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(yáng)離子交換膜 防止陽(yáng)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(gè)溶液的離子濃度或電荷 三 離子交換膜的類型 常見(jiàn)的離子交換膜為 陽(yáng)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(guó)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(lái)的一種金屬氫化物鎳電池 MH Ni電池 下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是 A 放電時(shí)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(shí)負(fù)極反應(yīng)為 MH OH M H2O e D MH是一類儲(chǔ)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(shí) 陽(yáng)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(shí) 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(chǔ)氫合金 A 放電時(shí) 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(cuò)誤 D M為儲(chǔ)氫合金 MH為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金 儲(chǔ)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(shuō)法正確的是 A 正極反應(yīng)為AgCl e Ag Cl B 放電時(shí) 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(shí) 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(xiàng)錯(cuò)誤 放電時(shí) 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(xiàng)錯(cuò)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(huì)改變電池總反應(yīng) C項(xiàng)錯(cuò)誤 當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0 01mole 時(shí) 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(shí)約有0 01molH 通過(guò)陽(yáng)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(xiàng)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(kāi) 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(shí)間后 藍(lán)色逐漸變淺 已知 3I2 6OH IO3 5I 3H2O下列說(shuō)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(shí) 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(yáng)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(yáng)極 2I 2e I23I2 6OH IO3 5I 3H2O 右側(cè) 陰極 2H2O 2e H2 2OH 如果用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜 電極反應(yīng)為 陽(yáng)極2I 2e I2通過(guò)陽(yáng)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(dòng) 左側(cè)溶液變藍(lán)色 一段時(shí)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(yáng)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(yáng)極放電和陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極上產(chǎn)生的OH H 的數(shù)目相等 陽(yáng)極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H 通過(guò)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(shí) 陰極產(chǎn)生3molH2 陽(yáng)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(guò)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(yáng)極 與其相連的A端為電源的正極 轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí) 左側(cè)減少0 2molN2 即5 6g 右側(cè)產(chǎn)生0 5molO2 即16g 同時(shí)生成2molH 由于H 可通過(guò)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(shí)際減少 5 6g 2g 3 6g 左側(cè)電解液質(zhì)量實(shí)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(bǔ)充物質(zhì)A A是 說(shuō)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(yáng)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(yáng)極電極反應(yīng)式說(shuō)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(bǔ)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(yáng)極區(qū)進(jìn)行電解 電解過(guò)程中陽(yáng)極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng) S2 2e S n 1 S S2 Sn2 寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式 電解后陽(yáng)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(shí) 陰極發(fā)生陽(yáng)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(yáng)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(guó)卷 次磷酸 H3PO2 是一種精細(xì)磷化工產(chǎn)品 具有較強(qiáng)還原性 回答下列問(wèn)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(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子 陰離子通過(guò) 下一頁(yè) 寫出陽(yáng)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(yáng)極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替 并撤去陽(yáng)極室與產(chǎn)品室之間的陽(yáng)膜 從而合并了陽(yáng)極室與產(chǎn)品室 其缺點(diǎn)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(yáng)極室的H 穿過(guò)陽(yáng)膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室 原料室的H2PO3 穿過(guò)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(yè) 4 在陽(yáng)極由于含有的陰離子OH SO42 H2PO2 中放電能力最強(qiáng)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?yàn)殛?yáng)極室的H 穿過(guò)陽(yáng)膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室 原料室的H2PO3 穿過(guò)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(yáng)極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替 并撤去陽(yáng)極室與產(chǎn)品室之間的陽(yáng)膜 從而合并了陽(yáng)極室與產(chǎn)品室 其缺點(diǎn)是陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣會(huì)把H3PO3或H2PO2 氧化為PO43 導(dǎo)致產(chǎn)品不純 解析