（全国通用）高考化学二轮热点题型归纳与变式演练 专题30 电化学中的交换膜（解析+原卷）学案

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【题型一】 阳离子交换膜………………………………………………………………………..………1
【题型二】 阴离子交换膜……………………………………………………………………..…………5
【题型三】 质子交换膜………………………………………………………………………..…………9
二、最新模考题组练……………………………………………………………………………………………13
【题型一】 阳离子交换膜
【典例分析】
1．LiOH是制备锂离子电池的材料。电解LiCl溶液制备LiOH的装置如图所示。下列说法正确的是
A．电极A连接电源的负极
B．B极区电解液为LiCl溶液
C．电极每产生22.4L气体M，电路中转移2mle-
D．电池总反应为：2LiCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2LiOH
【答案】D
【分析】
电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，由图可知，右侧生成氢气，则B上氢离子放电，可知B为阴极，在B侧制备LiOH，Li+由A经过阳离子交换膜向 B移动，A中为LiCl溶液，氯离子放电生成氯气，据此分析解题。
【解析】
A．由分析可知，A为阳极，与正极相连，故A错误；
B．通过以上分析知，B极区电解液为LiOH，否则无法得到纯净的LiOH，故B错误；
C．没有指明气体所处状态，无法计算其物质的量，所以无法计算转移电子物质的量，故C错误；
D．电解池的阳极上是氯离子失电子，阴极上是氢离子得电子，电解的总反应方程式为： 2LiCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2LiOH，故D正确；
故选D。
【提分秘籍】
1．离子交换膜的功能
使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．离子交换膜在电化学中的作用
(1)隔离某些物质防止发生反应。(2)用于物质的制备。(3)物质分离、提纯等。
3．阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。
【变式演练】
1．一种采用电解原理获得高浓度HI溶液的装置如图所示，下列有关说法正确的是
A．玻璃碳电极a与电源正极相连
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．a极电解液为浓溶液
D．该装置是通过牺牲阴极液中的HI来增大阳极液中HI的浓度
2．氯碱工业是高耗能产业，将电解池与燃料电池串联组合的新工艺可节能，装置图如图所示，下列叙述错误的是(注：假定空气中氧气的体积分数为20%)
A．X为Cl2，Y为H2
B．c＞a＞b
C．若生成标准状况下22.4LX，则消耗标准状况下空气56L
D．两池中阳离子交换膜均可以换为阴离子交换膜
【题型二】 阴离子交换膜
【典例分析】
1．相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电解硫酸钠溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是
A．b电极的电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+
B．c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
C．电池放电过程中，Cu(2)电板上的电极反应为Cu2++2e-=Cu
D．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得160 g NaOH
【提分秘籍】
1．离子交换膜的功能
使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．离子交换膜在电化学中的作用
(1)隔离某些物质防止发生反应。(2)用于物质的制备。(3)物质分离、提纯等。
3．阴离子交换膜只允许阴离子通过。
【变式演练】
1．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，原理示意图如下。经过一段时间后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀随废水排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。下列说法不正确的是
A．阴极区发生的电极反应包括：2H++2e-=H2↑
B．还原的主要方式是：+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
C．废水的pH过高或过低均会降低铬的去除率
D．电解槽工作时，通过阴离子交换膜从阳极室进入阴极室
2．因镍与盐酸反应缓慢，工业上以镍和盐酸为原料，利用离子膜电解技术制取氯化镍()，其原理如图。电解过程露不断往b极区补充盐酸。下列说法正确的是
A．a接外电源的负极
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．总反应为：
D．电解过程可用溶液代替盐酸
【题型三】 质子交换膜
【典例分析】
1．如图是利用微生物将废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质而制作的化学电源，可给二次电池充电。下列说法正确的是
A．M极电极反应式：
B．需要充电的二次电池的正极应与M极相连
C．H+通过质子交换膜由N极向M极移动
D．若N极消耗了标准状况下2.24LO2，则有0.4ml电子从N极流向M极
【提分秘籍】
1．离子交换膜的功能
使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．离子交换膜在电化学中的作用
(1)隔离某些物质防止发生反应。(2)用于物质的制备。(3)物质分离、提纯等。
3．质子交换膜只允许质子(H＋)通过。
【变式演练】
1．以石墨为电极电解溶液制取(已知)，电解装置如图所示，下列说法正确的是
A．b极电极反应式为
B．离子交换膜是阴离子交换膜
C．电解装置总反应为
D．a极区输入的是稀溶液，输出的是浓溶液
2．锌元素对婴儿及青少年的智力和身体发育有重要的作用，被称为生命火花。利用恒电势电解NaBr溶液间接将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，进而制取葡萄糖酸锌，装置如图所示，下列说法错误的是
A．生成葡萄糖酸的化学方程式为
B．石墨电极的电极反应为
C．电解过程中硫酸钠溶液浓度保持不变
D．钛网与直流电源的正极相连，发生还原反应
1．电解法转化可实现资源化利用。电解制的原理示意图如下。下列说法正确的是
A．电解池工作过程中，向左侧移动
B．电极发生的反应为：
C．电极发生的反应为：
D．当电路中转移2电子时，理论上离子交换膜右侧质量增加44g
