（新课改省份专版）2020高考化学一轮复习 跟踪检测（三十三）化学能与电能（5）含离子交换膜电池的应用（过热点）.doc

跟踪检测（三十三）化学能与电能（5）含离子交换膜电池的应用（过热点）1如图为阳离子交换膜法电解精制的饱和食盐水原理示意图。其中阳离子交换膜仅允许Na通过。下列说法错误的是()A从A口加入精制的浓食盐水B从E口放出的气体是H2CD口导出的是含少量氯化钠的NaOH溶液DB口NaOH的浓度小于D口解析：选C根据Na的运动方向可知，Na向阴极移动，左边为阳极区，右边为阴极区。阳极上发生：2Cl2e=Cl2，阴极上发生：2H2e=H2，电解时，阳极生成氯气，消耗NaCl，则应在阳极补充NaCl，阴极生成OH，则产品烧碱溶液从阴极区导出。根据分析，应在阳极补充NaCl，从A口加入精制的浓食盐水，故A正确；右边为阴极区，阴极上发生：2H2e=H2，故B正确；阴极生成OH，则产品烧碱溶液从阴极区导出，D口导出的是浓NaOH溶液，其中没有氯化钠，B口导入的是稀氢氧化钠溶液，不是纯水，故C错误，D正确。2.LiOH是制备锂离子电池的材料，可由电解法制备。工业上利用如图装置电解制备 LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法中正确的是()AB极区电解液为LiOH溶液B电极每产生22.4 L气体，电路中转移2 mol eC电解过程中Li移入B电极区、OH移入A电极区D电解池中总反应方程式为2HClH2Cl2解析：选A电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。A项，由图可知，右侧生成氢气，则B中H放电，B为阴极，在B中制备LiOH，B极区电解液为LiOH溶液，正确；B项，A中为LiCl溶液，Cl放电生成Cl2，则阳极反应式为2Cl2e=Cl2，电极每产生标准状况下22.4 L气体，电路中转移2 mol e，错误；C项，Li向阴极移动，即由A透过阳离子交换膜向B移动，OH向阳极移动，但是OH不能透过阳离子交换膜，错误；D项，电解池的阳极上是Cl失电子，阴极上是H得电子，电解的总反应方程式为2H2O2LiClH2Cl22LiOH，错误。3LiOH是制取锂和锂的化合物的原料，用电解法制备LiOH的工作原理如图所示。下列叙述不正确的是()Ab极附近溶液的pH减小Ba极发生的反应为2H2O4e=O24HC该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品D当电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol LiOH解析：选A根据装置图中Li、SO的流动方向可判断，石墨a是阳极，石墨b是阴极。A项，b极为阴极，b极电极反应为2H2O2e=H22OH，c(OH)增大，溶液的pH增大，错误；B项，a极为阳极，阳极电极反应为2H2O4e=O24H，正确；C项，电解过程中，SO通过阴离子交换膜进入阳极室，与H结合得到H2SO4，阴极产生H2，正确；D项，根据b极电极反应2H2O2e=H22OH，当电路中通过1 mol电子时，阴极室生成1 mol OH，1 mol Li通过阳离子交换膜进入阴极室，阴极室中得到1 mol LiOH，正确。4随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车界的“新宠”。特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂(LiCoO2)电池，其工作原理如图，A 极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，电池反应式为LixC6Li1xCoO2C6LiCoO2。下列说法不正确的是()A据题意分析可知该隔膜只允许Li通过，放电时 Li从左边流向右边B充电时，A为阴极，发生还原反应C放电时，B为正极，电极反应式为Li1xCoO2xLixe=LiCoO2D废旧钴酸锂(LiCoO2)电池进行“放电处理”让Li进入石墨中而有利于回收解析：选D根据电池反应式知，放电时，负极反应式为LixC6xe=C6xLi，正极反应式为Li1xCoO2xLixe=LiCoO2，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，所以A是负极、B是正极。