高考中有關(guān)離子交換膜的電化學(xué)試題學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1高考中有關(guān)離子交換膜的電化學(xué)試題高考中有關(guān)離子交換膜的電化學(xué)試題第一頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。 1.防止副反應(yīng)的發(fā)生，避免影響所制取產(chǎn)品的質(zhì)量；防止引發(fā)不安全因素。（如在電解飽和食鹽水中，利用陽(yáng)離子交換膜，防止陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣進(jìn)入陰極室與氫氧化鈉反應(yīng)，導(dǎo)致所制產(chǎn)品不純；防止與陰極產(chǎn)生的氫氣混合發(fā)生爆炸）。 2.用于物質(zhì)的制備、分離、提純等。一、交換膜的功能： 使離子選擇性定向遷移（目的是平衡整個(gè)溶液的離子濃度或電荷）。三、離子交換膜的類型： 常見(jiàn)的離子交換膜為：陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、特殊離子交換膜等。二、交換膜在中學(xué)電化學(xué)中的作用：第1頁(yè)/共20頁(yè)第二頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一

2、分。四、試題賞析：1.某同學(xué)按如圖所示裝置進(jìn)行試驗(yàn)，A、B為常見(jiàn)金屬，它們的硫酸鹽可溶于水。當(dāng)K閉合時(shí)，SO42-從右向左通過(guò)陰離子交換膜移向A極下列分析正確的是（）A溶液中c(A2)減小BB極的電極反應(yīng)：B2e=B2CY電極上有H2產(chǎn)生，發(fā)生還原反應(yīng)D反應(yīng)初期，X電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀，不久沉淀溶解D 第2頁(yè)/共20頁(yè)第三頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。2（2014全國(guó)大綱版理綜化學(xué)卷，T9）右圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種金屬氫化物鎳電池(MHNi電池)。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是（ ）A放電時(shí)正極反應(yīng)為： NiOOHH2OeNi(OH)2OH B電池的電解液可為KOH溶液C充電

3、時(shí)負(fù)極反應(yīng)為： MHOHMH2OeDMH是一類儲(chǔ)氫材料，其氫密度越大， 電池的能量密度越高C第3頁(yè)/共20頁(yè)第四頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。 鎳氫電池中主要為KOH作電解液，充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)：Ni(OH)2+ OH= NiOOH + H2Oe，陰極反應(yīng)：M + H2Oe=MH+ OH，總反應(yīng)為M+ Ni(OH)2=MH+ NiOOH；放電時(shí)，正極：NiOOHH2OeNi(OH)2OH，負(fù)極：MHOHMH2Oe，總反應(yīng)為MH+NiOOH=M+Ni(OH)2。以上各式中M為金屬合金，MH為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金。 A、放電時(shí)，正極：NiOOH+H2O+e= Ni(OH)2+OH，故A正確； B、

4、為了防止MH被氫離子氧化，鎳氫電池中電解液為堿性溶液，主要為KOH作電解液，故B正確；C、充電式，負(fù)極作陰極，陰極反應(yīng)為M+H2O+e=MH+OH，故C錯(cuò)誤；D、M為儲(chǔ)氫合金，MH為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金，儲(chǔ)氫材料，其氫密度越大，電池的能量密度越高，故D正確。解析： 第4頁(yè)/共20頁(yè)第五頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。3（2014福建理綜化學(xué)卷，T11）某原電池裝置如右圖所示，電池總反應(yīng)為2AgCl22AgCl。下列說(shuō)法正確的是（ ）A正極反應(yīng)為AgCleAgClB放電時(shí)，交換膜右側(cè)溶液中有大 量白色沉淀生成C若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)隨之改變D當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01 mol e時(shí)，交

5、換膜左側(cè)溶液中約減少0.02 mol離子D第5頁(yè)/共20頁(yè)第六頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。 正極反應(yīng)為Cl22e=2Cl，A項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)，交換膜右側(cè)的電極為正極，交換膜左側(cè)的電極為負(fù)極，負(fù)極放電產(chǎn)生的Ag與電解質(zhì)HCl中的Cl結(jié)合生成AgCl白色沉淀。則負(fù)極電極反應(yīng)式：2Ag2e2Cl=2AgCl，B項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極放電產(chǎn)生的Ag與電解質(zhì)中的Cl結(jié)合，若用NaCl代替鹽酸不會(huì)改變電池總反應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01 mol e時(shí)，交換膜左側(cè)的電極放電產(chǎn)生0.01 mol Ag，與電解質(zhì)中的0.01 mol Cl結(jié)合生成AgCl沉淀，同時(shí)約有0.01 mol H通過(guò)陽(yáng)離子交換膜轉(zhuǎn)移到右側(cè)溶

