高考中有關(guān)離子交換膜的電化學(xué)試題

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)試題仰望星空仰望星空Mengzi-Mengzi- 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)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）。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。用于物質(zhì)的制備、分離、提純等。一、交換膜的

2、功能：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）。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：三、離子交換膜的類型： 常見的離子交換膜為：陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、特殊離子交換膜等。常見的離子交換膜為：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：二、交換膜在中學(xué)電化學(xué)中的作用：四、試題賞析：四、試題賞析：1.某同學(xué)按如圖所示裝置進(jìn)行試驗(yàn)，某同學(xué)按如圖所示裝置進(jìn)行試驗(yàn)，A、B為常見金屬，它們?yōu)槌Ｒ娊饘?，它們的硫酸鹽可溶于水。當(dāng)?shù)牧蛩猁}可溶于水。當(dāng)K閉合時(shí)，閉合時(shí)，SO42-從右向左通過陰

3、離子從右向左通過陰離子交換膜移向交換膜移向A極下列分析正確的是極下列分析正確的是 （）A溶液中溶液中c(A2)減小減小BB極的電極反應(yīng)：極的電極反應(yīng)：B2e=B2CY電極上有電極上有H2產(chǎn)生，發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生，發(fā)生還原反應(yīng)D反應(yīng)初期，反應(yīng)初期，X電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀，不久沉淀溶解電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀，不久沉淀溶解D 2 2（20142014全國(guó)大綱版理綜化學(xué)卷，全國(guó)大綱版理綜化學(xué)卷，T9T9）右圖是在航天用高壓）右圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池氫鎳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池(MH(MHNiNi電電池池) )。下列有關(guān)說法不正確的是。下列有關(guān)說

4、法不正確的是 （ ）A放電時(shí)正極反應(yīng)為：放電時(shí)正極反應(yīng)為： NiOOHH2OeNi(OH)2OH B B電池的電解液可為電池的電解液可為KOHKOH溶液溶液C C充電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：充電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為： MHMHOHOHMMH H2 2O Oe eD DMHMH是一類儲(chǔ)氫材料，其氫密度越大，是一類儲(chǔ)氫材料，其氫密度越大， 電池的能量密度越高電池的能量密度越高C 鎳氫電池中主要為鎳氫電池中主要為KOH作電解液，充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)：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)：，陰極反應(yīng)：M + H2Oe=MH+ OH，總反應(yīng)為，總反應(yīng)為M+ Ni(OH)2=

5、MH+ NiOOH；放電時(shí)，正極：；放電時(shí)，正極：NiOOHH2OeNi(OH)2OH，負(fù)極：，負(fù)極：MHOHMH2Oe，總，總反應(yīng)為反應(yīng)為MH+NiOOH=M+Ni(OH)2。以上各式中。以上各式中M為金屬合金，為金屬合金，MH為吸附了氫為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金。原子的儲(chǔ)氫合金。 A、放電時(shí)，正極：、放電時(shí)，正極：NiOOH+H2O+e= Ni(OH)2+OH，故，故A正確；正確； B、為了防止、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，故作電解液，故B正確；正確；C、充電式，負(fù)極作陰極，陰極反應(yīng)為、充電式，負(fù)

6、極作陰極，陰極反應(yīng)為M+H2O+e=MH+OH，故，故C錯(cuò)誤；錯(cuò)誤；D、M為儲(chǔ)氫合金，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，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，故電池的能量密度越高，故D正確。正確。解析：解析： 3 3（20142014福建理綜化學(xué)卷，福建理綜化學(xué)卷，T11T11）某原電池裝置如右圖所示，）某原電池裝置如右圖所示，電池總反應(yīng)為電池總反應(yīng)為2Ag2AgClCl2 22AgCl2AgCl。下列說法正確的是（。下列說法正確的是（ ）A A正極反應(yīng)為正極反應(yīng)為AgClAgCle eAgAgClClB B放電時(shí)，交換膜右側(cè)溶液

