2023高考化学二轮复习-第7讲-离子交换膜在电化学中的应用-题组训练

第7讲-离子交换膜在电化学中的应用1．（2021武汉期末）2019年11月《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示（已知：H2O2⇌H++HO2﹣，Ka＝2.4×10﹣12）。下列说法错误的是（）A．X膜为选择性阳离子交换膜电极 B．催化剂可促进反应中电子的转移 C．1molO2完全反应，电极上流过4mole﹣ D．a极上的电极反应为：H2﹣2e﹣＝2H+2．（2020浙江模拟）用电解法可提纯含有某些含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示．下列有关说法错误的是（）A．通电后阴极区附近溶液pH会增大 B．阳极反应式为4OH﹣﹣4e﹣＝2H2O+O2↑ C．纯净的KOH溶液从b出口导出 D．K+通过交换膜从阴极区移向阳极区3．（2020秋•银川校级月考）某新型水系钠离子电池工作原理如图所示。TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，充电时Na2S4还原为Na2S，下列说法不正确的是（）A．充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能 B．放电时，a极为正极 C．充电时，阳极的电极反应式为3I﹣﹣2e﹣═I3﹣ D．M是阳离子交换膜4．（2020攀枝花三模）电解合成1，2﹣二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是（）A．该装置工作时，阳极的电极反应是CuCl（s）+Cl﹣﹣e﹣═CuCl2 B．液相反应为CH2＝CH2+2CuCl2═ClCH2CH2Cl+2CuCl（s） C．X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜 D．该装置总反应为CH2＝CH2+2NaCl+2H2OClCH2CH2Cl+2NaOH+H2↑5．（2021•三元区校级模拟）微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（）A．HS﹣在硫氧化菌作用下转化为SO42﹣的反应为：HS﹣+4H2O﹣8e﹣＝SO42﹣+9H+ B．电子从b流出，经外电路流向a C．如果将反应物直接燃烧能量的利用率不会变化 D．若该电池电路中有0.4mol电子发生转移，则有0.45molH+通过质子交换膜6．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（）A．电子从b流出，经外电路流向a B．HS﹣在硫氧化菌作用下转化为SO42﹣的反应是HS﹣+4H2O﹣8e﹣═SO42﹣+9H+ C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化 D．若该电池电路中有0.4mol电子发生转移，则有0.5molH+通过质子交换膜7．某新型水系钠离子电池工作原理如图所示。TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，充电时Na2S4还原为Na2S。下列说法错误的是（）A．放电时，a极的电极反应式为：4S2﹣﹣6e﹣═S42﹣ B．M是阴离子交换膜 C．充电时，太阳能转化为电能，又转化为化学能 D．充电时，阳极的电极反应式为：3I﹣﹣2e﹣═I3﹣8.中国科学院福建物质结构研究所课题组基于二氧化碳和甲酸的相互转化反应设计并实现了一种可逆的水系金属－二氧化碳二次电池，放电时工作原理如图所示。下列有关电池放电时的说法错误的是（）A.N极发生还原反应B.电子由N极流出经导线流入M极C.N极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋＝HCOOHD.若电路中流过6.02×1022个电子，则理论上M极有3.25g锌参加反应9.铝是应用广泛的金属。以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如下：注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为。（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH（填“增大”、“不变”或“减小”）。（3）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是。（4）“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为，阴极产生的物质A的化学式为。（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN．在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是。10.某混合物浆液含有Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4．考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见图），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用．回答Ⅰ和Ⅱ中的问题．Ⅰ．固体混合物的分离和利用（流程图中的部分分离操作和反应条件未标明）（1）反应①所加试剂NaOH的电子式为．B→C的反应条件为，C→Al的制备方法称为．（2）该小组探究反应②发生的条件．D与浓盐酸混合，不加热，无变化；加热有Cl2生成，当反应停止后，固体有剩余，此时滴加硫酸，又产生Cl2．由此判断影响该反应有效进行的因素有（填序号）ac．a．温度b．Cl﹣的浓度c．溶液的酸度（3）0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2•xH2O的液态化合物，放热4.28kJ，该反应的热化学方程式为．Ⅱ含铬元素溶液的分离和利用（4）用惰性电极电解时，CrO42﹣能从浆液中分离出来的原因是，分离后含铬元素的粒子是；阴极室生成的物质为（写化学式）．第7讲-离子交换膜在电化学中的应用题组训练答案1．