增分微练(七) 新型化学电源 离子交换膜的应用
选择题:每小题只有一个选项符合题意
1.一种微生物燃料电池如图所示,下列关于该电池的说法正确的是( )
A.a电极是该电池的正极
B.电池工作时,电流由a电极沿导线流向b电极
C.b电极上发生还原反应
D.H+由右室通过质子交换膜进入左室
2.中国科学院研发了一种新型钾电池,有望成为锂电池的替代品。该电池的电解质为CF3SO3K溶液,其简要组成如图所示。电池放电时的总反应为2KC14H10+xMnFe(CN)62K1-xC14H10+xK2MnFe(CN)6。下列说法正确的是( )
A.放电时,电子从电极A经过CF3SO3K溶液流向电极B
B.充电时,电极A质量增加,电极B质量减少
C.放电时,CF3SO3K溶液的浓度变大
D.充电时,阳极反应为K2MnFe(CN)6-2e-2K++MnFe(CN)6
3.海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是( )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
4.我国科研团队成功研究出高比能量、低成本的钠离子二次电池,其工作原理如图所示。已知电池反应为Na1-xMnO2+NaxCnNaMnO2+nC。下列说法错误的是( )
A.电池放电过程中,NaMnO2/Al上的电势高于石墨烯/Al上的电势
B.电池放电时,正极发生反应:Na1-xMnO2+xNa++xe-NaMnO2
C.电池充电时,外接电源的负极连接NaMnO2/Al电极
D.电池充电时,Na+由NaMnO2/Al电极移向石墨烯/Al电极
5.(2025·沧州模拟)由辛二腈[CN(CH2)6CN]制备巴豆腈(2 丁烯腈,即CH3CHCHCN,非气态)的原理如图所示,下列说法正确的是( )
已知:电流效率=×100%。
A.催化电极a与电源负极相连,电势:催化电极a<催化电极b
B.电子移动方向:催化电极a→电源→催化电极b→阴离子交换膜→催化电极a
C.催化电极b上发生反应:2HC+2e-H2↑+2C
D.若催化电极b上生成7 mol气体时,催化电极a生成15 mol气体,则电流效率约为93%
6.某科学家发现了一种高效、清洁、选择性地将乙烯转化为环氧乙烷()的电解装置,如图所示。
已知:+OH-+Cl-+H2O。
下列说法正确的是( )
A.物质Z是
B.工作时,X极附近溶液的pH增大
C.Y极为阴极,离子交换膜应为阳离子交换膜
D.制备的总反应式为C2H4+H2O+H2↑
7.科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图所示)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( )
A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2,理论上电极a质量增加23 g
8.我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是( )
A.b电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
9.(2025·绵阳模拟)以锂硫电池(电池的总反应为2Li+xSLi2Sx)为电源,电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥的原理如图(不考虑其他杂质离子的反应)。下列说法正确的是( )
A.a为锂硫电池的负极
B.电解池中膜2是阳离子交换膜
C.锂硫电池每消耗2.8 g锂,理论上M室产生1.12 L气体(标准状况)
D.电解一段时间后,原料室中溶液的pH会下降
增分微练(七) 新型化学电源 离子交换膜的应用
1.C 解析 a电极上苯酚转化为CO2,C元素的化合价升高,发生氧化反应,故a电极是该电池的负极,A项错误;a电极为负极,b电极为正极,则电池工作时,电流由b电极沿导线流向a电极,B项错误;b电极上N转化为N2,N元素化合价降低,发生还原反应,C项正确;阳离子向原电池正极移动,b电极为正极,故H+由左室通过质子交换膜进入右室,D项错误。
2.D 解析 放电时,KC14H10失电子为负极,负极(B极)反应式为2KC14H10-2xe-===2K1-xC14H10+2xK+,MnFe(CN)6得到电子为正极,正极(A极)反应式为xMnFe(CN)6+2xK++2xe-===xK2MnFe(CN)6,充电时,正极与外接电源的正极相连为阳极,负极与外接电源负极相连为阴极。放电时电子不可能经过电解质溶液,A项错误;充电时总反应为2K1-xC14H10+xK2MnFe(CN)6===2KC14H10+xMnFe(CN)6,则电极A的质量减少,电极B的质量增加,B项错误;该电池的电解质为CF3SO3K溶液,放电时,CF3SO3K溶液不参与电极反应,所以CF3SO3K溶液的浓度不发生变化,C项错误;充电时,阳极上K2MnFe(CN)6失电子,电极反应式为K2MnFe(CN)6-2e-===2K++MnFe(CN)6,D项正确。
3.B 解析 锂-海水电池的总反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑,M极上Li失去电子发生氧化反应,则M电极为负极,电极反应为Li-e-===Li+,N极为正极,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,同时O2也可以在N极得电子。海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作为电解质溶液,A项正确;N为正极,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑和O2+4e-+2H2O===4OH-,B项错误;Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应,并能传导离子,C项正确;该电池不可充电,属于一次电池,D项正确。
