2022高考化学一轮复习教案：专题突破（六）“隔膜”在电化学中的应用Word版含解析

1、PAGE PAGE 15专题突破(六)“隔膜”在电化学中的应用“隔膜”又叫离子交换膜，在新型化学电源或电解池中有广泛的应用，高考试题中经常出现带有“隔膜”的电化学装置，此类试题源于最新科研成果或化工生产实际，使高考试题情境更加真实，要求考生在复杂的电化学情境中对必备知识和关键能力进行综合运用，体现中国高考评价体系关于学习掌握、实践探索、思维方法等学科素养的考查，要求考生运用学科相关能力，高质量地认识电化学问题，分析并解决问题。1常见离子交换膜的种类离子交换膜由高分子特殊材料制成，通常分三类：(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。(2)阴离子

2、交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。(3)质子交换膜，只允许H通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。2离子交换膜的作用(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。应用示例：用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用：平衡电荷，形成闭合回路；防止Cl2和H2混合而引起爆炸；避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；避免Cl进入阴极区导致制得的NaOH不纯。3离子交换膜选择的依据依据电极反应及电解质溶液中离子的定向移动进行选择。4离子交换膜的应用应用燃料电池 eq avs4al

3、(海水淡化阴、阳离子交换膜（ 电渗法）) eq avs4al(物质制备) eq avs4al(氯碱工业离子交换膜电解槽) (2021黔东南州检测)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是()A该装置能实现化学能100%转化为电能B电子移动方向为a极b极质子交换膜a极Ca电极的电极反应式为CH3OCH33H2O12e=2CO212HD当b电极消耗标准状况下22.4 L O2时，质子交换膜有4 mol H通过D化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，A项错误；电子不能经过电解质溶液，则电子由a极 eq o(,sup15(导线) b极，B项错误；a为负极，发生氧

4、化反应，电极反应式为CH3OCH312e3H2O=2CO212H，C项错误；当b电极消耗标准状况下22.4 L O2时， 电路中通过4 mol e，结合b电极反应式(O24H4e=2H2O)可知，反应消耗4 mol H，为维持电解质溶液呈电中性，应有4 mol H通过质子交换膜，D项正确。(2021安徽合肥质检)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如下图所示。下列说法中正确的是()A电极B连接电源正极BA极区电解液为LiCl溶液C阳极反应式为2H2O2e=H22OHD每生成1 mol H2，有1 mol Li通过阳离子交换膜B由题意知，电解Li

5、Cl溶液制备LiOH，由于B电极生成氢气，A与B用阳离子交换膜隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液。电极B上产生氢气，所以B为阴极，B连接电源负极，A项错误；阳极反应式为2Cl2e=Cl2，C项错误；每生成1 mol H2，有2 mol Li通过阳离子交换膜，D项错误。(2021黑龙江哈尔滨检测)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH eq oal(sup1(),sdo1(4) ，模拟装置如图所示。下列说法正确的是()A阳极室溶液由无色变成棕黄色B阴极的电极反应式为4OH4e=2H2OO2C电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高D电解一段时间后，阴极室溶液中

6、的溶质一定是(NH4)3PO4C阳极上Fe发生氧化反应，溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H发生还原反应：2H2e=H2，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗H，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NH eq oal(sup1(),sdo1(4) 与OH反应生成NH3H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有NH3H2O，D项错误。1(2021山东师大附中检测)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是()A电极b为精铜，电极a为粗铜B甲

7、膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区C乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区D当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜D由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol精铜，其质量为32 g，D项正确。2(2021湖南雅礼中学检测)NCl3是一种黄色粘稠状液体，常用于杀菌消毒，工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备NCl3，其原理如图所示。下列说法正确的是()A在b极

