的 H所带电荷的量与消耗的 0.01 mol Ag、0.01 mol Cu2所带电荷的量相等，则溶液中生成 c(H)0.3 molL1，pH作电解池阴极(外加电流的阴极保护法)
20、作原电池正极(牺牲阳极的阴极保护法)金属表面处理(覆盖保护层)高考真题追踪1(2019 课标全国，12)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，氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H+2MV+C.正极区，固氮酶催化剂，N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 解 析 A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、
21、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。答案 C2(2019课标全国，13)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3DZn）可以高效沉积 ZnO 的特点，设计了采用
22、强碱性电解质的 3DZnNiOOH 二次电池，结构如下图所示。电池反应为 Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)放充电电 ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是()A.三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积，所沉积的 ZnO 分散度高B.充电时阳极反应为 Ni(OH)2(s)+OH(aq)eNiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为 Zn(s)+2OH(aq)2eZnO(s)+H2O(l)D.放电过程中 OH通过隔膜从负极区移向正极区答案 D解析A、三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的 ZnO 分散度高，A 正确；B、充电相当于是电解池，阳
23、极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是 Ni(OH)2失去电子转化为 NiOOH，电极反应式为 Ni(OH)2(s)OH(aq)eNiOOH(s)H2O(l)，B 正确；C、放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为 Zn(s)2OH(aq)2eZnO(s)H2O(l)，C 正确；D、原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中 OH通过隔膜从正极区移向负极区，D 错误3(2018课标全国，13)最近我国科学家设计了一种CO2H2S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
24、裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTAFe2e=EDTAFe3 2EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2 该装置工作时，下列叙述错误的是()A 阴极的电极反应：CO22H2e=COH2O B协同转化总反应：CO2H2S=COH2OS 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 解析 阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO22e2H=COH2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2H2S=SCOH2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO石墨烯的，C项
25、错误；Fe3、Fe2在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。答案 C4(2018课标全国，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的 Na-CO2 二次电池。将 NaClO4 溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO24Na2Na2CO3C。下列说法错误的是()A放电时，ClO4 向负极移动B充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2C放电时，正极反应为：3CO24e=2CO23 CD充电时，正极反应为：Nae=Na 答案 D解析电池放电时，ClO4 向负极移动，A 项正确；结合总反应可知放电时需吸收 CO2，而充电
26、时释放出 CO2，B 项正确；放电时，正极 CO2 得电子被还原生成单质 C，即电极反应式为 3CO24e=2CO23 C，C 项正确；充电时阳极发生氧化反应，即 C 被氧化生成 CO2，D 项错误。5(2018课标全国，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Li2O2x(x0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 Li2O2x=2Li1x2 O2 解析根据电池工作原理，多孔碳材料吸附 O2，O2 在此获得电子，所以多
27、孔碳材料电极为电池的正极，A 项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B 项错误；Li带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C 项错误；充电时，电池总反应为 Li2O2x=2Li 1x2 O2，D 项正确。答案 D名师微课导学 M 解题指导素养提升电化学原理综合应用类题的突破方法题型特点 1多池组合问题：电化学中的多池串联问题，能够考查考生基本知识掌握情况、缜密的思维能力及巧妙处理综合问题的能力。多个电池“串联”在一起，但没有外接直流电源，考生要结合所学知识准确辨认电解池和原电池。这种题型主要考查考生“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。
