高考中有關(guān)離子交換膜的電化學(xué)試題.ppt

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高考中有關(guān)離子交換膜的電化學(xué)試題 1 防止副反應(yīng)的發(fā)生 避免影響所制取產(chǎn)品的質(zhì)量 防止引發(fā)不安全因素 如在電解飽和食鹽水中 利用陽離子交換膜 防止陽極產(chǎn)生的氯氣進(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)生的氫氣混合發(fā)生爆炸 2 用于物質(zhì)的制備 分離 提純等 一 交換膜的功能 使離子選擇性定向遷移 目的是平衡整個溶液的離子濃度或電荷 三 離子交換膜的類型 常見的離子交換膜為 陽離子交換膜 陰離子交換膜 特殊離子交換膜等 二 交換膜在中學(xué)電化學(xué)中的作用 四 試題賞析 D 2 2014 全國大綱版理綜化學(xué)卷 T9 右圖是在航天用高壓氫鎳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種金屬氫化物鎳電池 MH Ni電池 下列有關(guān)說法不正確的是 A 放電時正極反應(yīng)為 NiOOH H2O e Ni OH 2 OH B 電池的電解液可為KOH溶液C 充電時負(fù)極反應(yīng)為 MH OH M H2O e D MH是一類儲氫材料 其氫密度越大 電池的能量密度越高 C 鎳氫電池中主要為KOH作電解液 充電時 陽極反應(yīng) Ni OH 2 OH NiOOH H2O e 陰極反應(yīng) M H2O e MH OH 總反應(yīng)為M Ni OH 2 MH NiOOH 放電時 正極 NiOOH H2O e Ni OH 2 OH 負(fù)極 MH OH M H2O e 總反應(yīng)為MH NiOOH M Ni OH 2 以上各式中M為金屬合金 MH為吸附了氫原子的儲氫合金 A 放電時 正極 NiOOH H2O e Ni OH 2 OH 故A正確 B 為了防止MH被氫離子氧化 鎳氫電池中電解液為堿性溶液 主要為KOH作電解液 故B正確 C 充電式 負(fù)極作陰極 陰極反應(yīng)為M H2O e MH OH 故C錯誤 D M為儲氫合金 MH為吸附了氫原子的儲氫合金 儲氫材料 其氫密度越大 電池的能量密度越高 故D正確 解析 3 2014 福建理綜化學(xué)卷 T11 某原電池裝置如右圖所示 電池總反應(yīng)為2Ag Cl2 2AgCl 下列說法正確的是 A 正極反應(yīng)為AgCl e Ag Cl B 放電時 交換膜右側(cè)溶液中有大量白色沉淀生成C 若用NaCl溶液代替鹽酸 則電池總反應(yīng)隨之改變D 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0 01mole 時 交換膜左側(cè)溶液中約減少0 02mol離子 D 正極反應(yīng)為Cl2 2e 2Cl A項錯誤 放電時 交換膜右側(cè)的電極為正極 交換膜左側(cè)的電極為負(fù)極 負(fù)極放電產(chǎn)生的Ag 與電解質(zhì)HCl中的Cl 結(jié)合生成AgCl白色沉淀 則負(fù)極電極反應(yīng)式 2Ag 2e 2Cl 2AgCl B項錯誤 負(fù)極放電產(chǎn)生的Ag 與電解質(zhì)中的Cl 結(jié)合 若用NaCl代替鹽酸不會改變電池總反應(yīng) C項錯誤 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0 01mole 時 交換膜左側(cè)的電極放電產(chǎn)生0 01molAg 與電解質(zhì)中的0 01molCl 結(jié)合生成AgCl沉淀 同時約有0 01molH 通過陽離子交換膜轉(zhuǎn)移到右側(cè)溶液中 則交換膜左側(cè)溶液中約減少0 02mol離子 D項正確 解析 4 2013 浙江高考 11 電解裝置如圖所示 電解槽內(nèi)裝有KI及淀粉溶液 中間用陰離子交換膜隔開 在一定的電壓下通電 發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍(lán)色 一段時間后 藍(lán)色逐漸變淺 已知 3I2 6OH IO3 5I 3H2O下列說法不正確的是 A 右側(cè)發(fā)生的電極反應(yīng)式 2H2O 2e H2 2OH B 電解結(jié)束時 右側(cè)溶液中含有IO3 C 電解槽內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式 KI 3H2OKIO3 3H2 D 如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜 電解槽內(nèi)發(fā)生的總化學(xué)反應(yīng)不變 D 解析 電解的電極反應(yīng)為 左側(cè) 陽極 2I 2e I23I2 6OH IO3 5I 3H2O 右側(cè) 陰極 2H2O 2e H2 2OH 如果用陽離子交換膜代替陰離子交換膜 電極反應(yīng)為 陽極2I 2e I2通過陽離子交換膜遷移至陰極陰極2H2O 2e H2 2OH 陰離子交換膜 向右側(cè)移動 左側(cè)溶液變藍(lán)色 一段時間后 藍(lán)色變淺 放出氫氣 多余K 保證兩邊溶液呈電中性 5 2012年重慶T29 3 人工腎臟可采用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素 原理如下圖 電源的負(fù)極為 填 A 或 B 陽極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為 電解結(jié)束后 陰極室溶液的pH與電解前相比將 若兩極共收集到氣體13 44L 標(biāo)準(zhǔn)狀況 則除去的尿素為g 忽略氣體的溶解 B CO NH2 2 3Cl2 H2O N2 CO2 6HCl 6Cl 6e 3Cl2 不變 7 2 3 根據(jù)電解池中陰離子在陽極放電和陽離子在陰極放電的規(guī)律和本題圖中的電極產(chǎn)物H2和Cl2可以判斷出A為電源的正極 B為電源的負(fù)極 故陽極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為 6Cl 6e 3Cl2 CO NH2 2 3Cl2 H2O N2 CO2 6HCl 陰極反應(yīng)為6H2O 6e 6OH 3H2 或6H 6e 3H2 陽極反應(yīng)為6Cl 6e 3Cl2 CO NH2 2 3Cl2 H2O N2 CO2 6HCl根據(jù)上述反應(yīng)式可以看出在陰 陽極上產(chǎn)生的OH H 的數(shù)目相等 陽極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H 通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室與OH 恰好反應(yīng)生成水 