8、区产生的气体是H2Ba极的电极反应式为NH eq oal(sup1(),sdo1(4) 4OH3Cl6e=NCl34H2OC溶液中的Cl移向b极区D若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，NH4Cl的利用率不变A b极是阴极，电解液是HCl溶液，则b极反应式为2H2e=H2，b极区产生的气体是H2，A项正确；a极是阳极，电解液是NH4Cl溶液，电极反应式为NH eq oal(sup1(),sdo1(4) 3Cl6e=NCl34H，B项错误；电解池中阴离子向阳极移动，则溶液中的Cl移向a极区，C项错误；若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，NH eq oal(sup1(),sdo1(4) 会通过阳离子交换

9、膜向b极迁移，NH4Cl的利用率降低，D项错误。3(2018全国卷)最近我国科学家设计了一种CO2H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A阴极的电极反应：CO22H2e=COH2OB协同转化总反应：CO2H2S=COH2OSC石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D若采用Fe3/Fe2取代EDTAFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性C由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反

10、应，为电解池的阳极，则ZnO石墨烯电极为阴极。C错：阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的高。A对：由题图可知，电解时阴极反应式为CO22H2e=COH2O。B对：将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2H2S=COH2OS。D对：Fe3、Fe2只能存在于酸性溶液中。4(2021黑龙江大庆检测)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na和SO eq oal(sup1(2),sdo1(4) 可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()

11、A通电后中间隔室的SO eq oal(sup1(2),sdo1(4) 向正极迁移，正极区溶液pH增大B该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C负极反应为2H2O4e=O24H，负极区溶液pH降低D当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成B电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO eq oal(sup1(2),sdo1(4) 向正极区移动，Na 向负极区移动，正极区水电离的OH发生氧化反应生成氧气，H留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H发生还原反应生成氢气，OH留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，

12、故A、C项均错误，B项正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，D项错误。5(2021四川新津中学检测)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H和OH。下列说法错误的是()A电极a连接电源的正极BB为阳离子交换膜C电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生D口排出的是淡水B根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所

13、以电极a为阳极，连接电源的正极，A项正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B项错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C项正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从口排出，D项正确。章末综合检测(六)化学反应与能量一、选择题：本题包括10小题，每小题只有一个选项最符合题意。1(2021山西太原调研)在25 101 kPa时，下列关于反应热的说法不正确的是()A1 mol 钠与2 mol 钠完全燃烧时，燃烧热相同BCO(g)的燃烧热H283.0 kJ/mol，则2CO(g)O2(g)=2CO2(g

14、)的H(2283.0)kJ/molC在稀溶液中：H(aq)OH(aq)=H2O(l) H57.3 kJ/mol，若将含1 mol HNO3的稀溶液与含1 mol Ba(OH)2的稀溶液混合，放出的热量为57.3 kJD2 g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H285.8 kJ/molD燃烧热是以1 mol 物质完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量为基准，故1 mol 钠与2 mol 钠完全燃烧时，燃烧热相同，A项正确；CO(g)的燃烧热H283.0 kJ/mol，则2 mol CO(g)完全燃烧放出热量为228

15、3.0 kJ，热化学方程式为2CO(g)O2(g)=2CO2(g)的H(2283.0)kJ/mol，B项正确；含1 mol HNO3的稀溶液与含1 mol Ba(OH)2的稀溶液混合生成1 mol H2O(l)，故放出的热量为57.3 kJ，C项正确；2 g H2为1 mol，完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，则氢气燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJ/mol，D项错误。2(2021浙江东阳调研)根据能量变化示意图，下列热化学方程式正确的是()AN2(g)3H2(g)=2NH3(g) H(ba)kJmol1BN2(g)3H2(g)=2

16、NH3(g) H(ab)kJmol1C2NH3(l)=N2(g)3H2(g) H2(abc)kJmol1D2NH3(l)=N2(g)3H2(g) H2(bca)kJmol1D由图可知，0.5 mol N2(g)1.5mol H2(g)1 mol NH3(g)断键吸收a kJ热量，成键释放b kJ热量，据此可得热化学方程式：N2(g)3H2(g)=2NH3(g) H2(ba)kJmol1，A、B项均错误；逆向分析，1 mol NH3(l)1 mol NH3(g)吸收c kJ热量，1 mol NH3(g)1 mol N3 mol H 吸收b kJ热量，1 mol N3 mol H 0.5 mol

