專題八離子交換膜在電化學中的應用-2021-2022學年高二化學期末專題復習（人教版2019選擇性必修1）

專題八離子交換膜在電化學中的應用(建議用時：45分鐘)1．(2021·山東棗莊八中高二月考)已知X、Y均為惰性電極，海水中富含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等離子，用如圖裝置模擬海水淡化的過程。下列敘述中不正確的是()A．N是陰離子交換膜B．Y電極上產(chǎn)生有色氣體C．X電極區(qū)有渾濁產(chǎn)生D．X電極反應式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O【答案】D【解析】隔膜N靠近陽極，陽極上是陰離子放電，所以隔膜N是陰離子交換膜，A正確；通電后Y電極為陽極，陽極的電極反應為2Cl－－2e－=Cl2↑，B正確；通電后X電極為陰極，陰極上是氫離子得到電子生成氫氣，導致陰極區(qū)氫氧根離子濃度增大，OH－與Ca2＋、Mg2＋形成沉淀，C正確；X電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，D錯誤。2．一種全天候太陽能電化學電池的工作原理如圖所示。下列說法不正確的是A.該電池能將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能和電能B.光照時，a極周圍pH減小C.光照時，H+由a極室透過質(zhì)子膜進入b極室D.光照時，a極的電極反應式為V3++e=V2+【答案】C【解析】A.根據(jù)題給信息可知，該電池能將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能和電能，A正確；B.a極上V3+→V2+得電子發(fā)生了還原反應，所以a極為正極，氫離子向正極移動，造成正極周圍酸性增強，pH減小，B正確；C.a極為正極，氫離子向正極移動，從b極室透過質(zhì)子膜進入a極室，C錯誤；D.光照時，a極為正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為V3++e=V2+，D正確；答案選C?！军c睛】原電池中，電子由負極流向正極，電流由正極流向負極，溶液中的陽離子移向正極，陰離子移向負極。3．以石墨負極(C)、LiFePO4正極組成的鋰離子電池的工作原理如圖所示(實際上正負極材料是緊貼在鋰離子導體膜兩邊的)。充放電時，Li＋在正極材料上脫嵌或嵌入，隨之在石墨中發(fā)生了LixC6生成與解離。下列說法正確的是()A．鋰離子導電膜應有保護成品電池安全性的作用B．該電池工作過程中Fe元素化合價沒有發(fā)生變化C．放電時，負極材料上的反應為6C＋xLi＋＋xe－=LixC6D．放電時，正極材料上的反應為LiFePO4－xe－=Li1－xFePO4＋xLi＋【答案】A【解析】為了防止正負極相互接觸，用鋰離子導電膜隔開，起到保護成品電池安全性的作用，故A正確；總反應LiFePO4＋6CLi1－xFePO4＋LixC6，原電池原理和電解池原理中，都需要發(fā)生氧化還原反應，可知鐵元素化合價發(fā)生變化，B錯誤；放電時，負極材料上的反應為LixC6－xe－=6C＋xLi＋，C錯誤；放電時，正極材料上的反應為Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4,D錯誤。4．．三室式電滲析法處理含乳酸表示乳酸分子，表示乳酸根離子廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，下列說法正確的是

