1、高考中有关离子交换膜的电化学试题高考中有关离子交换膜的电化学试题越努力越幸运 1.防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。（如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产安全因素。（如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。产生的氢气混合发生爆炸）。2.用于物质的制备、分离、提纯等。用于物质的制备、分离、提纯等。一、交换膜的功能：一、交换膜的功能：使离子选择
2、性定向迁移（目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。使离子选择性定向迁移（目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。三、离子交换膜的类型：三、离子交换膜的类型：常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。二、交换膜在中学电化学中的作用：二、交换膜在中学电化学中的作用：越努力越幸运四、试题赏析：四、试题赏析：1.某同学按如图所示装置进行试验，某同学按如图所示装置进行试验，A、B为常见金属，它们为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，闭合时，SO42-从右向左通过阴离子从右向左通过阴离子交换
3、膜移向交换膜移向A极下列分析正确的是极下列分析正确的是（）A溶液中溶液中c(A2)减小减小BB极的电极反应：极的电极反应：B2e=B2CY电极上有电极上有H2产生，发生还原反应产生，发生还原反应D反应初期，反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解D 越努力越幸运2 2（20142014全国大纲版理综化学卷，全国大纲版理综化学卷，T9T9）右图是在航天用高压）右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH(MHNiNi电电池池)。下列有关说法不正确的是。下列有关说法不正确的是（）A放
4、电时正极反应为：放电时正极反应为：NiOOHH2OeNi(OH)2OH B B电池的电解液可为电池的电解液可为KOHKOH溶液溶液C C充电时负极反应为：充电时负极反应为：MHMHOHOHMMH H2 2O Oe eD DMHMH是一类储氢材料，其氢密度越大，是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高电池的能量密度越高C越努力越幸运 镍氢电池中主要为镍氢电池中主要为KOH作电解液，充电时，阳极反应：作电解液，充电时，阳极反应：Ni(OH)2+OH=NiOOH+H2Oe，阴极反应：，阴极反应：M+H2Oe=MH+OH，总反应为，总反应为M+Ni(OH)2=MH+NiOOH；放电时，正极：；
5、放电时，正极：NiOOHH2OeNi(OH)2OH，负极：，负极：MHOHMH2Oe，总，总反应为反应为MH+NiOOH=M+Ni(OH)2。以上各式中。以上各式中M为金属合金，为金属合金，MH为吸附了氢为吸附了氢原子的储氢合金。原子的储氢合金。A、放电时，正极：、放电时，正极：NiOOH+H2O+e=Ni(OH)2+OH，故，故A正确；正确；B、为了防止、为了防止MH被氢离子氧化，镍氢电池中电解液为碱性溶液，主要为被氢离子氧化，镍氢电池中电解液为碱性溶液，主要为KOH作电解液，故作电解液，故B正确；正确；C、充电式，负极作阴极，阴极反应为、充电式，负极作阴极，阴极反应为M+H2O+e=MH+
6、OH，故，故C错误；错误；D、M为储氢合金，为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金，储氢材料，其氢密度越大，为吸附了氢原子的储氢合金，储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高，故电池的能量密度越高，故D正确。正确。解析：解析：越努力越幸运3 3（20142014福建理综化学卷，福建理综化学卷，T11T11）某原电池装置如右图所示，）某原电池装置如右图所示，电池总反应为电池总反应为2Ag2AgClCl2 22AgCl2AgCl。下列说法正确的是（。下列说法正确的是（）A A正极反应为正极反应为AgClAgCle eAgAgClClB B放电时，交换膜右侧溶液中有大放电时，交换膜右侧溶液中有大
