?熱點(diǎn)06 含“膜”型電化學(xué)裝置分析

1、離子交換膜的含義和作用
(1)含義：離子交換膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成
(2)作用
①能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如：在電解飽和食鹽水中，利用陽(yáng)離子交換膜，防止陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2進(jìn)入陰極室與氫氧化鈉反應(yīng)，導(dǎo)致所制產(chǎn)品不純；防止與陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生爆炸
②能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用
③用于物質(zhì)的分離、提純等
④用于物質(zhì)的制備，電解后溶液陰極區(qū)或陽(yáng)極區(qū)得到所制備的物質(zhì)
2、離子交換膜的類型
(1)陽(yáng)離子交換膜——只允許陽(yáng)離子和水分子通過，阻止陰離子和氣體通過

以鋅銅原電池為例，中間用陽(yáng)離子交換膜隔開
①負(fù)極反應(yīng)式：Zn－2e－===Zn2＋
②正極反應(yīng)式：Cu2＋＋2e－===Cu
③Zn2＋通過陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入正極區(qū)
④陽(yáng)離子透過陽(yáng)離子交換膜原電池正極(或電解池的陰極)
(2)陰離子交換膜——只允許陰離子和水分子通過，阻止陽(yáng)離子和氣體通過

以Pt為電極電解淀粉-KI溶液，中間用陰離子交換膜隔開
①陰極反應(yīng)式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②陽(yáng)極反應(yīng)式：2I－－2e－===I2
③陰極產(chǎn)生的OH－移向陽(yáng)極與陽(yáng)極產(chǎn)物反應(yīng)：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O
④陰離子透過陰離子交換膜電解池陽(yáng)極(或原電池的負(fù)極)





(3)質(zhì)子交換膜——只允許H＋和水分子通過

在微生物作用下電解有機(jī)廢水(含CH3COOH)，可獲得清潔能源H2
①陰極反應(yīng)式：2H＋＋2e－===H2↑
②陽(yáng)極反應(yīng)式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋
③陽(yáng)極產(chǎn)生的H＋通過質(zhì)子交換膜移向陰極
④H＋透過質(zhì)子交換膜原電池正極(或電解池的陰極)
3、離子交換膜類型的判斷——根據(jù)電解質(zhì)溶液呈電中性的原則，判斷膜的類型
方法與
技巧
(1)首先寫出陰、陽(yáng)兩極上的電極反應(yīng)，依據(jù)電極反應(yīng)式確定該電極附近哪種離子剩余
(2)根據(jù)溶液呈電中性，判斷出離子移動(dòng)的方向，從而確定離子交換膜的類型
實(shí)例分析：電解飽和食鹽水

分析
方法
電解飽和食鹽水時(shí)，陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，則陰極區(qū)域破壞水的電離平衡，OH－有剩余，陽(yáng)極區(qū)域的Na＋穿過離子交換膜進(jìn)入陰極室，與OH－結(jié)合生成NaOH，故電解食鹽水中的離子交換膜是陽(yáng)離子交換膜


（建議用時(shí)：45分鐘）
【真題再現(xiàn)】
1．（2022·全國(guó)甲卷）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。電池放電時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是

A．Ⅱ區(qū)的K+通過隔膜向Ⅲ區(qū)遷移
B．Ⅰ區(qū)的SO通過隔膜向Ⅱ區(qū)遷移
C． MnO2電極反應(yīng)：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．電池總反應(yīng)：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O
【答案】A
【解析】根據(jù)圖示的電池結(jié)構(gòu)和題目所給信息可知，Ⅲ區(qū)Zn為電池的負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ區(qū)MnO2為電池的正極，電極反應(yīng)為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；電池在工作過程中，由于兩個(gè)離子選擇隔膜沒有指明的陽(yáng)離子隔膜還是陰離子隔膜，故兩個(gè)離子隔膜均可以通過陰、陽(yáng)離子，因此可以得到Ⅰ區(qū)消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ區(qū)的K+向Ⅰ區(qū)移動(dòng)或Ⅰ區(qū)的SO向Ⅱ區(qū)移動(dòng)，Ⅲ區(qū)消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ區(qū)的SO向Ⅲ區(qū)移動(dòng)或Ⅲ區(qū)的K+向Ⅱ區(qū)移動(dòng)。據(jù)此分析答題。
A．根據(jù)分析，Ⅱ區(qū)的K+只能向Ⅰ區(qū)移動(dòng)，A錯(cuò)誤；
B．根據(jù)分析，Ⅰ區(qū)的SO向Ⅱ區(qū)移動(dòng)，B正確；
C．MnO2電極的電極反應(yīng)式為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正確；
D．電池的總反應(yīng)為Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正確；
故答案選A。
2．（2022·山東卷）設(shè)計(jì)如圖裝置回收金屬鈷。保持細(xì)菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定，借助其降解乙酸鹽生成，將廢舊鋰離子電池的正極材料轉(zhuǎn)化為，工作時(shí)保持厭氧環(huán)境，并定時(shí)將乙室溶液轉(zhuǎn)移至甲室。已知電極材料均為石墨材質(zhì)，右側(cè)裝置為原電池。下列說法正確的是

