高考化学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.docx

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2020高考化学复习跟踪检测（三十三）化学能与电能（5）含离子交换膜电池的应用（过热点）

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H2C．D口导出的是含少量氯化钠的NaOH溶液D．B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2Cl－－2e－Cl2↑，阴极上发生2H＋＋2e－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2H＋＋2e－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A．B极区电解液为LiOH溶液B．电极每产生22.4L气体，电路中转移2mole－C．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2HClH2↑＋Cl2↑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2Cl－－2e－Cl2↑，电极每产生标准状况下22.4L气体，电路中转移2mole－，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2H2O＋2LiClH2↑＋Cl2↑＋2LiOH，错误。

3．LiOH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A．b极附近溶液的pH减小B．a极发生的反应为2H2O－4e－O2↑＋4H＋C．该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品D．当电路中通过1mol电子时，可得到1molLiOH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2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，cOH－增大，溶液的pH增大，错误；B项，a极为阳极，阳极电极反应为2H2O－4e－O2＋4H＋，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2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，当电路中通过1mol电子时，阴极室生成1molOH－，1molLi＋通过阳离子交换膜进入阴极室，阴极室中得到1molLiOH，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LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。

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Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－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LixC6－xe－C6＋xLi＋，正极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－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Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－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B．C口流出的物质是硫酸C．SO放电的电极反应式为SO－2e－＋H2OSO＋2H＋D．B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SO－2e－＋H2OSO＋2H＋阴极2H2O＋2e－H2↑＋2OH－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，cH＋减小，cOH－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2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。

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2Cu＋2OH－－2e－Cu2O＋H2O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2Cu＋2OH－－2e－Cu2O＋H2O，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4OH－－4e－2H2O＋O2↑B．通电后阴极区溶液pH会增大C．K＋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2H＋＋2e－H2↑，故cOH－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。

8．NaBH4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BH＋8OH－－8e－BO＋6H2OC．电解池中的电解质溶液可以选择CuSO4溶液D．每消耗2.24LO2标准状况时，A电极的质量减轻12.8g解析选D通入O2发生反应O2＋4e－＋2H2O4OH－，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BH＋8OH－－8e－BO＋6H2O，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2.24LO2标准状况时，转移电子0.4mol，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12.8g，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2Cu＋2Cl－＋HN3＋3H＋2CuCls＋N2↑＋NH。

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Cu－e－Cu＋D．当外电路中流过0.1mol电子时，交换膜左侧离子减少0.2mol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Cu－e－＋Cl－CuCls，正极电极反应式为HN3＋2e－＋3H＋NH＋N2↑。

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0.1mol电子时，左侧电极反应式为Cu－e－＋Cl－CuCls，该电极反应消耗0.1molCl－，为了平衡电荷，有0.1molH＋迁移到右侧，交换膜左侧离子减少0.2mol，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A．b膜是阳离子交换膜B．A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pHApHBpHCD．B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4OH－－4e－2H2O＋O2↑C．d处流进粗KOH溶液，e处流出纯KOH溶液D．b处每产生11.2L气体，必有1molK＋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4OH－－4e－2H2O＋O2↑，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11.2L氢气的物质的量不一定是0.5mol，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3NaBr－2e－NaBr3＋2Na＋B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－Na2S4＋2Na＋C．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2.24LH2时，b池生成17.40gNa2S4解析选C放电时，负极上Na2S2被氧化生成Na2S4，电极反应式为2Na2S2－2e－Na2S4＋2Na＋，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3NaBr－2e－NaBr3＋2Na＋，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2.24LH2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2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，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2H2O－4e－4H＋＋O2↑，溶液中cH＋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。

①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。

②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①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__________________________。

②若有标准状况下2.24LNO被吸收，通过阳离子交换膜的H＋为____________mol。

解析1①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4OH－－4e－2H2O＋O2↑；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。

②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SO2－2e－＋2H2O4H＋＋SO，b为阴极，在阴极上，HSO得电子生成S2O，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋S2O＋2H2O。

3①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NO2－e－＋H2ONO＋2H＋。

②标准状况下2.24LNO为0.1molNO，NO放电的阳极反应式为NO－3e－＋2H2ONO＋4H＋，有0.4molH＋、0.1molNO生成，根据溶液呈电中性原则，应有0.3molH＋通过阳离子交换膜进入阴极室。

答案1①4OH－－4e－2H2O＋O2↑小于②D2阳2HSO＋2e－＋2H＋S2O＋2H2OSO2在a极发生氧化反应，电极反应式SO2－2e－＋2H2O4H＋＋SO，H＋通过阳离子交换膜进入b极室3①NO2－e－＋H2ONO＋2H＋②0.315．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。

1Ⅰ中发生反应的还原剂是________填化学式。

2Ⅱ中反应的离子方程式是____________________。

3Ⅲ中离子隔膜电解池的装置如图。

①A的化学式是_________，A在_________口产生。

②m为_______填“阴”或“阳”离子交换膜。

③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。

①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____________。

②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112mL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Ⅰ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。

2Ⅱ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2ClO2＋H2O2＋2OH－2ClO＋O2↑＋2H2O。

3Ⅲ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2H2O－4e－O2↑＋4H＋，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2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，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。

4①阳极Cl－失去电子发生氧化反应生成ClO2，电极反应是Cl－－5e－＋2H2OClO2↑＋4H＋。

②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n＝2nH2＝20.112L÷22.4L·mol－1＝0.01mol，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0.01mol。

答案1Na2SO322ClO2＋H2O2＋2OH－2ClO＋O2↑＋2H2O3①H2SO4e②阴③阴极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，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NaOH4①Cl－－5e－＋2H2OClO2↑＋4H＋②0.01