7、 量白色沉淀生成量白色沉淀生成C C若用若用NaClNaCl溶液代替盐酸，则电池溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变总反应随之改变D D当电路中转移当电路中转移0.01 mol e0.01 mol e时，时，交换膜左侧溶液中约减少交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol0.02 mol离子离子D越努力越幸运 正极反应为正极反应为Cl22e=2Cl，A项错误；放电时，交换膜右侧的项错误；放电时，交换膜右侧的电极为正极，交换膜左侧的电极为负极，负极放电产生的电极为正极，交换膜左侧的电极为负极，负极放电产生的Ag与电与电解质解质HCl中的中的Cl结合生成结合生成AgCl白色沉淀。则负极电极反应式：白色沉
8、淀。则负极电极反应式：2Ag2e2Cl=2AgCl，B项错误；负极放电产生的项错误；负极放电产生的Ag与电解与电解质中的质中的Cl结合，若用结合，若用NaCl代替盐酸不会改变电池总反应，代替盐酸不会改变电池总反应，C项错项错误；当电路中转移误；当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧的电极放电产生时，交换膜左侧的电极放电产生0.01 mol Ag，与电解质中的，与电解质中的0.01 mol Cl结合生成结合生成AgCl沉淀，沉淀，同时约有同时约有0.01 mol H通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，则交通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，则交换膜左侧溶液中约减少换膜左侧溶液中约减少0.02
9、 mol离子，离子，D项正确。项正确。解析：解析：越努力越幸运4.(20134.(2013浙江高考浙江高考11)11)电解装置如图所示电解装置如图所示,电解槽内装有电解槽内装有KIKI及淀粉溶液及淀粉溶液,中中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色发现左侧溶液变蓝色,一段一段时间后时间后,蓝色逐渐变浅。已知蓝色逐渐变浅。已知:3I:3I2 2+6OH+6OH-=IO=IO3 3-+5I5I-+3H+3H2 2O O下列说法不正确的是下列说法不正确的是()A.A.右侧发生的电极反应式右侧发生的电极反应式:2H 2H2 2O+2eO+2
10、e-=H=H2 2+2OH+2OH-B.B.电解结束时电解结束时,右侧溶液中含有右侧溶液中含有IOIO3 3-C.电解槽内发生反应的总化学方程式电解槽内发生反应的总化学方程式:KI+3H KI+3H2 2O KIOO KIO3 3+3H2D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电电 解槽内发生的总化学反应不变解槽内发生的总化学反应不变D越努力越幸运解析：解析：电解的电极反应为电解的电极反应为（左侧）阳极：左侧）阳极：2I 2I 2e 2e =I=I2 2 3I 3I2 2+6OH+6OH =IO=IO3 3+5I+5I+3H+3H2 2O O （右侧）（右侧）
11、阴极：阴极：2H 2H2 2O+2eO+2e =H=H2 2+2OH+2OH 如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜：如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜：电极反应为：阳极电极反应为：阳极 2I 2I2e2e =I=I2 2 通过阳离子交换膜迁移至阴极通过阳离子交换膜迁移至阴极 阴极阴极 2H 2H2 2O+2eO+2e =H=H2 2+2OH+2OH 阴离子交换膜阴离子交换膜向右侧移动向右侧移动左侧溶液变蓝色左侧溶液变蓝色 一段时间后，蓝色变浅一段时间后，蓝色变浅放出氢气放出氢气多余多余K+保证两边溶液呈电中性保证两边溶液呈电中性越努力越幸运5.（2012年重庆年重庆T29(3)人工肾脏可采用间接
12、电化学方法除去代谢产人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。物中的尿素，原理如下图。电源的负极为电源的负极为 (填填“A”或或“B”)。阳极室中发生的反应依次为阳极室中发生的反应依次为 、。电解结束后，阴极室溶液的电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相与电解前相比将比将 ；若两极共收集到气体；若两极共收集到气体13.44 L(标准状况标准状况)，则除去的尿素为，则除去的尿素为 g(忽略忽略气体的溶解气体的溶解)。BCO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl6Cl6e=3Cl2不变不变7.2越努力越幸运(3)根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律和本题
