新教材適用2025版高考化學(xué)二輪總復(fù)習(xí)新高考選擇題突破十多膜在電化學(xué)中的使用

新高考選擇題突破(十)多膜在電化學(xué)中的運用1.(2024·河北邢臺一模)某有色金屬工業(yè)的高鹽廢水中主要含有H＋、Cu2＋、Zn2＋、SOeq\o\al(2－,4)、F－和Cl－，利用如圖電解裝置可回收ZnSO4、CuSO4并盡可能除去F－和Cl－，其中雙極膜(BP)中間層的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移，M膜、N膜需在一價陰離子交換膜和陽離子交換膜中選擇。下列說法錯誤的是(B)A．BP膜中H＋均向右側(cè)溶液遷移，M膜為一價陰離子交換膜B．溶液a的溶質(zhì)主要為HF和HCl，溶液b的溶質(zhì)主要為ZnSO4和CuSO4C．當陽極產(chǎn)生22.4L氣體(標準狀況)時，有4mol離子通過N膜D．電解過程中，應(yīng)限制高鹽廢水的pH不能過高【解析】由圖可知，最左側(cè)為陽極室，水放電生成氧氣和氫離子；最右側(cè)為陰極室，水放電生成氫氣和氫氧根離子；電解池中陽離子向陰極移動，BP膜中H＋均向右側(cè)溶液遷移；氟離子、氯離子通過M膜向左側(cè)遷移，故M膜為一價陰離子交換膜，A正確；工業(yè)高鹽廢水中氟離子、氯離子分別通過M膜和N膜向左側(cè)遷移，氫離子與右側(cè)雙極膜遷移出來的OH－中和，故反應(yīng)后溶液a的溶質(zhì)主要為ZnSO4和CuSO4；溶液b的溶質(zhì)主要為右側(cè)遷移過來的氟離子、氯離子與左側(cè)遷移過來的氫離子生成HF和HCl，B錯誤；陽極反應(yīng)為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，當陽極產(chǎn)生22.4L氣體(標準狀況下為1mol)時，依據(jù)電子守恒可知，有4mol離子通過N膜，C正確；電解過程中，若pH過高則會導(dǎo)致鋅離子、銅離子轉(zhuǎn)化為沉淀，故應(yīng)限制高鹽廢水的pH不能過高，D正確；故選B。2.(2024·河北省保定市高三質(zhì)量調(diào)研)目前，應(yīng)用電滲析法進行海水淡化是解決淡水資源匱乏的有效途徑之一，該方法是利用電解原理通過多組電滲析膜實現(xiàn)，工作原理如圖所示(以NaCl溶液代替海水)，同時獲得產(chǎn)品Cl2、H2、NaOH。下列說法正確的是(B)A．a(chǎn)是直流電源的負極B．陽極區(qū)溶液濃度幾乎不變C．膜pq、st分別為陽離子交換膜、陰離子交換膜D．出口Ⅰ、Ⅱ分別接收NaCl濃溶液、淡水【解析】B正確由分析可知，a連接陽極，是直流電源的正極，A錯誤；陽極區(qū)反應(yīng)為2Cl－－2e－=Cl2↑，I中氯離子通過陰離子膜pq進入陽極區(qū)，溶液濃度幾乎不變，B正確；Ⅰ中氯離子通過陰離子膜pq進入陽極區(qū)，鈉離子通過陽極膜st進入陰極區(qū)，C錯誤；Ⅰ中氯離子向左側(cè)運動，鈉離子向右側(cè)運動，氯化鈉溶液濃度減小，使Ⅰ口對應(yīng)區(qū)域形成淡水，Ⅱ口對應(yīng)區(qū)域形成NaCl濃溶液，D錯誤；故選B。3.(2024·日照一模)雙極膜在直流電場作用下，可將水離解，在膜兩側(cè)分別得到H＋和OH－。工業(yè)上用“雙極膜雙成對電解法”生產(chǎn)乙醛酸(OHCCOOH)，原理如圖所示，裝置中兩極均為惰性電極。下列說法錯誤的是(D)A．a(chǎn)為陽極，b為陰極B．b極上草酸發(fā)生的反應(yīng)為H2C2O4＋2e－＋2H＋=OHCCOOH＋H2OC．HBr的作用是增加陽極液的導(dǎo)電實力和充當間接電氧化的媒介D．兩極均產(chǎn)生2.24L(標準狀況)氣體時，理論上可得到乙醛酸7.4g【解析】依據(jù)圖示，a極H2O生成O2，發(fā)生氧化反應(yīng)，則a為陽極；b極H＋生成H2，發(fā)生還原反應(yīng)，則b為陰極，據(jù)此分析作答。