2022版新教材高中化学 第四章 化学反应与电能 微专题3 离子交换膜在电化学中的应用基础训练（含解析）新人教版选择性必修第一册.docx

1、微专题3 离子交换膜在电化学中的应用基础达标练1.电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法,原理如图所示,淡水最终在X 和Z 室中流出。下列说法不正确的是( )A.一般海水中含有的Ca2+ 、Mg2+ 容易生成沉淀堵塞离子交换膜,因此不能直接通入阴极室B.阳极发生电极反应：2Cl-2e-=Cl2C.电渗析过程中阴极附近pH 增大D.A 膜为阳离子交换膜,B 膜为阴离子交换膜答案：D解析：阴极附近是水电离出的氢离子放电,产生大量的OH- ，会与Ca2+ 、Mg2+ 生成沉淀堵塞离子交换膜,因此海水不能直接通入阴极室,故A正确;阳极氯离子放电,发生氧化反应,电极反应为2Cl-2e-=Cl2

2、,故B正确; 阴极附近是水电离出的氢离子放电,导致氢氧根离子浓度增大,所以阴极附近溶液的pH 增大,故C正确; 氯离子向阳极移动,钠离子向阴极移动,因淡水最终在X 和Z 室中流出,则A 膜为氯离子通过的膜,而B 膜为钠离子通过的膜,所以A 膜为阴离子交换膜,B膜为阳离子交换膜,故D错误。2.（2021北京通州高二期末）用电解法可提纯含有某些含氧酸根离子杂质的粗KOH 溶液,其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( )A.通电后阴极区附近溶液pH 会增大B.阳极反应式为4OH-4e-=2H2O+O2C.纯净的KOH 溶液从b 出口导出D.K+ 通过交换膜从阴极区移向阳极区答案：D解析：电解时,

3、阴极区溶液中的H+ 放电,电极反应式为2H+2e-=H2 ,附近溶液中氢离子浓度减小,则附近溶液的pH 增大,A正确; 电解除杂过程相当于电解水,阳极上OH- 放电,电极反应式为4OH-4e-=2H2O+O2 ，B正确;b电极上H+ 放电,附近产生OH- ,则K+ 向b 电极移动,所以除去杂质后纯净的氢氧化钾溶液从b 出口导出,C正确; 阳离子移向阴极,故K+ 通过交换膜从阳极区移向阴极区,D错误。3.具有高能量密度的锌空气蓄电池是锂离子电池的理想替代品,下图是一种新型可充电锌空气蓄电池的工作原理示意图。下列说法正确的是( )A.放电时,电池正极上发生反应：Zn(OH)42-+2e-=Zn+4

4、OH-B.充电时,锌板作为阴极,锌板附近溶液碱性增强C.电池中离子交换膜是阳离子交换膜D.放电时,每消耗22.4mLO2 ,外电路转移电子数目约为2.4081021答案：B解析：放电时,电池正极上发生还原反应,由题图可知,电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH- ，A错误; 由题图可知放电时,Zn 为电池负极,故充电时与电源负极相连,锌板作为阴极,电极反应为Zn(OH)42-+2e-=Zn+4OH- ,故锌板附近溶液碱性增强,B正确; 负极反应消耗OH- ,正极反应产生OH- ,故电池中离子交换膜是阴离子交换膜,OH- 由正极区移动到负极区,C错误; 未告知气体所处状态,无法计算外电路转移电

5、子数,D错误。4.四价铀可用于制造反应堆元件,可采用电解法制备四价铀,总反应为2UO22+N2H5+3H+=电解2U4+N2+4H2O ,电解质溶液中还含有NO3- ,电解装置如图所示。下列说法正确的是( )A.电极a 的电极反应式为UO22+4H+2e-=U4+2H2OB.电解液中NO3- 的移动方向：a 交换膜bC.电极b 发生还原反应D.由此制备方法可推知该条件下还原性：N2H5+OH-答案：A解析：分析题给电解装置及总反应可知,电极a 接电源负极,作阴极,UO22+ 得到电子生成U4+ ,电极反应式为UO22+4H+2e-U=4+2H2O ，A正确;质子交换膜只允许H+ 通过,故NO3

6、- 不会通过交换膜,B错误;电极b接电源正极,作阳极,N2H5+ 失去电子生成N2 ,发生氧化反应,C错误; 题给制备方法中,阳极是N2H5+ 失去电子而不是OH-, 所以可推知题给条件下还原性：N2H5+OH- ，D错误。5.焦亚硫酸钠(Na2S2O5) 在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。制备Na2S2O5 可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2 碱吸收液中含有NaHSO3 和Na2SO3 。阳极的电极反应式为 。电解后， 室的NaHSO3 浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5 。答案：2H2O-4e-=4H+O2 ; a解析：阳极上阴离子OH- 放电,电极反