13、图中的电极产物根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律和本题图中的电极产物H2和和Cl2可以判断出可以判断出A为电源的正极，为电源的正极，B为电源的负极，故阳极室中发生的反应依次为：为电源的负极，故阳极室中发生的反应依次为：6Cl6e=3Cl2，CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl；阴极反应为阴极反应为6H2O6e=6OH3H2(或或6H6e=3H2)阳极反应为阳极反应为6Cl6e=3Cl2，CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl 根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH、H的数目相等，阳极室中反应的数目相等，阳
14、极室中反应产生的产生的H通过质子交换膜进入阴极室与通过质子交换膜进入阴极室与OH恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的溶液的pH不变；由上述反应式可以看出，转移不变；由上述反应式可以看出，转移6 mol e时，阴极产生时，阴极产生3 mol H2，阳极，阳极产生产生1 mol N2和和1 mol CO2，故电解收集到的，故电解收集到的13.44 L气体中气体中V(N2)V(CO2)13.44L/52.688 L，即，即n(N2)n(CO2)2.688L/22.4Lmol-10.12 mol 根据方程式根据方程式CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26
15、HCl可知生成可知生成0.12 mol N2所消耗所消耗的的CO(NH2)2的物质的量也为的物质的量也为0.12 mol，其质量为：其质量为：mCO(NH2)20.12 mol60 gmol17.2 g。解析：解析：越努力越幸运6.（节选自（节选自2013年重庆年重庆T11(2)）化学在环境保护中起着十分重要的化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解解NO3的原理如图所示。的原理如图所示。电源正极为电源正极为 （填（填A或或B），），阴极反应式为阴极反应式为 。若电解
16、过程中转移了若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差电子，则膜两侧电解液的质量变化差(m左左m右右)为为 g。A2 NO3+10e+6H2O=N2+12OH14.4 越努力越幸运 根据题根据题11图可知，电解池右侧图可知，电解池右侧NO3转化成转化成N2，发生还原反应：，发生还原反应：2 NO3+10e+6H2O=N2+12OH，其电极应为阴极；则左侧发生氧化，其电极应为阴极；则左侧发生氧化反应：反应：2H2O4 e=O2+4H+，其电极作阳极，与其相连的，其电极作阳极，与其相连的A端为电源的端为电源的正极；转移正极；转移2mol电子时，左侧减少电子时，左侧减少0.2mol
17、N2，即，即5.6g，右侧产生，右侧产生0.5mol O2，即，即16g，同时生成，同时生成2mol H+，由于，由于H+可通过质子交换膜由左侧可通过质子交换膜由左侧进入右侧，则右侧电解液质量实际减少：进入右侧，则右侧电解液质量实际减少：5.6g2g=3.6g，左侧电解液质，左侧电解液质量实际减少：量实际减少：16g+2g=18g，则两侧质量差为，则两侧质量差为14.4g.解析：解析：越努力越幸运（4 4）IVIV中，电解中，电解NONO制备制备 NH NH4 4NONO3 3，其工作原理如上图所示，为使电解，其工作原理如上图所示，为使电解产物全部转化为产物全部转化为NHNH4 4NONO3
18、3，需补充物质，需补充物质A A，A A是是_，说明理，说明理由：由：_。7（节选自（节选自2014北京理综化学卷，北京理综化学卷，T26）NH3经一系列反应可以得到经一系列反应可以得到 HNO3。NH3 根据电子守恒，阳极得到的根据电子守恒，阳极得到的NONO3 3-的量大于阴极得到的的量大于阴极得到的NHNH4 4+的量，所的量，所以需充入以需充入NH3（或从阴阳极电极反应式说明也可）（或从阴阳极电极反应式说明也可）越努力越幸运 由电解示意图可知，两极的反应物均为由电解示意图可知，两极的反应物均为NONO，1molNO1molNO生成生成1molNH1molNH4 4+需需要得到要得到5m
19、o5mol l电子，电子，1molNO 1molNO生成生成1molNO1molNO3 3-需要失去需要失去3mol3mol电子，故反应两极电子，故反应两极反应反应NONO的物质的量之比为的物质的量之比为3:53:5，所以生成的，所以生成的NHNH4 4+与与NONO3 3-的物质的量之比亦的物质的量之比亦为为3:53:5，所以，所以NONO3 3-的量大于的量大于NHNH4 4+，欲使物质全部转化成，欲使物质全部转化成NHNH4 4NONO3 3，则需加入能，则需加入能形成形成NHNH4 4+的物质，故需补充的物质，故需补充NHNH3 3。解析：解析：越努力越幸运 8.（节选自（节选自201