依據(jù)分析，a為陽極，b為陰極，A正確；陰極上的反應(yīng)為H2C2O4＋2e－＋2H＋=OHCCOOH＋H2O、2H＋＋2e－=H2↑，B正確；OHCCHO屬于非電解質(zhì)，HBr的作用是增加陽極液的導(dǎo)電實力，Br－在陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成Br2，Br2將OHCCHO氧化為OHCCOOH，HBr充當間接電氧化的媒介，C正確；當陽極生成標準狀況下2.24LO2，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.4mol，生成乙醛酸amol，當陰極b極生成標準狀況下2.24LH2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.2mol，生成乙醛酸bmol，依據(jù)電子守恒，eq\f(2.24L,22.4L/mol)×4＋2a＝eq\f(2.24L,22.4L/mol)×2＋2b，解得b－a＝0.1mol，理論上可得到乙醛酸的質(zhì)量肯定大于0.1×74g/mol＝7.4g，D錯誤；故選D。4.(2024·河北唐山一模)水系可逆Zn—CO2電池在工作時，復(fù)合膜(由a、b膜復(fù)合而成，a膜只允許H＋通過，b膜只允許OH－通過)層間的H2O解離成H＋和OH－，在外加電場中可透過相應(yīng)的離子膜定向移動。當閉合K1時，Zn—CO2電池工作原理如圖所示，下列說法正確的是(A)A．閉合K1時，右側(cè)電極反應(yīng)為CO2＋2H＋＋2e－=HCOOHB．閉合K1時，電池工作一段時間，復(fù)合膜兩側(cè)溶液的pH左側(cè)上升右側(cè)降低C．閉合K2時，OH－從復(fù)合膜流向Zn電極D．閉合K2時，每生成65gZn，同時肯定生成CO2氣體11.2L【解析】由圖可知，閉合K1時，右側(cè)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2→HCOOH，則右側(cè)電極反應(yīng)為CO2＋2H＋＋2e－=HCOOH，故A正確；由A分析知，閉合K1時，右側(cè)電極反應(yīng)為CO2＋2H＋＋2e－=HCOOH，左側(cè)電極反應(yīng)為Zn＋4OH－－2e－=[Zn(OH)4]2－，復(fù)合膜層間的H2O解離成H＋和OH－，移動向兩極的H＋和OH－的物質(zhì)的量相等，且等于轉(zhuǎn)移電子數(shù)，兩電極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，則右側(cè)消耗的H＋等于轉(zhuǎn)移的H＋，但生成的甲酸使酸性增加，左側(cè)消耗的OH－多，而轉(zhuǎn)移的OH－少，故復(fù)合膜兩側(cè)溶液的pH左側(cè)降低，右側(cè)降低，故B錯誤；閉合K2時，該裝置為電解池，左側(cè)為陰極，右側(cè)為陽極，OH－從Zn電極流向復(fù)合膜，故C錯誤；沒有標明為標準狀況，無法計算CO2的體積，故D錯誤；故選A。5.(2024·湖南永州一模)雙膜堿性多硫化物空氣液流二次電池可用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等，電極Ⅰ為摻雜Na2S2的電極，電極Ⅱ為碳電極。電池工作原理如下圖所示。下列說法錯誤的是(C)A．離子交換膜a為陽離子交換膜，離子交換膜b為陰離子交換膜B．放電時，中間儲液器中NaOH的濃度不斷增大C．充電時，電極I的電極反應(yīng)式為2Seq\o\al(2－,2)－2e－=Seq\o\al(2－,4)D．充電時，電路中每通過1mol電子，陽極室溶液質(zhì)量理論上增加9g【解析】由圖分析可知，電極Ⅱ為碳電極，放電時，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子，為正極，則電極Ⅰ為負極；放電時，正極發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－；負極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)為2Seq\o\al(2－,2)－2e－=Seq\o\al(2－,4)；正極區(