2023届高三化学二轮复习 16 小题保分训练(16) 电化学中含膜装置

小题保分训练(16)电化学中含膜装置1．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＋8HCOeq\o\al(－,3)－8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋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2．采用惰性电极，以氮气和水为原料通过电解法制备氨的装置如图所示。下列说法不正确的是()A．电解时，溶液中K＋向a极移动B．电解时，电子由电源负极经导线流向a极C．电解时，a极上发生反应：N2＋6e－＋6H＋=2NH3D．电解一段时间后，b极附近溶液的pH减小3．如图为CO2电甲烷化的装置图(MEC)，其利用微生物催化驱动工作，该生物电催化技术既有助于降低温室效应，也可处理有机废水。下列说法正确的是()A．b电极为MEC的阳极B．若b电极转化1.5molCO2，装置中转移的电子数是15NAC．MEC工作时，质子将从a电极室向b电极室迁移D．b电极的反应方程式为CO2＋8e－＋6H2O=CH4＋8OH－4．当前，随着CO2的排放增加，如何解决CO2的污染成为世界各国研究的课题，我国科学家提出采用电化学原理将其转化为多种燃料，装置如图。下列说法正确的是()A．电极A与外接电源的正极相连B．生成CH4的电极反应式：CO2＋8H＋＋8e－=CH4＋2H2OC．若右侧KOH减少5.6g，电路中通过电子为0.2NAD．电极电势：A＞B5．三氯乙烯、四甲基氯化铵等含氯清洗剂被列入有毒有害水污染物名录，某课题小组利用电化学原理处理四甲基氯化铵，进行水体修复的过程如图所示。a、b为石墨电极，c、d、e均为离子交换膜，c、e能使带有相同电性的离子通过，下列说法错误的是()A．N为正极B．NaCl溶液的浓度：Ⅱ处大于Ⅰ处C．a电极的反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D．除去1mol四甲基氯化铵，在标准状况下a、b两极共生成气体11.2L6．利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法正确的是()A．a极反应：CH4＋8e－＋4O2－=CO2＋2H2OB．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2.24L甲烷，阳极室Ca2＋减少0.4mol7．厨房垃圾发酵液通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。下列说法正确的是()A．通电后，阳极附近pH增大B．电子从负极经电解质溶液回到正极C．通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极区进入浓缩室D．当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molO2生成8．Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4，下列有关说法不正确的是()A．右侧电极反应式：Fe＋8OH－－6e－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2OB．左侧为阳离子交换膜，当Cu电极生成1mol气体时，有2molNa＋通过阳离子交换膜C．可以将左侧流出的氢氧化钠补充到该装置中部，以保证装置连续工作D．Na2FeO4具有强氧化性且产物为Fe3＋，因此可以利用Na2FeO4除去水中的细菌、固体颗粒以及Ca2＋等9．高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。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．镍是阳极，电极反应为4OH－－4e－=O2↑＋2H2OB．电解时，电流的方向为负极→Ni电极→溶液→Fe电极→正极C．若隔膜为阴离子交换膜，则OH－自右向左移动D．电解时阳极区pH降低、阴极区pH升高，撤去隔膜混合后，与原溶液比较pH降低(假设电解前后体积变化忽略不计)10．H3PO2可用电渗析法制备。“四室电渗析法”的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)，下列说法正确的是()A．产品室中的氢离子扩散到阳极室中B．阴极室中的钠离子扩散到原料室中C．产品室中的氢氧根离子扩散到原料室中D．原料室中的H2POeq\o\al(－,2)扩散到产品室中11．某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是()A．电极a连接电源的正极B．B为阳离子交换膜C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生D．Ⅱ口排出的是淡水12．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－，阳极室中c(Ca2＋)降低1mol·L－113．硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－=B(OH)eq\o\al(－,4)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是()A．当电路中通过1mol电子时，可得到1molH3BO3B．将电源的正负极反接，工作原理不变C．阴极室的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．B(OH)eq\o\al(－,4)穿过阴膜进入阴极室，Na＋穿过阳膜进入产品室14．某同学在家中制备含氯消毒剂，实验装置原理如图所示，下列说法不正确的是()A．H2从阳极逸出B．离子交换膜为阳离子交换膜C．a为直流电源的正极，b为直流电源的负极D．阳极区的反应为2Cl－－2e－=Cl2↑，Cl2＋H2OHCl＋HClO15．已知反应：2CrOeq\o\al(2－,4)(黄)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)(橙)＋H2O，设计图示装置(均为惰性电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，下列有关叙述正确的是()A．CrOeq\o\al(2－,4)生成Cr2Oeq\o\al(2－,7)的反应为非氧化还原反应，不能通过电解方法获得B．电源左侧是正极C．右侧电极的电极反应为2H2O＋2e－=H2＋2OH－D．Na＋从右侧通过膜进入左侧16．四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D．电池总反应为4NaCl＋6H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑【小题保分训练(16)电化学中含膜装置】答案1．A。解析：由a极生成O2可以判断电极a为阳极，电极b为阴极，阳离子向阴极流动，则H＋由a极区向b极区迁移，故A正确；电极b上的反应为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2O，故B错误；电解过程是电能转化为化学能，故C错误；电解时OH－比SOeq\o\al(2－,4)更容易失去电子，所以电解Na2SO4溶液的实质是电解水，溶液中的水发生消耗，Na2SO4溶液的浓度增大，故D错误。