2022届高考化学抢分强化练-题型5.4(多室)交换膜常考题型

第=page2222页，共=sectionpages2323页2022届高考化学选择题型抢分强化练——题型5.4（多室）交换膜常考题型某工厂用下图装置处理含NiSO4的废水，回收Ni和硫酸。其中M、N均为惰性电极，mn、pq分别为离子交换膜，已知两膜只允许中间废水中的Ni2+和SO42−离子通过，而不允许两端隔室中离子进入中间隔室。下列说法中错误的是

A.pq为阳离子交换膜

B.如果使用氢氧燃料电池作为电源，则M极应与电池中通入氢气的电极相连

C.M极主要发生的电极反应为4OH−−4e−=2H2O+电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其工作原理可简单表示如下图所示，下列说法不正确的是(    )A.通电后a极区可能发生反应2Cl−−2e−=Cl2↑

B.图中A为阳离子交换膜，B为阴离子交换膜

SO2—空气质子交换膜燃料电池原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.该电池放电时质子从b电极经过内电路流到a电极

B.a电极附近发生的反应为：SO2+2H2O+2e−=H2SO4三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A.通电后中间隔室的SO42−向阳极迁移，阳极区溶液pH增大

B.阴极反应为4OH−−4e−=O2↑+2H2O，阴极区溶液pH降低

C.该法在处理含Na高铁酸钠(Na2FeO4)是一种高效、无毒的多功能水处理剂，三室式电解法制取Na2FeOA.a为电源的正极，电解总反应式为Fe+2OH−+2H2O=FeO42−+3H2↑

B.C.d分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，电解时中间隔室NaOH溶液pH降低

C.电解结束后得到的如图所示，装置Ⅰ是可充电电池，装置Ⅱ为电解池。离子交换膜只允许Na+通过，充放电的化学方程式为2Na2S2+NaBr3NA.闭合K后，b电极附近的pH变小

B.当有0.01 mol Na+通过离子交换膜时，b电极上析出气体体积为112 mL

C.N极是负极，电极反应为2Na2S2−2电解熔融氯化钠和氯化钙的混合物可制备金属钠，阳极A为石墨，阴极为铁环K，两极用离子交换膜D隔开；氯气从阳极上方的抽气罩H抽出，液态金属钠经环形槽R、铁管F流入收集器G，装置示意图如下所示。下列叙述错误的是(    )A.氯化钙的作用可能是助熔剂，降低氯化钠的熔点，节省能源，减少钠蒸气的挥发

B.由装置示意图可知，金属钠的密度小于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在上层

C.D为阳离子交换膜，防止生成的氯气和钠重新反应生成氯化钠

D.电解时阴极的电极反应为Na工业上用Na2SO3溶液处理硫酸厂的废气SO2得NaHSO3溶液，然后用惰性电极电解NaHSO3废水(原理如图所示A.通电后中间隔室的HSO3−离子通过C膜向左侧迁移，左侧电极室溶液pH增大

B.图中A连接电源的正极，B连接电源的负极

C.阳极反应为HSO3−+H2O−2e−电解硫酸钠溶液生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示，A.b均为惰性电极，在直流电场的作用下，中间隔室的Na+、SO42-可分别通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列有关说法正确的是(

A.a极的电极反应式为2H2O+2e−=H2↑+2OH−

B.c为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜

电解Na2SO4溶液产生H2SO4和烧碱的装置如下图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为1∶2。以下说法正确的是(A.产物丁为H2SO4

B.a电极反应式：2H2O+2e−=H2↑+2O纳米级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。下列说法正确的是A.钛电极发生氧化反应

B.阳极反应为2Cu+2OH−−2e−=Cu2O+如图所示为光伏发电电解甲基肼(CH3—NH—NH2)制氢的装置示意图(电池中交换膜仅阻止气体通过，A.b均为惰性电极)。下列叙述中正确的是(A.N型半导体为正极，P型半导体为负极

B.制氢装置溶液中电子从a极流向b极

C.工作时，a极的电极反应式为CH3−NH−NH2−10e−+12OH−目前海水淡化可采用双极膜电渗析法，同时获得副产品，其模拟工作原理如图所示。其中双极膜(BP)是阴阳复合膜，在直流电的作用下，阴阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH−，作为H+和OH−离子源。M、N为离子交换膜，下列说法正确的是A.Y电极为电解池的阴极，该电极的反应式为4OH−−4e−=O2↑+2H2O

B.电子流向：电源负极→X电极→Y电极→电源正极

C.电路中每转移1 mol电子，理论上X、Y两极共得到标准状况下的气体16.8 L

四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成[(CH3)4NOH]，其工作原理如下图所示(aA.M为负极

