2020届高三化学电化学专题复习 隔膜在电化学中的应用(学案及训练)

2020届高三化学电化学专题复习隔膜在电化学中的应用（学案及训练）
知识精讲
1．常见的隔膜
隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。

离子交换膜分三类：
(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。

(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。

(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。

2．隔膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。

(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

3、解这类问题可以分三步：第一步，分清隔膜类型。

即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。

第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。

第三步，分析隔膜作用。

充当盐桥的作用，除起导电作用外，还能起到隔离作用，避免电极与电解质溶液或产物之间发生反应，避免产物因发生反应而造成危险等。

强化训练
1、已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极材料失去电子总数之比。

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
答案 C
2、三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO2－4可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是（）
A.通电后中间隔室的SO2－4离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
答案 B
3、电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示。

已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO2－4等离子，电极为惰性电极。

下列叙述中正确的是()
A．B膜是阴离子交换膜
B．通电后，海水中阳离子往a电极处运动
C．通电后，a电极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D．通电后，b电极区周围会出现少量白色沉淀
答案 D
4、锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
答案 C
5某质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，其中电极a、b均为多孔活性铂电极。

下列说法中不正确的是()
A．b极为该电池的正极
B．该电池的正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．多孔活性铂电极有利于吸附气体，增大接触面积
D．H＋(质子)由负极移向正极
答案 B
6、镁—空气电池的工作原理如图所示，电池反应方程式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2。

有关该电池的说法不正确的是()
A．通入氧气的电极为正极
B．放电时，溶液中的OH－由正极移向负极
C．正极的电极反应为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2
D．当电路中转移0.04mol电子时，参加反应的O2为0.01mol
答案 C
7、最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。

示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是()
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需为酸性
答案 C
8．(2019·金华市高三9月十校联考)特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂电池，其工作原理如下图，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
C6＋LiCoO2。

下列说法不正确的是()
Li＋通过，电池反应式Li x C6＋Li1－x CoO2放电
充电
A．放电时电子从A极通过导线流向B极
B．放电时A是负极
C．放电时Li＋从右向左定向迁移
D．钴酸锂电池为二次电池
答案 C
9、某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。

TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，充电时Na2S4转化为Na2S。

下列说法正确的是()
A．充电时，太阳能转化为化学能，化学能又转化为电能
B．放电时，a极为负极
C．充电时，阳极的电极反应式为I－3－2e－===3I－
D．M可以使用阴离子交换膜
答案 B
10、某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意如图，下列说法不正确的是()
A．a为电源正极
B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O2－7＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
C．若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44L(标准状况)时，有0.1molCr2O2－7被还原
D．阴极区附近溶液pH降低
答案：D
11、工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。

下列说法不正确的是()
已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解；
②氧化性：Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度)。

A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH
D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变
答案 B
12最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。

下列说法不正确的是()
A．右边吸附层中发生了还原反应
B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O
C．电池的总反应是2H2＋O2===2H2O
D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO－4向左移动
答案 C
13锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是()
A．金属锂作负极，发生氧化反应
B．Li＋通过有机电解质向水溶液处移动
C．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－
D．电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH
答案 C
14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＞a
D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2
答案：B
15如图装置可处理乙醛废水，乙醛在阴、阳极发生反应，分别转化为乙醇和乙酸。

下列说法正确的是()
A．b电极为正极
B．电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量增大
C．阳极电极反应式为CH3CHO－2e－＋H2O===CH3COOH＋2H＋
D．电解过程中，两极均有少量气体产生，则阳极产生的是H2
答案：C
16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。

下列说法不正确的是()
A．阳极室溶液由无色变成浅绿色
B．当电路中通过1mol电子的电量时，阴极有0.5mol的气体生成
C．电解时中间室(NH4)2SO4溶液浓度下降
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
答案：D
17按要求回答下列问题
(1)某学生利用右面的实验装置探究盐桥式原电池的工作原理。

按照实验步骤依次回答下列问题：
①导线中电子流向为______(用a、b表示)；
②写出装置中锌电极上的电极反应式：___________________________________________；
③若装置中铜电极的质量增加0.64g，则导线中转移的电子数目为________(用“N A”表示)；
④装置的盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，下列对盐桥中的
K＋、Cl－的移动方向的表述正确的是__________(填字母)。