17、N2(g)1.5 mol H2(g)放出a kJ热量，据此可得1 mol NH3(l)0.5 mol N2(g)1.5 mol H2(g)要吸收(bca) kJ热量，据此可得热化学方程式：2NH3(l)=N2(g)3H2(g) H2(bca)kJmol1，D项正确，C项错误。3(2021广东惠州检测)下图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应B电极上发生还原反应，作原电池的正极C该原电池的总反应式为2Fe3Cu=Cu22Fe2D盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K移向负极区C双液原电池中，氧化剂在正极区，还原剂在负极区，并非直接接触，A项错误；Pt电极

18、是惰性电极，则电极(Cu)是负极，发生氧化反应，B项错误；负极上Cu被氧化生成Cu2，正极上Fe3被还原生成Fe2，则电池总反应式为：2Fe3Cu=Cu22Fe2，C项正确；原电池中，阳离子向正极区移动，则盐桥中K移向正极区，D项错误。4(2021江苏南京学情调研)保护海水中钢闸门的一种方法如图所示。下列说法不正确的是()A锌板作牺牲阳极B钢闸门作正极(阴极)C锌板发生的电极反应式为Zn2e=Zn2D电子由钢闸门向锌板移动D钢闸门与锌板相连浸泡在海水中，形成原电池，采取牺牲阳极的阴极保护法，锌板作负极，即牺牲阳极，钢闸门作正极(阴极)，A、B项正确；锌板是负极，被氧化生成Zn2，C项正确；原电

19、池中电子由负极流向正极，则电子由锌板向钢闸门移动，D项错误。5(2021湖北武汉联考)环己酮(O)在生产生活中有重要的用途，可在酸性溶液中用环己醇间接电解氧化法制备，其原理如图所示。下列说法正确的是()Aa 极与电源负极相连Ba 极电极反应式是 2Cr36e14OH=Cr2O eq oal(sup1(2),sdo1(7) 7H2OCb 极发生氧化反应D理论上生成 1 mol 环己酮时，有 1 mol H2生成D根据原理图可知，a极为电解池的阳极，Cr3失电子发生氧化反应，电极反应式是2Cr37H2O6e=Cr2O eq oal(sup1(2),sdo1(7) 14H，b极为阴极，氢离子得电子发

20、生还原反应生成氢气，结合转移电子数相等计算。由上述分析可知，A、B、C项错误；理论上由环己醇(C6H12O)生成1 mol环己酮(C6H10O)，转移2 mol电子，根据电子守恒可知，阴极有1 mol氢气放出，D项正确。6(2021四川成都检测)H2与 ICl 的反应分、两步进行，其能量曲线如图所示，下列叙述中错误的是()A反应、反应均为放热反应B反应、反应均为氧化还原反应C反应比反应的速率慢，与相应正反应的活化能无关D反应、反应的焓变之和为H218 kJmol1C根据图中物质能量的相对高低可知，反应和均为放热反应，A项正确；反应有单质参加，反应有单质生成，则反应和均为氧化还原反应，B项正确；

21、一般来说，正反应的活化能越大，反应速率越慢，反应正反应活化能大于反应的，则反应比反应慢，C项错误；H2与 ICl 的反应分、两步进行，根据盖斯定律及图像可知，反应和的焓变之和为H218 kJmol1，D项正确。7(2021河北唐山模拟)Zulema Borjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是()A该装置可以在高温下工作BX、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜C该装置工作时，电能转化为化学能D负极反应为CH3COO2H2O8e=2CO27HD高温下，硫还原菌会死亡，电池效率降低，A项错误；负极上CH3COO被氧化生成CO2，电极反应式为CH3COO2H2O8e=2CO2