B.标况下，制备0.75NA (CH3)4NOH，

A.b两极共产生16.8L气体

C.C.三室式电渗析法处理含乳酸(HA表示乳酸分子，A−表示乳酸根离子)废水的原理如图所示，采用惰性电极，aB.cd均为离子交换膜，下列说法正确的是(

)A.负极区电极反应式为：4OH−−4e−===2H2O+O2↑

B.交换膜ab为阳离子交换膜，cd为阴离子交换膜电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中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，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3下列说法不正确的是(    )A.上右侧发生的电极反应式：2H2O+2e−=H2↑+2OH−按下图装置实验，M、N为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，N极上有金属析出(阴离子交换膜只允许阴离子通过)。下列说法不正确的是(    )A.N作正极

B.负极的电极反应式：M−2e−=M2+

C.该装置能将化学能转化为电能

D.当电路中通过双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH−，作为H+和OH−离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，A.相同条件下，不考虑气体溶解，阴极得到气体体积是阳极的两倍

B.电解过程中Na+向左迁移，N为阴离子膜

C.若去掉双极膜(BP)，阳极室会有Cl2以铅蓄电池为电源.通过电解法制备酒石酸(C4H6O6，简写为RH2)的原理如图所示(A,B为惰性电极，A.N极的电极反应式为PbO2+2e−+SO42−+4H+=PbSO4+2H2利用双离子交换膜电解法可以处理含NH4NO3A.NH4+由b室向c室迁移

B.c室得到的混合气体是NH3和H2

C.阳极反应式为2三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示，在直流电场的作用下，两膜中间的NH4+和NA.a极为电源负极，b极为电源正极

B.c膜是阴离子交换膜，d膜是阳离子交换膜

C.阴极电极反应式为2NO3−+12H++10四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。A.B.c分别为阴、阳离子交换膜中的一种。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是(    )

A.B.c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜

B.通电后Ⅲ室中的Cl−透过c迁移至阳极区

C.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高

D.电池总反应为全钒液流储能二次电池如图所示(M、N都是惰性电极)，充电过程中，交换膜右室溶液蓝色逐渐变为深绿色。几种离子颜色如下：

离子

V3+V2+VOV颜色

绿色

紫色

蓝色浅黄或深绿

下列说法正确的是(

)A.放电时，交换膜左室中溶液由绿色变为紫色

B.放电时，正极反应式为VO2++e−+2H+=VO2++H双极膜电渗析一步法使盐制酸碱的技术进入到了工业化阶段，某科研小组研究采用BMED膜堆(如图所示)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。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−。下列说法正确的是(

)A.电极Y连接电源的正极，发生还原反应

B.Ⅰ口排出的是混合碱，Ⅱ口排出的是淡水

C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生

D.目前二氧化碳造成的环境问题日益严重，利用电化学法处理CO2是目前研究的热点。设计装置如图所示(已知电极A，B均为石墨烯电极，溶液为强酸性溶液，质子交换膜只允许H+通过)。下列说法错误的是(

)

A.a极的电极反应式：2H2O-4e−=O2↑+4H+

B.电极b为阴极

C.太阳能电池工作原理是将太阳能转化为化学能

答案和解析1.【答案】B

【解析】

本题考查电解池的工作原理、电极方程式的书写等，明确电极反应为解题关键，题目难度一般。

【解答】

由图可知，M极为阳极，阳极反应为2H2O−4e−=O2↑+4H+，则气体X为O2；N极为阴极，阴极主要反应为Ni2++2e−=Ni，从而回收Ni；

A.由图可知，左端隔室回收硫酸，则中间隔室中的SO42−应进入左端隔室，则mn为阴离子交换膜，pq应允许中间废水中的Ni2+进入右端隔室，则pq为阳离子交换膜，故A正确；

B.如果使用氢氧燃料电池作为电源，则M极应与电池的正极相连，则应是与通入氧气的电极相连，故B错误；

C.通过以上分析可知，M极主要发生的电极反应为4OH−−4e【解析】

本题考查电解池原理，涉及电极反应的书写，离子交换膜的判断，注意基础知识的积累与应用，题目难度不大。

【解答】

A.a极为阳极，通电后a极区可能发生反应2Cl−−2e−=Cl2↑，故A正确；

B.a极为阳极，通电后阴离子向阳极移动，所以图中A为阴离子交换膜，则B为阳离子交换膜，故B错误；

C.b极为阴极，通电后，溶液中氢离子放电生成氢气，电极附近氢氧根离子浓度增大，故C正确；

D.蒸馏法、电渗析法、离子交换法等都是海水淡化的常用方法，故D正确。【解析】本题考查了原电池原理的应用，侧重考查原电池原理，明确电解质溶液酸碱性、电极的判断以及电极方程式的书写方法是解本题关键，难点是电极反应式的书写，题目难度中等。【解答】A.a电极上SO2失去电子，为负极，b电极为正极，质子即H+，为阳离子，移向正极b，故A错误；