A．負極區(qū)電極反應式為B．交換膜cd為陽離子交換膜，從正極區(qū)通過交換膜向濃縮室移動C．通過一段時間后濃縮室水的量減少，導致乳酸溶液濃度上升D．當電路中通過電子的電量時，兩極共產(chǎn)生標準狀況下氣體【答案】B【解析】A.負極區(qū)即陰極，是氫離子放電得到電子生成氫氣，故A錯誤；B.左邊電極是陰極，反應式為，溶液中從左側(cè)通過交換膜ab進入濃縮室，所以ab為陰離子交換膜，氫離子從正極區(qū)通過陽離子交換膜即cd膜進入濃縮室，故B正確；C.陽極放電，增大，從陽極通過陽離子交換膜進入濃縮室，通過陰離子交換膜從陰極進入濃縮室，，乳酸濃度增大，故C錯誤；D.陽極產(chǎn)生氧氣，陰極產(chǎn)生氫氣，且滿足關(guān)系式：O2~2H2~4e，則當電路中通過電子時，根據(jù)整個閉合回路中電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目相等可得，氧氣的物質(zhì)的量0.25mol，氫氣是0.5mol，標準狀況下的體積共計(0.25mol+0.5mol)×22.4L/mol=16.8L，故D錯誤；故選B。5．如圖是質(zhì)子交換膜氫氧燃料電池，下列敘述正確的是（）A．溶液中透過質(zhì)子交換膜從右向左遷移B．b極發(fā)生氧化反應C．電子從a極流出，經(jīng)溶液到b極D．該電池在使用過程中，的物質(zhì)的量保持不變【答案】D【分析】質(zhì)子交換膜氫氧燃料電池，b極通入的是氧氣，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應，正極的電極反應式為，a極通入的是氫氣，氫氣在負極失電子發(fā)生氧化反應，負極的電極反應式為，電池總反應為，即可解題?！窘馕觥緼．原電池放電時，陽離子向正極移動，通入氧氣的電極是正極，所以溶液中透過質(zhì)子交換膜從左向右遷移，故A項錯誤；B．b極通入的是氧氣，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應，故B項錯誤；C．原電池中電子從負極經(jīng)導線流向正極，即從a極經(jīng)導線流向b極，故C項錯誤；D．負極的電極反應式為，正極的電極反應式，電池總反應為，所以該電池在使用過程中，的物質(zhì)的量保持不變，故D項正確；故答案選：D。6．某工廠采用如圖裝置處理化石燃料開采、加工過程產(chǎn)生的H2S廢氣，已知電解池中的兩個電極均為惰性電極。下列說法不正確的是A．若交換膜為質(zhì)子交換膜，則NaOH溶液的濃度逐漸變大，需要定期更換B．若交換膜為陽離子交換膜，b電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色沉淀C．電極a為陽極D．反應池中處理H2S的反應是H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+【答案】A【分析】由裝置可知，反應池中的反應物為硫化氫廢氣與氯化鐵溶液發(fā)生氧化還原反應生成硫、氯化氫和氯化亞鐵，反應的化學方程式為H2S+2FeCl3=2FeCl2+S↓+2HCl，反應生成的氯化亞鐵在陽極a電極上失電子發(fā)生氧化反應生成氯化鐵，生成的氯化鐵進入反應池循環(huán)使用，電極b為電解池陰極，水在陰極上得電子發(fā)生還原反應生成氫氣和氫氧根。【解析】A項、若交換膜為質(zhì)子交換膜，氫離子由左向右移動加入陰極室，與放電生成的氫氧根發(fā)生中和反應生成水，陰極室中NaOH溶液的濃度不變，故A錯誤；B項、若交換膜為陽離子交換膜，三價鐵離子由左向右移動加入陰極室，在b電極區(qū)與氫氧根反應生成紅褐色氫氧化鐵沉淀，故B正確；C項、電極a為陽極，氯化亞鐵在陽極上失電子發(fā)生氧化反應生成氯化鐵，生成的氯化鐵進入反應池循環(huán)使用，故C正確；D項、由裝置可知，反應池中的反應物為硫化氫廢氣與氯化鐵溶液發(fā)生氧化還原反應生成硫、氯化氫和氯化亞鐵，反應的離子方程式為H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+，故D正確；故選A。7．雙極膜(BP)是陰、陽復合膜，在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H+和OH，作為H+和OH離子源。利用雙極膜電滲析法電解食鹽水可獲得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如圖所示，M、N為離子交換膜。下列說法錯誤的是（）A．Y電極與電源正極相連，發(fā)生的反應為4OH4e=O2+2H2O↑B．M為陰離子交換膜，N為陽離子交換膜C．“雙極膜組”電滲析法也可應用于從鹽溶液(MX)制備相應的酸(HX)和堿(MOH)D．