28、2带交换膜的电化学装置题：近几年全国卷高考电化学装置一般都带离子交换膜，此类题目新颖度高，考生因理不清交换膜与阴、阳离子的移动方向的关系而出现错误。带膜的电化学装置多应用于物质的制备和提纯。这种题型主要考查学生“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”的化学学科核心素养，一般出现在全国卷的第 11 题。类型一 多池组合问题名师精讲多池组合中电池类型的判断方法1直接判断非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A 为原电池，B 为电解池。2根据电池中的电池材料和电解质溶液判断原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极一个碳棒作电极；而电解池则一般都是
29、两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B 为原电池，A 为电解池。典例示范 应用尝试1如图表示用酸性氢氧燃料电池为电源进行的电解实验。下列说法中正确的是()A燃料电池工作时，正极反应为 O22H2O4e=4OHBa 极是铁，b 极是铜时，b 极逐渐溶解，a 极上有铜析出Ca 极是粗铜，b 极是纯铜时，a 极逐渐溶解，b 极上有铜析出Da、b 两极均是石墨时，a 极上产生的 O2 与电池中消耗的H2 体积比为 21解析 因为是酸性燃料电池，所以正极反应为 O24e4H=2H2O，A
30、 项错误；a 极与电池的正极相连，为电解池的阳极，所以铁失电子逐渐溶解，b 极上有铜析出，B 项错误；a极是粗铜，b 极是纯铜时，形成电解精炼铜的装置，C 项正确；a极上产生 1 mol O2 时转移 4 mol 电子，转移 4 mol 电子时消耗 2 mol H2，则相同条件下，生成的氧气与消耗的 H2 的体积比为12，D 项错误。答案 C2如图所示，X、Y、Q、W 都是惰性电极，将电源接通后，W 极附近颜色逐渐加深。下列说法中不正确的是()A电源的 M 极为正极B甲装置中溶液的 pH 减小C甲装置的两个电极上都有单质生成且物质的量之比为11D欲用乙装置给铜镀银，U 极应该是 Ag，电镀液选
31、择 AgNO3溶液解析 A 项，W 极附近颜色逐渐加深，说明通电时氢氧化铁胶粒移向该电极，W 极为阴极，W 极连接电源的负极，N 为负极，M 为正极，正确；B 项，甲装置用惰性电极电解 CuSO4溶液，产物为 Cu、O2、H2SO4，生成 H2SO4，c(H)增大，溶液的 pH 减小，正确；甲装置在电解时生成 Cu 和 O2，n(Cu)n(O2)21，错误；D 项，电镀时镀层金属作阳极，即 U 极应该是Ag，电镀液为 AgNO3 溶液正确。答案 C3假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。为各装置中的电极编号。下列说法错误的是()A当 K 闭合时，A 装置发生吸氧
32、腐蚀，在电路中作电源B当 K 断开时，B 装置锌片溶解，有氢气产生C当 K 闭合后，整个电路中电子的流动方向为；D当 K 闭合后，A、B 装置中 pH 变大，C、D 装置中 pH不变解析 当 K 闭合时，B 装置构成原电池，在电路中作电源，整个电路中电子的流动方向为；B 装置中消耗 H，pH 变大，A 装置中相当于电解饱和食盐水，pH 变大，C 装置中相当于在银上镀铜，pH 不变；D 装置中相当于铜的电解精炼，pH 不变。答案 A类型二 带交换膜的电化学装置题名师精讲1阳离子交换膜的使用原理阳离子交换膜有很多微孔，孔道上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过孔道，而阴离子移动到孔道处，受到孔
33、道带负电荷基团的排斥而不能进入孔道中，因而不能通过交换膜。质子交换膜是阳离子交换膜的特例，仅允许质子(H)通过，其他离子不能通过。2阴离子交换膜的使用原理阴离子交换膜有很多微孔，孔道上有许多带正电荷的基团，阴离子可以自由通过孔道，而阳离子移动到孔道处，受到孔道带正电荷基团的排斥而不能进入孔道中，因而不能通过交换膜。3离子交换膜类型的判断方法依据电解质溶液呈电中性的原理，判断膜的类型，判断时首先要写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余；依据该电极附近电解质溶液满足电荷守恒原则，判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型。例如离子交换膜法淡化海水的实验装置如图：阳
34、极室中的电极反应为 2Cl2e=Cl2，剩余 Na，要维持阳极室内电荷守恒，则 Cl通过 a 膜进入阳极室，故 a 为阴离子交换膜，阴极室中的电极反应为 2H2O2e=H22OH，反应生成 OH，要维持阴极室内电荷守恒，则 Na通过 b 膜进入阴极室，故 b 为阳离子交换膜。典例示范 应用尝试一、使用阳离子(或质子)交换膜的电化学装置4为了强化安全管理，某油库引进了一台空气中汽油含量的测量仪，其工作原理如图所示(用强酸性溶液作电解质溶液)。下列说法中不正确的是()A石墨电极作正极，发生还原反应B铂电极的电极反应式为 C8H1816H2O50e=8CO250HCH由质子交换膜左侧向右侧迁移D每消
35、耗 5.6 L O2，电路中通过 1 mol 电子解析 A 项，石墨作正极，正极上 O2 得电子发生还原反应，正确；B 项，铂电极上 C8H18 失电子发生氧化反应，电极反应式为 C8H1816H2O50e=8CO250H，正确；C 项，阳离子移向正极，所以 H由质子交换膜左侧向右侧迁移，正确；D项，未指明标准状况下，无法计算，错误。答案 D5根据反应 2CrO24 2HCr2O27 H2O，用惰性电极电解 Na2CrO4 溶液制取 Na2Cr2O7。下列说法不正确的是()Aa 连接电源负极Bb 极反应式为 2H2O4e=O24HCc 为阳离子交换膜D通过 2 mol 电子时生成 1 mol
