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    新高考化学二轮复习学案第1部分 专题突破 专题12 题型专攻4 电化学离子交换膜的分析与应用(含解析)

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    这是一份新高考化学二轮复习学案第1部分 专题突破 专题12 题型专攻4 电化学离子交换膜的分析与应用(含解析),共5页。

    角度一 单膜电解池

    1(2018·全国卷13)最近我国科学家设计了一种CO2H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2H2S的高效去除。示意图如下所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:

    EDTA-Fe2e===EDTA-Fe3

    2EDTA-Fe3H2S===2HS2EDTA-Fe2

    该装置工作时,下列叙述错误的是(  )

    A.阴极的电极反应:CO22H2e===COH2O

    B.协同转化总反应:CO2H2S===COH2OS

    C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

    D.若采用Fe3/Fe2取代EDTA-Fe3/EDTA-Fe2,溶液需为酸性

    答案 C

    解析 由题中信息可知,石墨烯电极发生氧化反应,为电解池的阳极,则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极,电势高,阴极接电源负极,电势低,故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高,C项错误;由题图可知,电解时阴极反应式为CO22H2e===COH2OA项正确;将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2H2S===COH2OSB项正确;Fe3Fe2只能存在于酸性溶液中,D项正确。

    2[2018·全国卷27(3)①②]KIO3也可采用电解法制备,装置如图所示。

    写出电解时阴极的电极反应式:____________________________________________

    ________________________________________________________________________

    电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________,其迁移方向是________________________________________________________________________

    答案 2H2O2e===2OHH2

    K 由电极a到电极b

    解析 电解液是KOH溶液,阴极的电极反应式为2H2O2e===2OHH2电解过程中阳极反应为I6OH6e===IO3H2O。阳极的K通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b

    角度二 双膜电解池

    3(2022·全国甲卷,10)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中,Zn2Zn(OH)存在]。电池放电时,下列叙述错误的是(  )

    A区的K通过隔膜向区迁移

    B区的SO通过隔膜向区迁移

    CMnO2电极反应:MnO22e4H===Mn22H2O

    D.电池总反应:Zn4OHMnO24H===Zn(OH)Mn22H2O

    答案 A

    解析 根据图示的电池结构和题目所给信息可知,Zn为电池的负极,电极反应为Zn2e4OH===Zn(OH)MnO2为电池的正极,电极反应为MnO22e4H===Mn22H2OK区通过隔膜向区迁移,A错误;区的SO通过隔膜向区迁移,B正确;MnO2电极的电极反应式为MnO22e4H===Mn22H2OC正确;电池的总反应为Zn4OHMnO24H===Zn(OH)Mn22H2OD正确。

    角度三 多膜电解池

    4[2014·全国卷27(4)]H3PO2也可用电渗析法制备。四室电渗析法工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)

    写出阳极的电极反应式:______________________________________________

    分析产品室可得到H3PO2的原因:________________________________________

    ________________________________________________________________________

    早期采用三室电渗析法制备H3PO2:将四室电渗析法中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有____________杂质。该杂质产生的原因是______________________________

    ________________________________________________________________________

    答案 2H2O4e===O24H

    阳极室的H穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2

    PO H2POH3PO2被氧化

    解析 阳极发生氧化反应,水中的OH失去电子,电极反应式为2H2O4e===O24H

    H2O放电产生HH进入产品室,原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室,二者发生反应:HH2POH3PO2

    如果撤去阳膜,H2POH3PO2可能会被氧化。

    1(2021·重庆1月适应性测试,10)双极膜在电渗析中应用广泛,它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层,工作时水层中的H2O解离成HOH,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。

    下列说法正确的是(  )

    A.出口2的产物为HBr溶液

    B.出口5的产物为硫酸溶液

    CBr可从盐室最终进入阳极液中

    D.阴极反应式为2H2e===H2

    答案 D

    解析 电解时,双极膜中的氢氧根离子向阳极移动,进入交换室1,盐室中的Na向阴极移动,进入交换室1,则出口2的产物为NaOH溶液,A错误;钠离子不能通过双极膜,故出口5不是硫酸,B错误;Br通过阴离子交换膜进入交换室2,但是不能通过双极膜,所以Br不会从盐室最终进入阳极液中,C错误;电解池阴极处,发生还原反应,水解离成HOH,则在阴极发生的反应为2H2e===H2D正确。

    2[2021·河北1月选考模拟,18(1)(2)(3)(4)(5)]我国科学家最近发明了一种Zn-PbO2电池,电解质为K2SO4H2SO4KOH,由ab两种离子交换膜隔开,形成ABC三个电解质溶液区域,结构示意图如下:

    回答下列问题:

    (1)电池中,Zn__________极,B区域的电解质为______(K2SO4”“H2SO4KOH)

    (2)电池反应的离子方程式为__________________________________________________

    ________________________________________________________________________

    (3)阳离子交换膜为图中的______(ab)膜。

    (4)此电池中,消耗6.5 g Zn,理论上可产生的容量(电量)________毫安时(mAh)(1 mol电子的电量为1 F,1 F96 500 C·mol1,结果保留整数)

    (5)已知E为电池电动势[电池电动势即电池的理论电压,是两个电极电位之差,EE()E()]ΔG为电池反应的自由能变,则该电池与传统铅酸蓄电池相比较,____________(><)

    答案 (1)负 K2SO4 (2)PbO2SOZn2H2O===PbSO4Zn(OH) (3)a (4)5 361 (5)> <

    解析 (1)根据图示可知,Zn电极失去电子生成Zn2,与溶液中的OH结合形成Zn(OH),所以Zn电极为负极;在A区域的电解质为KOH,在B区域的电解质为K2SO4C区域电解质为H2SO4(2)负极电极反应式为Zn2e4OH===Zn(OH),正极的电极反应式为PbO22e4HSO===PbSO42H2O,总反应方程式为PbO2SOZn2H2O===PbSO4Zn(OH)(3)A区域是KOH溶液,OH发生反应生成Zn(OH),为了维持溶液呈电中性,多余的K通过交换膜进入到B区域,由于阳离子交换膜只允许阳离子通过,因此a膜为阳离子交换膜。(4)6.5 g Zn的物质的量是n(Zn)0.1 mol,则转移电子n(e)0.2 mol1 mol电子的电量为1 F,1 F96 500 C·mol1,转移0.2 mol电子的电量Q0.2 mol×96 500 C·

    mol119 300 C,则理论上可产生的容量(电量)mAh5 361 mAh(5)由于ZnPb活动性强,正极材料都是PbO2,所以Zn-PbO2的电势差比Pb-PbO2的电势差大,则>;不同电池的电势差越大,电池反应的自由能变就越小,由于Zn-PbO2的电势差比Pb-PbO2的电势差大,所以<

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