高二化学（人教版）试题 选择性必修一 课时跟踪检测（三十四）　离子交换膜在电化学中的应用

5/5课时跟踪检测(三十四)离子交换膜在电化学中的应用(标题目配有讲评课件,选择题请在答题栏中作答)一、选择题1.(2025·清远高二期末)近年研究发现,电催化CO2和含氮物质(NO3−等)在常温常压下合成尿素,有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液中通CO2至饱和,在电极上反应生成CO(NH2)2,电解原理如图所示。下列说法不正确的是A.电极b连接电源的正极,发生氧化反应B.电极a发生的电极反应式为2NO3−+CO2+18H++16e-CO(NH2)2+7H2C.当电极a区生成3.0g尿素时,电极b区质量减少6.4gD.电极a区电解质溶液pH增大2.NaClO2(亚氯酸钠)是常用的消毒剂和漂白剂,工业上可采用电解法制备,工作原理如图所示。下列叙述正确的是()A.若直流电源为铅蓄电池,则b极为PbB.阳极反应式为ClO2+e-ClO2C.交换膜左侧NaOH的物质的量不变,气体X为Cl2D.制备18.1gNaClO2时理论上有0.2molNa+由交换膜左侧向右侧迁移3.我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解H2S研究中获得新进展,相关装置如图所示。下列说法不正确的是()A.该装置的总反应为H2SH2+SB.能量转化方式主要为“光能→电能→化学能”C.a极上发生的电极反应为Fe2+-e-Fe3+D.a极区需不断补充含Fe3+和Fe2+的溶液4.(2025·重庆高二期末)化学在环境保护中起着十分重要的作用,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。下列说法不正确的是A.a为电源的正极B.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5.6gC.c为质子交换膜D.阴极反应式为2NO3−+12H++10e-N2↑+6H25.化学研究人员开发出一种生产石灰乳的绿色工艺,其装置如下图所示。装置工作时,下列说法错误的是()A.电能转变为化学能B.X膜为阴离子交换膜C.电解一段时间后,b极附近c(OH-)增大D.a极上的电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑6.(2025·郑州高二期末)用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫,将所得的混合液进行电解循环再生,这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示,下列有关说法中不正确的是()A.X为直流电源的负极,Y为直流电源的正极B.阳极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑C.图中的b>aD.该过程中的产品主要为H2SO4和H27.在电镀车间的含铬酸性废水中,铬的存在形式有Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)两种,其中Cr(Ⅵ)的毒性最大。电解法处理含铬废水的装置示意图如图,铬最终以Cr(OH)3沉淀除去。下列说法正确的是()A.Fe为阳极,反应为Fe-2e-Fe2+B.阴极反应为Cr2O72−+7H2O+6e-2Cr(OH)3↓+8OHC.阳极每转移3mol电子,可处理Cr(Ⅵ)物质的量为1molD.离子交换膜为质子交换膜,只允许H+穿过8.(2025·成都高二期中)现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力,常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3,其工作原理如图所示。下列说法错误的是()A.NaB(OH)4中B的化合价为+3价B.N室发生的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-C.去掉a膜,阳极区用稀硫酸作电解液,不影响H3BO3的纯度D.a、c膜均为阳离子交换膜,b膜为阴离子交换膜9.(2024·福建卷)一种兼具合成功能的新型锂电池工作原理如图,电解质为含Li+有机溶液。放电过程中产生(CF3SO2)2NLi,充电过程中电解LiCl产生Cl2。下列说法正确的是()A.交换膜为阴离子交换膜B.电解质溶液可替换为LiCl水溶液C.理论上每生成1molCl2,需消耗2molLiD.放电时总反应:6Li+N2+4CF3SO2Cl2(CF3SO2)2NLi+4LiCl10.(2024·湖北卷)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-HCOO-+H·。下列说法错误的是()A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小B.理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有4molH2O解离C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2OD.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-CHOCOOH+H2O二、非选择题11.(10分)(1)制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为。电解后,室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水可得到Na2S2O5。

(2)KIO3可采用“电解法”制备,装置如图所示。①写出电解时阴极的电极反应式:。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为,其迁移方向是。