A．裝置工作時(shí)，甲室溶液pH逐漸增大
B．裝置工作一段時(shí)間后，乙室應(yīng)補(bǔ)充鹽酸
C．乙室電極反應(yīng)式為
D．若甲室減少，乙室增加，則此時(shí)已進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移
【答案】BD
【解析】由于乙室中兩個(gè)電極的電勢(shì)差比甲室大，所以乙室是原電池，甲室是電解池，然后根據(jù)原電池、電解池反應(yīng)原理分析解答。
A．電池工作時(shí)，甲室中細(xì)菌上乙酸鹽的陰離子失去電子被氧化為CO2氣體，Co2+在另一個(gè)電極上得到電子，被還原產(chǎn)生Co單質(zhì)，CH3COO-失去電子后，Na+通過陽(yáng)膜進(jìn)入陰極室，溶液變?yōu)镹aCl溶液，溶液由堿性變?yōu)橹行?，溶液pH減小，A錯(cuò)誤；
B．對(duì)于乙室，正極上LiCoO2得到電子，被還原為Co2+，同時(shí)得到Li+，其中的O與溶液中的H+結(jié)合H2O，因此電池工作一段時(shí)間后應(yīng)該補(bǔ)充鹽酸，B正確；
C．電解質(zhì)溶液為酸性，不可能大量存在OH-，乙室電極反應(yīng)式為：LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C錯(cuò)誤；
D．若甲室Co2+減少200 mg，電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量為n(e-)= ，乙室Co2+增加300 mg，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(e-)=，說明此時(shí)已進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移，D正確；
故合理選項(xiàng)是BD。
3．（2021·廣東）鈷()的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是

A．工作時(shí)，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的均增大
B．生成，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少
C．移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變
D．電解總反應(yīng)：
【答案】D
【分析】
由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽(yáng)極，水在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中陽(yáng)離子電荷數(shù)大于陰離子電荷數(shù)，放電生成的氫離子通過陽(yáng)離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動(dòng)，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鈷，電極反應(yīng)式為Co2++2e-=Co，Ⅲ室中陰離子電荷數(shù)大于陽(yáng)離子電荷數(shù)，氯離子過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動(dòng)，電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+。
【詳解】
A．由分析可知，放電生成的氫離子通過陽(yáng)離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動(dòng)，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯(cuò)誤；
B．由分析可知，陰極生成1mol鈷，陽(yáng)極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質(zhì)量減少18g，故B錯(cuò)誤；
C．若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強(qiáng)于水，氯離子會(huì)在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應(yīng)會(huì)發(fā)生變化，故C錯(cuò)誤；
D．由分析可知，電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2++2H2O2 Co +O2↑+4H+，故D正確；
故選D。
4．（2021·全國(guó)甲）乙醛酸是一種重要的化工中間體，可果用如下圖所示的電化學(xué)裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的解離為和，并在直流電場(chǎng)作用下分別問兩極遷移。下列說法正確的是

A．在上述電化學(xué)合成過程中只起電解質(zhì)的作用
B．陽(yáng)極上的反應(yīng)式為：+2H++2e-=+H2O
C．制得乙醛酸，理論上外電路中遷移了電子
D．雙極膜中間層中的在外電場(chǎng)作用下向鉛電極方向遷移
【答案】D
【分析】
該裝置通電時(shí)，乙二酸被還原為乙醛酸，因此鉛電極為電解池陰極，石墨電極為電解池陽(yáng)極，陽(yáng)極上Br-被氧化為Br2，Br2將乙二醛氧化為乙醛酸，雙極膜中間層的H+在直流電場(chǎng)作用下移向陰極，OH-移向陽(yáng)極。
【詳解】
A．KBr在上述電化學(xué)合成過程中除作電解質(zhì)外，同時(shí)還是電解過程中陽(yáng)極的反應(yīng)物，生成的Br2為乙二醛制備乙醛酸的中間產(chǎn)物，故A錯(cuò)誤；
B．陽(yáng)極上為Br-失去電子生成Br2，Br2將乙二醛氧化為乙醛酸，故B錯(cuò)誤；
C．電解過程中陰陽(yáng)極均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸轉(zhuǎn)移電子為2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸轉(zhuǎn)移電子為2mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒可知每生成1mol乙醛酸轉(zhuǎn)移電子為1mol，因此制得2mol乙醛酸時(shí)，理論上外電路中遷移了2mol電子，故C錯(cuò)誤；
D．由上述分析可知，雙極膜中間層的H+在外電場(chǎng)作用下移向陰極，即H+移向鉛電極，故D正確；
綜上所述，說法正確的是D項(xiàng)，故答案為D。
5．（2021·河北）K—O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個(gè)電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說法錯(cuò)誤的是