B.a电极通入SO2，SO2在负极失电子生成SO42−，则电极反应为SO2+2H2O−2e−=SO42−+4H+，故B错误；

C.酸性条件下，氧气得电子生成水，则b电极附近发生的反应为O2+4【解析】

本题考查了电解原理的应用，明确电解池中的阴阳极以及阴阳极上离子的放电顺序是解题的关键，注意题干信息的分析应用，难度一般。

【解答】

A.阴离子向阳极移动，阳极区氢氧根离子放电pH减小，故A错误；

B.阴极发生还原反应，氢离子得电子生成氢气，故B错误；

C.直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO42−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，通电时，氢氧根离子在阳极区放电生成水和氧气，考虑电荷守恒，两膜中间的硫酸根离子会进入正极区，与氢离子结合成硫酸；氢离子在阴极得电子生成氢气，考虑电荷守恒，两膜中间的钠离子会进入负极区，与氢氧根离子结合成氢氧化钠，故可以得到NaOH和H2SO4产品，故C正确；

D.每生成1mol氧气转移4mol电子，当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成，故D【解析】

本题主要考查电解池原理的应用及相关计算，为高频考点，难度不大，把握电解原理为解题关键，注意离子交换膜的判断。

【解答】

A.由题意可知，要电解制取Na2FeO4，铁棒应作阳极，阳极反应式为Fe−6e−+8OH−=FeO42−+4H2O，碳棒作阴极，阴极反应式为2H2O+2e−=2OH−+H2↑，则a为电源的负极，电解总反应式为Fe+2OH−+2H2O=FeO42−+3H2↑，故A错误；

B.电解时阳极区消耗【解析】本题考查了原电池和电解池原理，为高考热点，根据b电极溶液颜色变化确定正负极、阴阳极，注意正负极上电极反应式的书写，为难点。【解答】

闭合开关K时，b极附近先变红色，说明b电极氢离子放电，为阴极，电极N为负极；则电极M为正极，a为阳极，据此解题，A.闭合K后，b电极氢离子放电导致氢氧根离子浓度增大，所以b电极附近的pH增大，故A错误；

B.未指明气体所处的温度压强，不能计算，故B错误；

C.N极是负极，电极反应为2Na2S2−2e−=2Na++Na2S4，故C正确；

D.闭合K后，【解析】

本题以电解氯化钠工业为载体，考查电解原理中的一些问题，掌握电解原理在工业生产中的应用是解题的关键，注意根据电解铝工业上的助溶剂，类推氯化钙作助溶剂的原理。

【解答】

A.工业上加入的氯化钙是助溶剂，降低物质的熔点，类似于电解铝工业中的助溶剂六氟合铝酸钠，A正确；

B.由装置示意图可知，金属钠在上部收集，所以钠的密度小于混合盐的密度，B正确；

C.由图可知，氯离子通过离子交换膜D迁移至阳极A放电产生氯气，D为阴离子交换膜，C错误；

D.阴极的电极反应式书写正确，副反应也合理，D正确。

故选C。

8.【答案】C

【解析】

本题考查电解原理，为高频考点，明确电解池中的阴阳极以及阴阳极上离子的放电顺序是解题的关键，注意题干信息的分析应用，会正确书写电极反应式，知道交换膜的选择性，题目难度中等。

【解答】

A.电解池中阴离子向阳极区移动，通电后中间隔室的HSO3−通过D膜选右侧迁移，左侧阴极区H+放电生成OH−，然后结合HSO3−生成SO32−，所以左侧阴极区溶液的pH增大，故A错误；

B.左侧阴极区H+放电生成氢气，发生还原反应为阴极，与电源负极相接，B连接电源正极，故B错误；

C.阳极区HSO3−失去电子生成硫酸，电极反应式为HSO3−+H2O−2e−=SO42−+3H+，使溶液中c(H【解析】

本题考查电解原理运用，涉及电极式书写、离子交换膜判断和电极产物判断等知识点，根据电解原理，结合题中所给的离子流向，先判断出阴阳极，再结合电解质溶液进行解答即可，难度较大。