课时跟踪检测(三十四)1.选Cb电极是阳极,连接电源正极,发生氧化反应,故A正确;a电极是阴极,得电子,从图中可知,a电极上端通入CO2,H+移动到a电极参与反应,硝酸根离子转化为CO(NH2)2,故B正确;3.0g尿素的物质的量为3.0g60g·mol−1=0.05mol,结合a极反应式,转移电子为0.8mol,b极的反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,转移0.8mol电子时,会消耗0.4molH2O,减少的质量为7.2g,故C错误;H+向a电极移动,在a电极参与反应,由其电极反应式2NO3−+CO2+18H++16e-CO(NH2)2+7H2O可知,电极反应消耗18molH+,但通过质子交换膜16molH+,所以a电极附近的H+在减少,其pH2.选C二氧化氯转化为NaClO2(亚氯酸钠)的过程发生了还原反应,应该发生在阴极,所以a是负极,b是正极,若直流电源为铅蓄电池,则b极为正极,应该是PbO2,故A错误;由总反应式2ClO2+2NaCl2NaClO2+Cl2知,交换膜左边NaOH的物质的量不变,在阳极上氯离子失电子,发生氧化反应,产生氯气,气体X为Cl2,故B错误,C正确;Na+由交换膜右侧向左侧迁移,故D错误。3.选D该装置发生的有关反应为H2S+2Fe3+2H++S+2Fe2+(a极区)、Fe2+-e-Fe3+(a极)、2H++2e-H2↑(b极),结合反应条件得到总反应为H2SH2+S,A、C正确;该制氢工艺中光能转化为电能,最终转化为化学能,B正确;a极区涉及两步反应,第一步利用氧化性强的Fe3+高效捕获H2S得到硫和还原性的Fe2+,第二步是还原性的Fe2+在a极表面失去电子生成氧化性强的Fe3+,这两步反应反复循环进行,所以a极区无需补充含Fe3+和Fe2+的溶液,D错误。4.选B根据题给原理图知,在Ag⁃Pt电极上NO3−发生还原反应,阴极反应式为2NO3−+12H++10e-N2↑+6H2O,因此Ag⁃Pt电极为阴极,则b为负极,a为电源正极,故A正确。由阳极电极反应式知,转移2mol电子时,阳极区消耗1mol水,产生2molH+进入阴极室,阳极室质量减少18g;阴极室中放出0.2molN2,其质量为5.6g,同时有2molH+,其质量为2g,进入阴极室,因此阴极室质量减少3.6g,故膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)=14.4g,故B错误。根据分析,c为质子交换膜,故C正确。阴极反应式为2NO3−+12H++10e-N2↑+6H25.选B该装置是电解池,将电能转变为化学能,A项正确;根据图中信息,左侧加入碳酸钙,中间生成氢氧化钙,左侧生成钙离子向中间移动,则X膜为阳离子交换膜,B项错误;阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,生成OH-,故b极附近c(OH-)变大,C项正确;a极上水中氢氧根失去电子生成氧气,电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑,产生的氢离子溶解碳酸钙,D项正确。6.选B根据Na+和SO32−的移向可知Pt(Ⅰ)为阴极,电极反应为2H++2e-H2↑,Pt(Ⅱ)为阳极,电极反应为HSO3−+H2O-2e-SO42−+3H+、SO32−-2e-+H2O7.选A对Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)处理是通过转化为Cr(OH)3处理,由题图可知,同时还生成Fe(OH)3,据此推测铁棒是阳极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,Fe2+再与Cr2O72−发生氧化还原反应生成Fe3+和Cr3+,A正确;石墨棒是阴极,电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑,电解质溶液中发生反应:Cr3++3OH-Cr(OH)3↓,Fe3++3OH-Fe(OH)3↓,B错误;阳极转移3mol电子,生成1.5molFe2+,Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ),据得失电子守恒可知,可处理Cr(Ⅵ)的物质的量为0.5mol,C错误;石墨电极上反应生成OH-,左侧废水中Cr3+、Fe3+透过离子交换膜移向右侧,反应生成Cr(OH)3和Fe(OH)3,故离子交换膜为阳离子交换膜,D错误。8.选CNaB(OH)4中Na元素为+1价,氢氧根为-1价,则B的化合价为+3价,故A正确;N室为阴极室,反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,故B正确;去掉a膜,阳极区用稀硫酸作电解液,则所得的产品会混有硫酸,则影响H3BO3的纯度,故C错误;根据以上分析,a、c膜均为阳离子交换膜,b膜为阴离子交换膜,故D正确。9.选D根据图中信息知,放电时负极反应为Li-e-Li+,正极首先发生N2+6Li++6e-2Li3N,接着发生反应:Li3N+2CF3SO2Cl(CF3SO2)2NLi+2LiCl,充电时发生电解反应2LiCl2Li+Cl2↑。电解质中含Li+,放电时负极产生Li+,正极反应消耗Li+,故Li+从负极区转移至正极区,则该交换膜为阳离子交换膜,A项错误;因Li能与水发生剧烈反应,故电解质溶液不能使用LiCl水溶液,B项错误;充电过程相当于电解LiCl,阳极Cl-失电子生成Cl2,阴极Li+得电子生成Li,存在关系式2Li~Cl2~2e-,故理论上生成1molCl2,生成了2molLi,C项错误;结合分析中正极和负极发生的反应可知,D项正确。10.选B左侧PbCu电极的Pb表面转化为,发生脱氧的还原反应,Cu表面转化为,发生脱氧、加氢的还原反应,因此PbCu电极为阴极;根据题干信息,右侧Cu电极上发生失电子的氧化反应,因此Cu电极为阳极。根据题干信息可知,Cu电极所在的阳极区先后发生反应:HCHO+OH-⇌HOCH2O-、HOCH2O-+OH-⇌[OCH2O]2-+H2O、[OCH2O]2--e-HCOO-+H·,H·可转化为H2,则阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O,C正确。根据阳极总反应可知,每消耗4个OH-,电路中通过2e-,根据电荷守恒,双极膜中有2个OH-向阳极迁移,即阳极区c(OH-)减小,A正确。由题给信息知,阴极总反应物为H2C2O4、NH2OH,总产物为H3N+CH2COOH,电极反应式为H2C2O4+NH2OH+6e-+7H+H3N+CH2COOH+3H2O,每生成1molH3N+CH2COOH,电路中通过6mole-,双极膜中需有6molH2O解离出6molH+向阴极迁移,B错误。双极膜中H2O解离出的H+向阴极移动,因此H2C2O4在阴极Pb电极上转化为OHCCOOH的反应为H2C