（2021武汉期末）答案：C。解析：A．通过以上分析知，H+能透过X膜，则X膜为选择性阳离子交换膜，A正确；B．催化剂能加快化学反应速率，所以催化剂可促进反应中电子的转移，B正确；C．b电极反应式为O2+H2O+2e﹣＝HO2﹣+OH﹣，则1molO2完全反应，电极上流过2mole﹣，C错误；D．通过以上分析知，a电极反应式为H2﹣2e﹣＝2H+，D正确。2．（2020浙江模拟）答案：D。解析：A．电解时，阴极电极反应式为：4H++4e﹣＝2H2↑，氢离子浓度减小，溶液的pH增大，A正确；B．电解除杂过程相当于电解水，阳极反应式为：4OH﹣﹣4e﹣＝2H2O+O2↑，B正确；C．在b电极附近产生氢氧根离子，钾离子向b电极移动，所以除去杂质后氢氧化钾溶液从液体出口b导出，C正确；D．用氯化钾制备氢氧化钾时，阴极上氢离子放电，阳极上氯离子放电，K+通过交换膜从阳极区移向阴极区，D错误。3．（2020秋•银川校级月考）答案：B。解析：A．根据装置图，充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能储存起来，A正确；B．充电时Na2S4在a极还原为Na2S，充电时a是阴极，所以放电时，a极为负极，B错误；C．充电时，b是阳极，根据图示，阳极I﹣失电子被氧化为I3﹣，电极反应式为3I﹣﹣2e﹣＝I3﹣，C正确；D．若M是阴离子交换膜，则阴离子混合后会相互反应，所以M是阳离子交换膜，D正确。4．（2020攀枝花三模）答案：C。解析：A．在电解池装置中，阳极的电极反应式为：CuCl﹣e﹣＝Cu2++Cl﹣，A正确；B．由分析可知，液相反应中发生的反应为C2H4+2CuCl2＝ClCH2CH2Cl+2CuCl，B正确；C．阴极H2O或H+放电生成NaOH，所以离子交换膜Y为阳离子交换膜；阳极CuCl放电转化为CuCl2，所以离子交换膜X为阴离子交换膜，C错误；D．以NaCl和CH2＝CH2为原料合成1，2﹣二氯乙烷中，CuCl→CuCl2→CuCl，CuCl循环使用，其实质是NaCl、H2O与CH2＝CH2反应，所以总反应为CH2＝CH2+2H2O+2NaClH2+2NaOH+ClCH2CH2Cl，D正确。5．（2021三元区校级模拟）答案：A。解析：A、负极上HS﹣在硫氧化菌作用下转化为SO42﹣，失电子发生氧化反应，电极反应式是HS﹣+4H2O﹣8e﹣＝SO42﹣+9H+，A正确；B、b是电池的正极，a是负极，所以电子从a流出，经外电路流向b，B错误；C、如果将反应物直接燃烧，高温下微生物被杀死，效率更低，C错误；D、根据电子守恒，若该电池有0.4mol电子转移，有0.4molH+通过质子交换膜，D错误。6.答案：B。解析：A、b是电池的正极，a是负极，所以电子从a流出，经外电路流向b，A错误；B、负极上HS﹣在硫氧化菌作用下转化为SO42﹣，失电子发生氧化反应，电极反应式是HS﹣+4H2O﹣8e﹣＝SO42﹣+9H+，B正确；C、如果将反应物直接燃烧，高温下微生物被杀死，效率更低，C错误；D、根据电子守恒，若该电池有0.4mol电子转移，有0.4molH+通过质子交换膜，D错误。7.答案：B。解析：A．充电时Na2S4还原为Na2S，放电和充电互为逆过程，所以a是负极，电极反应式为：4S2﹣﹣6e﹣＝S42﹣，A正确；B．根据图示可以知道交换膜允许钠离子自由通过，所以M应该是阳离子交换膜，B错误；C．根据题意：TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能，C正确；D．在充电时，阳极b上发生失电子的氧化反应，根据图示知道电极反应为3I﹣﹣2e﹣═I3﹣，D正确。8.答案：B。解析：由图可知，M为负极，N为正极。放电时，电子由M极流出经过导线流入N极，N极上的CO2得到电子，发生还原反应，A正确，B错误.放电时，N极的电极反应式为CO2+2e-+2H+=HCOOH，C正确；放电时，电路中流过0.1mol电子，M极理论上参加反应的锌的质量为3.25g，D正确。9.答案：（1）Al2O3+2OH﹣═2AlO2﹣+H2O；（2）减小；（3）石墨电极被阳极上产生的O2氧化；（4）4CO32﹣+2H2O﹣4e﹣═4HCO3﹣+O2↑；H2；（5）NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜。解析：（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为Al2O3+2OH﹣═2AlO2﹣+H2O。（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，与NaAlO2反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠，碱性为OH﹣＞AlO2﹣＞CO32﹣，可知溶液的pH减小。（3）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，因石墨电极被阳极上产生的O2氧化。（4）由图可知，阳极反应为4CO32﹣+2H2O﹣4e﹣═4HCO3﹣+O2↑，阴极上氢离子得到电子生成氢气，则阴极产生的物质A的化学式为H2。铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN．在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜，10.答案：（1）；加热（或煅烧）；电解法；（2）ac；（3）2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）═TiCl4（l）+2CO（g）△H＝﹣85.6kJ•mol﹣1；（4）在直流电场作用下，CrO42﹣通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液；CrO42﹣、Cr2O72﹣；NaOH和H2．解析：（1）NaOH为离子化合物，电子式为，B为Al（OH）3，在加热条件下生成氧化铝，电解熔融的氧化铝可得到铝。（2）反应涉及的条件为加热，加热下可反应，另外加热硫酸，氢离子浓度变化，可知影响的因素为温度和氢离子浓度。（3）0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2•xH2O的液态化合物，放热4.28kJ，由质量守恒可知还