7、中有大放電時(shí)，交換膜右側(cè)溶液中有大 量白色沉淀生成量白色沉淀生成C C若用若用NaClNaCl溶液代替鹽酸，則電池溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)隨之改變總反應(yīng)隨之改變D D當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01 mol e0.01 mol e時(shí)，時(shí)，交換膜左側(cè)溶液中約減少交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02 mol0.02 mol離子離子D 正極反應(yīng)為正極反應(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與電與電解質(zhì)解質(zhì)HCl中的中的Cl結(jié)合生成結(jié)合生成AgCl白色沉淀。則

8、負(fù)極電極反應(yīng)式：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)生的項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極放電產(chǎn)生的Ag與電解與電解質(zhì)中的質(zhì)中的Cl結(jié)合，若用結(jié)合，若用NaCl代替鹽酸不會(huì)改變電池總反應(yīng)，代替鹽酸不會(huì)改變電池總反應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移誤；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，與電解質(zhì)中的0.01 mol Cl結(jié)合生成結(jié)合生成AgCl沉淀，沉淀，同時(shí)約有同時(shí)約有0.01 mol H通過陽(yáng)離子交換膜轉(zhuǎn)移到右側(cè)溶液中，則交通過陽(yáng)離子交換膜轉(zhuǎn)移到右側(cè)溶液中，則交換膜左側(cè)溶液中約減少換膜左

9、側(cè)溶液中約減少0.02 mol離子，離子，D項(xiàng)正確。項(xiàng)正確。解析：解析： 4.(20134.(2013浙江高考浙江高考11)11)電解裝置如圖所示電解裝置如圖所示, ,電解槽內(nèi)裝有電解槽內(nèi)裝有KIKI及淀粉溶液及淀粉溶液, ,中中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電, ,發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍(lán)色發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍(lán)色, ,一段一段時(shí)間后時(shí)間后, ,藍(lán)色逐漸變淺。已知藍(lán)色逐漸變淺。已知:3I:3I2 2+6OH+6OH- - =IO=IO3 3- -+ +5I5I- -+3H+3H2 2O O下列說法不正確的是下列說法不正確的是( )A.A.右側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式

10、右側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式: : 2H 2H2 2O+2eO+2e- - = H= H2 2+2OH+2OH- -B.B.電解結(jié)束時(shí)電解結(jié)束時(shí), ,右側(cè)溶液中含有右側(cè)溶液中含有IOIO3 3- -C.電解槽內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式電解槽內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式: KI+3H KI+3H2 2O KIOO KIO3 3+3H2D.如果用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜如果用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜,電電 解槽內(nèi)發(fā)生的總化學(xué)反應(yīng)不變解槽內(nèi)發(fā)生的總化學(xué)反應(yīng)不變D解析：解析： 電解的電極反應(yīng)為電解的電極反應(yīng)為（左側(cè)）陽(yáng)極：左側(cè)）陽(yáng)極： 2I 2I 2e 2e = I= I2 2 3I 3I2 2+6OH+6

11、OH =IO=IO3 3+5I+5I+3H+3H2 2O O （右側(cè)）（右側(cè)）陰極：陰極： 2H 2H2 2O+2eO+2e = H= H2 2+ 2OH+ 2OH 如果用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜：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)極電極反應(yīng)為：陽(yáng)極 2I 2I2e2e = I= I2 2 通過陽(yáng)離子交換膜遷移至陰極通過陽(yáng)離子交換膜遷移至陰極 陰極陰極 2H 2H2 2O+2eO+2e = H= H2 2+2OH+2OH 陰離子交換膜陰離子交換膜向右側(cè)移動(dòng)向右側(cè)移動(dòng)左側(cè)溶液變藍(lán)色左側(cè)溶液變藍(lán)色 一段時(shí)間后，藍(lán)色變淺一段時(shí)間后，藍(lán)色變淺放出氫氣放出氫氣多余多余K+ 保證兩邊溶

12、液呈電中性保證兩邊溶液呈電中性5.（2012年重慶年重慶T29(3)人工腎臟可采用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)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。物中的尿素，原理如下圖。電源的負(fù)極為電源的負(fù)極為 (填填“A”或或“B”)。陽(yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為陽(yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為 、 。電解結(jié)束后，陰極室溶液的電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相與電解前相比將比將 ；若兩極共收集到氣體；若兩極共收集到氣體13.44 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則除去的尿素為，則除去的尿素為 g(忽略忽略氣體的溶解氣體的溶解)。BCO(NH2)23Cl2H2O = N2CO26HCl6Cl6e = 3

