【精编】高考中有关离子交换膜的电化学试题-精心整理

高考中有关离子交换膜的电化学试题越努力越幸运1.防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。（如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。2.用于物质的制备、分离、提纯等。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）。三、离子交换膜的类型：常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。二、交换膜在中学电化学中的作用：越努力越幸运四、试题赏析：1.某同学按如图所示装置进行试验，A、B为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，SO42-从右向左通过阴离子交换膜移向A极．下列分析正确的是（）A．溶液中c(A2＋)减小B．B极的电极反应：B－2e－=B2＋C．Y电极上有H2产生，发生还原反应D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解D越努力越幸运2．（2014·全国大纲版理综化学卷，T9）右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH－Ni电池)。下列有关说法不正确的是（）A．放电时正极反应为：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－B．电池的电解液可为KOH溶液C．充电时负极反应为：MH＋OH－→M＋H2O＋e－D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高C越努力越幸运镍氢电池中主要为KOH作电解液，充电时，阳极反应：Ni(OH)2+OH－=NiOOH+H2O＋e－，阴极反应：M+H2O＋e－=MH+OH－，总反应为M+Ni(OH)2=MH+NiOOH；放电时，正极：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－，负极：MH＋OH－→M＋H2O＋e－，总反应为MH+NiOOH=M+Ni(OH)2。以上各式中M为金属合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。A、放电时，正极：NiOOH+H2O+e－=Ni(OH)2+OH－，故A正确；B、为了防止MH被氢离子氧化，镍氢电池中电解液为碱性溶液，主要为KOH作电解液，故B正确；C、充电式，负极作阴极，阴极反应为M+H2O+e－=MH+OH－，故C错误；D、M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金，储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高，故D正确。解析：越努力越幸运3．（2014·福建理综化学卷，T11）某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是（）A．正极反应为AgCl＋e－＝Ag＋Cl－B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D．当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子D越努力越幸运正极反应为Cl2＋2e－=2Cl－，A项错误；放电时，交换膜右侧的电极为正极，交换膜左侧的电极为负极，负极放电产生的Ag＋与电解质HCl中的Cl－结合生成AgCl白色沉淀。则负极电极反应式：2Ag－2e－＋2Cl－=2AgCl，B项错误；负极放电产生的Ag＋与电解质中的Cl－结合，若用NaCl代替盐酸不会改变电池总反应，C项错误；当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧的电极放电产生0.01molAg＋，与电解质中的0.01molCl－结合生成AgCl沉淀，同时约有0.01molH＋通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，则交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子，D项正确。解析：越努力越幸运4.(2013·浙江高考·11)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。已知:3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O下列说法不正确的是()A.右侧发生的电极反应式:2H2O+2e-=H2↑+2OH-B.电解结束时,右侧溶液中含有IO3-C.电解槽内发生反应的总化学方程式:KI+3H2OKIO3+3H2↑D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变D越努力越幸运解析：电解的电极反应为（左侧）阳极：2I——2e—=I23I2+6OH—=IO3—+5I—+3H2O（右侧）阴极：2H2O+2e—=H2↑+2OH—如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜：电极反应为：阳极2I——2e—=I2通过阳离子交换膜迁移至阴极阴极2H2O+2e—=H2↑+2OH—阴离子交换膜向右侧移动左侧溶液变蓝色一段时间后，蓝色变浅放出氢气多余K+保证两边溶液呈电中性越努力越幸运5.（2012年重庆T29(3)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。①电源的负极为(填“A”或“B”)。②阳极室中发生的反应依次为、。③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将；若两极共收集到气体13.44L(标准状况)，则除去的尿素为g(忽略气体的溶解)。