【解答】

A项，根据电解装置图，a极与直流电源的正极相连，a为阳极，b极与直流电源的负极相连，b为阴极。根据放电顺序：H+>Na+，a极的电极反应式为2H2O−4e−=O2↑+4H+，故A错误；

B项，a极上除了生成O2外，还生成H+，为了制得硫酸，c为阴离子交换膜，SO42−向阳极区移动，b极的电极反应式为2H2O+2e−=H2↑+2OH−，b极上除生成H2外，还生成OH−，为了制得NaOH，d为阳离子交换膜，Na+向阴极区移动，故B错误；

【解析】

本题考查电解原理，判断甲、乙气体成分是解本题关键，结合电极反应式分析解答，注意气体摩尔体积的适用范围及适用条件。

【解答】

电解硫酸钠溶液时，阳极上生成氧气，电极反应式为2H2O−4e−=O2↑+4H+，阴极反应式为2H2O+2e−=H2↑+2OH−，测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为1：2，则甲是氧气、乙是氢气，则a是阳极、b是阴极，阳极区域生成硫酸、阴极区域生成NaOH。

A.根据以上分析可知产物丁为NaOH，故A错误；

B.a是阳极，电极反应式为2H2O−4e−=O【解析】

本题考查电解法制取纳米级Cu2O的反应原理，考查了电解原理的应用，在电解中电极反应与电解质溶液有关，电极相同，电解质溶液的性质不同，电极反应不同，这是易错点，题目难度不大。

【解答】

A.根据题图可知：Ti与电源的负极连接，是阴极，在阴极上发生还原反应，故A错误；

B.Cu电极与电源的正极连接，作阳极，由于Cu是活性电极，在阳极发生反应：Cu−2e−=Cu2+，然后与溶液中的OH−发生反应：2Cu2++2OH−= Cu2O+H2O，所以阳极电极反应式是：2Cu+2OH−−2e−=

Cu2O+H2O，故B正确；

C.若离子交换膜采用阳离子离子交换膜，OH−【解析】

本题考查了电解原理，意在考查学生的分析能力和知识应用能力，明确电解池工作原理，准确依据元素化合价变化与阴阳极的关系判断电解池的阴阳极是解本题关键。

【解答】

A.该电池反应时中，氮元素化合价由−3价变为0价，H元素化合价由+1价变为0价，则氮元素被氧化，氢元素被还原，所以生成氮气的电极a是阳极，生成氢气的电极b是阴极，则图1中N型半导体为负极，P型半导体为正极，故A错误；

B.电解池中电子从电源的负极流出流向电解池阴极，从电解池阳极流向电源正极，所以a极流向P型半导体，从N型半导体流向b极，故B错误；

C.工作时a极为电解池阳极，CH3−NH−NH2→N2发生氧化反应失去电子生成碳酸根离子、氮气和水，电极反应式为：CH3−NH−NH2+12OH−−10e−=CO32−+N2↑+9H2O，故C正确；【解析】本题考查海水淡化，侧重考查电解池原理，掌握电极反应式和离子移动为解题关键，难度一般。

【解答】A.电解池中阴离子向阳极移动，故Y电极为阳极，电极反应式为4OH−−4e−===O2↑+2H2O，故A错误；

B.电子流向，电源负极→阴极X电极、阳极Y电极→电源正极，故B错误；

C.阴极反应为2H++2e−===H2↑，阳极反应为4OH−−4e−===O2↑+2H2O，当电路中通过1 mol电子时，理论上阴极得到0.5 mol【解析】解：A.根据Cl−从左向右移动可知：a为阴极，b为阳极，所以N为正极，故A正确；

B.阴极电极反应式为2(CH3)4N++2H2O+2e−=2(CH3)4NOH+H2↑，即制备0.75NA(CH3)4NOH，转移电子0.75mol，生成0.375molH2，b电极反应式为4OH−−4e−=O2↑+2H2O，生成0.1875molO2，即A.b两极共产生0.5625mol气体，标准状况下的体积为0.5626mol×22.4L/mol=12.6L，故B错误；

C.根据第三个池(左右顺序)中NaCl的浓度变化可知：钠离子从第四池通过e膜，氯离子从第二池通过d膜，在第三池得到NaCl，四甲基铵根离子通过c膜进入第一池生成[(CH3)4NOH，所以C.e均为阳离子交换膜，故C正确；