qū)氫氧根離子向左側(cè)運動，離子交換膜b為陰離子交換膜；負極區(qū)鈉離子向右側(cè)運動，離子交換膜a為陽離子交換膜，中間儲液器中NaOH的濃度不斷變大，A正確；由A分析可知，中間儲液器中NaOH的濃度不斷變大，B正確；充電時，電極I為陰極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，C錯誤；充電時，電極Ⅱ為陽極區(qū)，反應(yīng)為4OH－－4e－=O2＋2H2O，電路中每通過1mol電子，陽極室從中間儲液器進入1mol氫氧根離子、同時生成0.25mol氧氣，溶液質(zhì)量理論上增加17g－8g＝9g，D正確；故選C。6.(2024·湖北襄陽二模)利用雙極膜電解制備磷酸和氫氧化鈉的原理如圖所示。已知雙極膜是一種復(fù)合膜，在直流電作用下，中間界面內(nèi)水解離為H＋和OH－，并實現(xiàn)其定向通過。下列說法正確的是(D)A．若用鉛酸蓄電池為電源，則X極與Pb電極相連B．雙極膜中a為H＋，b為OH－C．當電路中通過4mol電子時，電極Y上產(chǎn)生1mol氣體D．M膜為陰離子交換膜，N膜為陽離子交換膜【解析】由圖可知，與直流電源正極相連的電極X為電解池的陽極，Y為陰極，電解池工作時陰離子向陽極遷移，陽離子向陰極遷移，則雙極膜中水解離出的離子a為氫氧根離子、b為氫離子，M膜為陰離子交換膜，原料室中磷酸二氫根離子通過M膜進入產(chǎn)品室1，與雙極膜產(chǎn)生的氫離子結(jié)合生成磷酸，N膜為陽離子交換膜，原料室中鈉離子通過N膜進入產(chǎn)品室2得到氫氧化鈉。由分析可知，與直流電源正極相連的電極X為電解池的陽極，若用鉛酸蓄電池為電源，X極與二氧化鉛相連，故A錯誤；由分析可知，雙極膜中水解離出的離子a為氫氧根離子、b為氫離子，故B錯誤；由分析可知，與直流電源正極相連的電極X為電解池的陽極，Y為陰極，氫離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，由電極反應(yīng)式可知電路中通過4mol電子時，電極Y上產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)的量為4mol×eq\f(1,2)＝2mol，故C錯誤；由分析可知，M膜為陰離子交換膜，N膜為陽離子交換膜，故D正確；故選D。7.(2024·廣東校聯(lián)考一模)次磷酸鈷[Co(H2PO2)2]廣泛應(yīng)用于化學(xué)鍍鈷，以金屬鈷和次磷酸鈉為原料，采納四室電滲析槽電解法制備次磷酸鈷的裝置如圖所示。下列說法正確的是(C)A．Co電極連接電源負極B．C采納陰離子交換膜C．石墨電極的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑D．工作時，原料室中NaH2PO2的濃度不變【解析】此電解池用金屬鈷和次磷酸鈉制備次磷酸鈷，因此Co電極失去電子作陽極，與電源的正極相連，A項錯誤；電解池中，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。產(chǎn)品室中得到次磷酸鈷，陽極區(qū)生成的Co2＋和原料室中的H2POeq\o\al(－,2)都移向產(chǎn)品室，為了確保產(chǎn)品的純度和原料室電荷守恒，原料室中的Na＋移向陰極區(qū)，因此A、B、C分別采納陽離子交換膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜，B項錯誤；石墨電極作陰極，因此電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，C項正確；產(chǎn)品室中得到次磷酸鈷，陽極區(qū)生成的Co2＋和原料室中的H2POeq\o\al(－,2)都移向產(chǎn)品室，原料室中的Na＋移向陰極區(qū)，所以工作時原料室中NaH2PO2的濃度減小，D項錯誤；故選C。8.(2024·淄博一模)下列裝置可分別廢水中的Co2＋和Ni2＋。已知Ni2＋和Co2＋性質(zhì)相像，Co2＋和乙酰丙酮不反應(yīng)。下列說法正確的是(D)A．