据题意分析可知该隔膜只允许Li通过，放电时Li从左边流向右边，A项正确；充电时，B电极是阳极，A是阴极，发生还原反应，B项正确；放电时，B电极是正极，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为Li1x CoO2xLixe=LiCoO2，C项正确；根据电池反应式知，充电时锂离子进入石墨中，D项错误。5用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示(电极材料为石墨)，下列说法不正确的是()A图中a极要连接电源的负极BC口流出的物质是硫酸CSO放电的电极反应式为SO2eH2O=SO2HDB口附近的碱性减弱解析：选D根据Na、SO的移向判断阴、阳极。Na移向阴极区，a极应接电源负极，b极应接电源正极，其电极反应式分别为阳极：SO2eH2O=SO2H阴极：2H2O2e=H22OH所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H放电，破坏水的电离平衡，c(H)减小，c(OH)增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。6.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2CuH2OCu2OH2。下列说法正确的是()A钛电极发生氧化反应B阳极附近溶液的pH逐渐增大C离子交换膜应采用阳离子交换膜D阳极反应为2Cu2OH2e=Cu2OH2O解析：选D钛电极为阴极，发生还原反应，A项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，阳极反应为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，OH由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C项错误、D项正确；由阴极区迁移过来的OH在阳极全部参与反应，阳极附近溶液的pH不变，B项错误。7用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是()A阳极反应式为4OH4e=2H2OO2B通电后阴极区溶液pH会增大CK通过交换膜从阴极区移向阳极区D纯净的KOH溶液从b口导出解析：选CA项，阳极OH放电，正确；B项，阴极电极反应式为2H2e=H2，故c(OH)增大，pH增大，正确；C项，电解时阳离子移向阴极，错误；D项，阳极区的K透过阳离子交换膜移向阴极区，与阴极区的OH结合成KOH，正确。8NaBH4燃料电池具有电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是()A离子交换膜应为阳离子交换膜，Na由左极室向右极室迁移B该燃料电池的负极反应式为BH8OH8e=BO6H2OC电解池中的电解质溶液可以选择 CuSO4溶液D每消耗2.24 L O2(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8 g解析：选D通入O2发生反应O24e2H2O=4OH，通入O2的一极为正极。Na通过交换膜进入右边得到浓NaOH溶液，故离子交换膜允许Na通过，是阳离子交换膜，选项A正确；根据图示，负极BH转化为 BO，反应式为BH8OH8e=BO6H2O，选项B正确；该电解池用于电解精炼铜，电解质溶液可以选择CuSO4溶液，选项C正确；A极连接原电池的正极，作阳极，每消耗2.24 L O2(标准状况)时，转移电子 0.4 mol，但阳极上(A极)为粗铜，不只有Cu参与放电，还有比Cu 活泼的金属放电，故减少质量不一定为 12.8 g，选项D不正确。9.如图所示为酸性介质中，金属铜与氢叠氮酸(HN3) 构成的原电池，总反应方程式为2Cu2ClHN33H=2CuCl(s)N2NH。下列叙述错误的是()A离子交换膜为阳离子交换膜B若将盐酸换成NaCl，电池的运行效率将会下降C负极的电极反应式为Cue=CuD当外电路中流过0.1 mol电子时，交换膜左侧离子减少0.2 mol解析：选C根据总反应方程式，Cu元素的化合价由0价升至1价，Cu发生氧化反应，Cu为负极，石墨为正极，负极电极反应式为CueCl=CuCl(s)，正极电极反应式为HN32e3H=NHN2。