22、7H，负极消耗CH3COO生成H，为维持负极区溶液呈电中性，Cl向负极区迁移，则X为阴离子交换膜；正极通入空气(氧气)，电极反应式为O22H2O4e=4OH，为维持正极区电解质溶液呈电中性，海水中Na向正极区迁移，则Y是阳离子交换膜，B项错误，D项正确；该装置为原电池，可将化学能转化为电能，C项错误。8(2021辽宁沈阳联考)用水吸收 NOx的相关热化学方程式如下：2NO2 (g)H2O(l) =HNO3 (aq)HNO2 (aq) H116.1 kJ/mol3HNO2 (aq) =HNO3(aq)2NO(g)H2O(l)H75.9 kJ/mol则反应 3NO2 (g)H2O(l)= 2HNO

23、3 (aq)NO(g)的H等于()A136.2 kJ/molB136.2 kJ/molC40.2 kJ/mol D40.2 kJ/molB分析已知热化学方程式及目标热化学方程式，确定中间产物是HNO2。由 eq f(3,2) eq f(1,2) 可得：3NO2 (g)H2O(l)=2HNO3 (aq)NO(g)，根据盖斯定律，则有H eq f(3,2) (116.1 kJ/mol)75.9 kJ/mol eq f(1,2) 136.2 kJ/mol。9(2021河北衡水联考)乙炔选择性加氢是工业上重要催化反应之一。原子级分散的Cu催化剂Cu1/NDG在乙炔氢化反应中，可有效促进乙炔的活化和乙烯

24、的脱附，过程如下图所示。下列说法错误的是()A乙炔加氢制乙烯的反应是放热反应BBC过程的能量变化为1.36 eVCCu1/NDG不会使乙炔加氢制乙烯反应的H发生改变D反应中间产物乙烯脱附能垒(1.08 eV)小于乙烯进一步加氢能垒(1.27 eV)，有利于乙烯脱附而避免乙烯进一步过度加氢B由图可知，乙炔具有能量高于乙烯具有能量，则乙炔制乙烯是放热反应，A项正确；由图可知，BTS1过程的能量变化为1.36 eV，B项错误；Cu1/NDG是催化剂，只能加快反应速率，不能改变反应的H，C项正确；乙烯脱附能垒小于乙烯进一步加氢能垒，说明前者反应速率大于后者，故有利于乙烯脱附而避免乙烯进一步过度加氢，D

25、项正确。10(2021全国百校联盟联考)2萘酚(OH)在生产环境中主要以粉尘、气溶胶形式存在，可采用催化剂(AgAgBr/mpTiO2，其中mpTiO2为介孔二氧化钛，具有大的比表面积和渗透能力)条件下的光降解法除去环境中的该污染物，工作原理如图。下列判断正确的是()A该除去方法中的能量转化只有化学能转化为电能Bmp-TiO2可加快O2的失电子速率C负极反应：46e23O2=10CO24H2OD该法降解144 g 2萘酚时，装置吸收空气约为1 288 LC由原理图可知，太阳能参与了该降解方法，即存在太阳能转化为化学能，A项错误；O2在该装置中得电子，B项错误；负极2萘酚被氧化，失电子生成二氧化

26、碳和水，C项正确；由正负极反应可知关系式：223O2，144 g 2萘酚为1 mol，降解1 mol 2萘酚时，消耗11.5 mol O2，空气中O2约占 eq f(1,5) ，即消耗空气为57.5 mol，即标准状况下的1 288 L，但该选项缺少标准状况条件，故消耗的空气体积不确定，D项错误。二、非选择题：本题包括3小题。11(2021江西南昌八一中学检测)(1)CuCl(s)与 O2反应生成 CuCl2(s)和一种黑色固体。在 25 、101 kPa 下，已知该反应每消耗1 mol CuCl(s) ，放热44.4 kJ ，该反应的热化学方程式为_。(2)肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂

27、 N2O4反应生成 N2和水蒸气。已知：N2 (g)2O2 (g)= N2O4(l)H119.5 kJ/molN2H4(l)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H2534.2 kJ/mol写出肼和N2O4反应的热化学方程式_。(3)饮用水中的NO eq oal(sup1(),sdo1(3) 主要来自 NH eq oal(sup1(),sdo1(4) 。已知在微生物的作用下，NH eq oal(sup1(),sdo1(4) 经过两步反应被氧化成NO eq oal(sup1(),sdo1(3) 。两步反应的能量变化如下图所示：分别写出第一步反应和第二步反应的热化学方程式：_。1 mol NH eq