若去掉雙極膜(BP)，電路中每轉(zhuǎn)移1mol電子，兩極共得到0.5mol氣體【答案】BD【分析】鹽室加入NaCl濃溶液，陰離子向Y電極移動，則Y電極為陽極，則氯離子向Y電極移動，則N為陰離子交換膜；則X電極為陰極?！窘馕觥緼．分析可知，Y電極為陽極，與電源正極相連，發(fā)生的反應為4OH4e=O2+2H2O↑，A說法正確；B．分析可知，M為陽離子交換膜，N為陰離子交換膜，B說法錯誤；C．“雙極膜組”電滲析法利用陰陽離子的定向移動，可應用于從鹽溶液(MX)制備相應的酸(HX)和堿(MOH)，C說法正確；D．若去掉雙極膜(BP)，電路中每轉(zhuǎn)移1mol電子，兩極可產(chǎn)生0.5mol氯氣和0.5mol的氫氣，共得到1mol氣體，D說法錯誤；答案為BD。8．硼酸(H3BO3)為一元弱酸，已知H3BO3與足量NaOH溶液反應的離子方程式為H3BO3＋OH－=B(OH)eq\o\al(－,4)，H3BO3可以通過電解的方法制備。其工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)。下列說法正確的是()A．當電路中通過1mol電子時，可得到1molH3BO3B．將電源的正負極反接，工作原理不變C．陰極室的電極反應式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．B(OH)eq\o\al(－,4)穿過陰膜進入陰極室，Na＋穿過陽膜進入產(chǎn)品室【答案】A【解析】A項，電解時，左側(cè)石墨電極為陽極，右側(cè)石墨電極為陰極，陽極上H2O失電子生成O2和H＋，即2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，陰極上H2O得電子生成H2和OH－，即2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，當電路中通過1mol電子時，陽極生成1molH＋，H＋通過陽膜進入產(chǎn)品室，與通過陰膜進入產(chǎn)品室的B(OH)eq\o\al(－,4)反應生成1molH3BO3，正確；B項，電源正負極反接后，左側(cè)石墨電極為陰極，陰極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，H＋被消耗，無法移向產(chǎn)品室，不能生成H3BO3，錯誤；C項，由上述分析可知，陰極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，錯誤；D項，電解時原料室中Na＋穿過陽膜進入陰極室，B(OH)eq\o\al(－,4)穿過陰膜進入產(chǎn)品室，錯誤。9．最近有研究人員利用隔膜電解法處理高濃度的乙醛(CH3CHO)廢水轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸。實驗室以一定濃度的乙醛-Na2SO4溶液為電解質(zhì)溶液，模擬乙醛廢水的處理過程，其裝置如圖所示。下列說法不正確的是()A．直流電源a端連接的電極發(fā)生氧化反應B．若以氫氧燃料電池為直流電源，燃料電池的a極應通入H2C．反應進行一段時間，電極Y附近溶液的酸性減弱D．電解過程中，陽極區(qū)生成乙酸，陰極區(qū)生成乙醇【答案】B【解析】根據(jù)H＋、Na＋的移動方向判斷，電極X是陽極，電極Y是陰極，則X電極發(fā)生氧化反應，A正確；X是陽極，則電源的a極是正極，b極是負極，氫氧燃料電池的負極通入H2，即b極通入H2，B錯誤；電極Y的電極反應式為CH3CHO＋2H＋＋2e－=CH3CH2OH，反應消耗H＋，電極Y附近溶液的酸性減弱，C正確；乙醛被氧化生成乙酸，乙醛被還原生成乙醇，故陽極區(qū)生成乙酸，陰極區(qū)生成乙醇，D正確。10．用陰離子交換膜控制電解液中OH－的濃度制備納米Cu2O，反應為2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，裝置如圖。下列說法中正確的是()A．電解時Cl－通過交換膜向Ti極移動B．