跟蹤檢測（三十三）化學(xué)能與電能（5）含離子交換膜電池的應(yīng)用（過熱點）1如圖為陽離子交換膜法電解精制的飽和食鹽水原理示意圖。其中陽離子交換膜僅允許Na通過。下列說法錯誤的是()A從A口加入精制的濃食鹽水B從E口放出的氣體是H2CD口導(dǎo)出的是含少量氯化鈉的NaOH溶液DB口NaOH的濃度小于D口解析：選C根據(jù)Na的運動方向可知，Na向陰極移動，左邊為陽極區(qū)，右邊為陰極區(qū)。陽極上發(fā)生：2Cl2e=Cl2，陰極上發(fā)生：2H2e=H2，電解時，陽極生成氯氣，消耗NaCl，則應(yīng)在陽極補充NaCl，陰極生成OH，則產(chǎn)品燒堿溶液從陰極區(qū)導(dǎo)出。根據(jù)分析，應(yīng)在陽極補充NaCl，從A口加入精制的濃食鹽水，故A正確；右邊為陰極區(qū)，陰極上發(fā)生：2H2e=H2，故B正確；陰極生成OH，則產(chǎn)品燒堿溶液從陰極區(qū)導(dǎo)出，D口導(dǎo)出的是濃NaOH溶液，其中沒有氯化鈉，B口導(dǎo)入的是稀氫氧化鈉溶液，不是純水，故C錯誤，D正確。2.LiOH是制備鋰離子電池的材料，可由電解法制備。工業(yè)上利用如圖裝置電解制備 LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液。下列說法中正確的是()AB極區(qū)電解液為LiOH溶液B電極每產(chǎn)生22.4 L氣體，電路中轉(zhuǎn)移2 mol eC電解過程中Li移入B電極區(qū)、OH移入A電極區(qū)D電解池中總反應(yīng)方程式為2HClH2Cl2解析：選A電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液。A項，由圖可知，右側(cè)生成氫氣，則B中H放電，B為陰極，在B中制備LiOH，B極區(qū)電解液為LiOH溶液，正確；B項，A中為LiCl溶液，Cl放電生成Cl2，則陽極反應(yīng)式為2Cl2e=Cl2，電極每產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4 L氣體，電路中轉(zhuǎn)移2 mol e，錯誤；C項，Li向陰極移動，即由A透過陽離子交換膜向B移動，OH向陽極移動，但是OH不能透過陽離子交換膜，錯誤；D項，電解池的陽極上是Cl失電子，陰極上是H得電子，電解的總反應(yīng)方程式為2H2O2LiClH2Cl22LiOH，錯誤。3LiOH是制取鋰和鋰的化合物的原料，用電解法制備LiOH的工作原理如圖所示。下列敘述不正確的是()Ab極附近溶液的pH減小Ba極發(fā)生的反應(yīng)為2H2O4e=O24HC該法制備LiOH還可得到硫酸和氫氣等產(chǎn)品D當(dāng)電路中通過1 mol電子時，可得到1 mol LiOH解析：選A根據(jù)裝置圖中Li、SO的流動方向可判斷，石墨a是陽極，石墨b是陰極。A項，b極為陰極，b極電極反應(yīng)為2H2O2e=H22OH，c(OH)增大，溶液的pH增大，錯誤；B項，a極為陽極，陽極電極反應(yīng)為2H2O4e=O24H，正確；C項，電解過程中，SO通過陰離子交換膜進入陽極室，與H結(jié)合得到H2SO4，陰極產(chǎn)生H2，正確；D項，根據(jù)b極電極反應(yīng)2H2O2e=H22OH，當(dāng)電路中通過1 mol電子時，陰極室生成1 mol OH，1 mol Li通過陽離子交換膜進入陰極室，陰極室中得到1 mol LiOH，正確。4隨著各地“限牌”政策的推出，電動汽車成為汽車界的“新寵”。特斯拉全電動汽車使用的是鈷酸鋰(LiCoO2)電池，其工作原理如圖，A 極材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料(碳作為金屬鋰的載體)，電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li的高分子材料，隔膜只允許特定的離子通過，電池反應(yīng)式為LixC6Li1xCoO2C6LiCoO2。