第一篇　主题八　选择题17　膜技术在电化学原理中的应用-2024年高考化学二轮复习课件

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1.(2023·湖北，10)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x ml·h－1。下列说法错误的是A.b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B.离子交换膜为阴离子交换膜C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D.海水为电解池补水的速率为2x ml·h－1
b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故A正确；该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，为保持OH－浓度不变，则阴极产生的OH－要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，故B正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；
由电解总反应可知，每生成1 ml H2要消耗1 ml H2O，生成H2的速率为x ml·h－1，则补水的速率也应是x ml·h－1，故D错误。
2.(2023·辽宁，11)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是A.放电时负极质量减小B.储能过程中电能转变为化学能C.放电时右侧H＋通过质子交换 膜移向左侧
放电时，负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H＋通过质子交换膜移向右侧，C错误；
3.(2022·全国乙卷，12)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A.充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时总反应为Li2O2===2Li＋O2，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；
放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。
根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－=== ，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，K＋从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误；
MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，C正确；
5.(2021·天津，11)如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是A.a是电源的负极B.通电一段时间后，向石墨电极 Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现 红色C.随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大D.当0.01 ml Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则b为电源的正极，a为电源的负极，石墨电极Ⅰ为阴极，故A正确；石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B正确；随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误；
当0.01 ml Fe2O3完全溶解时，消耗0.06 ml氢离子，根据阳极电极反应式2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生0.015 ml氧气，体积为336 mL (折合成标准状况下)，故D正确。
3.带隔膜电化学装置的分析思路(1)带隔膜电化学装置的正向设问及分析思路
电极反应分析离子移动方向
透膜离子判断透膜功能分析
区域变化判断区域产品分析
　(2021·广东，16)钴(C)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是A.工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1 ml C，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 gC.移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
由装置图可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；阴极生成1 ml钴，阳极有1 ml水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18 g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；
(2)带隔膜电化学装置的逆向设问及分析思路
　氢氧化锂(LiOH)可用作光谱分析的展开剂、润滑油，其兴趣小组利用三室电解法制备氢氧化锂，同时得到重要工业原料硫酸，其工作原理如图所示。下列说法正确的是A.a为负极B.N为阳离子交换膜C.石墨电极Ⅱ的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O ===4OH－D.制备2.4 g氢氧化锂，理论上生成气体A 1.12 L(标准状况下)