根据电极反应式和平衡电荷，离子交换膜将负极室的H迁移到正极室，离子交换膜为阳离子交换膜，A项正确，C项错误；若将盐酸换成NaCl，NaCl溶液呈中性，则正极HN3还原成NH3，电池的运行效率会下降，B项正确；当电路中流过0.1 mol电子时，左侧电极反应式为CueCl=CuCl(s)，该电极反应消耗0.1 mol Cl，为了平衡电荷，有0.1 mol H迁移到右侧，交换膜左侧离子减少0.2 mol，D项正确。10.(2019潍坊模拟)海水中含有大量Na、Cl及少量Ca2、Mg2、SO，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如图所示。下列说法正确的是()Ab膜是阳离子交换膜BA极室产生气泡并伴有少量沉淀生成C淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHApHBpHCDB极室产生的气体可使湿润的KI淀粉试纸变蓝解析：选A因为阴极是阳离子反应，所以b膜为阳离子交换膜，选项A正确；A极室Cl在阳极失电子产生氯气，但不产生沉淀，选项B错误；淡化工作完成后，A室Cl失电子产生氯气，部分溶于水溶液呈酸性，B室H得电子产生氢气，OH浓度增大，溶液呈碱性，C室溶液呈中性，pH大小为pHApHCpHB，选项C错误；B极室H得电子产生氢气，不能使湿润的KI淀粉试纸变蓝，选项D错误。11.用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A电极N为阳极，电极M上H发生还原反应B电极M的电极反应式为4OH4e=2H2OO2Cd处流进粗KOH溶液，e处流出纯KOH溶液Db处每产生11.2 L气体，必有1 mol K穿过阳离子交换膜解析：选B根据图示，K移向电极N，所以N是阴极，M极是阳极，OH发生氧化反应生成氧气，电极反应式为4OH4e=2H2OO2，故A错误、B正确；c处流进粗KOH溶液，f处流出纯KOH溶液，故C错误；N极是阴极，H发生还原反应生成氢气，非标准状况下11.2 L氢气的物质的量不一定是0.5 mol，故D错误。12(2019青岛质检)如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是()A放电时，负极反应为3NaBr2e=NaBr32NaB充电时，阳极反应为2Na2S22e=Na2S42NaC放电时，Na经过离子交换膜由b池移向a池D用该电池电解饱和食盐水，产生2.24 L H2时，b池生成17.40 g Na2S4解析：选C放电时，负极上Na2S2被氧化生成Na2S4，电极反应式为2Na2S22e=Na2S42Na，A错误；充电时，阳极上NaBr失电子被氧化生成NaBr3，电极反应式为3NaBr2e=NaBr32Na，B错误；放电时，阳离子向正极移动，故Na经过离子交换膜，由b池移向a池，C正确；题目未指明2.24 L H2是否处于标准状况下，无法计算b池中生成Na2S4的质量，D错误。13电解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的装置如图所示。下列说法中不正确的是()A阴极产生的物质A是H2B溶液中Na由阳极室向阴极室迁移C阳极OH放电，H浓度增大，CO转化为HCOD物质B是NaCl，其作用是增强溶液导电性解析：选D阴极上发生还原反应，电极反应式为2H2O2e=2OHH2，则阴极上产生的物质A是H2，A正确；电解池中阳离子向阴极移动，则Na由阳极室向阴极室迁移，B正确；由图可知，阳极上产生O2，则阳极反应式为2H2O4e=4HO2，溶液中c(H)增大，CO转化为HCO，C正确；由图可知，阴极区得到NaOH溶液，为不引入杂质，物质B应为NaOH，其作用是增强溶液的导电性，D错误。14离子交换膜在物质制备和环境治理中有重要的作用。 (1)某同学模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。该电解槽的阳极反应式为_。此时通过阴离子交换膜的离子数_ (填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。制得的氢氧化钾溶液从出口_(填“A”“B”“C”或“D”)导出。