下列說法不正確的是()A據(jù)題意分析可知該隔膜只允許Li通過，放電時 Li從左邊流向右邊B充電時，A為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)C放電時，B為正極，電極反應(yīng)式為Li1xCoO2xLixe=LiCoO2D廢舊鈷酸鋰(LiCoO2)電池進行“放電處理”讓Li進入石墨中而有利于回收解析：選D根據(jù)電池反應(yīng)式知，放電時，負極反應(yīng)式為LixC6xe=C6xLi，正極反應(yīng)式為Li1xCoO2xLixe=LiCoO2，充電時，陰極、陽極反應(yīng)式與負極、正極反應(yīng)式正好相反，所以A是負極、B是正極。據(jù)題意分析可知該隔膜只允許Li通過，放電時Li從左邊流向右邊，A項正確；充電時，B電極是陽極，A是陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，B項正確；放電時，B電極是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Li1x CoO2xLixe=LiCoO2，C項正確；根據(jù)電池反應(yīng)式知，充電時鋰離子進入石墨中，D項錯誤。5用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將所得的Na2SO3溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H2SO4，其原理如圖所示(電極材料為石墨)，下列說法不正確的是()A圖中a極要連接電源的負極BC口流出的物質(zhì)是硫酸CSO放電的電極反應(yīng)式為SO2eH2O=SO2HDB口附近的堿性減弱解析：選D根據(jù)Na、SO的移向判斷陰、陽極。Na移向陰極區(qū)，a極應(yīng)接電源負極，b極應(yīng)接電源正極，其電極反應(yīng)式分別為陽極：SO2eH2O=SO2H陰極：2H2O2e=H22OH所以從C口流出的是H2SO4，在陰極區(qū)，由于H放電，破壞水的電離平衡，c(H)減小，c(OH)增大，生成NaOH，堿性增強，從B口流出的是濃度較大的NaOH溶液。6.納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注。采用離子交換膜控制電解液中OH的濃度制備納米級Cu2O的裝置如圖所示，發(fā)生的反應(yīng)為2CuH2OCu2OH2。下列說法正確的是()A鈦電極發(fā)生氧化反應(yīng)B陽極附近溶液的pH逐漸增大C離子交換膜應(yīng)采用陽離子交換膜D陽極反應(yīng)為2Cu2OH2e=Cu2OH2O解析：選D鈦電極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，A項錯誤；銅作陽極，陽極上銅發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，陽極反應(yīng)為2Cu2OH2e=Cu2OH2O，OH由陰極區(qū)遷移到陽極區(qū)參與反應(yīng)，離子交換膜應(yīng)為陰離子交換膜，C項錯誤、D項正確；由陰極區(qū)遷移過來的OH在陽極全部參與反應(yīng)，陽極附近溶液的pH不變，B項錯誤。7用電解法可提純含有某種含氧酸根雜質(zhì)的粗KOH溶液，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)說法錯誤的是()A陽極反應(yīng)式為4OH4e=2H2OO2B通電后陰極區(qū)溶液pH會增大CK通過交換膜從陰極區(qū)移向陽極區(qū)D純凈的KOH溶液從b口導(dǎo)出解析：選CA項，陽極OH放電，正確；B項，陰極電極反應(yīng)式為2H2e=H2，故c(OH)增大，pH增大，正確；C項，電解時陽離子移向陰極，錯誤；D項，陽極區(qū)的K透過陽離子交換膜移向陰極區(qū)，與陰極區(qū)的OH結(jié)合成KOH，正確。8NaBH4燃料電池具有電壓高、能量密度大等優(yōu)點。以該燃料電池為電源電解精煉銅的裝置如圖所示。下列說法不正確的是()A離子交換膜應(yīng)為陽離子交換膜，Na由左極室向右極室遷移B該燃料電池的負極反應(yīng)式為BH8OH8e=BO6H2OC電解池中的電解質(zhì)溶液可以選擇 CuSO4溶液D每消耗2.24 L O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，A電極的質(zhì)量減輕12.8 g解析：選D通入O2發(fā)生反應(yīng)O24e2H2O=4OH，通入O2的一極為正極。