新教材适用2025版高考化学二轮总复习新高考选择题突破十多膜在电化学中的使用

新高考选择题突破(十)多膜在电化学中的运用1.(2024·河北邢台一模)某有色金属工业的高盐废水中主要含有H＋、Cu2＋、Zn2＋、SOeq\o\al(2－,4)、F－和Cl－，利用如图电解装置可回收ZnSO4、CuSO4并尽可能除去F－和Cl－，其中双极膜(BP)中间层的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移，M膜、N膜需在一价阴离子交换膜和阳离子交换膜中选择。下列说法错误的是(B)A．BP膜中H＋均向右侧溶液迁移，M膜为一价阴离子交换膜B．溶液a的溶质主要为HF和HCl，溶液b的溶质主要为ZnSO4和CuSO4C．当阳极产生22.4L气体(标准状况)时，有4mol离子通过N膜D．电解过程中，应限制高盐废水的pH不能过高【解析】由图可知，最左侧为阳极室，水放电生成氧气和氢离子；最右侧为阴极室，水放电生成氢气和氢氧根离子；电解池中阳离子向阴极移动，BP膜中H＋均向右侧溶液迁移；氟离子、氯离子通过M膜向左侧迁移，故M膜为一价阴离子交换膜，A正确；工业高盐废水中氟离子、氯离子分别通过M膜和N膜向左侧迁移，氢离子与右侧双极膜迁移出来的OH－中和，故反应后溶液a的溶质主要为ZnSO4和CuSO4；溶液b的溶质主要为右侧迁移过来的氟离子、氯离子与左侧迁移过来的氢离子生成HF和HCl，B错误；阳极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，当阳极产生22.4L气体(标准状况下为1mol)时，依据电子守恒可知，有4mol离子通过N膜，C正确；电解过程中，若pH过高则会导致锌离子、铜离子转化为沉淀，故应限制高盐废水的pH不能过高，D正确；故选B。2.(2024·河北省保定市高三质量调研)目前，应用电渗析法进行海水淡化是解决淡水资源匮乏的有效途径之一，该方法是利用电解原理通过多组电渗析膜实现，工作原理如图所示(以NaCl溶液代替海水)，同时获得产品Cl2、H2、NaOH。下列说法正确的是(B)A．a是直流电源的负极B．阳极区溶液浓度几乎不变C．膜pq、st分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜D．出口Ⅰ、Ⅱ分别接收NaCl浓溶液、淡水【解析】B正确由分析可知，a连接阳极，是直流电源的正极，A错误；阳极区反应为2Cl－－2e－=Cl2↑，I中氯离子通过阴离子膜pq进入阳极区，溶液浓度几乎不变，B正确；Ⅰ中氯离子通过阴离子膜pq进入阳极区，钠离子通过阳极膜st进入阴极区，C错误；Ⅰ中氯离子向左侧运动，钠离子向右侧运动，氯化钠溶液浓度减小，使Ⅰ口对应区域形成淡水，Ⅱ口对应区域形成NaCl浓溶液，D错误；故选B。3.(2024·日照一模)双极膜在直流电场作用下，可将水离解，在膜两侧分别得到H＋和OH－。工业上用“双极膜双成对电解法”生产乙醛酸(OHCCOOH)，原理如图所示，装置中两极均为惰性电极。下列说法错误的是(D)A．a为阳极，b为阴极B．b极上草酸发生的反应为H2C2O4＋2e－＋2H＋=OHCCOOH＋H2OC．HBr的作用是增加阳极液的导电实力和充当间接电氧化的媒介D．两极均产生2.24L(标准状况)气体时，理论上可得到乙醛酸7.4g【解析】依据图示，a极H2O生成O2，发生氧化反应，则a为阳极；b极H＋生成H2，发生还原反应，则b为阴极，据此分析作答。依据分析，a为阳极，b为阴极，A正确；阴极上的反应为H2C2O4＋2e－＋2H＋=OHCCOOH＋H2O、2H＋＋2e－=H2↑，B正确；OHCCHO属于非电解质，HBr的作用是增加阳极液的导电实力，Br－在阳极发生失电子的氧化反应生成Br2，Br2将OHCCHO氧化为OHCCOOH，HBr充当间接电氧化的媒介，C正确；当阳极生成标准状况下2.24LO2，转移电子物质的量为0.4mol，生成乙醛酸amol，当阴极b极生成标准状况下2.24LH2，转移电子数为0.2mol，生成乙醛酸bmol，依据电子守恒，eq\f(2.24L,22.4L/mol)×4＋2a＝eq\f(2.24L,22.4L/mol)×2＋2b，解得b－a＝0.1mol，理论上可得到乙醛酸的质量肯定大于0.1×74g/mol＝7.4g，D错误；故选D。4.(2024·河北唐山一模)水系可逆Zn—CO2电池在工作时，复合膜(由a、b膜复合而成，a膜只允许H＋通过，b膜只允许OH－通过)层间的H2O解离成H＋和OH－，在外加电场中可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时，Zn—CO2电池工作原理如图所示，下列说法正确的是(A)A．闭合K1时，右侧电极反应为CO2＋2H＋＋2e－=HCOOHB．