2．C。解析：选C由图可知，a极上N2转化为NH3，N元素化合价降低，发生还原反应，a极为阴极；b极上OH－转化为O2，O元素化合价升高，发生氧化反应，b极为阳极。电解质溶液为KOH溶液，电解时，a极的电极反应式为N2＋6e－＋6H2O=2NH3＋6OH－，C项错误。3．C。解析：根据电极的反应物和生成物可推知a为阳极，b为阴极，A错误；b电极转化1.5molCO2转移电子1.5×8mol＝12mol，B错误；b极不能生成OH－，D错误。4．B。解析：BA为阴极，B为阳极，电极A与外接电源的负极相连，故A错误；CO2得电子转化为CH4，则生成CH4的电极反应式：CO2＋8H＋＋8e－=CH4＋2H2O，故B正确；若右侧KOH减少5.6g，即eq\f(5.6g,56g·mol－1)＝0.1mol，则有0.1molK＋通过阳离子交换膜，所以电路中通过电子为0.1NA，故C错误；A为阴极，B为阳极，则电极电势：A＜B，故D错误。5．D。解析：由图像可知，a极产生氢氧根离子，则水得电子生成氢气和氢氧根离子，作阴极，则电池M极为负极；c膜可使(CH3)4N＋透过，向a极移动；d膜可使氯离子透过向b极移动，而e极可使钠离子透过，向a极移动，则Ⅱ处的NaCl浓度大于I处；b极为阳极，氢氧根离子失电子生成氧气和水。A.分析可知，N为电池的正极，A说法正确；B.分析可知，NaCl溶液的浓度：Ⅱ处大于Ⅰ处，B说法正确；C.a电极水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，C说法正确；D.除去1mol四甲基氯化铵，转移1mol电子，在标准状况下a极生成0.5mol氢气，b极生成0.25mol氧气，则两极共生成气体16.8L，D说法错误；答案为D。6．C。解析：a极为负极，负极上甲烷发生氧化反应：CH4－8e－＋4O2－=CO2＋2H2O，A项错误；根据利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2和Cl2，可知阳极室的电极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑，则阳极室内Ca2＋向产品室移动，A膜为阳离子交换膜，阴极室的电极反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，则原料室内Na＋向阴极室移动，C膜为阳离子交换膜，B项错误；阴极电极不参与反应，可用铁电极替换阴极的石墨电极，C项正确；没有指明标准状况下，无法计算，D项错误。7．C。解析：由题图可知，阳极上电解水产生H＋和O2，所以通电后，阳极附近pH减小，A项错误；电子不进入电解质溶液，电解质溶液导电是通过带电离子的定向移动，B项错误；电解池中，阴离子向阳极方向移动，故通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极区进入浓缩室，C项正确；根据阳极的电极反应式2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，当电路中通过2mol电子的电量时，会有0.5molO2生成，D项错误。8．D。解析：根据图示，Cu电极为阴极，Fe电极为阳极。右侧电极为Fe电极，Fe失去电子发生氧化反应生成FeOeq\o\al(2－,4)，结合原子守恒和电荷守恒可得电极反应式为Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O，A项正确；左侧为阴极室，Cu电极上的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，当Cu电极上生成1mol气体时，同时产生2molOH－，此时中部有2molNa＋通过阳离子交换膜进入阴极室平衡电荷，B项正确；根据B项分析，阴极室生成NaOH，左侧流出的NaOH溶液的浓度大于加入的NaOH溶液的浓度，即b%＞a%，可将左侧流出的NaOH补充到该装置中部，以保证装置连续工作，C项正确；Na2FeO4具有强氧化性，可利用Na2FeO4除去水中的细菌，Na2FeO4的还原产物为Fe3＋，Fe3＋水解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体可吸附固体颗粒，但二者均不能除去水中的Ca2＋，D项错误。9．D。解析：用镍、铁作电极电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，铁被氧化生成FeOeq\o\al(2－,4)，则铁是阳极，A错误。电解时，电流的方向是正极→阳极→溶液→阴极→负极，B错误。在电解池中，阴离子向阳极移动，则OH－自左向右移动，C错误。阳极反应式为Fe＋8OH－－6e－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O，由于消耗OH－，则阳极区溶液pH降低；阴极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，反应生成OH－，则阴极区溶液pH升高；结合阴、阳极反应式及得失电子守恒可得，电解总反应式为Fe＋2OH－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电),\s\do5())FeOeq\o\al(2－,4)＋3H2↑，据此可知撤去隔膜后电解，所得溶液的pH降低，D正确。10．D。解析：阳极的电极反应式为2HO－4e－=O2↑＋4H＋，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。阳极室中的氢离子扩散到产品室中，原料室中的钠离子扩散到阴极室中。根据电荷守恒关系可知，原料室中的H2POeq\o\al(－,2)扩散到产品室中。11．B。解析：根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。12．C。解析：A.通过图示分析C膜只能是阳离子交换膜，故A项错误；B.阴极室的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，故B项错误；C.阴极电极不参与反应，故可用铁电极替换阴极的石墨电极，故C项正确；D.未给出溶液体积，无法计算浓度，故D项错误。13．A。解析：A项，电解时，左侧石墨电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极上H2O失电子生成O2和H＋，即2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，阴极上H2O得电子生成H2和OH－，即2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，当电路中通过1mol电子时，阳极生成1molH＋，H＋通过阳膜进入产品室，与通过阴膜进入产品室的B(OH)eq\o\al(－,4)反应生成1molH3BO3，正确；B项，电源正负极反接后，左侧石墨电极为阴极，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，H＋被消耗，无法移向产品室，不能生成H3BO3，错误；C项，由上述分析可知，阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，错误；D项，电解时原料室中Na＋穿过阳膜进入阴极室，