Na通過交換膜進入右邊得到濃NaOH溶液，故離子交換膜允許Na通過，是陽離子交換膜，選項A正確；根據(jù)圖示，負極BH轉(zhuǎn)化為 BO，反應(yīng)式為BH8OH8e=BO6H2O，選項B正確；該電解池用于電解精煉銅，電解質(zhì)溶液可以選擇CuSO4溶液，選項C正確；A極連接原電池的正極，作陽極，每消耗2.24 L O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，轉(zhuǎn)移電子 0.4 mol，但陽極上(A極)為粗銅，不只有Cu參與放電，還有比Cu 活潑的金屬放電，故減少質(zhì)量不一定為 12.8 g，選項D不正確。9.如圖所示為酸性介質(zhì)中，金屬銅與氫疊氮酸(HN3) 構(gòu)成的原電池，總反應(yīng)方程式為2Cu2ClHN33H=2CuCl(s)N2NH。下列敘述錯誤的是()A離子交換膜為陽離子交換膜B若將鹽酸換成NaCl，電池的運行效率將會下降C負極的電極反應(yīng)式為Cue=CuD當(dāng)外電路中流過0.1 mol電子時，交換膜左側(cè)離子減少0.2 mol解析：選C根據(jù)總反應(yīng)方程式，Cu元素的化合價由0價升至1價，Cu發(fā)生氧化反應(yīng)，Cu為負極，石墨為正極，負極電極反應(yīng)式為CueCl=CuCl(s)，正極電極反應(yīng)式為HN32e3H=NHN2。根據(jù)電極反應(yīng)式和平衡電荷，離子交換膜將負極室的H遷移到正極室，離子交換膜為陽離子交換膜，A項正確，C項錯誤；若將鹽酸換成NaCl，NaCl溶液呈中性，則正極HN3還原成NH3，電池的運行效率會下降，B項正確；當(dāng)電路中流過0.1 mol電子時，左側(cè)電極反應(yīng)式為CueCl=CuCl(s)，該電極反應(yīng)消耗0.1 mol Cl，為了平衡電荷，有0.1 mol H遷移到右側(cè)，交換膜左側(cè)離子減少0.2 mol，D項正確。10.(2019濰坊模擬)海水中含有大量Na、Cl及少量Ca2、Mg2、SO，用電滲析法對該海水樣品進行淡化處理，如圖所示。下列說法正確的是()Ab膜是陽離子交換膜BA極室產(chǎn)生氣泡并伴有少量沉淀生成C淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小為pHA<pHB<pHCDB極室產(chǎn)生的氣體可使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍解析：選A因為陰極是陽離子反應(yīng)，所以b膜為陽離子交換膜，選項A正確；A極室Cl在陽極失電子產(chǎn)生氯氣，但不產(chǎn)生沉淀，選項B錯誤；淡化工作完成后，A室Cl失電子產(chǎn)生氯氣，部分溶于水溶液呈酸性，B室H得電子產(chǎn)生氫氣，OH濃度增大，溶液呈堿性，C室溶液呈中性，pH大小為pHA<pHC<pHB，選項C錯誤；B極室H得電子產(chǎn)生氫氣，不能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍，選項D錯誤。11.用電解法可提純含有某種鉀的含氧酸鹽雜質(zhì)(如硫酸鉀、碳酸鉀等)的粗KOH溶液，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A電極N為陽極，電極M上H發(fā)生還原反應(yīng)B電極M的電極反應(yīng)式為4OH4e=2H2OO2Cd處流進粗KOH溶液，e處流出純KOH溶液Db處每產(chǎn)生11.2 L氣體，必有1 mol K穿過陽離子交換膜解析：選B根據(jù)圖示，K移向電極N，所以N是陰極，M極是陽極，OH發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，電極反應(yīng)式為4OH4e=2H2OO2，故A錯誤、B正確；c處流進粗KOH溶液，f處流出純KOH溶液，故C錯誤；N極是陰極，H發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，非標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2 L氫氣的物質(zhì)的量不一定是0.5 mol，故D錯誤。