高考中有關(guān)離子交換膜的電化學試題

關(guān)于高考中有關(guān)離子交換膜的電化學試題第1頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六1.防止副反應的發(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，利用陽離子交換膜，防止陽極產(chǎn)生的氯氣進入陰極室與氫氧化鈉反應，導致所制產(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（目的是平衡整個溶液的離子濃度或電荷）。三、離子交換膜的類型：

常見的離子交換膜為：陽離子交換膜、陰離子交換膜、特殊離子交換膜等。二、交換膜在中學電化學中的作用：第2頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六四、試題賞析：1.某同學按如圖所示裝置進行試驗，A、B為常見金屬，它們的硫酸鹽可溶于水。當K閉合時，SO42-從右向左通過陰離子交換膜移向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：B－2e－

=B2＋

C．Y電極上有H2產(chǎn)生，發(fā)生還原反應D．反應初期，X電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀，不久沉淀溶解D第3頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六2．（2014·全國大綱版理綜化學卷，T9）右圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池(MH－Ni電池)。下列有關(guān)說法不正確的是

（）A．放電時正極反應為：

NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－

B．電池的電解液可為KOH溶液

C．充電時負極反應為：

MH＋OH－→M＋H2O＋e－

D．MH是一類儲氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高

C第4頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六

鎳氫電池中主要為KOH作電解液，充電時，陽極反應：Ni(OH)2+

OH－=

NiOOH+

H2O＋e－，陰極反應：M+

H2O＋e－=MH+

OH－，總反應為M+

Ni(OH)2=MH+

NiOOH；放電時，正極：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－，負極：MH＋OH－→M＋H2O＋e－，總反應為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氫合金。

A、放電時，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，負極作陰極，陰極反應為M+H2O+e－=MH+OH－，故C錯誤；D、M為儲氫合金，MH為吸附了氫原子的儲氫合金，儲氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高，故D正確。解析：

第5頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六3．（2014·福建理綜化學卷，T11）某原電池裝置如右圖所示，電池總反應為2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列說法正確的是（）A．正極反應為AgCl＋e－＝Ag＋Cl－B．放電時，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，則電池總反應隨之改變D．當電路中轉(zhuǎn)移0.01mole－時，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02mol離子D第6頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六

正極反應為Cl2＋2e－=2Cl－，A項錯誤；放電時，交換膜右側(cè)的電極為正極，交換膜左側(cè)的電極為負極，負極放電產(chǎn)生的Ag＋與電解質(zhì)HCl中的Cl－結(jié)合生成AgCl白色沉淀。則負極電極反應式：2Ag－2e－＋2Cl－=2AgCl，B項錯誤；負極放電產(chǎn)生的Ag＋與電解質(zhì)中的Cl－結(jié)合，若用NaCl代替鹽酸不會改變電池總反應，C項錯誤；當電路中轉(zhuǎn)移0.01

mol

e－時，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，同時約有0.01

mol

H＋通過陽離子交換膜轉(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項正確。解析：

第7頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六4.(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。在一定的電壓下通電,發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍色,一段時間后,藍色逐漸變淺。已知:3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O下列說法不正確的是(

)A.右側(cè)發(fā)生的電極反應式:2H2O+2e-=H2↑+2OH-B.電解結(jié)束時,右側(cè)溶液中含有IO3-C.電解槽內(nèi)發(fā)生反應的總化學方程式:KI+3H2OKIO3+3H2↑D.如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜,電解槽內(nèi)發(fā)生的總化學反應不變D第8頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六解析：

電解的電極反應為（左側(cè)）陽極：

2I——2e—=

I2

3I2+6OH—=IO3—+5I—+3H2O

（右側(cè)）陰極：

2H2O+2e—=H2↑+2OH—

如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜：

電極反應為：陽極

2I——2e—=

I2

通過陽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)移動左側(cè)溶液變藍色

一段時間后，藍色變淺放出氫氣多余K+

保證兩邊溶液呈電中性第9頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六5.（2012年重慶T29(3)人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如下圖。①電源的負極為

(填“A”或“B”)。②陽極室中發(fā)生的反應依次為

、

。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(標準狀況)，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，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六(3)根據(jù)電解池中陰離子在陽極放電和陽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為電源的負極，故陽極室中發(fā)生的反應依次為：6Cl－－6e－=3Cl2↑，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl；

③陰極反應為6H2O＋6e－

=6OH－＋3H2↑(或6H＋＋6e－

=3H2↑)

陽極反應為6Cl－－6e－=3Cl2↑，

CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl

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

mol

e－時，陰極產(chǎn)生3

mol

H2，陽極產(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，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六6.（節(jié)選自2013年重慶T11(2)）．化學在環(huán)境保護中起著十分重要的作用，催化反硝化法和電化學降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染。電化學降解NO3－的原理如圖所示。①電源正極為

（填A或B），陰極反應式為

。②若電解過程中轉(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，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六

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：2NO3－

+10e－+6H2O

=

N2↑+

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

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

N2，即5.6g，右側(cè)產(chǎn)生0.5mol

O2，即16g，同時生成2mol

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

.解析：

第13頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六（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，需補充物質(zhì)A，A是_____________，說明理由：________________。7．（節(jié)選自2014·北京理綜化學卷，T26）NH3經(jīng)一系列反應可以得到HNO3。NH3

根據(jù)電子守恒，陽極得到的NO3-的量大于陰極得到的NH4+的量，所以需充入NH3（或從陰陽極電極反應式說明也可）第14頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六

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

1molNO生成1molNO3-需要失去3mol電子，故反應兩極反應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)，故需補充NH3

。解析：

第15頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六

8.（節(jié)選自2014·江蘇單科化學卷，T20）硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護的重要研究課題。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所示的電解池的陽極區(qū)進行電解。電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應：S2－－2e－

=

S

（n—1）S+

S2－

=

Sn2－

①寫出電解時陰極的電極反應式：

。

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

。2H2O+2e-=H2↑+2OH-(或2H++2e-=H2↑)Sn2-+2H+=(n-1)S+H2S↑第16頁，共20頁，2022年，5月20日，18點12分，星期六

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