1、高考资源网（） 您身边的高考专家温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。微专题强化提升课离子交换膜在电化学中的应用近几年高考试题中,涉及隔膜电化学装置的题目比较多,且每年都有变化。隔膜的功能在于选择性地通过某些离子或阻止某些离子来隔离某些物质,进而制备一些特定物质或对物质进行分离,体现了科学探究与创新意识的化学核心素养。命题角度1:离子交换膜在原电池中的应用【典例1】(2020山东等级考)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用
2、惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是()A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2+7H+B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 gD.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为21【解析】选B。据图可知a极上CH3COO-转化为CO2和H+,C元素被氧化,所以a极为该原电池的负极,则b极为正极。a极为负极,CH3COO-失电子被氧化成CO2和H+,结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2+7H+,故A正确;为了实现海水的淡化,模拟
3、海水中的氯离子需要移向负极,即a极,则隔膜1为阴离子交换膜,钠离子需要移向正极,即b极,则隔膜2为阳离子交换膜,故B错误;当电路中转移1 mol电子时,根据电荷守恒可知,海水中会有1 mol Cl-移向负极,同时有1 mol Na+移向正极,即除去1 mol NaCl,质量为58.5 g,故C正确;b极为正极,水溶液为酸性,所以氢离子得电子产生氢气,电极反应式为2H+2e-H2,所以当转移8 mol电子时,正极产生4 mol气体,根据负极反应式可知负极产生2 mol气体,物质的量之比为42=21,故D正确。【求同存异姊妹比对】利用微生物可将废水中苯酚的化学能直接转化为电能,装置如图所示。电池工
4、作时,下列说法正确的是()A.a极为正极,发生氧化反应B.b极的电极反应式为2N+12H+-10e-N2+6H2OC.中间室的Cl-向左室移动D.左室消耗苯酚(C6H5OH)9.4 g时,用电器流过2.4 mol电子【解析】选C。由题图可知,在b极上N转化为N2,发生得电子的还原反应,故b极为正极,a极为负极,A项错误;b极的电极反应式为2N+12H+10e-N2+6H2O,B项错误;原电池中阴离子向负极移动,故C项正确;左室消耗苯酚的电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O6CO2+28H+,9.4 g苯酚的物质的量为0.1 mol,故用电器应流过2.8 mol电子,D项错误。【归纳总
5、结】交换膜隔离两种电解质溶液,避免了电极产物与能发生反应的电解质溶液直接接触,能提高电流效率。在这种装置中,交换膜起到盐桥作用,且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移,指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路,完成氧化剂和还原剂在不接触的条件下发生氧化还原反应。命题角度2:离子交换膜在电解池中的应用【典例2】海水中含有大量Na+、Cl-及少量Ca2+、Mg2+、S,用电渗析法对该海水样品进行淡化处理,如图所示。下列说法正确的是()A.b膜是阳离子交换膜B.A极室产生气泡并伴有少量沉淀生成C.淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHApHBpHCD.B极室产生的气体可使湿润的KI
6、-淀粉试纸变蓝【解析】选A。因为阴极是阳离子反应,所以b膜为阳离子交换膜,选项A正确;A极室Cl-在阳极失电子产生氯气,但不产生沉淀,选项B错误;淡化工作完成后,A室Cl-失电子产生氯气,部分溶于水溶液呈酸性,B室H+得电子产生氢气,OH-浓度增大,溶液呈碱性,C室溶液呈中性,pH大小为pHApHCb%B.a、c为阳离子交换膜,b为阴离子交换膜C.M、N室分别产生氧气和氢气D.产品室发生的反应为N+OH-NH3H2O【解析】选D。由图可知,电解时M室中石墨电极为阴极,阴极上水得电子生成H2和OH-,反应式为4H2O+4e-2H2+4OH-,原料室中的铵根离子通过b膜进入产品室,产品室中OH-和
