高考中有關(guān)離子交換膜的電化學(xué)試題

關(guān)于高考中有關(guān)離子交換膜的電化學(xué)試題1.防止副反應(yīng)的發(fā)生，避免影響所制取產(chǎn)品的質(zhì)量；防止引發(fā)不安全因素。（如在電解飽和食鹽水中，利用陽(yáng)離子交換膜，防止陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣進(jìn)入陰極室與氫氧化鈉反應(yīng)，導(dǎo)致所制產(chǎn)品不純；防止與陰極產(chǎn)生的氫氣混合發(fā)生爆炸）。

2.用于物質(zhì)的制備、分離、提純等。一、交換膜的功能：

使離子選擇性定向遷移（目的是平衡整個(gè)溶液的離子濃度或電荷）。三、離子交換膜的類(lèi)型：

常見(jiàn)的離子交換膜為：陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、特殊離子交換膜等。二、交換膜在中學(xué)電化學(xué)中的作用：第2頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月四、試題賞析：1.某同學(xué)按如圖所示裝置進(jìn)行試驗(yàn)，A、B為常見(jiàn)金屬，它們的硫酸鹽可溶于水。當(dāng)K閉合時(shí)，SO42-從右向左通過(guò)陰離子交換膜移向A極．下列分析正確的是

（）A．溶液中c(A2＋)減小B．B極的電極反應(yīng)：B－2e－

=B2＋

C．Y電極上有H2產(chǎn)生，發(fā)生還原反應(yīng)D．反應(yīng)初期，X電極周?chē)霈F(xiàn)白色膠狀沉淀，不久沉淀溶解D第3頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月2．（2014·全國(guó)大綱版理綜化學(xué)卷，T9）右圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種金屬氫化物鎳電池(MH－Ni電池)。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是

（）A．放電時(shí)正極反應(yīng)為：

NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－

B．電池的電解液可為KOH溶液

C．充電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：

MH＋OH－→M＋H2O＋e－

D．MH是一類(lèi)儲(chǔ)氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高

C第4頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月

鎳氫電池中主要為KOH作電解液，充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)：Ni(OH)2+

OH－=

NiOOH+

H2O＋e－，陰極反應(yīng)：M+

H2O＋e－=MH+

OH－，總反應(yīng)為M+

Ni(OH)2=MH+

NiOOH；放電時(shí)，正極：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－，負(fù)極：MH＋OH－→M＋H2O＋e－，總反應(yīng)為MH+NiOOH=M+Ni(OH)2。以上各式中M為金屬合金，MH為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金。

A、放電時(shí)，正極：NiOOH+H2O+e－=

Ni(OH)2+OH－，故A正確；

B、為了防止MH被氫離子氧化，鎳氫電池中電解液為堿性溶液，主要為KOH作電解液，故B正確；C、充電式，負(fù)極作陰極，陰極反應(yīng)為M+H2O+e－=MH+OH－，故C錯(cuò)誤；D、M為儲(chǔ)氫合金，MH為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金，儲(chǔ)氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高，故D正確。解析：

第5頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月3．（2014·福建理綜化學(xué)卷，T11）某原電池裝置如右圖所示，電池總反應(yīng)為2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列說(shuō)法正確的是（）A．正極反應(yīng)為AgCl＋e－＝Ag＋Cl－B．放電時(shí)，交換膜右側(cè)溶液中有大量白色沉淀生成C．若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)隨之改變D．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01mole－時(shí)，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02mol離子D第6頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月

正極反應(yīng)為Cl2＋2e－=2Cl－，A項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)，交換膜右側(cè)的電極為正極，交換膜左側(cè)的電極為負(fù)極，負(fù)極放電產(chǎn)生的Ag＋與電解質(zhì)HCl中的Cl－結(jié)合生成AgCl白色沉淀。則負(fù)極電極反應(yīng)式：2Ag－2e－＋2Cl－=2AgCl，B項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極放電產(chǎn)生的Ag＋與電解質(zhì)中的Cl－結(jié)合，若用NaCl代替鹽酸不會(huì)改變電池總反應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01

mol

e－時(shí)，交換膜左側(cè)的電極放電產(chǎn)生0.01

mol

Ag＋，與電解質(zhì)中的0.01

mol

Cl－結(jié)合生成AgCl沉淀，同時(shí)約有0.01

mol

H＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜轉(zhuǎn)移到右側(cè)溶液中，則交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02

mol離子，D項(xiàng)正確。解析：

第7頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月4.(2013·浙江高考·11)電解裝置如圖所示,電解槽內(nèi)裝有KI及淀粉溶液,中間用陰離子交換膜隔開(kāi)。在一定的電壓下通電,發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍(lán)色,一段時(shí)間后,藍(lán)色逐漸變淺。已知:3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O下列說(shuō)法不正確的是(

)A.右側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式:2H2O+2e-=H2↑+2OH-B.電解結(jié)束時(shí),右側(cè)溶液中含有IO3-C.電解槽內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式:KI+3H2OKIO3+3H2↑D.如果用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜,電解槽內(nèi)發(fā)生的總化學(xué)反應(yīng)不變D第8頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月解析：

電解的電極反應(yīng)為（左側(cè)）陽(yáng)極：

2I——2e—=

I2

3I2+6OH—=IO3—+5I—+3H2O

（右側(cè)）陰極：

2H2O+2e—=H2↑+2OH—

如果用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜：

電極反應(yīng)為：陽(yáng)極

2I——2e—=

I2

通過(guò)陽(yáng)離子交換膜遷移至陰極

陰極

2H2O+2e—=H2↑+2OH—

陰離子交換膜向右側(cè)移動(dòng)左側(cè)溶液變藍(lán)色

一段時(shí)間后，藍(lán)色變淺放出氫氣多余K+

保證兩邊溶液呈電中性第9頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月5.（2012年重慶T29(3)人工腎臟可采用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如下圖。①電源的負(fù)極為