A．隔膜允許K+通過，不允許O2通過
B．放電時(shí)，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時(shí)，b電極為陽(yáng)極
C．產(chǎn)生1Ah電量時(shí)，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22
D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗0.9g水
【答案】D
【分析】
由圖可知，a電極為原電池的負(fù)極，單質(zhì)鉀片失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鉀離子，電極反應(yīng)式為K—e-=K+，b電極為正極，在鉀離子作用下，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成超氧化鉀；據(jù)以上分析解答。
【詳解】
A．金屬性強(qiáng)的金屬鉀易與氧氣反應(yīng)，為防止鉀與氧氣反應(yīng)，電池所選擇隔膜應(yīng)允許通過，不允許通過，故A正確；
B．由分析可知，放電時(shí)，a為負(fù)極，b為正極，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極，充電時(shí)，b電極應(yīng)與直流電源的正極相連，做電解池的為陽(yáng)極，故B正確；
C．由分析可知，生成1mol超氧化鉀時(shí)，消耗1mol氧氣，兩者的質(zhì)量比值為1mol×71g/mol：1mol×32g/mol≈2.22：1，故C正確；
D．鉛酸蓄電池充電時(shí)的總反應(yīng)方程式為2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反應(yīng)消耗2mol水，轉(zhuǎn)移2mol電子，由得失電子數(shù)目守恒可知，耗鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗水的質(zhì)量為×18g/mol=1.8g，故D錯(cuò)誤；
故選D。
6．（2021·湖南）鋅溴液流電池是一種先進(jìn)的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應(yīng)用于再生能源儲(chǔ)能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅溴液流電池工作原理如圖所：

下列說法錯(cuò)誤的是
A．放電時(shí)，N極為正極
B．放電時(shí)，左側(cè)貯液器中的濃度不斷減小
C．充電時(shí)，M極的電極反應(yīng)式為
D．隔膜允許陽(yáng)離子通過，也允許陰離子通過
【答案】B
【分析】
由圖可知，放電時(shí)，N電極為電池的正極，溴在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成溴離子，電極反應(yīng)式為Br2+2e—=2Br—，M電極為負(fù)極，鋅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鋅離子，電極反應(yīng)式為Zn—2e—=Zn2+，正極放電生成的溴離子通過離子交換膜進(jìn)入左側(cè)，同時(shí)鋅離子通過交換膜進(jìn)入右側(cè)，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變；充電時(shí)，M電極與直流電源的負(fù)極相連，做電解池的陰極，N電極與直流電源的正極相連，做陽(yáng)極。
【詳解】
A．由分析可知，放電時(shí)，N電極為電池的正極，故A正確；
B．由分析可知，放電或充電時(shí)，左側(cè)儲(chǔ)液器和右側(cè)儲(chǔ)液器中溴化鋅的濃度維持不變，故B錯(cuò)誤；
C．由分析可知，充電時(shí)，M電極與直流電源的負(fù)極相連，做電解池的陰極，鋅離子在陰極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鋅，電極反應(yīng)式為Zn2++2e—=Zn，故C正確；
D．由分析可知，放電或充電時(shí)，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變，故D正確；
故選B。



【優(yōu)選特訓(xùn)】
1．用電解法可提純含有某種含氧酸根雜質(zhì)的粗KOH溶液，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是(　　)

A．陽(yáng)極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．通電后陰極區(qū)溶液pH會(huì)增大
C．K＋通過陽(yáng)離子交換膜從陰極區(qū)移向陽(yáng)極區(qū)
D．純凈的KOH溶液從b口導(dǎo)出
答案　C
解析　陽(yáng)極區(qū)為粗KOH溶液，OH－失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A項(xiàng)正確；陰極上H2O得電子發(fā)生還原反應(yīng)：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰極區(qū)附近溶液中
c(OH－)增大，pH增大，B項(xiàng)正確；電解時(shí)陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，故K＋通過陽(yáng)離子交換膜從陽(yáng)極區(qū)移向陰極區(qū)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；陰極區(qū)生成KOH，故純凈的KOH溶液從b口導(dǎo)出，D項(xiàng)正確。
2．（2022·北京順義·二模）我國(guó)科研人員發(fā)明膜電極電解器電解脫硫廢水制備硫酸銨技術(shù)，下圖為制備裝置示意圖。下列說法正確的是

A．電極a為陰極
B．b極有NH3生成
C．b極附近酸性增強(qiáng)
D．SO在a極放電的電極反應(yīng)式是：SO+ H2O ?2e- =SO + 2H+
【答案】D
【解析】該裝置為電解池。如圖：左邊電極室中轉(zhuǎn)化為，硫元素化合價(jià)升高，故a電極為陽(yáng)極，b電極為陰極。
A．電極a為陽(yáng)極，A錯(cuò)誤；
B．b極為陰極，電解質(zhì)為硫酸，酸性環(huán)境，發(fā)生的電極反應(yīng)為，產(chǎn)生氣體為，B錯(cuò)誤；
C．b極消耗氫離子，酸性減弱，C錯(cuò)誤；
D．a(chǎn)極附近轉(zhuǎn)化為，故在a極放電的電極反應(yīng)式為：，D正確；
故選D。
3．（2022·四川·成都七中模擬預(yù)測(cè)）水系鈉離子電池有成本低、壽命長(zhǎng)、環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望代替鋰離子電池和鉛酸電池。種水系鈉離子電池放電和充電的工作原理示意圖如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是