7、应式为2H2O-4e-=O2+4H+ ,电解过程中H+ 通过阳离子交换膜进入a 室,发生反应： 阳极上阴离子OH- ,故a室中NaHSO3 浓度增加。素养提升练6.（2021天津和平高二期末）重铬酸钾又名红矾钾,是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4) 为原料,采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7) ,制备装置如下图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过),阳极室溶液中存在平衡：2CrO42-(黄色)+2H+Cr2O72-(橙色)+H2O 。下列说法错误的是（设NA 为阿伏加德罗常数的值）( )A.阳极室中溶液的颜色由黄色逐渐变为橙色B.电解的过程中阳极附近溶液pH 变

8、大C.阴极每生成1mol 气体,电路中转移2NA 个电子D.过程总反应的离子方程式为4CrO42-+4H2O=2Cr2O72-+4OH-+2H2+O2答案：B解析：阳极室发生氧化反应,氢氧根离子失去电子放电,电极反应为4OH-4e-=O2+2H2O ,阴极发生还原反应,水电离产生的氢离子得电子产生氢气,电极反应为4H2O+4e-=2H2+4OH- 。阳极区溶液中存在平衡：2CrO42-(黄色)+2H+Cr2O72-(橙色)+H2O ，随着电解的进行,阳极区氢离子浓度增大,溶液pH 减小,平衡右移,溶液由黄色逐渐变为橙色,选项A正确、B错误;根据电极反应：4H2O+4e-=2H2+4OH- ,阴

9、极每生成1mol 气体,电路中转移2NA 个电子,选项C正确;过程总反应的离子方程式为4CrO42-+4H2O=2Cr2O72-+4OH-+2H2+O2 ，选项D正确。7（A）.以铜作催化剂的一种铝硫电池的示意图如图所示,电池放电时的反应原理为3CuxS+2Al+14AlCl4-=3xCu+8Al2Cl7-+3S2- ,下列说法错误的是( )A.放电时,负极反应为Al+7AlCl4-3e-=4Al2Cl7-B.放电时,1molCuxS 反应时,转移2xmol 电子C.充电时,两电极的质量均增加D.充电时,K+ 通过阳离子交换膜向Al 电极移动答案：B解析：由题图结合电池放电总反应可知,该电池放

10、电时,Al 为负极,电极反应式为Al+7AlCl4-3e-=4Al2Cl7- ,故A正确; 放电时,Cu/CuxS 为正极,电极反应式为CuxS+2e-=xCu+S2- ，1molCuxS 反应时,转移2mol 电子,故B错误;充电时,由电极反应式可知,阴极生成Al ,阳极由Cu 转化为CuxS ,两电极的质量均增加,故C正确;充电时,Al为阴极,K+ 通过阳离子交换膜向Al电极移动,故D正确。7（B）.（不定项）以铜作催化剂的一种铝硫电池的示意图如图所示,电池放电时的反应原理为3CuxS+2Al+14AlCl4-=3xCu+8Al2Cl7-+3S2- ,下列说法错误的是( )A.放电时,负极

11、反应为Al+7AlCl4-3e-=4Al2Cl7-B.放电时,1molCuxS 反应时,转移2xmol 电子C.充电时,两电极的质量均增加D.充电时,K+ 通过阳离子交换膜向Cu/CuxS 电极移动答案：B ; D解析：由题图结合电池放电总反应可知,该电池放电时,Al 为负极,电极反应式为Al+7AlCl4-3e-=4Al2Cl7- ,故A正确; 放电时,Cu/CuxS 为正极,电极反应式为CuxS+2e-=xCu+S2- ，1molCuxS 反应时,转移2mol 电子,故B错误; 充电时,由电极反应式可知,阴极生成Al ,阳极由Cu 转化为CuxS ,两电极的质量均增加,故C正确; 充电时,

12、Al为阴极,K+ 通过阳离子交换膜向Al电极移动,故D错误。8（A）.（2021北京昌平高二月考）三氯乙烯、四甲基氯化铵等含氯清洗剂被列入有毒、有害水污染物,某课题小组利用电化学原理处理四甲基氯化铵,进行水体修复的过程如图所示（a 、b 为石墨电极,c 、d 、e 均为离子交换膜,c 、e 能使带有相同电性的离子通过）。下列说法正确的是( )A.N 为负极B.NaCl 溶液的浓度：处大于处C.a 电极的反应式：2H2O+2e-=H2+2OH-D.除去1mol 四甲基氯化铵,在标准状况下a 、b 两极共生成气体11.2L答案：C解析：由题图可知,a 电极产生氢氧根离子,则水得电子生成氢气和氢氧根