所以陰極室中電解前后溶液的pH不變 由上述反應(yīng)式可以看出 轉(zhuǎn)移6mole 時 陰極產(chǎn)生3molH2 陽極產(chǎn)生1molN2和1molCO2 故電解收集到的13 44L氣體中V N2 V CO2 13 44L 5 2 688L 即n N2 n CO2 2 688L 22 4L mol 1 0 12mol根據(jù)方程式CO NH2 2 3Cl2 H2O N2 CO2 6HCl可知生成0 12molN2所消耗的CO NH2 2的物質(zhì)的量也為0 12mol 其質(zhì)量為 m CO NH2 2 0 12mol 60g mol 1 7 2g 解析 6 節(jié)選自2013年重慶T11 2 化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的作用 催化反硝化法和電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染 電化學(xué)降解NO3 的原理如圖所示 電源正極為 填A(yù)或B 陰極反應(yīng)式為 若電解過程中轉(zhuǎn)移了2mol電子 則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差 m左 m右 為g A 2NO3 10e 6H2O N2 12OH 14 4 根據(jù)題11圖可知 電解池右側(cè)NO3 轉(zhuǎn)化成N2 發(fā)生還原反應(yīng) 2NO3 10e 6H2O N2 12OH 其電極應(yīng)為陰極 則左側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng) 2H2O 4e O2 4H 其電極作陽極 與其相連的A端為電源的正極 轉(zhuǎn)移2mol電子時 左側(cè)減少0 2molN2 即5 6g 右側(cè)產(chǎn)生0 5molO2 即16g 同時生成2molH 由于H 可通過質(zhì)子交換膜由左側(cè)進(jìn)入右側(cè) 則右側(cè)電解液質(zhì)量實際減少 5 6g 2g 3 6g 左側(cè)電解液質(zhì)量實際減少 16g 2g 18g 則兩側(cè)質(zhì)量差為14 4g 解析 4 IV中 電解NO制備NH4NO3 其工作原理如上圖所示 為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3 需補充物質(zhì)A A是 說明理由 7 節(jié)選自2014 北京理綜化學(xué)卷 T26 NH3經(jīng)一系列反應(yīng)可以得到HNO3 NH3 根據(jù)電子守恒 陽極得到的NO3 的量大于陰極得到的NH4 的量 所以需充入NH3 或從陰陽極電極反應(yīng)式說明也可 由電解示意圖可知 兩極的反應(yīng)物均為NO 1molNO生成1molNH4 需要得到5mol電子 1molNO生成1molNO3 需要失去3mol電子 故反應(yīng)兩極反應(yīng)NO的物質(zhì)的量之比為3 5 所以生成的NH4 與NO3 的物質(zhì)的量之比亦為3 5 所以NO3 的量大于NH4 欲使物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化成NH4NO3 則需加入能形成NH4 的物質(zhì) 故需補充NH3 解析 8 節(jié)選自2014 江蘇單科化學(xué)卷 T20 硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題 由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法 1 將燒堿吸收H2S后的溶液加入到如圖 1所示的電解池的陽極區(qū)進(jìn)行電解 電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng) S2 2e S n 1 S S2 Sn2 寫出電解時陰極的電極反應(yīng)式 電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì) 其離子方程式可寫成 2H2O 2e H2 2OH 或2H 2e H2 Sn2 2H n 1 S H2S 電解時 陰極發(fā)生陽離子的還原反應(yīng) 放電的只能是H 電極反應(yīng)式是 2H2O 2e H2 2OH 或2H 2e H2 電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)和H2S 方程式為 Sn2 2H n 1 S H2S 解析 9 節(jié)選自2014 新課標(biāo)全國卷 次磷酸 H3PO2 是一種精細(xì)磷化工產(chǎn)品 具有較強還原性 回答下列問題 4 H3PO2也可用電滲析法制備 四室電滲析法 工作原理如圖所示 陽膜和陰膜分別只允許陽離子 陰離子通過 下一頁 寫出陽極的電極反應(yīng)式 分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因是 早期采用 三室電滲析法 制備H3PO2 將 四室電滲析法 中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替 并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜 從而合并了陽極室與產(chǎn)品室 其缺點是產(chǎn)品中混有 雜質(zhì) 該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是 2H2O 4e O2 4H 陽極室的H 穿過陽膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室 原料室的H2PO3 穿過陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室 二者反應(yīng)生成 PO43 H3PO3或H2PO2 被氧化 上一頁 4 在陽極由于含有的陰離子OH SO42 H2PO2 中放電能力最強的是OH 所以發(fā)生反應(yīng) 2H2O 4e O2 4H 在產(chǎn)品室只所以可得到H3PO2是因為陽極室的H 穿過陽膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室 原料室的H2PO3 穿過陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室 二者反應(yīng)生成 早期采用 三室電滲析法 制備H3PO2 將 四室電滲析法 中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替 并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜 從而合并了陽極室與產(chǎn)品室 其缺點是陽極產(chǎn)生的氧氣會把H3PO3或H2PO2 氧化為PO43 導(dǎo)致產(chǎn)品不純 解析