20、4江苏单科化学江苏单科化学卷，卷，T20）硫化氢的转化是资硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。多种方法。（1）将烧碱吸收）将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图后的溶液加入到如图-1所示的电解池的阳极区进行电解。所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：电解过程中阳极区发生如下反应：S2 2e=S （n1）S+S2 =Sn2 写出电解时阴极的电极反应式：写出电解时阴极的电极反应式：。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子
21、方程式可写成成 。2H2O+2e-=H2+2OH-(或或2H+2e-=H2)Sn2-2-+2H+=(n-1)S+H2S越努力越幸运 电解时电解时,阴极发生阳离子的还原反应阴极发生阳离子的还原反应,放电的只能是放电的只能是H+,电电极反应式是极反应式是:2H2H2 2O+2eO+2e-=H=H2 2+2OH+2OH-(或或2H2H+2e+2e-=H=H2 2),),电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质和电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质和H2S,方程式方程式为为:S Sn n2-2-+2H+2H+=(n-1)S+H=(n-1)S+H2 2SS解析：解析：越努力越幸运9（节选自（节选自2
22、014新课标全国卷新课标全国卷）次磷酸）次磷酸(H3PO2)是一种是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：精细磷化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：(4)H3PO2也可用电渗析法制备，也可用电渗析法制备，“四室电渗析法四室电渗析法”工作原工作原理如图所示理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：下一页下一页越努力越幸运 写出阳极的电极反应式：写出阳极的电极反应式：_。分析产品室可得到分析产品室可得到H3PO2的原因是的原因是_。早期采用早期采用“三室电渗析法三室电渗析法”制备制备H3PO2：将：将“四室电渗析四室电渗析法法”中阳
23、极室的稀硫酸用中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有品中混有_杂质，该杂质产生的原因是杂质，该杂质产生的原因是_。2H2H2 2O-4eO-4e-=O=O2 2+4H+4H+阳极室的阳极室的H H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H H2 2POPO3 3-穿过阴穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成膜扩散至产品室，二者反应生成POPO4 43-3-H H3 3POPO3 3或或H H2 2POPO2 2-被氧化。
24、被氧化。上一页上一页越努力越幸运（4 4）在阳极由于含有的阴离子在阳极由于含有的阴离子OHOH-、SOSO4 42-2-、H H2 2POPO2 2-中放电能力中放电能力最强的是最强的是OHOH-，所以发生反应：，所以发生反应：2H 2H2 2O-4eO-4e-=O=O2 2+4H+4H+；在产品室只所以可得到在产品室只所以可得到H H3 3POPO2 2是因为阳极室的是因为阳极室的H H+穿过阳膜扩穿过阳膜扩散至产品室，原料室的散至产品室，原料室的H H2 2POPO3 3-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成）生成）早期采用早期采用“三室电渗析法三室电渗析法”制备制备H H3 3POPO2 2，将，将“四室电渗析四室电渗析法法”中阳极室的稀硫酸用中阳极室的稀硫酸用H H3 3POPO2 2稀溶液代替，并撤去阳极室与产稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产生的氧气会把生的氧气会把H H3 3POPO3 3或或H H2 2POPO2 2-氧化为氧化为POPO4 43-3-，导致产品不纯。，导致产品不纯。解析：解析：越努力越幸运