A．盐桥中的K＋向左侧烧杯移动、Cl－向右侧烧杯移动
B．盐桥中的K＋向右侧烧杯移动、Cl－向左侧烧杯移动
C．盐桥中的K＋、Cl－都向左侧烧杯移动
D．盐桥中的K＋、Cl－几乎都不移动
(2)科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。

①写出铜电极表面的电极反应式：________________________________________________；
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量________(填“氢氧化钠”或“硫酸”)。

答案(1)①由a流向b②Zn－2e－===Zn2＋
③0.02N A④B
(2)①CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O②硫酸
18、H3PO2可用电渗析法制备。

“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳离子交换膜和阴离子交换膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：
(1)写出阳极反应式____________________________________________________________。

(2)A、B、C分别是________离子交换膜、________离子交换膜、________离子交换膜(填“阴”或“阳”)。

(3)阳极室中溶液pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。

答案(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(2)阳阴阳
(3)变小
某原电池装置如下图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。

(1)当电路中转移a mole－时，交换膜左侧溶液中约减少________mol离子。

交换膜右侧溶液中c(HCl)________(填“＞”“＜”或“＝”)1mol·L－1(忽略溶液体积变化)。

(2)若质子交换膜换成阴离子交换膜，其他不变。

若有11.2L氯气(标准状况)参与反应，则必有________mol________(填离子符号)由交换膜________侧通过交换膜向________侧迁移。

交换膜右侧溶液中c(HCl)______(填“＞”“＜”或“＝”)1mol·L－1(忽略溶液体积变化)。

答案(1)2a＞(2)1Cl－右左＝
19电化学在处理环境污染方面发挥了重要的作用。

(1)据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如图1所示。

电解时b电极上生成乙烯的电极反应式为___________________________________。

(2)利用电解原理可将NO还原为N2，装置如图2所示，高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H＋)为介质，金属钯薄膜作电极。

钯电极A为________极，电极反应式为_______________________
_______________________________________________________________________________。

(3)脱去冶金工业排放烟气中SO2的方法有多种。

其中一种为离子膜电解法，利用硫酸钠溶液吸收SO2，再用惰性电极电解。

将阴极区溶液导出，经过滤分离硫黄后，可循环吸收利用，装置如图3所示，则阴极的电极反应式为____________________________________________，
阳极产生的气体的化学式为_______________________________________________________。

答案．(1)2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
(2)阴2NO＋4H＋＋4e－===N2＋2H2O
(3)SO2＋4H＋＋4e－===S↓＋2H2O(或H2SO3＋4H＋＋4e－===S↓＋3H2O)O2
20、氨对人类的生产生活具有重要影响。

(1)氨的制备与利用。

①工业合成氨的化学方程式是______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。

②氨催化氧化生成一氧化氮反应的化学方程式是______________________________________
_______________________________________________________________________________。

(2)氨的定量检测。

水体中氨气和铵根离子(统称氨氮)总量的检测备受关注。

利用氨气传感器检测水体中氨氮含量的示意图如图1：
①利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用：_____________________________
②若利用氨气传感器将1 L水样中的氨氮完全转化为N2时，转移电子的物质的量为6×10－4mol，则水样中氨氮(以氨气计)含量为________mg·L－1。

(3)氨的转化与去除。

微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术，图2为MFC碳氮联合同时去除的氮转化系统原理示意图。

①A极的电极反应式为___________________________________________________________，
A、B两极生成CO2和N2的物质的量之比为________。

②用化学用语简述NH＋4去除的原理：________________________________________________
_______________________________________________________________________________。

答案(1)①N 2＋3H 2高温、高压催化剂2NH 3
②4NH 3＋5O 2=====催化剂△
4NO ＋6H 2O (2)①c (OH －)增大，使NH ＋4＋OH －NH 3·H 2O NH 3＋H 2O 平衡正向移动，利于生成氨气，被空气吹出 ②3.4
(3)①CH 3COO －－8e －＋2H 2O===2CO 2↑＋7H ＋
5∶2
②NH ＋4在好氧微生物反应器中转化为NO －3：NH ＋4＋2O 2===NO －3＋2H ＋＋H 2O ，NO －3在MFC 电池正极转化为N 2：2NO －3＋12H ＋＋10e －===N 2↑＋6H 2O。