闭合K1时，电池工作一段时间，复合膜两侧溶液的pH左侧上升右侧降低C．闭合K2时，OH－从复合膜流向Zn电极D．闭合K2时，每生成65gZn，同时肯定生成CO2气体11.2L【解析】由图可知，闭合K1时，右侧的物质转化为CO2→HCOOH，则右侧电极反应为CO2＋2H＋＋2e－=HCOOH，故A正确；由A分析知，闭合K1时，右侧电极反应为CO2＋2H＋＋2e－=HCOOH，左侧电极反应为Zn＋4OH－－2e－=[Zn(OH)4]2－，复合膜层间的H2O解离成H＋和OH－，移动向两极的H＋和OH－的物质的量相等，且等于转移电子数，两电极转移电子数相等，则右侧消耗的H＋等于转移的H＋，但生成的甲酸使酸性增加，左侧消耗的OH－多，而转移的OH－少，故复合膜两侧溶液的pH左侧降低，右侧降低，故B错误；闭合K2时，该装置为电解池，左侧为阴极，右侧为阳极，OH－从Zn电极流向复合膜，故C错误；没有标明为标准状况，无法计算CO2的体积，故D错误；故选A。5.(2024·湖南永州一模)双膜碱性多硫化物空气液流二次电池可用于再生能源储能和智能电网的备用电源等，电极Ⅰ为掺杂Na2S2的电极，电极Ⅱ为碳电极。电池工作原理如下图所示。下列说法错误的是(C)A．离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜B．放电时，中间储液器中NaOH的浓度不断增大C．充电时，电极I的电极反应式为2Seq\o\al(2－,2)－2e－=Seq\o\al(2－,4)D．充电时，电路中每通过1mol电子，阳极室溶液质量理论上增加9g【解析】由图分析可知，电极Ⅱ为碳电极，放电时，氧气发生还原反应生成氢氧根离子，为正极，则电极Ⅰ为负极；放电时，正极发生还原反应，反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－；负极发生氧化反应，反应为2Seq\o\al(2－,2)－2e－=Seq\o\al(2－,4)；正极区氢氧根离子向左侧运动，离子交换膜b为阴离子交换膜；负极区钠离子向右侧运动，离子交换膜a为阳离子交换膜，中间储液器中NaOH的浓度不断变大，A正确；由A分析可知，中间储液器中NaOH的浓度不断变大，B正确；充电时，电极I为阴极，得到电子发生还原反应，C错误；充电时，电极Ⅱ为阳极区，反应为4OH－－4e－=O2＋2H2O，电路中每通过1mol电子，阳极室从中间储液器进入1mol氢氧根离子、同时生成0.25mol氧气，溶液质量理论上增加17g－8g＝9g，D正确；故选C。6.(2024·湖北襄阳二模)利用双极膜电解制备磷酸和氢氧化钠的原理如图所示。已知双极膜是一种复合膜，在直流电作用下，中间界面内水解离为H＋和OH－，并实现其定向通过。下列说法正确的是(D)A．若用铅酸蓄电池为电源，则X极与Pb电极相连B．双极膜中a为H＋，b为OH－C．当电路中通过4mol电子时，电极Y上产生1mol气体D．M膜为阴离子交换膜，N膜为阳离子交换膜【解析】由图可知，与直流电源正极相连的电极X为电解池的阳极，Y为阴极，电解池工作时阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移，则双极膜中水解离出的离子a为氢氧根离子、b为氢离子，M膜为阴离子交换膜，原料室中磷酸二氢根离子通过M膜进入产品室1，与双极膜产生的氢离子结合生成磷酸，N膜为阳离子交换膜，原料室中钠离子通过N膜进入产品室2得到氢氧化钠。由分析可知，与直流电源正极相连的电极X为电解池的阳极，若用铅酸蓄电池为电源，X极与二氧化铅相连，故A错误；由分析可知，双极膜中水解离出的离子a为氢氧根离子、b为氢离子，故B错误；由分析可知，与直流电源正极相连的电极X为电解池的阳极，Y为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，由电极反应式可知电路中通过4mol电子时，电极Y上产生氢气的物质的量为4mol×eq\f(1,2)＝2mol，故C错误；由分析可知，M膜为阴离子交换膜，N膜为阳离子交换膜，故D正确；故选D。7.(2024·广东校联考一模)次磷酸钴[Co(H2PO2)2]广泛应用于化学镀钴，以金属钴和次磷酸钠为原料，采纳四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴的装置如图所示。下列说法正确的是(C)A．Co电极连接电源负极B．C采纳阴离子交换膜C．石墨电极的电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑D．工作时，原料室中NaH2PO2的浓度不变【解析】此电解池用金属钴和次磷酸钠制备次磷酸钴，因此Co电极失去电子作阳极，与电源的正极相连，A项错误；电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。