28、 oal(sup1(),sdo1(4) 全部被氧化成NO eq oal(sup1(),sdo1(3) 的热化学方程式为_。解析(2)将2可得反应：2N2H4(l)N2O4(l)=3N2(g)4H2O(g)，根据盖斯定律，该反应的H2H2H12(534.2 kJ/mol)(19.5 kJ/mol)1048.9 kJ/mol。(3)根据两步反应的能量变化写出第一步、第二步反应的热化学方程式，将两步反应相加可得反应：NH eq oal(sup1(),sdo1(4) (aq)2O2(g)= NO eq oal(sup1(),sdo1(3) (aq)2H(aq)H2O(l)，根据盖斯定律，该反应的H(2

29、73 kJ/mol)(73 kJ/mol)346 kJ/mol。答案(1)4CuCl(s)O2(g)=2CuCl2(s)2CuO(s)H177.6 kJ/mol(2)2N2H4(l)N2O4(l)=3N2(g)4H2O(g)H1048.9 kJ/mol(3)NH eq oal(sup1(),sdo1(4) (aq) eq f(3,2) O2(g)=NO eq oal(sup1(),sdo1(2) (aq)2H(aq)H2O(l) H273 kJ/molNO eq oal(sup1(),sdo1(2) (aq) eq f(1,2) O2(g)= NO eq oal(sup1(),sdo1(3)

30、(aq)H73 kJ/molNH eq oal(sup1(),sdo1(4) (aq)2O2(g)= NO eq oal(sup1(),sdo1(3) (aq)2H(aq)H2O(l)H346 kJ/mol12(2021天津部分区联考)新能源汽车所用蓄电池分为铅酸蓄电池、二次锂电池、空气电池等类型。请回答下列问题：(1)2019年诺贝尔化学奖授予了为锂离子电池发展做出贡献的约翰班宁斯特古迪纳夫等三位科学家。如图所示为水溶液锂离子电池体系。放电时，电池的负极是_(填a或b)，电极反应式为_。放电时，Li2SO4溶液中Li从_迁移(填“a向b”或“b向a”)。(2)铅酸蓄电池是最常见的二次电池，电

31、压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。电池总反应为Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) eq o(,sup15(放电),sdo12(充电) 2PbSO4(s)2H2O(l)。放电时，正极的电极反应式是_，电解质溶液中c(H2SO4)_(填“增大”“减小”或“不变”)。用该蓄电池作电源，进行粗铜(含Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼。如图所示，电解液c选用_溶液，A电极的材料是_，B电极反应式是_。用该蓄电池作电源，A、B为石墨电极，c为氯化钠溶液，进行电解。如上图所示，则A电极产生的气体是_，B电极的电极反应式为_。解析(1)Li是活泼金属，放电时，Li作负极被氧化为Li，电极反应为L

32、ie=Li。Li2SO4溶液中Li向负极移动。(2)放电时，PbO2在正极发生还原反应，电极反应式为PbO24HSO eq oal(sup1(2),sdo1(4) 2e=PbSO42H2O，反应中消耗H2SO4，溶液中c(H2SO4)减小。根据图中电流的流向判断，A是阳极，B是阴极。电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解液是CuSO4或CuCl2等。电解氯化钠溶液，A电极是阳极，Cl放电产生Cl2；B电极是阴极，电极反应式为2H2O2e=2OHH2。答案(1)bLie=Lib向a(2)PbO24HSO eq oal(sup1(2),sdo1(4) 2e=PbSO42H2O 减小CuSO4(或CuCl2等)粗铜Cu22e=CuCl22H2O2e=2OHH213(2021贵州铜仁一中检测)某化学兴趣小组的同学用如下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合K时，观察到电流表的指针发生了偏移。请回答下列问题：(1)乙