届高考化学一模备考训练二轮离子交换膜在电化学中的应用核心回顾方法总结题组训练.docx

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届高考化学一模备考训练二轮离子交换膜在电化学中的应用核心回顾方法总结题组训练

2020届高考化学一模备考训练（二轮）：

——离子交换膜在电化学中的应用

【核心回顾】

1．离子交换膜的类型

根据透过的粒子，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。

阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子（H＋）通过。

2．离子交换膜类型的判断

根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：

（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。

（2）根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。

3．离子交换膜的功能及作用

电渗析法可将含AnBm的废水再生为HnB和A（OH）m。

已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn－为含氧酸根离子。

【举例】

种类

阳离子交换膜（只允许阳离子和水分子通过）

说明

装置图

①负极反应式：

Zn－2e－===Zn2＋

②正极反应式：

Cu2＋＋2e－===Cu

③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区

④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极（或电解池的阴极）

【题组训练】

1．[2018·高考全国卷Ⅲ，27（3）①②]KIO3也可采用“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________。

解析：

①电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：

2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。

②电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。

答案：

①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑

②K＋　由a到b

2．[2019·高考江苏卷，20

（2）]电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。

电解CO2制HCOOH的原理示意图如图。

①写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是________________________________________________________________________。

解析：

①CO2中的C为＋4价，HCOO－中的C为＋2价，1molCO2转化为HCOO－时，得2mole－。

②阳极上水放电，生成O2和H＋，H＋会与HCO

反应使HCO

减少，由电荷平衡可知，K＋会移向阴极区，所以KHCO3溶液浓度降低。

答案：

①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO

＋2e－===HCOO－＋CO

②阳极产生O2，pH减小，HCO

浓度降低；K＋部分迁移至阴极区

3（2019·南平质检）．直接电解吸收是烟气脱硝的一种有效方法。

用6%的稀硝酸吸收NOx会生成亚硝酸，再将吸收液导入电解槽使之转化为硝酸。

电解装置如下：

下列说法不正确的是（　　）

A．吸收NOx的过程涉及氧化还原反应

B．石墨电极为颗粒状，可增大接触面积，提高电解效率

C．当b极上产生2.8L（标准状况）H2时，转移的电子数为0.5NA（设NA为阿伏加德罗常数的数值）

D．a极的电极反应式为HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO

解析：

选C。

NO、NO2等转化为HNO2，元素的化合价发生变化，涉及氧化还原反应，A正确；石墨电极为颗粒状，可增大接触面积，提高电解效率，B正确；b极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，当产生2.8L（标准状况）H2时，n（H2）为0.125mol，转移的电子数为0.25NA，C错误；a极为负极，HNO2转化为HNO3，电极反应式为HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO

，D正确。

4（2019·遂宁三诊）．利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示（电解液不参加反应），下列说法正确的是（　　）

A．可用H2SO4溶液作电解液

B．阳离子交换膜的主要作用是增强导电性

C．工作电路中每流过0.02mol电子，Zn电极质量减重0.65g

D．Pb电极的电极反应式是2CO2－2e－===C2O

解析：

选C。

如果用H2SO4溶液作电解液，溶液中氢离子会在阴极得电子生成氢气，影响2CO2＋2e－===C2O

反应的发生，A错误；用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开，它具有选择透过性，它只允许H＋透过，其他离子难以透过，B错误；Zn电极为阳极，发生氧化反应，Zn－2e－===Zn2＋；当电路中每流过0.02mol电子，消耗锌的物质的量为0.01mol，质量为0.65g，C正确；Pb电极为阴极，发生还原反应，2CO2＋2e－===C2O

，D错误。

5（2019·莆田一模）．通过电解法分离NaHSO3与Na2SO3混合物，其装置如图所示，则下列说法不正确的是（　　）

A．阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑

B．阳极区c（H＋）增大，H＋由a室经阳离子交换膜进入b室

C．c室得到Na2SO3的原因是OH－＋HSO

===H2O＋SO

D．外电路每转移0.2mol电子，有0.2molNa＋从b室进入c室

解析：

选D。

A项，根据装置图分析，电解池阳极发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极区放电产生H＋，c（H＋）增大，H＋由a室经阳离子交换膜进入b室，正确；C项，阴极区发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，c室中产生Na2SO3，是因为OH－＋HSO

===H2O＋SO

，正确；D项，c室放电后产生阴离子，需要从b室迁移阳离子以使溶液呈电中性，b室的阳离子为Na＋和H＋，故外电路每转移0.2mol电子，有Na＋和H＋共0.2mol从b室进入c室，错误。