6、液中，則交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02 mol離子，D項(xiàng)正確。解析： 第6頁(yè)/共20頁(yè)第七頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。4.(2013浙江高考11)電解裝置如圖所示,電解槽內(nèi)裝有KI及淀粉溶液,中間用陰離子交換膜隔開(kāi)。在一定的電壓下通電,發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍(lán)色,一段時(shí)間后,藍(lán)色逐漸變淺。已知:3I2+6OH- =IO3-+5I-+3H2O下列說(shuō)法不正確的是( )A.右側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式: 2H2O+2e- = H2+2OH-B.電解結(jié)束時(shí),右側(cè)溶液中含有IO3-C.電解槽內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式: KI+3H2O KIO3+3H2D.如果用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜,電 解槽內(nèi)發(fā)生的總化學(xué)反應(yīng)不

7、變D第7頁(yè)/共20頁(yè)第八頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。解析： 電解的電極反應(yīng)為（左側(cè)）陽(yáng)極： 2I 2e = I2 3I2+6OH =IO3+5I+3H2O （右側(cè)）陰極： 2H2O+2e = H2+ 2OH 如果用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜：電極反應(yīng)為：陽(yáng)極 2I2e = I2 通過(guò)陽(yáng)離子交換膜遷移至陰極 陰極 2H2O+2e = H2+2OH 陰離子交換膜向右側(cè)移動(dòng)左側(cè)溶液變藍(lán)色 一段時(shí)間后，藍(lán)色變淺放出氫氣多余K+ 保證兩邊溶液呈電中性第8頁(yè)/共20頁(yè)第九頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。5.（2012年重慶T29(3)人工腎臟可采用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素，原理如下圖。電源的負(fù)

8、極為 (填“A”或“B”)。陽(yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為 、 。電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將 ；若兩極共收集到氣體13.44 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則除去的尿素為 g(忽略氣體的溶解)。BCO(NH2)23Cl2H2O = N2CO26HCl6Cl6e = 3Cl2不變第9頁(yè)/共20頁(yè)第十頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。(3)根據(jù)電解池中陰離子在陽(yáng)極放電和陽(yáng)離子在陰極放電的規(guī)律和本題圖中的電極產(chǎn)物H2和Cl2可以判斷出A為電源的正極，B為電源的負(fù)極，故陽(yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為：6Cl6e = 3Cl2，CO(NH2)23Cl2H2O = N2CO26HCl； 陰極反應(yīng)為6H2O6e = 6O

9、H3H2(或6H6e = 3H2) 陽(yáng)極反應(yīng)為6Cl6e = 3Cl2， CO(NH2)23Cl2H2O = N2CO26HCl 根據(jù)上述反應(yīng)式可以看出在陰、陽(yáng)極上產(chǎn)生的OH、H的數(shù)目相等，陽(yáng)極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室與OH恰好反應(yīng)生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；由上述反應(yīng)式可以看出，轉(zhuǎn)移6 mol e時(shí)，陰極產(chǎn)生3 mol H2，陽(yáng)極產(chǎn)生1 mol N2和1 mol CO2，故電解收集到的13.44 L氣體中V(N2)V(CO2)2.688 L，即n(N2)n(CO2)2.688L/22.4Lmol-10.12 mol 根據(jù)方程式CO(NH2)23Cl2H2O =

10、 N2CO26HCl可知生成0.12 mol N2所消耗的CO(NH2)2的物質(zhì)的量也為0.12 mol，其質(zhì)量為：mCO(NH2)20.12 mol60 gmol17.2 g。解析： 第10頁(yè)/共20頁(yè)第十一頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。6.（節(jié)選自2013年重慶T11(2)）化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的作用，催化反硝化法和電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染。電化學(xué)降解NO3的原理如圖所示。電源正極為 （填A(yù)或B）， 陰極反應(yīng)式為 。若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差(m左m右)為 g。A2 NO3 +10e+6H2O = N2+ 12OH 第11頁(yè)/共20頁(yè)第