12(2019青島質(zhì)檢)如圖是一種正投入生產(chǎn)的大型蓄電系統(tǒng)。放電前，被膜隔開的電解質(zhì)為Na2S2和NaBr3，放電后分別變?yōu)镹a2S4和NaBr。下列敘述正確的是()A放電時，負極反應(yīng)為3NaBr2e=NaBr32NaB充電時，陽極反應(yīng)為2Na2S22e=Na2S42NaC放電時，Na經(jīng)過離子交換膜由b池移向a池D用該電池電解飽和食鹽水，產(chǎn)生2.24 L H2時，b池生成17.40 g Na2S4解析：選C放電時，負極上Na2S2被氧化生成Na2S4，電極反應(yīng)式為2Na2S22e=Na2S42Na，A錯誤；充電時，陽極上NaBr失電子被氧化生成NaBr3，電極反應(yīng)式為3NaBr2e=NaBr32Na，B錯誤；放電時，陽離子向正極移動，故Na經(jīng)過離子交換膜，由b池移向a池，C正確；題目未指明2.24 L H2是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況下，無法計算b池中生成Na2S4的質(zhì)量，D錯誤。13電解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的裝置如圖所示。下列說法中不正確的是()A陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A是H2B溶液中Na由陽極室向陰極室遷移C陽極OH放電，H濃度增大，CO轉(zhuǎn)化為HCOD物質(zhì)B是NaCl，其作用是增強溶液導(dǎo)電性解析：選D陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O2e=2OHH2，則陰極上產(chǎn)生的物質(zhì)A是H2，A正確；電解池中陽離子向陰極移動，則Na由陽極室向陰極室遷移，B正確；由圖可知，陽極上產(chǎn)生O2，則陽極反應(yīng)式為2H2O4e=4HO2，溶液中c(H)增大，CO轉(zhuǎn)化為HCO，C正確；由圖可知，陰極區(qū)得到NaOH溶液，為不引入雜質(zhì)，物質(zhì)B應(yīng)為NaOH，其作用是增強溶液的導(dǎo)電性，D錯誤。14離子交換膜在物質(zhì)制備和環(huán)境治理中有重要的作用。 (1)某同學(xué)模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。該電解槽的陽極反應(yīng)式為_。此時通過陰離子交換膜的離子數(shù)_ (填“大于”“小于”或“等于”)通過陽離子交換膜的離子數(shù)。制得的氫氧化鉀溶液從出口_(填“A”“B”“C”或“D”)導(dǎo)出。(2)在環(huán)境治理中，可以用如圖所示裝置吸收SO2的同時，用陰極排出的溶液吸收NO2(電極均為惰性電極)。a極為_(填“陰”或“陽”)極，b極的電極反應(yīng)式為_，結(jié)合電極反應(yīng)式簡述該裝置能吸收SO2的原理：_。(3)用電解法處理含氮氧化物(NOx)廢氣，可回收硝酸，裝置如圖所示：若用NO2氣體進行模擬電解法吸收實驗，寫出NO2發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式_。若有標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L NO被吸收，通過陽離子交換膜的H為_mol。解析：(1)電解時，陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中OH的放電能力大于SO的放電能力，所以陽極上OH失去電子生成水和氧氣：4OH4e=2H2OO2；陽極OH放電，因此SO向陽極移動，陰極氫離子放電，因此鈉離子向陰極移動，所以通過相同電量時，通過陰離子交換膜的離子數(shù)小于通過陽離子交換膜的離子數(shù)。氫氧化鉀在陰極生成，所以在D口導(dǎo)出。 (2)因陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，則陽極上發(fā)生的是二氧化硫被氧化為SO的反應(yīng)，所以a為陽極，陽極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為SO22e2H2O=4HSO，b為陰極，在陰極上，HSO得電子生成S2O，電極反應(yīng)式為2HSO2e2H=S2O2H2O。