1、1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 H2CD 口导出的是含少量氯化钠的 NaOH 溶液DB 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
2、，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( )AB 极区电解液为 LiOH 溶液B电极每产生 22.4 L 气体，电路中转移 2 mol eC电解过程中 Li 移入 B 电极区、OH 移入
3、 A 电极区D电解池中总反应方程式为 2HCl H2Cl 2= = = = =电 解 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 22.4 L 气体，电路中转移 2 mol e ，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；
4、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 2H2O2LiCl H2Cl 22LiOH，错误。= = = = =电 解 3LiOH 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。2下列叙述不正确的是( )Ab 极附近溶液的 pH 减小Ba 极发生的反应为 2H2O4e =O24H 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 1 mol 电子时，可得到 1 mol LiOH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24阴极。A 项，b 极为阴极，b 极电极反应为 2
5、H2O2e =H22OH ， c(OH )增大，溶液的pH 增大，错误；B 项，a 极为阳极，阳极电极反应为 2H2O4e =O24H ，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 H2，24正确；D 项，根据 b 极电极反应 2H2O2e =H22OH ，当电路中通过 1 mol 电子时，阴极室生成 1 mol OH ，1 mol Li 通过阳离子交换膜进入阴极室，阴极室中得到 1 mol LiOH，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(LiCoO 2)电池，其工作原理如图，
6、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 LixC6Li 1 xCoO2 C6LiCoO 2。下列说法不正确的是( ) 放 电 充 电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(LiCoO 2)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
7、Li1 xCoO2 xLi xe =LiCoO2，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反3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 x CoO2 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
8、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BC 口流出的物质是硫酸CSO 放电的电极反应式为23SO 2e H 2O=SO 2H 23 24DB 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23负极，b 极应接电源正极，其电极反应式分别为阳极：SO 2e H 2O=SO 2H 23 24阴极：2H 2O2e =H22OH 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， c(H )减小，c(OH )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
9、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 2CuH 2O Cu2OH 2。= = = = =通 电 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 2Cu2OH 2e =Cu2OH 2O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 2Cu2OH 2e =Cu2OH 2O，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
10、过来的 OH 在4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 =2H2OO 2B通电后阴极区溶液 pH 会增大CK 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 C A 项，阳极 OH 放电，正确；B 项，阴极电极反应式为2H 2e =H2，故 c(OH )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。8NaBH 4燃料
11、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 6H 2O 4 2C电解池中的电解质溶液可以选择 CuSO 4溶液D每消耗 2.24 L O2(标准状况)时，A 电极的质量减轻 12.8 g解析：选 D 通入 O2发生反应 O24e 2H 2O=4OH ，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
12、BH 8OH 8e =BO 6H 2O， 4 2 4 2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 2.24 L O2(标准状况)时，转移电子 0.4 mol，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 12.8 g，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(HN 3) 构成的原电池，总反应方程式为52Cu2Cl HN 33H =2CuCl(s)N 2NH 。 4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
13、，电池的运行效率将会下降C负极的电极反应式为 Cue =CuD当外电路中流过 0.1 mol 电子时，交换膜左侧离子减少 0.2 mol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 Cue Cl =CuCl(s)，正极电极反应式为 HN32e 3H =NH N 2。根据电极反应式和平衡电荷，离子交换膜将负极室的 4H 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.
14、1 mol 电子时，左侧电极反应式为 Cue Cl =CuCl(s)，该电极反应消耗0.1 mol Cl ，为了平衡电荷，有 0.1 mol H 迁移到右侧，交换膜左侧离子减少 0.2 mol，D 项正确。10.(2019潍坊模拟)海水中含有大量 Na 、Cl 及少量Ca2 、Mg 2 、SO ，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如24图所示。下列说法正确的是( )Ab 膜是阳离子交换膜BA 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 pHApHBpHCDB 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
15、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 =2H2OO 2C
16、d 处流进粗 KOH 溶液，e 处流出纯 KOH 溶液Db 处每产生 11.2 L 气体，必有 1 mol K 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6应生成氧气，电极反应式为 4OH 4e =2H2OO 2，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 11.2 L 氢气的物质的量不一定是 0.5 mol，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 NaB
17、r3，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 3NaBr2e =NaBr32Na B充电时，阳极反应为 2Na2S22e =Na2S42Na 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 2.24 L H2时，b 池生成 17.40 g Na2S4解析：选 C 放电时，负极上 Na2S2被氧化生成 Na2S4，电极反应式为2Na2S22e =Na2S42Na ， 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 3NaBr2e =NaBr32Na ，B 错误；放电时，阳离子向正极移动
18、，故 Na 经过离子交换膜，由 b 池移向 a 池，C 正确；题目未指明 2.24 L H2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 HCO23 3D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 2H2O2e =2OH H 2，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
19、 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 2H2O4e =4H O 2，溶液中c(H )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23 3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。7(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。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。制得的氢氧化钾溶液从出口_(填“
20、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(NO x)废气，可回收硝酸，装置如图所示：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_。若有标准状况下 2.24 L NO 被吸收，通过阳离子交换膜的 H 为_mol。解析：(1)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
21、和氧气：4OH 4e =2H2OO 2；阳极24OH 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24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。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24SO22e 2H 2O=4H SO ，b 为阴极，在阴极上，HSO 得电子生成 S2O ，电极反24 3 248应式为 2HSO 2e 2H =S2O 2H 2O。(3)根据图知，电解时，左室电极上产生 3 24H2，则左边电极为水电离出
22、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；NO 2放电的电极反应为NO2e H 2O=NO 2H 。标准状况下 2.24 L NO 为 0.1 mol NO，NO 放电的阳极反应 3式为 NO3e 2H 2O=NO 4H ，有 0.4 mol H 、0.1 mol NO 生成，根据溶液呈电中 3 3性原则，应有 0.3 mol H 通过阳离子交换膜进入阴极室。答案：(1)4OH 4e =2H2OO 2 小于 D(2)阳 2HSO 2e 2H =S2O 2H 2O SO 2在 a 极发生氧化反应，电极反应式： 3 24S
23、O22e 2H 2O=4H SO ，H 通过阳离子交换膜进入 b 极室24(3)NO 2e H 2O=NO 2H 0.3 315亚氯酸钠(NaClO 2)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。(1)中发生反应的还原剂是_(填化学式)。(2)中反应的离子方程式是_。(3)中离子隔膜电解池的装置如图。A 的化学式是_，A 在_口产生。 m 为_(填“阴”或“阳”)离子交换膜。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。图中用石墨作电极，在一定条件下
24、电解饱和食盐水制取 ClO2。则阳极产生 ClO2的电9极反应式为_。电解一段时间，当阴极产生的气体体积为 112 mL(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。(2)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 2ClO2H 2O22OH =2ClO O 22H 2O。(3)中离子隔膜 2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。24阳极发生的反应为 2H2
25、O4e =O24H ，氢离子浓度增加，结合穿过 m 的 SO 得到24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 2H2O2e =H22OH ，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)。(4)阳极 Cl 失去电子发生氧化反应生成 ClO2，电极反应是Cl 5e 2H 2O=ClO2 4H 。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 n2 n(H2)2(0.112 L22.4 Lmol1 ) 0.01 mol，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 0.01 mol。答案：(1)Na 2SO3(2)2ClO2H 2O22OH =2ClO O 22H 2O 2(3)H 2SO4 e 阴 阴极反应为 2H2O2e =H22OH ，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 NaOH(4)Cl 5e 2H 2O=ClO24H 0.0110