A．放電時(shí)，電極N上的電勢(shì)高于電極M上的電勢(shì) B．充電時(shí)，TiO2光電極參與該過程
C．該交換膜為陰離子交換膜 D．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為：
【答案】C
【解析】由圖可知，放電時(shí)，電極N上轉(zhuǎn)化為I-，碘元素的被還原，因此電極N為正極，電極M為負(fù)極，在負(fù)極上被氧化為。
A．放電時(shí)，電極N為正極，電極M為負(fù)極，電極N上的電勢(shì)高于電極M上的電勢(shì)，故A正確；
B．充電時(shí)I-在TiO2光電極上失電子被氧化為，因此充電時(shí)，TiO2光電極參與該過程，故B正確；
C．由圖可知，交換膜允許鈉離子自由通過，所以該交換膜為陽(yáng)離子交換膜，故C錯(cuò)誤；
D．放電時(shí)，電極M為負(fù)極，在負(fù)極上被氧化為，電極反應(yīng)式為，故D正確；
答案選C。
4．科學(xué)家用(POM，P為＋5價(jià))和作催化劑，通過常溫常壓電化學(xué)還原氮得到火箭燃料肼，裝置如圖。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是

A．中W的化合價(jià)為＋6價(jià)
B．該電解池總反應(yīng)式為
C．若用鉛蓄電池作電源，則B電極應(yīng)與電極相連
D．若質(zhì)子交換膜中有個(gè)通過，則B電極有標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4 L 產(chǎn)生
【答案】D
【分析】由圖可知，A為陰極，氮?dú)獾玫诫娮影l(fā)生還原反應(yīng)得到肼；B為陽(yáng)極，水放電失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)得到氧氣；
【詳解】A．中鋰、磷、氧、氫化合價(jià)分別為+1、+5、-2、+1，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為零，則W的化合價(jià)為＋6價(jià)，A正確；
B．該電解池總反應(yīng)為氮?dú)夂退谕娮饔孟律呻潞脱鯕?，B正確；
C．鉛蓄電池中極為正極，應(yīng)該與電解池中B極相連，C正確；
D．B電極的電極反應(yīng)式為，質(zhì)子交換膜中有個(gè)通過，外電路中有4 mol 轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生1 mol ，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為22.4 L，D錯(cuò)誤；
故選D。
5．（2022·安徽黃山·二模）羥基自由基(·OH)是自然界中氧化性僅次于氟的氧化劑。我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種能將苯酚氧化為CO2和H2O的原電池-電解池組合裝置(如下圖所示)，該裝置能實(shí)現(xiàn)發(fā)電、環(huán)保二位一體。下列說法錯(cuò)誤的是

A．b極為負(fù)極，d極為陽(yáng)極
B．b電極區(qū)每產(chǎn)生3molCO2，c電極區(qū)溶液質(zhì)量減輕14g
C．d電極的電極反應(yīng)式：H2O-e-=·OH+H+
D．工作時(shí)，如果II室中Na+、Cl? 數(shù)目都減小，則M為陽(yáng)離子交換膜
【答案】B
【解析】苯酚氧化為CO2和H2O的原電池中C6H6O CO2+H2O，發(fā)生了氧化反應(yīng)，作負(fù)極，c為陰極： 發(fā)生了還原反應(yīng)，作正極，d為陽(yáng)極。以此分析解答。
A. 根據(jù)上述分析可知：b極為負(fù)極，d極為陽(yáng)極，故A正確；
B. 根據(jù)上述分析可知：C6H6O 6CO24mole-，c極區(qū)2H+H2 2mole-。所以b電極區(qū)每產(chǎn)生3molCO2，c電極產(chǎn)生1molH2，d極質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入c極區(qū)，溶液質(zhì)量不會(huì)減輕14g，故B錯(cuò)誤；
C. 根據(jù)上述分析可知：d為陽(yáng)極，其電極的電極反應(yīng)式：H2O-e-=·OH+H+，故C正確；
D. 根據(jù)上述分析可知：a為正極，其電極的電極反應(yīng)式：7H2O++6 e-=2+8OH-，陰離子濃度增大，Na+透過M膜進(jìn)入a極區(qū)，所以M為陽(yáng)離子交換膜，故D正確；
故答案：B。
6．（2022·山東濟(jì)南·高三期中）基于硫化學(xué)的金屬硫電池是有望替代當(dāng)前鋰離子電池技術(shù)，滿足人類社會(huì)快速增長(zhǎng)的能源需求，該電池的結(jié)構(gòu)及原理如圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是