产品室中得到次磷酸钴，阳极区生成的Co2＋和原料室中的H2POeq\o\al(－,2)都移向产品室，为了确保产品的纯度和原料室电荷守恒，原料室中的Na＋移向阴极区，因此A、B、C分别采纳阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜，B项错误；石墨电极作阴极，因此电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，C项正确；产品室中得到次磷酸钴，阳极区生成的Co2＋和原料室中的H2POeq\o\al(－,2)都移向产品室，原料室中的Na＋移向阴极区，所以工作时原料室中NaH2PO2的浓度减小，D项错误；故选C。8.(2024·淄博一模)下列装置可分别废水中的Co2＋和Ni2＋。已知Ni2＋和Co2＋性质相像，Co2＋和乙酰丙酮不反应。下列说法正确的是(D)A．M电极接太阳能电池的Q电极B．通电一段时间后，Ⅰ、Ⅳ室内溶液pH均减小C．膜a、膜b分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜D．每生成1molSOeq\o\al(2－,4)，理论上双极膜至少解离7molH2O【解析】由图可知，Q极硫元素失去电子发生氧化反应，为原电池负极，P极氧气得到电子发生还原反应生成水，为正极；由氢离子移动方向可知，N极为阴极，连接原电池负极Q极，则M为阳极，连接原电池正极P极；由分析可知，M电极接太阳能电池的P电极，A错误；依据电子守恒，双极膜产生的氢离子与N极消耗的氢离子量相同，故Ⅳ室内溶液pH不会减小，B错误；装置可分别废水中的Co2＋和Ni2＋，由图可知，镍离子通过b膜迁移到Ⅲ室和乙酰丙酮反应而和Co2＋分别，故b为阳离子交换膜，C错误；硫元素化合价由－1变为＋6生成硫酸根离子，SOeq\o\al(2－,4)～7e－，双极膜上水电离出的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，H2O～H＋～e－；依据电子守恒可知，每生成1molSOeq\o\al(2－,4)，理论上双极膜至少解离7molH2O，D正确；故选D。9.(2024·浙江省舟山市高三选考模拟)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域，用双极膜电解制备金属钴的装置如图所示。双极膜是一种离子交换复合膜，在直流电场作用下能将中间层的水分子解离成H＋和OH－，并分别向两极迁移。下列说法错误的是(C)A．电解池工作时，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小B．当电路中转移2mol电子时，阴离子交换膜左侧溶液的质量理论上增加80gC．电解过程中溶液中的SOeq\o\al(2－,4)透过阴离子交换膜移向右室D．电解总反应：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Co＋O2↑＋4H＋【解析】阴阳极反应相加得电解总反应为2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Co＋O2↑＋4H＋，D正确电解池工作时双极膜中的氢离子向阴极移动，所以电极b是阴极，硫酸根离子通过阴离子交换膜向左移动与氢离子结合生成硫酸，所以阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小，A正确；当电路中转移2mol电子时，阳极产生0.5molO2，同时有1molSOeq\o\al(2－,4)离子透过阴离子交换膜向左移动，所以阴离子交换膜左侧溶液的质量理论上增加96g－16g＝80g，B正确；依据以上分析可知电解过程中溶液中的SOeq\o\al(2－,4)透过阴离子交换膜移向左室，C错误；阳极氢氧根放电产生氧气，阴极钴离子放电产生钴，所以电解总反应：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Co＋O2↑＋4H＋，D正确；故选C。10.(2024·浙江省五校高三联考)双极膜电解法制巯基乙酸(HSCH2COOH)和高纯NaOH溶液原理如图所示，其中a、b为离子交换膜，双极膜在直流电压下可解离出H＋和OH－。下列说法正确的是(A)A．膜a和膜b均为阳离子交换膜B．双极膜解离出的H＋在双极膜的右侧C．碱室1和碱室2的NaOH溶液可以循环运用，电解过程不产生其他副产物D．若将盐室的原料换成Na2SO4溶液，当外电路通过2mole－时，可生成2molH2SO4【解析】依据装置图，该装置为电解池装置，依据电解原理，左边