2022年高考电化学装置中“膜”复习专题

近几年高考中的电化学题重在考查化学知识的应用能力，题型以新型电池为主，不论是原电池还是电解池，大多数装置都含有“膜”，在不同的装置中“膜”的类型不同，其功能也不一样。一．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。二．离子交换膜的作用⑴能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。⑵能选择性通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。例如：①用如图装置演示氯碱工业，电解饱和食盐水制取NaOH、H2和Cl2，此装置是有缺陷的。〖缺陷1〗Cl2和H2混合而引起爆炸；〖缺陷2〗Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量。②改用下图装置电解饱和食盐水，使用了阳离子交换膜，杜绝了以上缺陷。阳离子交换膜的作用有：a．平衡电荷，形成闭合回路；b．防止Cl2和H2混合而引起爆炸；c．避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；d．避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。1 三．含离子交换膜电化学装置题的解题步骤四．交换膜的类型⑴阳离子交换膜〖说明〗阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极，阴离子和气体不能通过1．〖2021湖北〗Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是（）A．电解时只允许H+通过离子交换膜B．生成O2和H2的质量比为8:1C．电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大D．CrO3的生成反应为：Cr2O72－+2H+==2CrO3+H2O2．〖2021八省联考-福建〗一种新型镁硫电池的工作原理如右图所示。下列说法正确的是（）A．使用碱性电解质水溶液B．放电时，正极反应包括3Mg2++MgS8－6e－==4MgS2C．使用的隔膜是阳离子交换膜D．充电时，电子从Mg电极流出2 ⑵阴离子交换膜〖说明〗阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极，阳离子和气体不能通过9．〖2016浙江〗金属(M)−空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为4M+nO2+2nH2O==4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是（）A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面B．比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高C．M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–==4M(OH)nD．在Mg–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜10．高铁酸盐在环保能源领域有广泛的用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示。下列推断合理的是（）A．Fe电极是阳极，电极反应式Fe+4H2O－6e－==FeO42－+8H+B．电解时电子流向：负极→Ni电极→电解液→Fe电极→正极C．若隔膜为阴离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中含有FeO42－D．电解时阳极区pH减小、阴极区pH增大，撤去隔膜，溶液混合后，与原溶液相比，pH减小(忽略体积变化)⑶质子交换膜〖说明〗质子→移向电解池的阴极或原电池的正极，只允许H+通过，不允许其他阳离子和阴离子通过14．〖2020山东〗采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是（）A．阳极反应为2H2O－4e－==O2↑+4H+B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H+由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量3 15．〖2021八省联考-江苏〗利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是（）A．电解过程中，H+由a极区向b极区迁移B．电极b上反应为CO2+8HCO3－－8e－==CH4+8CO32－+2H2OC．电解过程中化学能转化为电能D．电解时Na2SO4溶液浓度保持不变⑷特定离子交换膜22．〖2021河北〗K-O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，V下列说法错误的是（）O2a隔b膜KO2有机电解质1有机电解质2A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水23．〖2020全国Ⅲ〗一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2+16OH－－11e－==VO43－+2B(OH)4－+4H2O，该电池工作时，下列说法错误的是（）A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C．电池总反应为4VB2+11O2+20OH－+6H2O==8B(OH)4－+4VO43－D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极4 ⑸双极膜〖说明〗双极膜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H+和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。30．〖2021全国Ⅲ〗乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下图所示的电化学装置合成，图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH－，并在直流电场作用下分别向两级迁移。下列说法中正确的是（）A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B．阳极上的反应式为：+2H++2e－+2H2OC．制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子D．双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移31．〖2021八省联考-重庆〗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H+和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。如图为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C．Br－可从盐室最终进入阳极液中D．阴极电极反应式为2H++2e－==H2↑5 ⑹细胞膜、生物膜、固体电解质膜35．一种双电子介体电化学生物传感器，用于检测水体急性生物毒性，其工作原理如图。下列说法正确的是（）A．图中所示电极为阳极，其电极反应式为K4Fe(CN)6－e－==K3Fe(CN)6B．甲萘醌在阴极发生氧化反应C．工作时K+向图中所示电极移动D．NAD(P)H转化为NAD(P)+的过程失去电子36．一种由石墨电极制成的海底燃料电池的装置如图所示。下列说法正确的是（）A．向b极迁移的是H+B．大块沉积物中的铁均显+2价C．b极上FeS2转化为S的电极反应式为FeS2－2e－==Fe2++2SD．微生物作用下S循环(歧化)生成的n(SO2－4)和n(HS－)之比为1:5⑺双膜装置39．〖2021天津〗如下所示电解装置中，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0.01molFe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL(折合成标准状况下)6 40．〖2021广东〗钴（Co）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1molCo，I室溶液质量理论上减少16gC．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变电解D．电解总反应：2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+⑻多膜装置47．利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是（）A．C膜可以为质子交换膜B．阴极室的电极反应式为2H2O－4e－==O2↑+4H+C．可用铁电极替换阴极的石墨电极D．每转移2mole－，阳极室溶液质量减少71g48．四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是（）A．b、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜B．通电后Ⅲ室中的Cl－透过c迁移至阳极区C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高电解D．电池总反应为4NaCl+6H2O=====4NaOH+4HCl+2H2↑+O2↑7 ⑼过滤膜52．普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(一个是阴离子交换膜，另一个是过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述正确的是（）A．电极a为粗铜，电极b为纯铜B．当电路中通过1mol电子时，可生成32g纯铜C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区D．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区⑽膜电极〖说明〗膜电极—在其结构上配备有膜组合的电极53．〖2021辽宁〗利用(Q)与电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是（）A．a为电源负极B．溶液中Q的物质的量保持不变C．CO2在M极被还原D．分离出的CO2从出口2排出54．科学家研发出一种新型水溶液锂电池，采用复合膜包裹的金属锂作负极，锰酸锂(LiMn2O4)作正极，以0.5mol·L－1Li2SO4水溶液作电解质溶液。电池充、放电时，LiMn2O4与Li2Mn2O4可以相互转化。下列有关该电池的说法正确的是（）A．该电池放电时，溶液中的SO42－向电极b移动B．该电池负极的电极反应式为2Li+2H2O==2LiOH+H2↑C．电池充电时，外加直流电源的正极与电极a相连D．电池充电时，阳极的电极反应式为Li2Mn2O4－e－==LiMn2O4+Li+8 ⑾膜综合练习57．⑴氢碘酸也可以用“电解法”制备，装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH－；A、B为离子交换膜。①B膜最佳应选择。②阳极的电极反应式是。③少量的I－因浓度差通过BPM膜，若撤去A膜，其缺点是。⑵利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH，使处理含苯酚(C6H5OH)废水更加高效，装置如下图所示。已知a极主要发生的反应是O2生成H2O2，然后在电解液中产生·OH并迅速与苯酚反应。①b极连接电源的极(填“正”或“负”)。②a极的电极反应式为。③除电极反应外，电解液中主要发生的反应方程式有。58．〖2020·江苏〗HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。⑴电池负极电极反应式为______________________________；放电过程中需补充的物质A为________(填化学式)。⑵如图所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_______________________。9 高三化学小专题—(02期)电化学“膜”的应用—参考答案12345678910ACDDBACDCD11121314151617181920DBCDACACDD21222324252627282930ADBADBBDBD31323334353637383940DDDBDCCCCD41424344454647484950BBCCDCCDDC515253545556CBCDBD