2021高考化学知识专题汇编 (14)

课时跟踪检测（三十七）含交换膜的电化学装置的应用1．已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数之比。

现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。

下列说法正确的是()
A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同
B．能量转化形式不同
C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D．5min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
解析：选CⅠ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应，负极反应和正极反应式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B 项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，电流效率降低，而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，电流效率高于Ⅰ装置，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。

2．海水中含有大量Na＋
、Cl－及少量Ca2＋、Mg2＋、SO2－4，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pH A<pH B<pH C
D．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pH A<pH C<pH B，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。

3．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH＋4，模拟装置如图所示。

下列说法正确的是()
A．阳极室溶液由无色变成棕黄色
B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
解析：选C Fe电极与电源正极相连，则Fe作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，反应中生成Fe2＋，溶液由无色变为浅绿色，A错误；阴极上H＋得电子发生还原反应，电
极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B错误；电解过程中阴极上消耗H＋，则阴极室溶液的pH升高，C正确；电解时，(NH4)2SO4溶液中NH＋4向阴极室迁移，故阴极室溶液中的溶质可能为(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等，D错误。

4．二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，有关叙述正确的是()
A．该装置能实现化学能100%转化为电能
B．电子移动方向为a极→b极→质子交换膜→a极
C．a电极的电极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
D．当b电极消耗22.4L O2时，质子交换膜有4mol H＋通过
解析：选C A项，化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，错误；B项，
导线b极，错误；C项，a为负极，发生氧电子不能经过电解质溶液，所以电子由a极――→
化反应，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，正确；D项，不知是否在标准状况，无法由体积求物质的量，所以通过H＋的物质的量不知，错误。

5．LiOH和钴氧化物可用于制备锂离子电池正极材料。

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。

下列说法不正确的是()
A．B极区电解液为LiOH溶液
B．每产生2.24L氢气，就有0.2mol阳离子通过交换膜进入阴极区
C．电解过程中Li＋向B电极迁移
D．阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
解析：选B根据分析可知B极区电解质溶液为LiOH溶液，故A项正确；标准状况下，
2.24L氢气的物质的量为0.1mol，根据电极反应式可知转移0.2mol电子，阴极得电子，
为了维持溶液电中性，有0.2mol带正电荷的阳离子(Li＋)通过交换膜进入阴极区，由于没有指明是标准状况，故B项错误；电解池工作时，电解质溶液中的阳离子向阴极移动，即Li＋向B电极迁移，故C项正确；A电极为阳极，电极上Cl－放电，电极反应式为2Cl －－2e－===Cl2↑，故D项正确。

6．(2020·衡水中学期中)利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。

下列说法正确的是()
A．C膜可以为质子交换膜
B．阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．每转移2mol e－，阳极室中c(Ca2＋)降低1mol·L－1
解析：选C通过图示分析C膜只能是阳离子交换膜，故A项错误；阴极室的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B项错误；阴极电极不参与反应，故可用铁电极替换阴极的石墨电极，故C项正确；未给出溶液体积，无法计算浓度，故D项错误。

7．乙醛酸(HOOC—CHO)是一种重要的有机合成中间体。

在乙二酸(HOOC—COOH)电还原法合成乙醛酸的基础上化学工作者创新性地提出双极室成对电解法装置模型及工作原理如图所示。

下列说法中错误的是()
A．该离子交换膜应选择阳离子交换膜
B．HCl是制取乙醛酸反应的催化剂，并起导电作用
通电2HOOC—CHO C．该方法的总反应为OHC—CHO＋HOOC—COOH=====
D．乙二醛、乙二酸分别在阴、阳电极表面放电，故称为双极室成对电解法
解析：选D由图可知，该装置中阴、阳两极为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中D电极上HOOC—COOH得电子生成HOOC—CHO，C电极氯离子失电子生成氯气，
氯气具有氧化性，能将醛基氧化为羧基，则乙二醛与氯气反应生成乙醛酸，根据以上分
析，C为阳极，发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，OHC—CHO＋Cl2＋H2O===HOOC—CHO＋2Cl－＋2H＋；D为阴极，电极反应为HOOC—COOH＋2e－＋2H＋===HOOC—CHO＋H2O，氢离子由阳极向阴极移动，所以应选择阳离子交换膜，故A正确；由于阳极发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，OHC—CHO＋Cl2＋H2O===HOOC—CHO＋2Cl－＋2H＋，反应后HCl并没改变，所以HCl是制取乙醛酸反应的催化剂，并起导电作用，故B正确；根据两电极反应，该方法的总反应为OHC—CHO
通电2HOOC—CHO，故C正确；根据以上分析，乙二醛在阳极被阳＋HOOC—COOH=====
极产物氧化为HOOC—CHO，但乙二醛不在阳极表面放电；乙二酸在阴极得电子生成
HOOC—CHO，故D错误。

8．(2020·淄博实验中学月考)肼(N2H4)－空气碱性燃料电池放电效率高，以该电池为电源模
拟工业制烧碱，装置如图所示。

回答下列问题：
(1)乙装置的能量转化形式主要是______________________________________________。

(2)乙装置中离子交换膜的类型是________(填字母序号)。

A．质子交换膜
B．阳离子交换膜
C．阴离子交换膜
(3)铂电极的名称是____(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)。

(4)写出铜电极的电极反应式：_________________________________________________。

(5)电解过程中，石墨电极附近溶液的pH减小，其原因是____________________________
_______________________________________________(用化学用语和必要的文字说明)。

(6)若铂电极上有4.48L O2(标准状况)发生反应，装置的电流效率为80%，理论上制备纯
度为96%的烧碱________g(结果保留1位小数)。

解析：(1)装置甲是肼(N2H4)－空气碱性燃料电池，则装置乙是电解池，能量转化形式主要是电能转化为化学能。

(2)N2H4在铜电极被氧化生成N2，则铜电极是负极，根据电极连接方式可知，铁是阴极，
石墨是阳极。

铁电极(阴极)反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阴极产生OH－，石墨电极(阳极)反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阳极消耗Cl－，为保持溶液呈电中性且制取烧碱，Na＋应透过离子交换膜向左侧迁移，阴极室中得到NaOH溶液，故离子交换膜是阳
离子交换膜。

(5)电解过程中，石墨电极(阳极)上生成Cl2，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2O HCl＋HClO，则石墨电极附近溶液的酸性增强，pH减小。

(6)铂电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铂电极上有4.48L O2(标准状况)发生反应，即消耗0.2mol O2，电路中转移0.8mol电子，装置的电流效率为80%，则电子的有效利用量为0.8mol×80%＝0.64mol。

制取1mol NaOH时理论上转移电子的物质的量为1 mol，则制取的NaOH的物质的量为0.64mol，故理论上制备纯度为96%的烧碱的质量为0.64mol×40g·mol－1
96%≈26.7g。

答案：(1)电能转化为化学能
(2)B(3)正极
(4)N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O
(5)石墨电极发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2与水发生反应：Cl2＋H2O HCl＋HClO，溶液的酸性增强
(6)26.7。