(填“A”或“B”)。②陽(yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為

、

。③電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將

；若兩極共收集到氣體13.44L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則除去的尿素為

g(忽略氣體的溶解)。BCO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl6Cl－－6e－

=3Cl2↑不變7.2第10頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月(3)根據(jù)電解池中陰離子在陽(yáng)極放電和陽(yáng)離子在陰極放電的規(guī)律和本題圖中的電極產(chǎn)物H2和Cl2可以判斷出A為電源的正極，B為電源的負(fù)極，故陽(yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為：6Cl－－6e－=3Cl2↑，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl；

③陰極反應(yīng)為6H2O＋6e－

=6OH－＋3H2↑(或6H＋＋6e－

=3H2↑)

陽(yáng)極反應(yīng)為6Cl－－6e－=3Cl2↑，

CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl

根據(jù)上述反應(yīng)式可以看出在陰、陽(yáng)極上產(chǎn)生的OH－、H＋的數(shù)目相等，陽(yáng)極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H＋通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室與OH－恰好反應(yīng)生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；由上述反應(yīng)式可以看出，轉(zhuǎn)移6

mol

e－時(shí)，陰極產(chǎn)生3

mol

H2，陽(yáng)極產(chǎn)生1

mol

N2和1

mol

CO2，故電解收集到的13.44

L氣體中V(N2)＝V(CO2)＝13.44L/5＝2.688

L，即n(N2)＝n(CO2)＝2.688L/22.4L·mol-1＝0.12

mol

根據(jù)方程式CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl可知生成0.12

mol

N2所消耗的CO(NH2)2的物質(zhì)的量也為0.12

mol，其質(zhì)量為：m[CO(NH2)2]＝0.12

mol×60

g·mol－1＝7.2

g。解析：

第11頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月6.（節(jié)選自2013年重慶T11(2)）．化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的作用，催化反硝化法和電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染。電化學(xué)降解NO3－的原理如圖所示。①電源正極為

（填A(yù)或B），陰極反應(yīng)式為

。②若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差(Δm左－Δm右)為

g。A2NO3－

+10e－+6H2O

=

N2↑+

12OH－14.4

第12頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月

根據(jù)題11圖可知，電解池右側(cè)NO3－轉(zhuǎn)化成N2，發(fā)生還原反應(yīng)：2NO3－

+10e－+6H2O

=

N2↑+

12OH－，其電極應(yīng)為陰極；則左側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)：2H2O―4

e－=O2↑+4H+，其電極作陽(yáng)極，與其相連的A端為電源的正極；轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，左側(cè)減少0.2mol

N2，即5.6g，右側(cè)產(chǎn)生0.5mol

O2，即16g，同時(shí)生成2mol

H+，由于H+可通過(guò)質(zhì)子交換膜由左側(cè)進(jìn)入右側(cè)，則右側(cè)電解液質(zhì)量實(shí)際減少：5.6g―2g=3.6g，左側(cè)電解液質(zhì)量實(shí)際減少：16g+2g=18g，則兩側(cè)質(zhì)量差為14.4g

.解析：

第13頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月（4）IV中，電解NO制備

NH4NO3，其工作原理如上圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補(bǔ)充物質(zhì)A，A是_____________，說(shuō)明理由：________________。7．（節(jié)選自2014·北京理綜化學(xué)卷，T26）NH3經(jīng)一系列反應(yīng)可以得到HNO3。NH3

根據(jù)電子守恒，陽(yáng)極得到的NO3-的量大于陰極得到的NH4+的量，所以需充入NH3（或從陰陽(yáng)極電極反應(yīng)式說(shuō)明也可）第14頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月

由電解示意圖可知，兩極的反應(yīng)物均為NO，1molNO生成1molNH4+需要得到5mol電子，

1molNO生成1molNO3-需要失去3mol電子，故反應(yīng)兩極反應(yīng)NO的物質(zhì)的量之比為3:5，所以生成的NH4+與NO3-的物質(zhì)的量之比亦為3:5，所以NO3-的量大于NH4+，欲使物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化成NH4NO3，則需加入能形成NH4+的物質(zhì)，故需補(bǔ)充N(xiāo)H3

。解析：

第15頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月

8.（節(jié)選自2014·江蘇單科化學(xué)卷，T20）硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法。

（1）將燒堿吸收H2S后的溶液加入到如圖-1所示的電解池的陽(yáng)極區(qū)進(jìn)行電解。電解過(guò)程中陽(yáng)極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng)：S2－－2e－

=

S

（n—1）S+

S2－

=

Sn2－

①寫(xiě)出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式：

。

②電解后陽(yáng)極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)，其離子方程式可寫(xiě)成

。2H2O+2e-=H2↑+2OH-(或2H++2e-=H2↑)Sn2-+2H+=(n-1)S+H2S↑第16頁(yè),共20頁(yè)，星期六，2024年，5月

電解時(shí),陰極發(fā)生陽(yáng)離子的還原反應(yīng),放電的只能是H+,電極反應(yīng)式是:2H2O+2e-=H2↑+2OH-(或2H++2e-=H2↑),電解后陽(yáng)極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)和H2S,方程式為:Sn2-+2H+