(3)根據(jù)圖知，電解時，左室電極上產(chǎn)生H2，則左邊電極為水電離出的H放電，左室為陰極室，右室為陽極室。該裝置可以回收硝酸，陽極上通入的是NOx，則陽極上NOx失電子生成硝酸；NO2放電的電極反應(yīng)為NO2eH2O=NO2H。標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L NO為0.1 mol NO，NO放電的陽極反應(yīng)式為NO3e2H2O=NO4H，有0.4 mol H、0.1 mol NO生成，根據(jù)溶液呈電中性原則，應(yīng)有0.3 mol H通過陽離子交換膜進入陰極室。答案：(1)4OH4e=2H2OO2小于D(2)陽2HSO2e2H=S2O2H2OSO2在a極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式：SO22e2H2O=4HSO，H通過陽離子交換膜進入b極室(3)NO2eH2O=NO2H 0.315亞氯酸鈉(NaClO2)是一種強氧化性漂白劑，廣泛用于紡織、印染和食品工業(yè)。它在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在。某同學(xué)查閱資料后設(shè)計生產(chǎn)NaClO2的主要流程如圖。(1)中發(fā)生反應(yīng)的還原劑是_(填化學(xué)式)。(2)中反應(yīng)的離子方程式是_。(3)中離子隔膜電解池的裝置如圖。A的化學(xué)式是_，A在_口產(chǎn)生。 m為_(填“陰”或“陽”)離子交換膜。結(jié)合化學(xué)用語和文字說明解釋NaOH產(chǎn)生的原因：_。(4)目前已開發(fā)出用電解法制取ClO2的新工藝。圖中用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2。則陽極產(chǎn)生ClO2的電極反應(yīng)式為_。電解一段時間，當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，停止電解。通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為_mol。解析：(1)由圖得到中將亞硫酸鈉轉(zhuǎn)化為硫酸鈉，S的化合價由4升高為6，所以還原劑為Na2SO3。(2)中進入的ClO2轉(zhuǎn)化為NaClO2，化合價降低，所以是H2O2中的O化合價升高生成O2，方程式為2ClO2H2O22OH=2ClOO22H2O。(3)中離子隔膜電解池，中間加入硫酸鈉溶液，其中陰離子SO向陽極移動，所以m是陽離子交換膜。陽極發(fā)生的反應(yīng)為2H2O4e=O24H，氫離子濃度增加，結(jié)合穿過m的SO得到硫酸，即x為氧氣，e為硫酸，加入的g為稀硫酸(主要是為了使溶液導(dǎo)電)。對應(yīng)的n為陽離子交換膜，以保證鈉離子能向陰極移動，陰極反應(yīng)為2H2O2e=H22OH，生成的OH結(jié)合Na得到氫氧化鈉，所以y為氫氣，z為氫氧化鈉溶液，加入的f為稀氫氧化鈉(主要為了使溶液導(dǎo)電)。(4)陽極Cl失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成ClO2，電極反應(yīng)是Cl5e2H2O=ClO24H。水電離產(chǎn)生的H在陰極上放電產(chǎn)生氫氣，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n2n(H2)2(0.112 L22.4 Lmol1)0.01 mol，溶液中陽離子全是1價離子，根據(jù)電荷守恒，通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.01 mol。答案：(1)Na2SO3(2)2ClO2H2O22OH=2ClOO22H2O(3)H2SO4e陰陰極反應(yīng)為2H2O2e=H22OH，反應(yīng)室中的Na透過陽離子交換膜進入陰極室，和陰極區(qū)產(chǎn)生的OH生成NaOH(4)Cl5e2H2O=ClO24H0.01