4.定量关系(1)阴离子、阳离子、质子交换膜外电路转移的电子数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。(2)双极膜
考向一　膜技术在原电池装置中的应用1.(2023·四川泸州二模)一种高压可充电Zn-PbO2电池工作原理如图所示，通过复合膜ab与复合膜ba反向放置，分隔两室电解液，复合膜间是少量H2O，复合膜ab与ba交界处离子不能通过，复合膜中a膜是阳离子交换膜，b膜是阴离子交换膜。下列说法错误的是
A.放电时，K＋穿过a膜移向复合膜ab间B.放电时，复合膜ba间发生了H2O解离出H＋和OH－的变化
根据图中信息，锌失去电子，锌为负极，二氧化铅是正极。放电时，原电池“同性相吸”，则K＋穿过阳离子交换膜即a膜移向复合膜ab间，故A正确；放电时，负极不断消耗氢氧根离子，复合膜ba间发生了H2O解离出H＋和OH－，解离出的OH－穿过阴离子交换膜即b膜向负极移动，解离出的H＋穿过阳离子交换膜即a膜向正极移动，故B正确；
2.(2023·山东济南一模)我国科学家发现，将纳米级FeF3嵌入电极材料，能大大提高可充电铝离子电池的容量。其中有机离子导体主要含 ，隔膜仅允许含铝元素的微粒通过。工作原理如图所示：下列说法正确的是A.若FeF3从电极表面脱落，则电 池单位质量释放电量减少
根据图中电子流动方向知铝电极为负极，FeF3嵌入电极是正极，工作时，铝单质失去电子 “将纳米级FeF3嵌入电极材料，能大大提高可充电铝离子电池的容量”，若FeF3从电极表面脱落，电池容量减小，则电池单位质量释放电量减少，A正确；
3.(2023·安徽淮北一模)一种新型电池装置如图所示。下列叙述错误的是A.镍钴电极反应：N2H4＋4OH－－4e－ ===N2↑＋4H2OB.Ⅱ区的Na＋通过a交换膜向Ⅰ区迁移， Cl－通过b交换膜向Ⅲ区迁移C.该装置工作时总反应：N2H4＋4OH－ ＋4H＋===N2↑＋4H2OD.该装置工作时还利用了中和能
由图可知，铂电极发生的电极反应为4H＋＋4e－===2H2↑，为原电池的正极，镍钴电极发生的电极反应为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，为原电池的负极。原电池中阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，据分析可知，Ⅱ区的Na＋通过a交换膜向Ⅰ区迁移，Cl－通过b交换膜向Ⅲ区迁移，B正确；
据分析可知，正、负极反应式相加得到总反应，则该装置工作时总反应：N2H4===N2↑＋2H2↑，C错误；根据正、负极反应式可知，该装置工作时还利用了中和能，D正确。
考向二　膜技术在电解装置中的应用4.(2023·江苏连云港二模)一种电解法制备Na2FeO4的装置如图所示。下列说法正确的是A.电解时化学能转化为电能B.电解时应将铂电极与直流电源正极相连C.电解过程中转移2 ml e－，理论上可获 得标准状况下的H2 11.2 L
电解法制备Na2FeO4，根据装置图，铁元素化合价由0价→＋6价，化合价升高，根据电解原理，铁电极为阳极，铂电极为阴极。该装置为电解池，将电能转化为化学能，故A错误；根据上述分析，铂电极为阴极，与电源的负极相连，故B错误；阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，转移2 ml电子，生成1 ml氢气，则标准状况下，生成氢气体积为22.4 L，故C错误；
5.(2023·湖南张家界二模)中科院化学研究所开发了一个包括苯酚电催化还原和苯酚电催化氧化两个半反应的综合电化学策略，成功实现了苯酚合成两种重要的化工原料——环己酮和苯醌。下列说法错误的是A.溶液中的H＋的移动方向：电极a→电极b
B.阴极区的电极反应式为 ＋4e－＋4H＋ ===C.电路中转移2 ml e－时，理论上会消耗苯酚的数目为0.5NAD.该电化学合成环己酮和苯醌的原子利用率为100%
该电化学装置为电解池，电极a发生氧化反应，是阳极，电极b发生还原反应，是阴极。阳离子移向阴极，溶液中的H＋的移动方向：电极a→电极b ，A正确；
阴极得电子，发生还原反应，电极反应式为 ＋4e－＋4H＋=== ，B正确；
可知电路中转移2 ml e－时，理论上会消耗苯酚(两极均要消耗0.5NA)的数目为NA，C错误；根据总反应式可知反应物完全转化为目标产物环己酮和苯醌，故原子利用率为100%，D正确。
阳极的电极反应式为 －4e－＋H2O===＋4H＋，
6.(2023·山东日照一模)双极膜在直流电场作用下，可将水离解，在膜两侧分别得到H＋和OH－。工业上用“双极膜双成对电解法”生产乙醛酸(OHCCOOH)，原理如图所示，装置中两极均为惰性电极。下列说法错误的是A.a为阳极，b为阴极B.b极上草酸发生的反应为H2C2O4＋2e－＋ 2H＋===OHCCOOH＋H2OC.HBr的作用是增强阳极液的导电能力和充当间接电氧化的媒介D.两极均产生2.24 L(标准状况)气体时，理论上可得到乙醛酸7.4 g
根据图示，a极H2O生成O2，发生氧化反应，则a为阳极；b极H＋生成H2，发生还原反应，则b为阴极。根据分析，a为阳极，b为阴极，A正确；阴极上的反应为H2C2O4＋2e－＋2H＋===OHCCOOH＋H2O、2H＋＋2e－===H2↑，B正确；OHCCHO属于非电解质，HBr的作用是增强阳极液的导电能力，Br－在阳极发生失电子的氧化反应生成Br2，Br2将OHCCHO氧化为OHCCOOH，HBr充当间接电氧化的媒介，C正确；
当阳极生成标准状况下2.24 L O2，转移电子物质的量为0.4 ml，生成乙醛酸a ml，当阴极生成标准状况下2.24 L H2，转移电子数为0.2 ml，生成乙醛酸b ml，