D.阳极b电极为氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH−−4e【解析】

本题考查电解原理，为高频考点，正确判断阴阳离子交换膜及各个电极上发生的反应是解本题关键，同时考查学生分析判断能力，题目难度不大。【解答】

A.图中的负极区和电源负极连接，属于阴极，电极反应式是：2H++2e−=H2↑，A错误；

B.由题意，废水经电解后，在浓缩室富集为HA浓溶液，那么A−必自负极区向右迁移，故ab必须是阴离子交换膜，为了与负极迁移来的A−结合为HA分子，正极放电产生的H+必须向左迁移，即cd必为阳离子交换膜，故B错误；

C.阴极电极反应式是：2H++2e−=H2↑，当电路中通过1 mol电子的电量时生成氢气的物质的量为0.5mol；阳极电极反应式为2H2O−4e−=4H++【解析】略

17.【答案】D

【解析】

本题考查原电池原理的应用，难度不大，掌握反应原理和电极反应式即可解答，运用电子守恒计算为解题关键。

【解答】

A.N极有金属析出，N2+得电子，发生还原反应，则N作正极，故A正确；

B.左侧发生M的氧化反应，生成M2+，则M为负极，电极反应式：M−2e−=M2+，故B正确；

C.该装置为原电池，能将化学能直接转化为电能，故C正确；

D.当电路中通过1 mol电子时，通过阴离子交换膜的SO42−为0.5mol，故D【解析】

本题考查电解原理，注意审题，不再是电解饱和食盐水的反应，由于双极膜(BP)是阴、阳复合膜的存在，使电解反应变成了电解水，是易错点，试题难度一般。

【解答】

A.根据题目信息可知阴极产生氢气，阳极产生氧气，根据得失电子守恒可知氢气和氧气在相同条件下的体积比为2:1，故A正确；

B.电解池中阳离子移向阴极，Na+应通过M向左迁移，氯离子通过N向右迁移，即N为阴离子交换膜，故B正确；

C.电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Cl−向阳极移动，若去掉双极膜(BP)，则Cl−会在阳极失去电子，生成Cl2，在阳极室会有Cl2生成，故C正确；

D.阴极主要是水电离产生的氢离子得到电子，水电离产生的氢氧根离子向右迁移，所以电解结束，阴极附近溶液呈中性，故D【解析】本题考查了电解池的相关知识，包括电极反应、电极区域pH的判断等知识，难度中等。【解答】A.根据图示，在右池生成RH2，R2−由原料室移动到右池，根据离子的移动分析，右池为阳极，对应N为铅蓄电池的正极，电极反应为：PbB.在右池生成RH2，R2−由原料室移动到右池，则bC.左池为电解池的阴极，H+放电，电极反应为：2H2O+2eD.根据反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，当消耗2mol故选择D。

20.【答案】D

【解析】

本题考查了电解原理的应用，明确电解池中的阴阳极反应是解题的关键，注意题干信息的分析应用，题目难度中等。

【解答】

用双离子交换膜电解法可以处理含NH4NO3的工业废水，根据图示，阴离子交换膜只能让阴离子通过，a室产生单一气体同时生成硝酸，为阳极反应，电极反应式为2H2O−4e−=O2↑+4H+，阳离子交换膜只能让阳离子通过，c室为阴极电极反应，反应式为2NH4++2e−=2NH3↑+H2↑，据电子守恒和原子守恒解答。

A.阳离子交换膜只能让阳离子通过，c室，为阴极电极反应，反应式为2NH4++2e−=2NH3↑+H2↑，NH4+由b室向c室迁移，故A正确；

B.【解析】

本题考查了电解原理的应用，明确电解池中的阴阳极以及阴阳极上离子的放电顺序是解题的关键，注意题干信息的分析应用，题目难度中等。

【解答】

由于工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3，可知NH4+向Ⅰ室定向移动，NO 3−向Ⅲ室定向移动，根据阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，Ⅰ室为阴极室，Ⅲ室为阳极室，a为电源负极，b为电源正极，c膜是阳离子交换膜，d膜是阴离子交换膜，据此解题。

A.a极为电源负极，b极为电源正极，故A正确；

B.由分析可知c膜是阳离子交换膜，d膜是阴离子交换膜，故B错误；

C.阴极电极反应式为2H++2e−=H2↑，故C错误；

D.【解析】

本题考查电解原理和电极反应式书写，为高频考点，掌握电解原理是解题关键，注意分析离子交换膜的作用和产品的形成过程，题目难度中等。

【解答】

II室为原料NaCl溶液加入室，I室为NaOH产品室，III室为HCl产品室，IV室为原料硫酸加入室，根据图示“四室电渗析法”工作原理分析产品室可得到HCl和NaOH的原因，判断a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜；由于阳极中阴离子为硫酸根离子、氢氧根离子，其中放电能力最强的是