A．該電池可采用含的水溶液或有機(jī)物為電解質(zhì)溶液
B．放電時(shí)，電子的移動(dòng)方向：電極a→電極b→隔膜→電極a
C．充電時(shí)，正極區(qū)可能發(fā)生的反應(yīng)有
D．充電時(shí)，電路中轉(zhuǎn)移時(shí)，負(fù)極質(zhì)量減少78g
【答案】C
【分析】該裝置的電化學(xué)裝置，根據(jù)原電池工作原理，K電極為負(fù)極，b電極為正極，據(jù)此分析；
【詳解】A．該裝置為電化學(xué)裝置，金屬鉀作負(fù)極，金屬鉀是活潑金屬，能與水發(fā)生反應(yīng)，因此電解質(zhì)溶液不能是水溶液，故A錯(cuò)誤；
B．放電屬于電化學(xué)，根據(jù)原電池工作原理，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，即電子從電極a→燈泡→電極b，電池內(nèi)部沒有電子通過，故B錯(cuò)誤；
C．充電電池充電時(shí)，電池正極接電源正極，電池負(fù)極接電源負(fù)極，充電時(shí)，電池正極上失去電子，化合價(jià)升高，根據(jù)裝置圖可知，正極反應(yīng)式為xK2S3-(2x-6)e-=3S+2xK+，故C正確；
D．充電時(shí)，負(fù)極(陰極)反應(yīng)式為K++e-=K，電路中轉(zhuǎn)移2mole-，生成2molK，負(fù)極質(zhì)量增重2mol×39g/mol=78g，故D錯(cuò)誤；
答案為C。
7．現(xiàn)有陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、石墨電極和如圖所示的電解槽。利用氯堿工業(yè)中的離子交換膜技術(shù)原理，可電解Na2SO4溶液生產(chǎn)NaOH溶液和H2SO4溶液。下列說法正確的是(　　)

A．陰極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．從A口出來(lái)的是NaOH溶液
C．b是陽(yáng)離子交換膜，允許Na＋通過
D．Na2SO4溶液從G口進(jìn)入
答案　C
解析　陰極是水電離的氫離子放電，陰極發(fā)生的反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A項(xiàng)錯(cuò)誤；A為陽(yáng)極是水電離的氫氧根離子放電，產(chǎn)生的氣體是氧氣，同時(shí)生成氫離子，則陽(yáng)極附近生成硫酸，則從A口出來(lái)的是H2SO4溶液，B項(xiàng)錯(cuò)誤。
8．（2022·陜西西安·二模）據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，一種新型的微生物脫鹽電池的裝置如圖所示，關(guān)于該電池裝置說法正確的是

A．Y為陰離子選擇性交換膜
B．左室溶液堿性增強(qiáng)
C．負(fù)極反應(yīng)是CH3COO- +2H2O-8e-=2CO2 ↑+7H+
D．轉(zhuǎn)移2 mol電子，海水脫去氯化鈉的質(zhì)量是58.5 g
【答案】C
【解析】A．原電池中陽(yáng)離子移向正極、陰離子移向負(fù)極，從而達(dá)到脫鹽的目的，因此Y為陽(yáng)離子交換膜，X為陰離子交換膜，A錯(cuò)誤；
B．由圖示可知，左室為負(fù)極，負(fù)極CH3COO-失電子生成二氧化碳，負(fù)極反應(yīng)式為：CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+，生成了氫離子，溶液堿性減弱，B錯(cuò)誤；
C．由圖示可知，負(fù)極CH3COO-失電子生成二氧化碳，負(fù)極反應(yīng)式為：CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+，C正確；
D．轉(zhuǎn)移電子數(shù)目與鈉離子、氯離子所帶電荷數(shù)相同，因此轉(zhuǎn)移2mol電子，各有2mol鈉離子和2mol氯離子分別透過半透膜，可除去氯化鈉2mol，質(zhì)量為2mol58.5g/mol=117g，D錯(cuò)誤；
答案選C。
9．用惰性電極電解法制備硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如圖所示(陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子和陰離子通過)。下列有關(guān)說法正確的是(　　)

A．陰極與陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體體積比為1∶2
B．b極的電極反應(yīng)式為2H2O－2e－===O2↑＋4H＋
C．產(chǎn)品室中發(fā)生的反應(yīng)是B(OH)3＋OH－===B(OH)
D．每增加1 mol H3BO3產(chǎn)品，NaOH溶液增重22 g
答案　D
解析　由圖可知，b極為陽(yáng)極，電解時(shí)陽(yáng)極上水失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2和H＋，a極為陰極，電解時(shí)陰極上水得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成H2和OH－，原料室中的鈉離子通過陽(yáng)膜進(jìn)入a極室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)通過陰膜進(jìn)入產(chǎn)品室，b極室中氫離子通過陽(yáng)膜進(jìn)入產(chǎn)品室，在產(chǎn)品室中B(OH)、H＋發(fā)生反應(yīng)生成H3BO3；a、b電極反應(yīng)式分別為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理論上每生成1 mol產(chǎn)品，b極生成
1 mol H＋，a極生成0.5 mol H2，減少質(zhì)量為1 g，NaOH溶液增加的Na＋為1 mol即23 g，故NaOH溶液增重22 g。
10．微生物脫鹽電池既可以處理廢水中CH3COOH和，又可以實(shí)現(xiàn)海水淡化，原理如下圖所示。下列說法正確的是