M電極接太陽能電池的Q電極B．通電一段時間后，Ⅰ、Ⅳ室內(nèi)溶液pH均減小C．膜a、膜b分別為陽離子交換膜和陰離子交換膜D．每生成1molSOeq\o\al(2－,4)，理論上雙極膜至少解離7molH2O【解析】由圖可知，Q極硫元素失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，為原電池負極，P極氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成水，為正極；由氫離子移動方向可知，N極為陰極，連接原電池負極Q極，則M為陽極，連接原電池正極P極；由分析可知，M電極接太陽能電池的P電極，A錯誤；依據(jù)電子守恒，雙極膜產(chǎn)生的氫離子與N極消耗的氫離子量相同，故Ⅳ室內(nèi)溶液pH不會減小，B錯誤；裝置可分別廢水中的Co2＋和Ni2＋，由圖可知，鎳離子通過b膜遷移到Ⅲ室和乙酰丙酮反應(yīng)而和Co2＋分別，故b為陽離子交換膜，C錯誤；硫元素化合價由－1變?yōu)椋?生成硫酸根離子，SOeq\o\al(2－,4)～7e－，雙極膜上水電離出的氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，H2O～H＋～e－；依據(jù)電子守恒可知，每生成1molSOeq\o\al(2－,4)，理論上雙極膜至少解離7molH2O，D正確；故選D。9.(2024·浙江省舟山市高三選考模擬)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造等領(lǐng)域，用雙極膜電解制備金屬鈷的裝置如圖所示。雙極膜是一種離子交換復(fù)合膜，在直流電場作用下能將中間層的水分子解離成H＋和OH－，并分別向兩極遷移。下列說法錯誤的是(C)A．電解池工作時，陰離子交換膜與雙極膜之間的溶液的pH減小B．當電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時，陰離子交換膜左側(cè)溶液的質(zhì)量理論上增加80gC．電解過程中溶液中的SOeq\o\al(2－,4)透過陰離子交換膜移向右室D．電解總反應(yīng)：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Co＋O2↑＋4H＋【解析】陰陽極反應(yīng)相加得電解總反應(yīng)為2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Co＋O2↑＋4H＋，D正確電解池工作時雙極膜中的氫離子向陰極移動，所以電極b是陰極，硫酸根離子通過陰離子交換膜向左移動與氫離子結(jié)合生成硫酸，所以陰離子交換膜與雙極膜之間的溶液的pH減小，A正確；當電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時，陽極產(chǎn)生0.5molO2，同時有1molSOeq\o\al(2－,4)離子透過陰離子交換膜向左移動，所以陰離子交換膜左側(cè)溶液的質(zhì)量理論上增加96g－16g＝80g，B正確；依據(jù)以上分析可知電解過程中溶液中的SOeq\o\al(2－,4)透過陰離子交換膜移向左室，C錯誤；陽極氫氧根放電產(chǎn)生氧氣，陰極鈷離子放電產(chǎn)生鈷，所以電解總反應(yīng)：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Co＋O2↑＋4H＋，D正確；故選C。10.(2024·浙江省五校高三聯(lián)考)雙極膜電解法制巰基乙酸(HSCH2COOH)和高純NaOH溶液原理如圖所示，其中a、b為離子交換膜，雙極膜在直流電壓下可解離出H＋和OH－。下列說法正確的是(A)A．膜a和膜b均為陽離子交換膜B．雙極膜解離出的H＋在雙極膜的右側(cè)C．堿室1和堿室2的NaOH溶液可以循環(huán)運用，電解過程不產(chǎn)生其他副產(chǎn)物D．若將鹽室的原料換成Na2SO4溶液，當外電路通過2mole－時，可生成2molH2SO4【解析】依據(jù)裝置圖，該裝置為電解池裝置，依據(jù)電解原理，左邊