13、Cl2不變不變7.2(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和和Cl2可以判斷出可以判斷出A為電源的正極，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：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)為陰極反應(yīng)為6H2O6e = 6OH3H2(或或6H6e = 3H2) 陽(yáng)極反應(yīng)為陽(yáng)極反應(yīng)為6Cl6e = 3Cl2， CO(NH2)23Cl2H2O = N2CO26HCl 根據(jù)上述反應(yīng)

14、式可以看出在陰、陽(yáng)極上產(chǎn)生的根據(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)的數(shù)目相等，陽(yáng)極室中反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)生的H通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室與通過質(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恰好反應(yīng)生成水，所以陰極室中電解前后溶液的溶液的pH不變；由上述反應(yīng)式可以看出，轉(zhuǎn)移不變；由上述反應(yīng)式可以看出，轉(zhuǎn)移6 mol e時(shí)，陰極產(chǎn)生時(shí)，陰極產(chǎn)生3 mol H2，陽(yáng)極，陽(yáng)極產(chǎn)生產(chǎn)生1 mol N2和和1 mol CO2，故電解收集到的，故電解收集到的13.44 L氣體中氣體中V(N2)V(CO2)13.44L/52.688 L，即，即n(N2)n(CO2)2

15、.688L/22.4Lmol-10.12 mol 根據(jù)方程式根據(jù)方程式CO(NH2)23Cl2H2O = N2CO26HCl可知生成可知生成0.12 mol N2所消耗所消耗的的CO(NH2)2的物質(zhì)的量也為的物質(zhì)的量也為0.12 mol，其質(zhì)量為：其質(zhì)量為：mCO(NH2)20.12 mol60 gmol17.2 g。解析：解析： 6.（節(jié)選自（節(jié)選自2013年重慶年重慶T11(2)）化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的化學(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)降用于治理水中硝酸鹽的污染。電化學(xué)降解解NO3的原

16、理如圖所示。的原理如圖所示。電源正極為電源正極為 （填（填A(yù)或或B），）， 陰極反應(yīng)式為陰極反應(yīng)式為 。若電解過程中轉(zhuǎn)移了若電解過程中轉(zhuǎn)移了2mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差(m左左m右右)為為 g。A2 NO3 +10e+6H2O = N2+ 12OH14.4 根據(jù)題根據(jù)題11圖可知，電解池右側(cè)圖可知，電解池右側(cè)NO3轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成N2，發(fā)生還原反應(yīng)：，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，其電極應(yīng)為陰極；則左側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)：反應(yīng)：2H2O4 e=O2+4H+，其電極作陽(yáng)極，與其相連的，其電極作

17、陽(yáng)極，與其相連的A端為電源的端為電源的正極；轉(zhuǎn)移正極；轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，左側(cè)減少電子時(shí)，左側(cè)減少0.2mol N2，即，即5.6g，右側(cè)產(chǎn)生，右側(cè)產(chǎn)生0.5mol O2，即，即16g，同時(shí)生成，同時(shí)生成2mol H+，由于，由于H+可通過質(zhì)子交換膜由左側(cè)可通過質(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：進(jìn)入右側(cè)，則右側(cè)電解液質(zhì)量實(shí)際減少：5.6g2g=3.6g，左側(cè)電解液質(zhì)，左側(cè)電解液質(zhì)量實(shí)際減少：量實(shí)際減少：16g+2g=18g，則兩側(cè)質(zhì)量差為，則兩側(cè)質(zhì)量差為14.4g .解析：解析： （4 4）IVIV中，電解中，電解NONO制備制備 NH NH4 4NONO3 3，其工作原理如