36、Cr2O27解析 A 项，右池 CrO24 转化为 Cr2O27，应增加 H浓度，b 电极上 OH失电子发生氧化反应，促进水的电离，则 b 电极为阳极，a 电极为阴极，连接电源负极，正确；B 项，b 极上发生氧化反应，其反应式为 2H2O4e=O24H，正确；C 项，a 电极为阴极，阴极上 H2O 得电子生成 H2，同时生成 OH，则电解后溶液中 OH浓度增大，溶液电荷不守恒，右侧溶液中 Na通过离子交换膜进入左池，则 c 为阳离子交换膜，正确；D 项，通过 2 mol 电子时右侧电极生成 2 mol H，促进 2CrO24 2HCr2O27 H2O 平衡右移，根据勒夏特列原理生成 Cr2O2
37、7 的物质的量小于 1 mol，错误。答案 D6(2018全国卷)KIO3 是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：KIO3 也可采用“电解法”制备，装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式：_。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_。解析 电解池中阴极发生得电子的还原反应，故阴极的电极反应式为 2H2O2e=2OHH2；电解过程中，阳离子(K)通过阳离子交换膜由电解池的左侧(阳极)移向右侧(阴极)。答案 2H2O2e=2OHH2 K 由 a 到 b二、使用阴离子交换膜的电化学装置7电解装置如图所示，电解槽内装有 KI 及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。
38、在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I26OH=IO3 5I3H2O，下列说法不正确的是()A右侧发生的电极方程式：2H2O2e=H22OHB电解结束时，右侧溶液中含有 IO3C电解槽内发生反应的总化学方程式：KI3H2O=KIO33H2D如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变解析 电解的电极反应，阳极 2I2e=I2，使左侧溶液变蓝色；3I26OH=IO3 5I3H2O，则一段时间后，蓝色变浅；IO3 通过阴离子交换膜向右侧移动；阴极 2H2O2e=H22OH，右侧放出 H2。如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜：阳极 2I2e
39、=I2，多余 K通过阳离子交换膜迁移至阴极；阴极 2H2O2e=H22OH，保证两边溶液呈电中性，电解槽内总反应为 2I2H2O=电解 I2H22OH。答案 D8纳米级 Cu2O 由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中 OH的浓度制备纳米级 Cu2O的装置如图所示，发生的反应为 2CuH2O=电解 Cu2OH2。下列说法正确的是()A钛电极发生氧化反应B阳极附近溶液的 pH 逐渐增大C离子交换膜应采用阳离子交换膜D阳极反应为 2Cu2OH2e=Cu2OH2O解析 钛电极为阴极，发生还原反应，A 项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，阳极反应为 2Cu2OH2e=
40、Cu2OH2O，OH由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C 项错误、D 项正确；由阴极区迁移过来的 OH在阳极全部参与反应，阳极附近溶液的 pH 不变，B 项错误。答案 D三、阴、阳离子交换膜共用的电化学装置9用 NaOH 溶液吸收烟气中的 SO2，将所得的 Na2SO3 溶液进行电解，可循环再生 NaOH，同时得到 H2SO4，其原理如图所示(电极材料为石墨)。下列有关叙述不正确的是()A图中 a 极连接电源的负极BA 口放出的物质是氢气，C 口放出的物质是氧气Cb 极电极反应式为 SO23 2eH2O=SO24 2HD电解过程中阴极区碱性明显增强解析 A 项，Na移向
41、阴极区，SO23 移向阳极区，所以 a极为阴极，应接电源负极，正确；B 项，阴极区 H放电生成氢气，阴极电极反应式为 2H2O2e=H22OH，从 A 口出来的是氢气，b 板应接电源正极，阳极电极反应式为 SO23 2eH2O=SO24 2H，从 C 口流出的是浓度较大的硫酸，错误；C 项，b 为阳极，SO23 在阳极失去电子变成 SO24，阳极电极反应式为 SO23 2eH2O=SO24 2H，正确；D 项，阴极电极反应为 2H2O2e=H22OH，c(OH)增大，碱性增强，正确。答案 B10次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性，H3PO2 也可用电渗析法制备。“四室电渗
42、析法”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)：回答下列问题：(1)写出阳极的电极反应式：_。(2)分析产品室可得到 H3PO2 的原因_。(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_杂质。该杂质产生的原因是_。解析(1)阳极为水电离出的 OH放电，电极反应式为2H2O4e=O24H。(2)阳极室中的 H穿过阳膜进入产品室，原料室中的 H2PO2 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2。(3)在阳极区 H3PO2 或 H3PO2 可能失电子发生氧化反应，即生成物中会混有 PO34。答案(1)2H2O4e=O24H(2)阳极室的 H穿过阳膜扩散至产品室，原料室的 H2PO2 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成 H3PO2(3)PO34 H2PO2 或 H3PO2 被氧化