A．生物電極b為電池的負(fù)極
B．電極a的電極反應(yīng)式為CH3COOH-8e-+8OH-=2CO2↑+6H2O
C．每生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24LN2，電路中轉(zhuǎn)移0.6mol電子
D．離子交換膜a為陽(yáng)離子交換膜，離子交換膜b為陰離子交換膜
【答案】C
【解析】該裝置為原電池，有機(jī)廢水中的CH3COOH發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成，亞硝酸根發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成，極為負(fù)極，極為正極。
A．極為負(fù)極，CH3COOH失電子，極為正極亞硝酸根得電子,故A錯(cuò)誤；
B．由分析知極為負(fù)極，則負(fù)極反應(yīng)式為，故B錯(cuò)誤；
C．發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成，每生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24LN2，電路中轉(zhuǎn)移0.6mol電子故C正確；
D．原電池工作時(shí)，陰離子移向負(fù)極、陽(yáng)離子移向正極，即溶液中的通過陽(yáng)離子交換膜移向極、通過陰離子交換膜移向極，達(dá)到海水淡化目的，所以離子交換膜a為陰離子交換膜，離子交換膜b為陽(yáng)離子交換膜，故D錯(cuò)誤；
故答案為C。
11．乙醛酸()是有機(jī)合成的重要中間體。工業(yè)上用“雙極室成對(duì)電解法”生產(chǎn)乙醛酸，原理如圖所示。該裝置中陰、陽(yáng)兩極為惰性電極，兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸，其中乙二醛與M電極的產(chǎn)物反應(yīng)生成乙醛酸。下列說法正確的是(　　)

A．若有2 mol H＋通過質(zhì)子交換膜，并完全參與了反應(yīng)，則該裝置中生成的乙醛酸為1 mol
B．M電極上的電極反應(yīng)式為OHC—CHO＋H2O＋2e－===HOOC—CHO＋2H＋
C．M極與電源的正極相連
D．電解一段時(shí)間后，N極附近溶液的pH變小
答案　C
解析　2 mol H＋通過質(zhì)子交換膜，則電路中轉(zhuǎn)移2 mol電子，陰極的電極反應(yīng)式為HOOC—COOH＋2H＋＋2e－===HOOC—CHO＋H2O，陽(yáng)極區(qū)的反應(yīng)有2Cl－－2e－===Cl2↑，OHC—CHO＋Cl2＋H2O===HOOC—CHO＋2Cl－＋2H＋，因此，兩極各生成1 mol乙醛酸，共生成2 mol乙醛酸，A、B錯(cuò)誤；M電極是電解池的陽(yáng)極，與電源的正極相連，C正確。
12．（2022·河北唐山·二模）某科研小組用堿性甲烷燃料電池制備，其工作原理如圖所示(已知電解裝置的電極材料分別為金屬鈷和不銹鋼)：

下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是
A．N電極為不銹鋼
B．電極n處電極反應(yīng)式為：
C．電解一段時(shí)間后，N極區(qū)溶液增大
D．膜a、膜c均為陽(yáng)離子交換膜
【答案】B
【解析】根據(jù)圖示，M電極所在為陽(yáng)極室，M電極為陽(yáng)極，N電極為陰極，則堿性甲烷燃料電池中m電極為正極，n電極為負(fù)極；據(jù)此分析作答。
A．該裝置用于制備Co(H2PO2)2，M電極為陽(yáng)極，則M電極為金屬Co，M電極的電極反應(yīng)為Co-2e-=Co2+，N電極為不銹鋼，A正確；
B．n電極為堿性甲烷燃料電池的負(fù)極，n電極通入CH4，電極反應(yīng)式為CH4-8e-+10OH-=+7H2O，B錯(cuò)誤；
C．N電極為陰極，N電極電極反應(yīng)為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，電解一段時(shí)間后，N極區(qū)堿性增強(qiáng)，溶液的pH增大，C正確；
D．陽(yáng)極室中的Co2+通過膜a進(jìn)入產(chǎn)品室，膜a為陽(yáng)離子交換膜，原料室中通過膜b進(jìn)入產(chǎn)品室，膜b為陰離子交換膜，則原料室中Na+通過膜c進(jìn)入陰極室，膜c為陽(yáng)離子交換膜，D正確；
答案選B。
13．高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種新型綠色水處理劑。工業(yè)上可用電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4，其工作原理如圖所示，兩端隔室中離子不能進(jìn)入中間隔室。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)