13、离子,a 电极作阴极,则M 为负极,电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH- ，A项错误、C项正确;氯离子通过d膜向b 极方向移动,钠离子通过e 膜向a 极方向移动,则处的NaCl 溶液的浓度大于处,B项错误;c膜可使(CH3)4N+ 通过,向a 极移动,除去1mol 四甲基氯化铵,转移1mol 电子,在标准状况下a 极生成0.5mol 氢气,b 极生成0.25mol 氧气,则两极共生成气体16.8L ，D错误。8（B）.（不定项）（2021北京昌平高二月考）三氯乙烯、四甲基氯化铵等含氯清洗剂被列入有毒、有害水污染物,某课题小组利用电化学原理处理四甲基氯化铵,进行水体修复的过程如图所示（a

14、 、b 为石墨电极,c 、d 、e 均为离子交换膜,c 、e 能使带有相同电性的离子通过）。下列说法正确的是( )A.N 为负极B.NaCl 溶液的浓度：处大于处C.a 电极的反应式：2H2O+2e-=H2+2OH-D.除去1mol 四甲基氯化铵,在标准状况下a 、b 两极共生成气体11.2L答案：B ; C解析：由题图可知,a 电极产生氢氧根离子,则水得电子生成氢气和氢氧根离子,a 电极作阴极,则M 为负极,电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH- ，A项错误、C项正确;氯离子通过d膜向b 极方向移动,钠离子通过e 膜向a 极方向移动,则处的NaCl 溶液的浓度大于处,B项正确;c膜可使

15、(CH3)4N+ 通过,向a 极移动,除去1mol 四甲基氯化铵,转移1mol 电子,在标准状况下a 极生成0.5mol 氢气,b 极生成0.25mol 氧气,则两极共生成气体16.8L ，D错误。9.（2021北京朝阳高三期中）我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2 电池,电池工作时,复合膜(由a 、b 膜复合而成)层间的H2O 解离成H+ 和OH- ,在外加电场中可通过相应的离子膜定向移动。当闭合K1 时,Zn-CO2 电池工作原理如图所示：下列说法不正确的是( )A.闭合K1 时,Zn 表面的电极反应式为Zn+4OH-2e-=Zn(OH)42-B.闭合K1 时,反应一段时间后,NaCl

16、 溶液的pH 减小C.闭合K2 时,Pd 电极与直流电源正极相连D.闭合K2 时,H+ 通过a 膜向Pd 电极方向移动答案：D解析：由题图可知,闭合K1 时,Zn 被氧化,作负极,原电池中阴离子流向负极,所以OH- 通过b 膜移向Zn ,负极上Zn 失去电子结合OH- 生成Zn(OH)42- ,电极反应式为Zn+4OH-2e-=Zn(OH)42- ,故A正确;闭合K1 时,Pd 电极为正极,氢离子通过a 膜移向Pd 电极,CO2 得电子后结合氢离子生成HCOOH ,所以NaCl 溶液pH 减小,故B正确;闭合K2 时,Pd 电极上发生氧化反应,为阳极,与直流电源正极相连,故C正确;闭合K2 时

17、,Pd 电极为阳极,氢离子为阳离子应移向阴极,故D错误。 创新拓展练10.科学家设计出质子膜H2S 燃料电池,实现了利用H2S 废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S 燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是( )A.电极a 为电池的负极B.电极b 上发生的电极反应为O2+4H+4e-=2H2OC.电路中每流过4mol 电子,在正极消耗44.8LH2SD.每17gH2S 参与反应,有1molH+ 经质子膜进入正极区答案：C解析：由题图可知,电极a 上H2S 转化为S2 ,发生氧化反应,则电极a 为电池的负极,A项正确;电极b上O2 转化为H2O ，电极反应为O2+4H+4e-=2H2O ，B项正确;负极反应为2H2S-4e-=S2+4H+ ，电路中每流过4mol 电子,在负极消耗2molH2S ,而不是正极,且题中未指明H2S 所处的状况,C项不正确;根据2H2S-4e-=S2+4H+ 可知,每17g(0.5mol)H2S 参与反应,有1molH+ 经质子膜进入正极区,D项正确。