1、能力课时落实(八)离子交换膜在电化学中的应用(建议用时：40分钟)1(2021山东枣庄八中高二月考)已知X、Y均为惰性电极，海水中富含Na、Cl、Ca2、Mg2、SO等离子，用如图装置模拟海水淡化的过程。下列叙述中不正确的是()AN是阴离子交换膜BY电极上产生有色气体CX电极区有浑浊产生DX电极反应式为4OH4e=O22H2OD隔膜N靠近阳极，阳极上是阴离子放电，所以隔膜N是阴离子交换膜，A正确；通电后Y电极为阳极，阳极的电极反应为2Cl2e=Cl2，B正确；通电后X电极为阴极，阴极上是氢离子得到电子生成氢气，导致阴极区氢氧根离子浓度增大，OH与Ca2、Mg2形成沉淀，C正确；X电极反应式为2
2、H2e=H2或2H2O2e=H22OH，D错误。2(2021山东青岛月考)用多孔石墨电极电解法脱硫不仅可以脱除烟气中的SO2，还可以制得H2SO4，装置如图所示。下列有关说法错误的是()A阳极放电的物质是SO2B阳极电极反应式为SO22eSO=2SO3C电解过程电解池中SO数目减少D通N2的目的是将电解后的气体转移出来C由示意图可知，阳极上SO2发生失电子的氧化反应生成SO3，电极反应式为SO22eSO=2SO3，则阳极放电的物质是SO2,A正确，B正确；电解池中总反应为O22SO2=2SO3，所以电解过程电解池中SO数目不变，C错误；阳极通入性质稳定的氮气，能将电解后的混合气体及时吹出，使之
3、被水吸收生成H2SO4，达到彻底脱硫的目的，D正确。3以石墨负极(C)、LiFePO4正极组成的锂离子电池的工作原理如图所示(实际上正负极材料是紧贴在锂离子导体膜两边的)。充放电时，Li在正极材料上脱嵌或嵌入，随之在石墨中发生了LixC6生成与解离。下列说法正确的是()A锂离子导电膜应有保护成品电池安全性的作用B该电池工作过程中Fe元素化合价没有发生变化C放电时，负极材料上的反应为6CxLixe=LixC6D放电时，正极材料上的反应为LiFePO4 xe=Li1xFePO4 xLiA为了防止正负极相互接触，用锂离子导电膜隔开，起到保护成品电池安全性的作用，故A正确；总反应LiFePO46CLi
4、1xFePO4 LixC6，原电池原理和电解池原理中，都需要发生氧化还原反应，可知铁元素化合价发生变化，B错误；放电时，负极材料上的反应为LixC6xe=6CxLi，C错误；放电时，正极材料上的反应为Li1xFePO4 xLixe=LiFePO4,D错误。4一种新的低能量电解合成1,2二氯乙烷的实验装置如下图所示。下列说法正确的是()A该装置工作时，化学能转变为电能BCuCl2能将C2H4还原为1,2二氯乙烷CX、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜D该装置总反应为CH2=CH22H2O2NaClH22NaOHClCH2CH2ClD该装置为电解池，则工作时，电能转变为化学能，A项错误；C2H4中
5、C元素化合价为2价，ClCH2CH2Cl中C元素化合价为1价，则CuCl2能将C2H4氧化为1,2二氯乙烷，B项错误； 该电解池中，阳极发生的电极反应式为CuCleCl=CuCl2，阳极区需要氯离子参与，则X为阴离子交换膜，而阴极区发生的电极反应式为2H2O 2e=H2 2OH，有阴离子生成，为保持电中性，需要电解质溶液中的钠离子，则Y为阳离子交换膜，C项错误；该装置中阳极首先发生反应：CuCleCl=CuCl2，生成的CuCl2再继续与C2H4反应生成1,2二氯乙烷和CuCl，在阳极区循环利用，而阴极水中的氢离子放电生成氢气，其总反应方程式为CH2=CH22H2O2NaClH22NaOHCl
6、CH2CH2Cl,D项正确。5生产硝酸钙的工业废水常含有NH4NO3，可用电解法净化。其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是()Aa极为电源负极，b极为电源正极B装置工作时电子由b极流出，经导线、电解槽流入a极C室能得到副产品浓硝酸，室能得到副产品浓氨水D阴极的电极反应式为2NO12H10e=N26H2OC根据装置图，室和室之间为阴离子交换膜，即NO从室移向室，同理NH从室移向室，依据电解原理，a为正极，b为负极，A错误；根据电解原理，电解槽中没有电子通过，只有阴阳离子通过，B错误；室为阳极，电极反应式为2H2O4e=O24H，得到较浓的硝酸，室为阴极，电极反应式为2H2O2e=H22OH，