6（2019·深圳调研）．焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。

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。

电解后，a室的NaHSO3浓度增加，b室的Na2SO3浓度增加。

将a室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

下列叙述错误的是（　　）

A．阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑

B．两个离子交换膜均为阴离子交换膜

C．a室反应的离子方程式为H＋＋SO

===HSO

D．a室增加0.1molNaHSO3时，两极共生成0.9g气体

解析：

选B。

电解池阳极放氧生酸，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A正确；“a室的NaHSO

浓度增加”表明阳极生成的H＋穿过离子交换膜进入a室，与SO

结合生成HSO

，H＋＋SO

===HSO

，“b室的Na2SO3浓度增加”说明b室中发生还原反应，放出氢气，2HSO

＋2e－===2SO

＋H2↑，由于SO

浓度增加，吸引a室中的Na＋穿过离子交换膜进入b室，故两个离子交换膜均为阳离子交换膜，B错误，C正确；a室增加0.1molNaHSO3表明有0.1molH＋穿过离子交换膜，此时外电路中有0.1mole－通过，该电解池相当于电解水，每转移4mole－时，两极共生成36g气体，故转移0.1mole－时，两极共生成0.9g气体，D正确。

7（2019·宁德质检）．四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]为原料，采用电渗析法合成（CH3）4NOH，其工作原理如图所示（a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜），下列说法不正确的是（　　）

A．N为电源正极

B．标况下制备0.75NA（CH3）4NOH，a、b两极共产生16.8L气体

C．c、e均为阳离子交换膜

D．b极电极反应式：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

解析：

选B。

电解后左侧四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]稀溶液转化为浓溶液，说明a极发生还原反应，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，据此判断a为阴极，M为电源负极，N为电源正极，A正确；b为电解池阳极，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，制备0.75NA（CH3）4NOH，需要阴极产生0.75NAOH－，转移电子0.75mol，阴、阳极共生成气体（

＋

）×22.4L＝12.6L，B错误，D正确；阴极c（OH－）不断增大，中间原料室的四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]电离出的（CH3）4N＋穿过c膜进入左侧阴极室，c膜为阳离子交换膜；原料室的氯化钠稀溶液转化为浓溶液，表明右侧阳极室的钠离子穿过e膜进入原料室，故e膜为阳离子交换膜，C正确。

8（2019·沈阳郊联体一模）．电解原理在物质制备、污水处理等领域应用广泛。

（1）以甲醇为主要原料，电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图1所示。

图1

①电源负极为________（填“A”或“B”），写出阳极的电极反应式：

______________________。

②若参加反应的O2为1.12m3（标准状况），制得碳酸二甲酯的质量为________kg。

（2）高剂量的亚硝酸盐有很大毒性，电化学降解NO

的原理如图2所示。

图2

①阴极反应式为______________________________________。

②若电解过程中转移了3mol电子，则膜两侧电解液的质量变化（Δm左－Δm右）为________g。

（3）H3BO3也可以通过电解的方法制备。

工作原理如图3所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）。

图3

①写出阳极的电极反应式：

_______________________________________。

②分析产品室可得到H3BO3的原因：

______________________。

写出产品室发生反应的离子方程式：

____________________________。

解析：

（1）①右侧O2得电子被还原，则右侧为阴极室，B为电源负极，A为电源正极，或根据阳离子（H＋）移向阴极可判断右侧为阴极室。

左侧阳极CO中＋2价的C失电子被氧化为＋4价的C（

），2CH3OH＋CO－2e－===（CH3O）2CO＋2H＋。

②阴极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，总反应为4CH3OH＋2CO＋O2

2（CH3O）2CO＋2H2O，则m[（CH3O）2CO]＝2n（O2）×M[（CH3O）2CO]＝2×

×90g·mol－1＝9000g＝9kg。

（2）右侧氮元素化合价由NO

中＋3降低到N2中的0，发生还原反应，据此判断右侧为阴极区，根据公式法写出阴极反应式为2NO

＋6e－＋4H2O===N2↑＋8OH－。

2NO

＋6e－＋4H2O===N2↑＋8OH－　Δm

6mol28g28g

3mol14g14g

转移3mol电子时，有3molH＋由左侧穿过质子交换膜进入右侧，Δm右＝14g－3g＝11g。

左侧阳极放氧生酸：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　Δm

4mol32g32g

3mol24g24g

转移3mol电子时，有3molH＋由左侧穿过质子交换膜进入右侧，Δm左＝24g＋3g＝27g。

Δm左－Δm右＝27g－11g＝16g。

（3）阳极是惰性电极电解稀硫酸，电极反应为放氧生酸：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。

阳极室生成的H＋穿过阳膜定向移动到产品室；原料室的B（OH）

穿过阴膜定向移动到产品室，二者反应生成硼酸和水：

H＋＋B（OH）

===H3BO3＋H2O。

答案：

（1）①B　2CH3OH＋CO－2e－===（CH3O）2CO＋2H＋　②9　

（2）①2NO

＋6e－＋4H2O===N2↑＋8OH－　②16　（3）①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　②阳极室的H＋穿过阳膜扩散到产品室，原料室的B（OH）

穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3　H＋＋B（OH）

===H3BO3＋H2O