陽極發(fā)生的反應為2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2OC．陰極OH－放電，有O2生成D．Ti電極和Cu電極生成物物質(zhì)的量之比為2∶1【答案】B【解析】Cu極與外加電源的正極相連，Cu極為陽極，Ti極為陰極；A項，電解時陰離子向陽極移動，OH－通過陰離子交換膜向Cu極移動，錯誤；B項，Cu極為陽極，電極反應式為2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O，正確；C項，Ti極為陰極，電極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，陰極有H2生成，錯誤；D項，根據(jù)電極反應式和陰、陽極得失電子相等，Ti極生成的H2和Cu極生成的Cu2O物質(zhì)的量之比為1∶1，錯誤。11．用一種陰、陽離子雙隔膜三室電解槽處理廢水中的NHeq\o\al(＋,4)，模擬裝置如圖所示。下列說法正確的是()A．陽極室溶液由無色變成棕黃色B．陰極的電極反應式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑C．電解一段時間后，陰極室溶液中的pH升高D．電解一段時間后，陰極室溶液中的溶質(zhì)一定是(NH4)3PO4【答案】C【解析】陽極上Fe發(fā)生氧化反應，溶液由無色變?yōu)闇\綠色，A項錯誤；陰極上H＋發(fā)生還原反應，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，B項錯誤；根據(jù)陰極上電極反應，陰極消耗H＋，電解一段時間后，陰極室溶液pH升高，C項正確；電解一段時間后，陰極室溶液pH升高，NHeq\o\al(＋,4)與OH－反應生成NH3·H2O，因此陰極室溶液中溶質(zhì)除(NH4)3PO4外，還可能有NH3·H2O，D項錯誤。12．根據(jù)下列要求回答問題。(1)次磷酸鈷[Co(H2PO2)2]廣泛用于化學鍍鈷，以金屬鈷和次磷酸鈉為原料，采用四室電滲析槽電解法制備，原理如圖。則Co的電極反應式為_____________，A、B、C為離子交換膜，其中B為________離子交換膜(填“陽”或“陰”)。(2)我國科研人員研制出的可充電“Na-CO2”電池，以鈉箔和多壁碳納米管(MWCNT)為電極材料，總反應方程式為4Na＋3CO22Na2CO3＋C。放電時該電池“吸入”CO2，其工作原理如圖所示。①放電時，正極的電極反應式為______________________________________。②若生成的Na2CO3和C全部沉積在正極表面，當正極增加的質(zhì)量為28g時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為________。③可選用高氯酸鈉-四甘醇二甲醚作電解液的理由是__________________。(3)用電化學法模擬工業(yè)處理SO2。將硫酸工業(yè)尾氣中的SO2通入如圖裝置(電極均為惰性材料)進行實驗，可用于制備硫酸，同時獲得電能：①M極發(fā)生的電極反應式為_______________________________________。②質(zhì)子交換膜右側(cè)的溶液在反應后pH________(填“增大”“減小”“不變”)。③當外電路通過0.2mole－時，質(zhì)子交換膜左側(cè)的溶液質(zhì)量________(填“增大”或“減小”)________g?！敬鸢浮?1)Co－2e－=Co2＋陰(2)①3CO2＋4Na＋＋4e－=2Na2CO3＋C②0.5mol③導電性好、與金屬鈉不反應、難揮發(fā)等(答案合理即可)(3)①SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋②增大③增大6.2【解析】(1)以金屬鈷和次磷酸鈉為原料，用電解法制備次磷酸鈷[Co(H2PO2)2]，Co的化合價從0價升高到＋2價，則Co的電極反應式為Co－2e－=Co2＋，產(chǎn)品室可得到次磷酸鈷的原因是陽極室的Co2＋通過陽離子交換膜進入產(chǎn)品室，原料室的H2POeq\o\al(－,2)通過陰離子交換