2．工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法来制备二氧化氯，其原理如图所示：
下列说法不正确的是
A．工作时a接电源的正极，b接电源的负极
B．工作时Cl－从电解池的左边移到电解池的右边
C．a电极反应式为：NH＋6e－＋3Cl－＝NCl3＋4H＋
D．ClO2发生器中发生的反应为：6NaClO2＋NCl3＋3H2O＝NH3↑＋6ClO2↑＋3NaCl＋3NaOH
3．全钒液流储能电池是一种新型的绿色环保储能系统(工作原理如图，电解液含硫酸)，当完成充电时，左储罐溶液的颜色为黄色。已知：

下列说法中不正确的是
A．a为电池的正极
B．充电时，阴极电极式：
C．电池总反应：
D．电池工作时，H+透过离子交换膜向右移动
4．科学家设计微生物原电池，用于处理废水(酸性)中的有机物及脱除硝态氮，该装置示意图如图。有关该微生物电池说法正确的是
A．电子由m极转移到n极
B．H+可通过质子交换膜移向右侧极室
C．m电极反应式为2NO+6H2O+10e-═N2+12OH-
D．每生成1mlCO2转移e-的物质的量为4ml
5．某储能电池的原理如图所示，溶液中c(H+)=2.0ml•L-1，阴离子为SO，a、b均为惰性电极，充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色。下列叙述正确的是
A．当右槽溶液颜色由绿色变为紫色时，电池中能量转化形式为化学能转化为电能
B．储能电池a、b两极间的电解质溶液中通过电子的定向移动形成闭合回路
C．充电过程中，a极的反应式为VO2+-e-+H2O=VO+2H+
D．放电时，H+从左槽迁移进入右槽
6．我国科学家研发了一种水系可逆Zn-CO2电池，将两组阴离子、阳离子复合膜反向放置分隔两室电解液，充电、放电时，复合膜层间的H2O解离成H＋和OH－，工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．a膜是阴离子交换膜，b膜是阳离子交换膜
B．放电时负极的电极反应式为Zn+4OH－-2e－=
C．充电时多孔Pd纳米片附近pH升高
D．充电时Zn与外接直流电源正极相连，将电能转化为化学能
7．高铁酸钠是一种新型绿色水处理剂，它在对水的消毒和净化整个过程中，不会产生任何对人体有害的物质。工业上可用电解浓溶液制备，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是
A．阳极反应式：B．离子交换膜a是阴离子交换膜
C．甲溶液可循环利用D．当电路中通过电子时，有生成(标况)
8．某大学科研团队，在光电催化体系中，利用双极膜处理烟气中的，工作原理如下图所示，在电极上生成一种具有强氧化性的羟基自由基()，
下列有关说法错误的是
A．该装置把电能和光能转化成化学能
B．阳极电极反应式：
C．该装置处理标准状况下时，有透过膜a
D．该装置中总反应方程式：
9．工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是
已知：①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解
②氧化性：Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度)
A．碳棒上发生的电极反应：4OH--4e-=O2↑+2H2O
B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH
D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变
10．中国科学院福建物质结构研究所基于二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计并实现了一种可逆的水系金属二氧化碳电池，结构如图所示。下列说法错误的是
A．双极膜、双功能催化纳米片等材料是保证电池功能的重要条件
B．放电时，H+移向正极，正极区溶液酸性不变
C．充电时，阳极反应式为
D．若用该电池电解饱和食盐水，理论上消耗CO2的物质的量与产生Cl2的物质的量相同
11．次磷酸是一种在精细磷化工中发挥重要作用的产品，它可作为还原剂用于化学电镀，也可用于阻止磷酸树脂的变色，还可用作酯化的催化剂等。一种以次磷酸钠为原料通过电渗析法制备次磷酸的装置如图所示，下列说法错误的是
A．M极与电源的正极相连
B．离子交换膜2为阴离子交换膜
C．离子交换膜1可有效防止次磷酸的氧化
D．相同时间内，两极产生的气体1与气体2的体积比为2：1
12．双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的解离成和，作为和离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是
A．Y电极与电源正极相连，发生的反应为
B．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜
C．“双极膜电渗析法”也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1 ml电子，两极共得到1 ml气体
13．科学家设计利用电化学原理回收CO2达到节能减排的目的，实验装置如图所示。已知在碱性条件下，卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛，一段时间后测得a电极有HCOO-生成，下列说法不正确的是
A．b为负极
B．当电路中转移1mle-时，d电极产生1mlCH3CHO
C．e为阳离子交换膜、f为阴离子交换膜
D．a电极的电极反应式为
14．环氧乙烷是重要的有机合成原料，2020年《Science》报道科研人员研发了一种将乙烯高效转化为环氧乙烷的电化学合成方法。反应在KCl电解液的流动池中进行，工作原理如图。电解结束后，将阴阳极电解液输出混合，便可生成环氧乙烷。下列说法错误的是
A．整个过程中，氯离子浓度一直不变
B．离子交换膜应为阴离子交换膜
C．泡沫镍电极为阳极，连接电源正极
D．当生成0.5 ml环氧乙烷时，阴极区溶液质量减少36.5 g
15．双极膜是一种复合膜，在直流电场的作用下，复合层间的H2O解离成H+和OH-，并实现定向移动。该技术对淡水缺乏的地区有重大的意义，下图利用双极膜组合电解法模拟海水淡化，下列说法正确的是
A．Y极接电源的正极
B．电路中通过0.1ml电子时，则NaCl溶液质量减少5.85g
C．OH-移向双极膜的右侧
D．X极的电极反应式为：4OH-+4e-=O2↑+2H2O
16．利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是
A．a极反应：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O
B．A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．a极上通入2.24L甲烷，阳极室Ca2+减少0.4ml
离子种类
颜色
黄色
蓝色
绿色
紫色