2025年高考化学一轮复习 课时检测四十七：离子交换膜在电池中的应用（含解析）

这是一份2025年高考化学一轮复习 课时检测四十七：离子交换膜在电池中的应用（含解析），共7页。试卷主要包含了乙醛酸是有机合成的重要中间体等内容，欢迎下载使用。

A．电极1为正极
B．Y为阳离子选择性交换膜
C．电极2上只有Cu析出
D．负极的电极反应式：
BHeq \\al(－,4)＋8OH－－8e－===B(OH)eq \\al(－,4)＋4H2O
2．我国科技工作者设计了一种电解装置，能将甘油(C3H8O3)和二氧化碳转化为甘油醛(C3H6O3)和合成气，原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．催化电极b与电源正极相连
B．电解时，催化电极a附近溶液的pH增大
C．电解时，阴离子透过交换膜向b极迁移
D．生成的甘油醛与合成气的物质的量相等
3．科学家采用电渗析法提纯乳清(富含NaCl的蛋白质)，有价值的蛋白质的回收率达到98%，工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
A．溶液R中溶质的主要成分为HCl
B．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜
C．a极的电极反应式为
2H2O－2e－===2OH－＋H2↑
D．每转移1 ml电子，理论上乳清质量减少58.5 g
4．利用如图的电解装置分离含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4的混合物浆液，使其分离成固体混合物和含铬元素溶液。下列有关分析错误的是( )
A．电解装置工作时，石墨2应该连接铅蓄电池的PbO2电极
B．分离后，含铬元素的粒子有CrOeq \\al(2－,4)和Cr2Oeq \\al(2－,7)，存在于阳极室中
C．每转移1 ml e－时，阴极室电解质溶液的质量增加23 g
D．阴极室生成的物质可用于固体混合物Al(OH)3和MnO2的分离
5．己二腈[NC(CH2)4CN]是工业制造尼龙­66的原料，利用丙烯腈(CH2===CHCN，不溶于水)为原料、四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]为盐溶液制备己二腈的电有机合成装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．交换膜为阴离子交换膜
B．当电路中转移1 ml e－时，阳极室溶液质量减少8 g
C．(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解
D．正极区的电极反应为
2CH2===CHCN＋2e－＋2H＋===NC(CH2)4CN
6．某同学设计的利用NO—空气质子交换膜燃料电池通过电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．Pt(Ⅰ)极的电极反应式为O2＋4e－ ＋4H＋===2H2O
B．电解池中Ⅱ池和Ⅲ池之间的X膜应为质子交换膜
C．工作时，Ⅰ池中SOeq \\al(2－,4)通过阴膜向Ⅱ池中移动
D．若Pt(Ⅱ)极消耗11.2 L NO，则Cr棒质量增加26 g
7．利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2的装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．a极反应：CH4＋4O2－＋8e－===CO2＋2H2O
B．A膜和C膜均为阴离子交换膜
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．a极上通入2.24 L甲烷，阳极室Ca2＋减少0.4 ml
8．乙醛酸()是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图所示。该装置中阴、阳两极为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。下列说法正确的是( )
A．若有2 ml H＋通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为2 ml
B．M极上的电极反应式为OHC—CHO＋H2O＋2e－===HOOC—CHO＋2H＋
C．M极与电源的负极相连
D．电解一段时间后，N极附近溶液的pH变小
9．一种浓差电池如图所示，阴、阳离子交换膜交替放置，中间的间隔交替充以河水和海水，选择性透过Cl－和Na＋，在两电极板间形成电势差，进而在外部产生电流。下列关于该电池的说法错误的是( )
A．a电极为电池的正极，电极反应为
2H＋＋2e－===H2↑
B．A为阳离子交换膜，C为阴离子交换膜
C．负极隔室的电中性溶液通过阳极表面的氧化作用维持
D．该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵，优点是电极产物有经济价值
10．高锰酸钾在化工、医药、水处理等很多方面都有着重要应用，可以用电解法制备，装置如图。直流电源采用乙烷—空气碱燃料电池。下列说法错误的是( )
A．电源负极的电极反应式为
C2H6－14e－＋18OH－===2COeq \\al(2－,3)＋12H2O
B．a极为直流电源的正极
C．保持电流恒定，升高温度可以加快电解速率
D．此离子交换膜应为阳离子交换膜
11．焦亚硫酸钠(Na2S2O5)可用作食品加工的防腐剂，制备示意图如图。已知：2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。下列说法不正确的是( )
A．采用的是阳离子交换膜
B．阳极的电极反应式为
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．当阴极生成0.2 g气体时，a室溶液质量减少1.6 g
D．电解后将b室溶液进行结晶、脱水，可得到Na2S2O5
课时检测(四十七)
1．D 电极1发生氧化反应：BHeq \\al(－,4)＋8OH－－8e－===B(OH)eq \\al(－,4)＋4H2O，为负极，故A错误，D正确；Y为阴离子选择性交换膜，故B错误；电极2上Cu2＋及H＋在正极上得到电子被还原，故C错误。
2．D 催化电极b上发生还原反应：2CO2＋2e－===CO＋COeq \\al(2－,3)、H2O＋2e－＋CO2===H2＋COeq \\al(2－,3)，为阴极，与电源负极相连，A项错误；催化电极a上发生氧化反应：C3H8O3－2e－===C3H6O3＋2H＋，催化电极a附近溶液中 c(H＋)增大，pH减小，B项错误；电解时阴离子透过离子交换膜向阳极a极迁移，C项错误；由阳极反应，生成1 ml甘油醛转移2 ml电子，由阴极反应，生成1 ml 合成气转移2 ml电子，根据电解时各电极上转移电子数相同，则阳极生成的甘油醛与阴极生成的合成气的物质的量相等，D项正确。