BCO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl6Cl－－6e－=3Cl2↑不变7.2越努力越幸运(3)根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律和本题图中的电极产物H2和Cl2可以判断出A为电源的正极，B为电源的负极，故阳极室中发生的反应依次为：6Cl－－6e－=3Cl2↑，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl；③阴极反应为6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑(或6H＋＋6e－=3H2↑)阳极反应为6Cl－－6e－=3Cl2↑，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH－、H＋的数目相等，阳极室中反应产生的H＋通过质子交换膜进入阴极室与OH－恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变；由上述反应式可以看出，转移6mole－时，阴极产生3molH2，阳极产生1molN2和1molCO2，故电解收集到的13.44L气体中V(N2)＝V(CO2)＝13.44L/5＝2.688L，即n(N2)＝n(CO2)＝2.688L/22.4L·mol-1＝0.12mol根据方程式CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O=N2＋CO2＋6HCl可知生成0.12molN2所消耗的CO(NH2)2的物质的量也为0.12mol，其质量为：m[CO(NH2)2]＝0.12mol×60g·mol－1＝7.2g。解析：越努力越幸运6.（节选自2013年重庆T11(2)）．化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3－的原理如图所示。①电源正极为（填A或B），阴极反应式为。②若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为g。A2NO3－+10e－+6H2O=N2↑+12OH－14.4越努力越幸运根据题11图可知，电解池右侧NO3－转化成N2，发生还原反应：2NO3－+10e－+6H2O=N2↑+12OH－，其电极应为阴极；则左侧发生氧化反应：2H2O―4e－=O2↑+4H+，其电极作阳极，与其相连的A端为电源的正极；转移2mol电子时，左侧减少0.2molN2，即5.6g，右侧产生0.5molO2，即16g，同时生成2molH+，由于H+可通过质子交换膜由左侧进入右侧，则右侧电解液质量实际减少：5.6g―2g=3.6g，左侧电解液质量实际减少：16g+2g=18g，则两侧质量差为14.4g.解析：越努力越幸运（4）IV中，电解NO制备NH4NO3，其工作原理如上图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是_____________，说明理由：________________。7．（节选自2014·北京理综化学卷，T26）NH3经一系列反应可以得到HNO3。NH3根据电子守恒，阳极得到的NO3-的量大于阴极得到的NH4+的量，所以需充入NH3（或从阴阳极电极反应式说明也可）越努力越幸运由电解示意图可知，两极的反应物均为NO，1molNO生成1molNH4+需要得到5mol电子，1molNO生成1molNO3-需要失去3mol电子，故反应两极反应NO的物质的量之比为3:5，所以生成的NH4+与NO3-的物质的量之比亦为3:5，所以NO3-的量大于NH4+，欲使物质全部转化成NH4NO3，则需加入能形成NH4+的物质，故需补充NH3。解析：越努力越幸运8.（节选自2014·江苏单科化学卷，T20）硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。（1）将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图-1所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－=S（n—1）S+S2－=Sn2－①写出电解时阴极的电极反应式：。②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成。2H2O+2e-=H2↑+2OH-(或2H++2e-=H2↑)Sn2-+2H+=(n-1)S+H2S↑越努力越幸运电解时,阴极发生阳离子的还原反应,放电的只能是H+,电极反应式是:2H2O+2e-=H2↑+2OH-(或2H++2e-=H2↑),电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质和H2S,方程式为:Sn2-+2H+=(n-1)S+H2S↑解析：越努力越幸运9．（节选自2014·新课标全国卷Ⅰ）次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：(4)H3PO2也可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：下一页越努力越幸运①写出阳极的电极反应式：________________________________。②分析产品室可得到H3PO2的原因是________________________________。③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质，该杂质产生的原因是________________________________。2H2O-4e-=O2↑+4H+阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO3-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成PO43-H3PO3或H2PO2-被氧化。上一页越努力越幸运（4）①在阳极由于含有的阴离子OH-、SO42-、H2PO2-中放电能力最强的是OH-，所以发生反应：2H2O-4e-=O2↑+4H+；②在产品室只所以可得到H3PO2是因为阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO3-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成）③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产生的氧气会把H3PO3或H2PO2-氧化为PO43-，导致产品不纯。解析：越努力越幸运