7、N反应生成NH3H2O。N室中石墨为阳极,阳极上水失电子生成O2和H+,反应式为2H2O-4e-O2+4H+,原料室中的硝酸根离子通过c膜进入N室,N室中H+和N反应生成HNO3。N室中石墨为阳极,阳极上水失电子生成O2和H+,电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+,生成氢离子,氢离子浓度增加,因此N室中硝酸溶液浓度a%b%,故A错误;a、c为阴离子交换膜,b为阳离子交换膜,故B错误;M、N室分别产生氢气和氧气,故C错误;产品室发生的反应为N+OH-NH3H2O,故D正确。4.(用于物质的制备)利用普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质,利用如图所示的双膜(阴离子交换膜和过滤膜,其中过滤膜
8、可阻止阳极泥及漂浮物进入阴极区)电解装置可制备高纯度的铜。下列有关叙述正确的是()A.电极a为粗铜,电极b为精铜B.阳极质量减少64 g,则穿过交换膜进入阳极区的阴离子的物质的量为 2 molC.乙膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区D.当电路中通过1 mol电子时,可生成32 g 铜【解析】选D。电解精炼铜装置中,粗铜作阳极,接电源正极,A项错误;粗铜中含有在通电条件下可溶解的金属杂质,故阳极溶解64 g金属时,转移电子的物质的量不一定是2 mol,则穿过交换膜进入阳极区的阴离子的物质的量无法确定,B项错误;乙膜为过滤膜,对阳极区的阳极泥及漂浮物进行过滤,甲膜为阴离子交换膜,防止阳极
9、溶解的杂质、阳离子进入阴极区,同时N可穿过该膜,以平衡阳极区电荷,C项错误;阴极只有Cu2+放电,故当电路中通过1 mol电子时,生成0.5 mol Cu,D项正确。【加固训练拔高】1.(用于废水处理及环境保护)在电镀车间的含铬酸性废水中,铬的存在形式有Cr()和Cr()两种,其中以Cr()的毒性最大。电解法处理含铬废水如图,铬最终以Cr(OH)3沉淀除去。下列说法正确的是()A.Fe为阳极,反应为Fe-2e-Fe2+B.阴极反应为Cr2+7H2O+6e-2Cr(OH)3+8OH-C.阳极每转移3 mol电子,可处理Cr()物质的量为1 molD.离子交换膜为质子交换膜,只允许H+穿过【解析】
10、选A。在电解过程中,阳极上铁发生氧化反应生成亚铁离子,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,故A正确;Cr2在阳极区被Fe2+还原为Cr3+,阴极上水放电生成氢气产生OH-,电极反应式为2H2O+2e-H2+2OH-,故B错误;阳极每转移3 mol电子,有1.5 mol Fe2+生成,由离子方程式Cr2+6Fe2+14H+2Cr3+7H2O+6Fe3+可知,1.5 mol Fe2+还原0.25 mol Cr2,即可处理Cr()物质的量为0.5 mol,故C错误;Cr2在阳极区与Fe2+反应生成Cr3+和Fe3+,阴极区水放电生成氢气产生OH-,Cr3+和Fe3+通过阳离子交换膜进入阴极区,与OH-
11、反应生成氢氧化物沉淀,该离子交换膜不是质子交换膜而是阳离子交换膜,故D错误。2.(2021武汉调研)某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究,设计的实验装置如图所示,下列叙述正确的是()A.Y极的电极反应:Pb-2e-Pb2+B.铅蓄电池工作时S向Y极移动C.电解池中发生的反应仅有2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2D.每消耗103.5 g Pb,理论上电解池阴极上有0.5 mol H2生成【解析】选D。根据电解池中Fe电极上H2O转化为H2,发生还原反应,知Fe电极为阴极,故X极为负极,Y极为正极,Y极的电极反应为PbO2+2e-+4H+SPbSO4+2H2O,A项错误;原
12、电池中阴离子向负极移动,因此铅蓄电池工作时S向X极移动,B项错误;根据题图可知Al电极上既有铝离子生成,又有氧气放出,说明铝电极上发生的氧化反应有两个:Al-3e-Al3+、2H2O-4e-O2+4H+,因此电解池中发生的反应有2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2、2H2O2H2+O2,C项错误;原电池负极发生反应:Pb-2e-+SPbSO4,电解池阴极发生反应:2H2O+2e-H2+2OH-,由题图可知原电池和电解池串联,因此各电极上转移电子数相等,由此可得关系式:PbH2,每消耗103.5 g Pb,理论上阴极生成H2的物质的量n(H2)=n(Pb)=0.5 mol,D项正确。关闭Word文档返回原板块- 12 - 版权所有高考资源网