3．C 光伏电池电渗析法提纯乳清(富含NaCl的蛋白质)，左侧a极附近稀NaOH溶液最终变成浓NaOH溶液，说明a极区溶液中水得电子生成氢气和OH－：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，Na＋通过膜1迁移到a极区，所以a极为阴极，膜1为阳离子交换膜，同理，乳清中的氯离子通过膜2迁移到b极区，发生失电子的氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，膜2为阴离子交换膜，最终输出的溶液R仍为稀盐酸，溶质的主要成分为HCl，A、B正确，C错误；每转移1 ml电子，理论上迁移1 ml Na＋ 和1 ml Cl－，因此乳清质量减少23 g＋35.5 g＝58.5 g，D正确。
4．C 左侧电极为阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，同时钠离子通过阳离子膜进入阴极室，每转移1 ml e－，生成0.5 ml H2，同时有1 ml Na＋进入阴极室，故阴极室电解质溶液的质量增加23 g－1 g＝22 g，C错误；右侧电极为阳极，铅蓄电池的PbO2电极为正极，故石墨2应该连接铅蓄电池的PbO2电极，A正确；含铬元素的粒子有CrOeq \\al(2－,4)和Cr2Oeq \\al(2－,7)，阴离子向阳极移动，分离后，存在于阳极室中，B正确；阴极室生成的物质为氢氧化钠，氢氧化铝可溶于强碱氢氧化钠而二氧化锰不溶，故可用于固体混合物Al(OH)3和MnO2的分离，D正确。
5．C 催化电极a：CH2===CHCN→NC(CH2)4CN，发生还原反应，为阴极，电极反应式为2CH2===CHCN＋2e－＋2H＋===NC(CH2)4CN，D错误；催化电极b为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的氢离子由阳极区进入阴极区，故交换膜为阳离子交换膜，A错误；当电路中转移1 ml e－时，阳极室生成氧气0.25 ml，质量为8 g，同时有1 ml H＋进入阴极区，故溶液质量减少9 g，B错误；丙烯腈为有机物，不溶于水，(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解，C正确。
6．D Pt(Ⅱ)极：NO→HNO3，发生氧化反应，为负极，故Pt(Ⅰ)极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A选项正确；石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的H＋通过X膜进入Ⅱ池中形成硫酸，故X膜为质子交换膜，B选项正确；工作时，Ⅰ池中SOeq \\al(2－,4)通过阴膜向Ⅱ池中移动形成硫酸，C选项正确；未标明气体所处环境的温度与压强，无法计算，D选项错误。
7．C a极为负极，负极上甲烷发生氧化反应，电极反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，A错误；利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2 并得到副产物NaOH、H2、Cl2，可知阳极室的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，则阳极室内钙离子向产品室移动，A膜为阳离子交换膜，阴极室的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则原料室内钠离子向阴极室移动，C膜为阳离子交换膜，B错误；阴极电极不参与反应，可用铁电极替换阴极的石墨电极，C正确；a极上通入 2.24 L甲烷，没有注明在标准状况下，无法计算钙离子减少的物质的量，D错误。
8．A 有2 ml H＋通过质子交换膜时，电池中转移2 ml电子，阴极的电极反应式为HOOC—COOH＋2H＋＋2e－===HOOC—CHO＋H2O，阳极区的反应有2Cl－－2e－===Cl2↑、OHC—CHO＋Cl2＋H2O===HOOC—CHO＋2Cl－ ＋2H＋，两极各生成1 ml乙醛酸，共生成2 ml 乙醛酸，故A正确；M极为电解池的阳极，氯离子在阳极上失电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，然后氯气将乙二醛氧化为乙醛酸：OHC—CHO＋Cl2＋H2O===HOOC—CHO＋2Cl－ ＋2H＋，故B错误；M极为电解池的阳极，与电源的正极相连，故C错误；N极为电解池的阴极，若有2 ml H＋通过质子交换膜进入阴极室，则电池中转移2 ml电子，阴极的电极反应式为HOOC—COOH＋2H＋＋2e－===HOOC—CHO＋H2O，消耗的H＋与迁移过来的H＋的物质的量相等，但乙二酸中羧基减少了，N极附近溶液的pH不会减小，只会变大，故D错误。
9．B 由题图中电子的移动方向可以判断a电极为电池的正极，b电极为电池的负极，正极电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A正确；Na＋向a电极方向移动，Cl－向b电极方向移动，故A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜，B错误；通过负极表面的氧化作用，维持负极隔室溶液的电中性，C正确；离子交换膜价格昂贵，但两极产物氢气、氯气是工业制盐酸等的原料，D正确。
10．C 电源负极上乙烷在碱性条件下失电子生成碳酸根离子，电极反应式为C2H6－14e－＋18OH－===2COeq \\al(2－,3)＋12H2O，A正确；左侧Pt电极为阳极，则a极为直流电源的正极，B正确；电解时保持电流恒定，即单位时间内转移的电子数恒定，则消耗的反应物与产生的生成物的量恒定，也就是反应速率恒定，与温度无关，C错误；右侧稀氢氧化钾溶液变为浓氢氧化钾溶液，右侧Pt电极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，钾离子通过离子交换膜移向右侧，故该离子交换膜为阳离子交换膜，D正确。
11．C a室为阳极室，发生电极反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氧气从a室逸出，氢离子向b室移动，则a室溶液减少的质量为水的质量，阴极发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当生成0.2 g即0.1 ml氢气时，转移电子0.2 ml，根据电子守恒，a室消耗水的物质的量为 0.1 ml ，质量为0.1 ml×18 g·ml－1＝1.8 g，故A、B正确，C错误；电解后在b室得到NaHSO3 溶液，NaHSO3溶液经结晶脱水可得到Na2S2O5，故D正确。