11、十二頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。 根據(jù)題11圖可知，電解池右側(cè)NO3轉(zhuǎn)化成N2，發(fā)生還原反應(yīng)：2 NO3 +10e+6H2O = N2+ 12OH，其電極應(yīng)為陰極；則左側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)：2H2O4 e=O2+4H+，其電極作陽(yáng)極，與其相連的A端為電源的正極；轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，左側(cè)減少0.2mol N2，即，右側(cè)產(chǎn)生0.5mol O2，即16g，同時(shí)生成2mol H+，由于H+可通過(guò)質(zhì)子交換膜由左側(cè)進(jìn)入右側(cè)，則右側(cè)電解液質(zhì)量實(shí)際減少：，左側(cè)電解液質(zhì)量實(shí)際減少：16g+2g=18g，則兩側(cè)質(zhì)量差為14.4g .解析： 第12頁(yè)/共20頁(yè)第十三頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。（4）IV中，電解NO制

12、備 NH4NO3，其工作原理如上圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補(bǔ)充物質(zhì)A，A是_，說(shuō)明理由：_。7（節(jié)選自2014北京理綜化學(xué)卷，T26）NH3經(jīng)一系列反應(yīng)可以得到 HNO3。NH3 根據(jù)電子守恒，陽(yáng)極得到的NO3-的量大于陰極得到的NH4+的量，所以需充入NH3（或從陰陽(yáng)極電極反應(yīng)式說(shuō)明也可）第13頁(yè)/共20頁(yè)第十四頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。 由電解示意圖可知，兩極的反應(yīng)物均為NO，1molNO生成1molNH4+需要得到5mol電子， 1molNO生成1molNO3-需要失去3mol電子，故反應(yīng)兩極反應(yīng)NO的物質(zhì)的量之比為3:5，所以生成的NH4+與NO3-的物質(zhì)的量之

13、比亦為3:5，所以NO3-的量大于NH4+，欲使物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化成NH4NO3，則需加入能形成NH4+的物質(zhì)，故需補(bǔ)充NH3。解析： 第14頁(yè)/共20頁(yè)第十五頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。 8.（節(jié)選自2014江蘇單科化學(xué)卷，T20）硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法。 （1）將燒堿吸收H2S后的溶液加入到如圖-1所示的電解池的陽(yáng)極區(qū)進(jìn)行電解。電解過(guò)程中陽(yáng)極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng)：S2 2e = S （n1）S+ S2 = Sn2 寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式： 。 電解后陽(yáng)極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)，其離子方程式可寫成 。2H2O + 2e- = H2+ 2

14、OH- (或2H+ + 2e- = H2)Sn2- + 2H+ = (n-1)S+H2S第15頁(yè)/共20頁(yè)第十六頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。 電解時(shí),陰極發(fā)生陽(yáng)離子的還原反應(yīng),放電的只能是H+,電極反應(yīng)式是:2H2O + 2e- = H2+ 2OH-(或2H+ + 2e- = H2),電解后陽(yáng)極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)和H2S,方程式為: Sn2- + 2H+ = (n-1)S+H2S解析： 第16頁(yè)/共20頁(yè)第十七頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。9（節(jié)選自2014新課標(biāo)全國(guó)卷）次磷酸(H3PO2)是一種精細(xì)磷化工產(chǎn)品，具有較強(qiáng)還原性?；卮鹣铝袉?wèn)題：(4)H3PO2也可用電滲析法制備，“

15、四室電滲析法”工作原理如圖所示(陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過(guò))： 下一頁(yè)第17頁(yè)/共20頁(yè)第十八頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。 寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式： _。 分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因是_。 早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽(yáng)極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽(yáng)極室與產(chǎn)品室之間的陽(yáng)膜，從而合并了陽(yáng)極室與產(chǎn)品室。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品中混有_雜質(zhì)，該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是_。2H2O - 4e- = O2+ 4H+陽(yáng)極室的H+穿過(guò)陽(yáng)膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，原料室的H2PO3-穿過(guò)陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，二者反應(yīng)生成PO43-H3PO3或H2PO2- 被氧化。上一頁(yè)第18頁(yè)/共20頁(yè)第十九頁(yè)，編輯于星期三：八點(diǎn) 一分。（4）在陽(yáng)極由于含有的陰離子OH-、SO42-、H2PO2- 中放電能力最強(qiáng)的是OH-