(2)在环境治理中，可以用如图所示装置吸收SO2的同时，用阴极排出的溶液吸收NO2(电极均为惰性电极)。a极为_(填“阴”或“阳”)极，b极的电极反应式为_，结合电极反应式简述该装置能吸收SO2的原理：_。(3)用电解法处理含氮氧化物(NOx)废气，可回收硝酸，装置如图所示：若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验，写出NO2发生反应的电极反应式_。若有标准状况下2.24 L NO被吸收，通过阳离子交换膜的H为_mol。解析：(1)电解时，阳极失去电子发生氧化反应，溶液中OH的放电能力大于SO的放电能力，所以阳极上OH失去电子生成水和氧气：4OH4e=2H2OO2；阳极OH放电，因此SO向阳极移动，阴极氢离子放电，因此钠离子向阴极移动，所以通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。氢氧化钾在阴极生成，所以在D口导出。 (2)因阳极发生氧化反应，则阳极上发生的是二氧化硫被氧化为SO的反应，所以a为阳极，阳极上发生的电极反应式为SO22e2H2O=4HSO，b为阴极，在阴极上，HSO得电子生成S2O，电极反应式为2HSO2e2H=S2O2H2O。(3)根据图知，电解时，左室电极上产生H2，则左边电极为水电离出的H放电，左室为阴极室，右室为阳极室。该装置可以回收硝酸，阳极上通入的是NOx，则阳极上NOx失电子生成硝酸；NO2放电的电极反应为NO2eH2O=NO2H。标准状况下2.24 L NO为0.1 mol NO，NO放电的阳极反应式为NO3e2H2O=NO4H，有0.4 mol H、0.1 mol NO生成，根据溶液呈电中性原则，应有0.3 mol H通过阳离子交换膜进入阴极室。答案：(1)4OH4e=2H2OO2小于D(2)阳2HSO2e2H=S2O2H2OSO2在a极发生氧化反应，电极反应式：SO22e2H2O=4HSO，H通过阳离子交换膜进入b极室(3)NO2eH2O=NO2H 0.315亚氯酸钠(NaClO2)是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业。它在碱性环境中稳定存在。某同学查阅资料后设计生产NaClO2的主要流程如图。(1)中发生反应的还原剂是_(填化学式)。(2)中反应的离子方程式是_。(3)中离子隔膜电解池的装置如图。A的化学式是_，A在_口产生。 m为_(填“阴”或“阳”)离子交换膜。结合化学用语和文字说明解释NaOH产生的原因：_。(4)目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。则阳极产生ClO2的电极反应式为_。电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为_mol。解析：(1)由图得到中将亚硫酸钠转化为硫酸钠，S的化合价由4升高为6，所以还原剂为Na2SO3。(2)中进入的ClO2转化为NaClO2，化合价降低，所以是H2O2中的O化合价升高生成O2，方程式为2ClO2H2O22OH=2ClOO22H2O。(3)中离子隔膜电解池，中间加入硫酸钠溶液，其中阴离子SO向阳极移动，所以m是阳离子交换膜。阳极发生的反应为2H2O4e=O24H，氢离子浓度增加，结合穿过m的SO得到硫酸，即x为氧气，e为硫酸，加入的g为稀硫酸(主要是为了使溶液导电)。对应的n为阳离子交换膜，以保证钠离子能向阴极移动，阴极反应为2H2O2e=H22OH，生成的OH结合Na得到氢氧化钠，所以y为氢气，z为氢氧化钠溶液，加入的f为稀氢氧化钠(主要为了使溶液导电)。(4)阳极Cl失去电子发生氧化反应生成ClO2，电极反应是Cl5e2H2O=ClO24H。水电离产生的H在阴极上放电产生氢气，转移电子的物质的量n2n(H2)2(0.112 L22.4 Lmol1)0.01 mol，溶液中阳离子全是1价离子，根据电荷守恒，通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.01 mol。答案：(1)Na2SO3(2)2ClO2H2O22OH=2ClOO22H2O(3)H2SO4e阴阴极反应为2H2O2e=H22OH，反应室中的Na透过阳离子交换膜进入阴极室，和阴极区产生的OH生成NaOH(4)Cl5e2H2O=ClO24H0.01