A．陽(yáng)極反應(yīng)式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．甲溶液可循環(huán)利用
C．離子交換膜a是陽(yáng)離子交換膜
D．當(dāng)電路中通過2 mol電子時(shí)，F(xiàn)e電極會(huì)有1 mol H2生成
答案　D
解析　A項(xiàng)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正確；B項(xiàng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水電離出的氫離子放電生成氫氣和氫氧根離子，甲溶液為濃的氫氧化鈉溶液，可循環(huán)利用，正確；C項(xiàng)，電解池中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，通過離子交換膜a的是Na＋，故a為陽(yáng)離子交換膜，正確；D項(xiàng)，陽(yáng)極是Fe發(fā)生氧化反應(yīng)，錯(cuò)誤。
14．（2022·四川·石室中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）糠醛氧化制備糠酸是綜合利用糠醛資源的一個(gè)重要途徑。在直流電場(chǎng)作用下，雙極膜(BMP)將水解離為H+和OH-，并實(shí)現(xiàn)其定向通過。工業(yè)上用雙極膜電解槽電解糠醛溶液同時(shí)制備糠醇和糠酸鹽，電解時(shí)，MnO2/MnOOH在電極與糠醛之間傳遞電子，電解過程如圖所示。下列說法不正確的是

A．電解時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為MnOOH-e-+OH-=MnO2+H2O
B．通電時(shí)雙極膜將水解離為H+和OH-，H+向陰極室方向移動(dòng)
C．生成糠酸鹽的離子反應(yīng)方程式為+2MnO2+OH-→ +2MnOOH
D．理論上外電路中遷移2mol電子，需要消耗1mol糠醛
【答案】D
【解析】根據(jù)圖示，陽(yáng)極室中，失電子變?yōu)椋魂帢O室中，糠醛得電子生成糠醇。
A．據(jù)圖可知陽(yáng)極是失電子變?yōu)?，A正確；
B．在電解池中，陽(yáng)離子向陰極室方向移動(dòng)，B正確；
C．據(jù)圖可知在陽(yáng)極室糠醛生成糠酸鹽的離子反應(yīng)方程式為，C正確；
D．理論上外電路中遷移電子，陽(yáng)極室和陰極室各需要消耗糠醛，共需要消耗糠醛，D錯(cuò)誤；
故選D。
15．（2022·天津·一模）在K2Cr2O7存在下，利用微生物電化學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)含苯酚廢水的有效處理，同時(shí)向外界提供電能，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是

A．N極為電池的正極，產(chǎn)生OH-
B．工作一段時(shí)間后，NaCl溶液濃度增大
C．M極的電極反應(yīng)為+11H2O-23e-=6CO2↑+23H+
D．處理時(shí)，OH-從陰離子交換膜左側(cè)向右側(cè)移動(dòng)
【答案】A
【解析】根據(jù)原電池的工作原理，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，有機(jī)物被氧化，結(jié)合平均化合價(jià)，有機(jī)物中6個(gè)碳原子整體顯-4價(jià)，生成物中6個(gè)CO2碳元素的碳原子整體顯示+24價(jià)，故負(fù)極反應(yīng)式為：+11H2O-28e-=6CO2+28H+，生成的H+透過陽(yáng)膜向中間室移動(dòng)。右側(cè)正極反應(yīng)式為：+6e-+7H2O=2Cr(OH)3+8OH-，陰離子OH-透過陰膜向中間室移動(dòng)在中間室生成水，NaCl溶液濃度減小，據(jù)此分析解答。
A．M電極苯酚被氧化產(chǎn)生CO2，同時(shí)產(chǎn)生H+，則M為負(fù)極，N極為正極，發(fā)生反應(yīng)：+6e-+7H2O=2Cr(OH)3+8OH-，產(chǎn)生OH-，A正確；
B．苯酚在負(fù)極被氧化為CO2的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生H+，H+會(huì)通過陽(yáng)離子交換膜遷移到中間極室；在正極被還原為Cr(OH)3的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生OH-，OH-會(huì)跨過陰離子交換膜遷移到中間極室，與由正極區(qū)遷移來(lái)的氫離子反應(yīng)生成水，因此，中間極室的NaCl溶液濃度下降，B錯(cuò)誤；
C．M極為負(fù)極，發(fā)生苯酚的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：+11H2O-28e-=6CO2+28H+，C錯(cuò)誤；
D．N極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：+6e-+7H2O=2Cr(OH)3+8OH-，反應(yīng)產(chǎn)生的OH-通過陰離子交換膜從右側(cè)向左側(cè)移動(dòng)，而非從左側(cè)向右側(cè)遷移，D錯(cuò)誤；
故合理選項(xiàng)是A。
16．（2022·黑龍江·哈九中三模）某科研小組設(shè)計(jì)雙陰極微生物燃料電池進(jìn)行同步硝化和反硝化脫氮研究，裝置如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是