7、NH与OH反应生成NH3H2O，得到较浓的氨水，C正确、D错误。 6科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。下列关于该电池叙述错误的是()A电池工作时，是将太阳能转化为电能B铜电极为正极，电极反应式为CO28e8H=CH42H2OC电池内部H透过质子交换膜从左向右移动D为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量硝酸溶液DA项，根据图示可知，该装置将太阳能转化为电能，正确；B项，根据电子流向知，Cu是正极，正极上CO2得电子和H反应生成甲烷，电极反应式为CO28e8H=CH42H2O，正确；C项，放电时，电解质溶液中阳离子向正
8、极移动，所以装置中的H由左向右移动，正确；D项，由于硝酸易挥发，生成的甲烷中会混有HNO3气体，而且铜电极会溶于硝酸，应加入硫酸，错误。7(2021湖南长郡中学校级月考)一种阴离子交换膜(AEM)与NiFe析氧催化剂配对设计的电解槽，能高效低成本的电解纯水，原理如图所示。下列叙述正确的是()A电解时阳极反应为4OH4e=2H2OO2B电解时OH由左向右穿过AEM膜C右侧电极含有NiFe析氧催化剂D理论上两极生成气体的质量比为m(X)m(Y)18A由图知，直流电源右边为负极，则电解池的右边电极为阴极，发生“放氢生氧”的电极反应：2H2O2e=H22OH，电源左边电极为正极，则电解池左边电极为阳极
9、，穿过阴离子交换膜(AEM)的氢氧根离子在阳极上失去电子被氧化为氧气：4OH4e=2H2OO2，A正确；电解时OH由右向左穿过AEM膜，B错误；阳极析出氧气，所以应该是左侧电极含有NiFe析氧催化剂，C错误；总电解反应为2H2O2H2O2，X是氧气，Y是氢气，理论上两极生成气体的质量比为m(X)m(Y)32481,D错误。8硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3OH=B(OH)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是()A当电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol
10、H3BO3B将电源的正负极反接，工作原理不变C阴极室的电极反应式为2H2O4e=O24HDB(OH)穿过阴膜进入阴极室，Na穿过阳膜进入产品室AA项，电解时，左侧石墨电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极上H2O失电子生成O2和H，即2H2O4e=O24H，阴极上H2O得电子生成H2和OH，即2H2O2e=H22OH，当电路中通过1 mol电子时，阳极生成1 mol H，H通过阳膜进入产品室，与通过阴膜进入产品室的B(OH)反应生成1 mol H3BO3，正确；B项，电源正负极反接后，左侧石墨电极为阴极，阴极反应式为2H2e=H2，H被消耗，无法移向产品室 ，不能生成H3BO3，错误；C项，由上
11、述分析可知，阴极反应式为2H2O2e=H22OH，错误；D项，电解时原料室中Na穿过阳膜进入阴极室，B(OH)穿过阴膜进入产品室，错误。9最近有研究人员利用隔膜电解法处理高浓度的乙醛(CH3CHO)废水转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。下列说法不正确的是()A直流电源a端连接的电极发生氧化反应B若以氢氧燃料电池为直流电源，燃料电池的a极应通入H2C反应进行一段时间，电极Y附近溶液的酸性减弱D电解过程中，阳极区生成乙酸，阴极区生成乙醇B根据H、Na的移动方向判断，电极X是阳极，电极Y是阴极，则X电极发生氧化反应，A正确；
12、X是阳极，则电源的a极是正极，b极是负极，氢氧燃料电池的负极通入H2，即b极通入H2，B错误；电极Y的电极反应式为CH3CHO2H2e=CH3CH2OH，反应消耗H，电极Y附近溶液的酸性减弱，C正确；乙醛被氧化生成乙酸，乙醛被还原生成乙醇，故阳极区生成乙酸，阴极区生成乙醇，D正确。10用阴离子交换膜控制电解液中OH的浓度制备纳米Cu2O，反应为2CuH2OCu2OH2，装置如图。下列说法中正确的是()A电解时Cl通过交换膜向Ti极移动B阳极发生的反应为2Cu2e2OH=Cu2OH2OC阴极OH放电，有O2生成DTi电极和Cu电极生成物物质的量之比为21BCu极与外加电源的正极相连，Cu极为阳极
13、，Ti极为阴极；A项，电解时阴离子向阳极移动，OH通过阴离子交换膜向Cu极移动，错误；B项，Cu极为阳极，电极反应式为2Cu2e2OH=Cu2OH2O，正确；C项，Ti极为阴极，电极反应式为2H2O2e=H22OH，阴极有H2生成，错误；D项，根据电极反应式和阴、阳极得失电子相等，Ti极生成的H2和Cu极生成的Cu2O物质的量之比为11，错误。11用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是()A阳极室溶液由无色变成棕黄色B阴极的电极反应式为4OH4e=2H2OO2C电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高D电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4