18、上圖所示，為使電解，其工作原理如上圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NHNH4 4NONO3 3，需補(bǔ)充物質(zhì)，需補(bǔ)充物質(zhì)A A，A A是是_，說明理，說明理由：由：_。7（節(jié)選自（節(jié)選自2014北京理綜化學(xué)卷，北京理綜化學(xué)卷，T26）NH3經(jīng)一系列反應(yīng)可以得到經(jīng)一系列反應(yīng)可以得到 HNO3。NH3 根據(jù)電子守恒，陽(yáng)極得到的根據(jù)電子守恒，陽(yáng)極得到的NONO3 3- -的量大于陰極得到的的量大于陰極得到的NHNH4 4+ +的量，所的量，所以需充入以需充入NH3（或從陰陽(yáng)極電極反應(yīng)式說明也可）（或從陰陽(yáng)極電極反應(yīng)式說明也可） 由電解示意圖可知，兩極的反應(yīng)物均為由電解示意圖可知，兩極的反應(yīng)

19、物均為NONO，1molNO1molNO生成生成1molNH1molNH4 4+ +需需要得到要得到5mo5mol l電子，電子， 1molNO 1molNO生成生成1molNO1molNO3 3- -需要失去需要失去3mol3mol電子，故反應(yīng)兩極電子，故反應(yīng)兩極反應(yīng)反應(yīng)NONO的物質(zhì)的量之比為的物質(zhì)的量之比為3:53:5，所以生成的，所以生成的NHNH4 4+ +與與NONO3 3- -的物質(zhì)的量之比亦的物質(zhì)的量之比亦為為3:53:5，所以，所以NONO3 3- -的量大于的量大于NHNH4 4+ +，欲使物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化成，欲使物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化成NHNH4 4NONO3 3，則需加入能，則需加入

20、能形成形成NHNH4 4+ +的物質(zhì)，故需補(bǔ)充的物質(zhì)，故需補(bǔ)充NHNH3 3 。解析：解析： 8.（節(jié)選自（節(jié)選自2014江蘇單科化學(xué)江蘇單科化學(xué)卷，卷，T20）硫化氫的轉(zhuǎn)化是資硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。由硫化氫獲得硫單質(zhì)有課題。由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法。多種方法。 （1）將燒堿吸收）將燒堿吸收H2S后的溶液加入到如圖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。所示的電解池的陽(yáng)極區(qū)進(jìn)行電解。電解過程中陽(yáng)極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng)：電解過程中陽(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：寫出電

21、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成 。2H2O + 2e- - = H2+ 2OH- - (或或2H+ + 2e- - = H2)Sn2-2- + 2H+ = (n-1)S+H2S 電解時(shí)電解時(shí),陰極發(fā)生陽(yáng)離子的還原反應(yīng)陰極發(fā)生陽(yáng)離子的還原反應(yīng),放電的只能是放電的只能是H+,電電極反應(yīng)式是極反應(yīng)式是:2H2H2 2O + 2eO + 2e- - = H= H2 2+ 2OH+ 2OH- -( (或或2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2),),電解后陽(yáng)極區(qū)的溶液

22、用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)和電解后陽(yáng)極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)和H2S,方程式方程式為為: S Sn n2- 2- + 2H+ 2H+ + = (n-1)S+H= (n-1)S+H2 2SS解析：解析： 9（節(jié)選自（節(jié)選自2014新課標(biāo)全國(guó)卷新課標(biāo)全國(guó)卷）次磷酸）次磷酸(H3PO2)是一種是一種精細(xì)磷化工產(chǎn)品，具有較強(qiáng)還原性。回答下列問題：精細(xì)磷化工產(chǎn)品，具有較強(qiáng)還原性?；卮鹣铝袉栴}：(4)H3PO2也可用電滲析法制備，也可用電滲析法制備，“四室電滲析法四室電滲析法”工作原工作原理如圖所示理如圖所示(陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過)： 下一頁(yè)下一頁(yè) 寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式： _。 分析產(chǎn)品室可得到分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因是的原因是_。 早期采用早期采用“三室電滲析法三室電滲析法”制備制備H3PO2：將：將“四室電滲析四室電滲析法法”中陽(yáng)極室的稀硫酸用中陽(yáng)極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽(yáng)極室與稀溶液代替，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)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)品中混有品