A．“厭氧陽(yáng)極”的電極反應(yīng)方程式為 C6H12O6+6H2O - 24e -=6CO2+24H+
B．電池工作時(shí)，“缺氧陰極”電極附近的溶液pH增大
C．該電池工作中“好氧陰極”和“缺氧陰極”之間存在著對(duì)電子的競(jìng)爭(zhēng)作用，和電極之間存在著對(duì)O2的競(jìng)爭(zhēng)
D．若“好氧陰極”1mol完全生成，此時(shí)向該電極輸送電子的物質(zhì)的量為4mol，則該區(qū)消耗的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積約為44.8L
【答案】D
【解析】由題干微生物燃料電池示意圖可知，電子從厭氧陽(yáng)極流出，即葡萄糖在厭氧陽(yáng)極上失去電子，生成CO2，則該電極反應(yīng)為：C6H12O6+6H2O - 24e -=6CO2↑+24H+，電子轉(zhuǎn)移到左側(cè)的缺氧陰極上，得到電子并結(jié)合陽(yáng)極產(chǎn)生的H+，生成NO2和H2O，NO2能夠進(jìn)一步得到電子結(jié)合H+，生成N2和H2O，電極反應(yīng)分別為：+e-+2H+=NO2↑+H2O，2NO2+8e-+8H+=N2+4H2O，電子轉(zhuǎn)移到好氧陰極，則可能是O2得到電子，發(fā)生的電極反應(yīng)式為：O2+4H++4e-=2H2O，同時(shí)O2還可能氧化生成，甚至還可以進(jìn)一步被O2氧化成，反應(yīng)方程式為：2+3O2=2+2H2O+4H+，2+O2=2，據(jù)此分析解題。
A．由分析可知，“厭氧陽(yáng)極”的電極反應(yīng)方程式為 C6H12O6+6H2O - 24e -=6CO2+24H+，A正確；
B．由分析可知，電池工作時(shí)，“缺氧陰極”電極的電極反應(yīng)為：+e-+2H+=NO2↑+H2O，2NO2+8e-+8H+=N2+4H2O，故其電極附近的溶液中H+濃度減小，pH增大，故B正確；
C．由分析可知，該電池工作中厭氧陽(yáng)極的電子同時(shí)轉(zhuǎn)移到“好氧陰極”和“缺氧陰極”中，故“好氧陰極”和“缺氧陰極”之間存在著對(duì)電子的競(jìng)爭(zhēng)作用，在“好氧陰極”上電極上得電子也可以將O2還原，同時(shí)也可以被O2氧化，即和電極之間存在著對(duì)O2的競(jìng)爭(zhēng)，C正確；
D．若“好氧陰極”1mol完全生成則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移了8mol電子，此時(shí)轉(zhuǎn)移的電子是發(fā)生在和O2之間，消耗了2molO2，即此時(shí)并未向該電極輸送電子，則該區(qū)消耗的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積約為2mol×22.4L/mol=44.8L，D錯(cuò)誤；
故答案為：D。
17．雙極膜在電滲析中應(yīng)用廣泛，它是由陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜復(fù)合而成。雙極膜內(nèi)層為水層，工作時(shí)水層中的H2O解離成H＋和OH－，并分別通過離子交換膜向兩側(cè)發(fā)生遷移。下圖為NaBr溶液的電滲析裝置示意圖。

下列說法正確的是(　　)
A．出口2的產(chǎn)物為HBr溶液
B．出口5的產(chǎn)物為硫酸溶液
C．Br－可從鹽室最終進(jìn)入陽(yáng)極液中
D．陰極電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑
答案　D
解析　陰極，水中H＋放電，雙極膜中水解離生成的H＋移向陰極區(qū)，OH－移向交換室1，與NaBr溶液中通過陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入交換室1的Na＋組成NaOH溶液，出口1為Na2SO4溶液，出口2為NaOH溶液，同理，陽(yáng)極，水中OH－放電，雙極膜中的OH－移向陽(yáng)極，H＋移向交換室2，與通過陰離子交換膜進(jìn)入交換室2的Br－組成HBr，出口4產(chǎn)物為HBr溶液，出口5為Na2SO4溶液。
18．某電池研究員使用鋰—磺酰氯(Li—SO2Cl2)電池作為電源電解制備Ni(H2PO2)2，其工作原理如圖所示。已知電池反應(yīng)為2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)

A．電池中C電極的電極反應(yīng)式為SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
B．電池的e極連接電解池的h極
C．膜a是陽(yáng)離子交換膜，膜c是陰離子交換膜
D．電解池中不銹鋼電極的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
答案　C
解析　在鋰—磺酰氯電池中，Li為負(fù)極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－===Li＋，C為正極，電極反應(yīng)式為SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑；在電解池中，不銹鋼為陰極，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，鎳為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Ni－2e－===Ni2＋。Ⅱ室為產(chǎn)品室，故陽(yáng)極上Ni失去電子生成的Ni2＋通過膜a進(jìn)入產(chǎn)品室，Ⅲ室中的H2PO通過膜b進(jìn)入產(chǎn)品室，與Ni2＋形成Ni(H2PO2)2，故膜a為陽(yáng)離子交換膜，膜b為陰離子交換膜，膜c應(yīng)為陽(yáng)離子交換膜，以防Ⅳ室的OH－通過膜c進(jìn)入Ⅲ室與NaH2PO2反應(yīng)消耗原料，同時(shí)Na＋通過膜c進(jìn)入Ⅳ室可制備濃氫氧化鈉溶液，C項(xiàng)錯(cuò)誤。


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2022年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)核心素養(yǎng)提升21 電化學(xué)中的介質(zhì)與交換膜 (含解析)
高考化學(xué)專題復(fù)習(xí) 跟蹤檢測(cè)（三十一） 電化學(xué)裝置中的離子交換膜（含解析）

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