14、)3PO4C阳极上Fe发生氧化反应，溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H发生还原反应，电极反应式为2H2e=H2，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗H，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NH与OH反应生成NH3H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有NH3H2O，D项错误。12根据下列要求回答问题。(1)次磷酸钴Co(H2PO2)2广泛用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备，原理如图。则Co的电极反应式为_，A、B、C为离子交换膜，其中B为_离子交换膜(填“阳”或“阴”)。 (2)我国科研人
15、员研制出的可充电“NaCO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na3CO22Na2CO3C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示。放电时，正极的电极反应式为_。若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28 g时，转移电子的物质的量为_。可选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的理由是_。(3)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能：M极发生的电极反应式为_。质子交换膜右侧的溶液在反应后pH_(填“增大”“减小”“不变”)。当外电路通过0.2 mol
16、 e时，质子交换膜左侧的溶液质量_(填“增大”或“减小”)_g。解析(1)以金属钴和次磷酸钠为原料，用电解法制备次磷酸钴Co(H2PO2)2，Co的化合价从0价升高到2价，则Co的电极反应式为Co2e=Co2，产品室可得到次磷酸钴的原因是阳极室的Co2通过阳离子交换膜进入产品室，原料室的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室与Co2结合生成Co(H2PO2)2，所以B是阴离子交换膜。(2)放电时，正极发生得到电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为3CO24Na4e=2Na2CO3C。根据反应式可知每转移4 mol电子，正极质量增加2106 g12 g224 g，所以当正极增加的质量为28
17、g时，转移电子的物质的量为4 mol0.5 mol。根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠四甘醇二甲醚作电解液的理由是导电性好、与金属钠不反应，难挥发等。(3)该装置是原电池，反应原理为二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸，通入氧气的N电极是正极，原电池放电时，氢离子由负极移向正极，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O24e4H=2H2O，负极M上，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸，电极反应式为SO22e2H2O=4HSO。质子交换膜右侧为正极区，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，溶液中的氢离子浓度减小，pH增大。质子交换膜左侧为负极区，负极上，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸，电极反应式为SO22e2H2O=4HSO，当外电路通过0.2 mol e时，生成0.4 mol H，有0.2 mol H通过质子交换膜移向右侧，左侧的溶液质量增大64 g/mol0.1 mol0.2 mol1 g/mol6.2 g。答案(1)Co2e=Co2阴(2)3CO24Na4e=2Na2CO3C0.5 mol导电性好、与金属钠不反应、难挥发等(答案合理即可)(3)SO22H2O2e=SO4H增大增大6.2