4.C 解析 该电池中,石墨烯/Al为负极,NaMnO2/Al为正极,则NaMnO2/Al上的电势高于石墨烯/Al上的电势,A项正确;NaMnO2/Al为正极,正极上Na1-xMnO2发生得电子的还原反应生成NaMnO2,电极反应为Na1-xMnO2+xNa++xe-===NaMnO2,B项正确;该电池中,石墨烯/Al为负极,NaMnO2/Al为正极,充电时石墨烯/Al接电源负极,NaMnO2/Al接电源正极,C项错误;充电时为电解池,石墨烯/Al为阴极,NaMnO2/Al为阳极,Na+由NaMnO2/Al电极移向石墨烯/Al电极,D项正确。
5.C 解析 电解池中催化电极a为阳极,发生反应CN(CH2)6CN-2e-+2HC===2CH3CH==CHCN+2CO2↑+2H2O;催化电极b为阴极,发生反应2HC+2e-===H2↑+2C。根据分析,催化电极a为阳极,与电源正极相连,则电势:催化电极a>催化电极b,A项错误;电子不经过内电路,因此电子移动方向为催化电极a→电源→催化电极b,B项错误;催化电极b为阴极,发生反应2HC+2e-===H2↑+2C,C项正确;由2HC+2e-===H2↑+2C可知,催化电极b上生成7 mol气体时,电解池转移电子的物质的量为14 mol。催化电极a上发生主反应CN(CH2)6CN-2e-+2HC===2CH3CH==CHCN+2CO2↑+2H2O(反应中2 mol e-对应2 mol气体),催化电极a上发生副反应4HC-4e-===O2↑+4CO2↑+2H2O(副反应中4 mol e-对应5 mol气体),设主、副反应生成的气体分别为x mol、y mol,则x+y=15 ①,x+y=14 ②,解方程组可知x=10,y=5,因此,电流效率=≈71%,D项错误。
6.D 解析 由已知信息可知,Z为,A项错误;由题图可知X极附近酸性增强,B项错误;由题图可知X为阳极,Y为阴极,由于反应需要OH-,故离子交换膜应为阴离子交换膜,允许OH-与反应得到,C项错误;制备的总反应式为C2H4+H2O+H2↑,D项正确。
7.C 解析 由充电时电极a的反应可知,充电时电极a上发生还原反应,所以电极a是阴极,则电极b是阳极,A项错误;放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-===NaTi2(PO4)3+2Na+,正极反应为Cl2+2e-===2Cl-,反应后Na+和Cl-的浓度都增大,则放电时NaCl溶液的浓度增大,因NaCl溶液显中性,pH不变,B项错误,C项正确;充电时阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-===Na3Ti2(PO4)3,由得失电子守恒可知,每生成1 mol Cl2,理论上电极a质量增加23 g·mol-1×2 mol=46 g,D项错误。
8.D 解析 由题图可知,该装置为电解水制取氢气的装置,a电极与电源正极相连,为电解池的阳极,b电极与电源负极相连,为电解池的阴极,阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阳极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O,电池总反应为2H2O2H2↑+O2↑。b电极为阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A项正确;该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变,阳极发生的电极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O,为保持OH-浓度不变,则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室,即离子交换膜应为阴离子交换摸,B项正确;电解时电解槽中不断有水被消耗,海水中的动能高的水可穿过PTFE膜,为电解池补水,C项正确;由电池总反应可知,每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O,电解生成H2的速率为x mol·h-1,则补水的速率也应是x mol·h-1,D项错误。
9.B 解析 电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥,由题图可知,左侧石墨为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,硫酸根离子透过膜1向左侧迁移,右侧石墨为阴极,电极反应式为2H++2e-H2↑,铵根离子透过膜2向右侧迁移,a极为正极,b极为负极,电极反应式为Li-e-Li+,据此作答。左侧石墨为阳极,故a极为正极,A项错误;硫酸根离子透过膜1向左侧迁移,故膜1为阴离子交换膜,铵根离子透过膜2向右侧迁移,故膜2为阳离子交换膜,B项正确;b极为负极,电极反应式为Li-e-Li+,锂硫电池每消耗2.8 g即0.4 mol锂,转移电子0.4 mol,阳极(M室)生成0.1 mol氧气,标准状况下体积为2.24 L,C项错误;电解一段时间后,原料室中硫酸铵浓度减小,溶液中氢离子浓度减小,溶液pH增大,D项错误。(共27张PPT)
增分微练(七)
新型化学电源 离子交换膜的应用
选择题：每小题只有一个选项符合题意
1.一种微生物燃料电池如图所示，下
列关于该电池的说法正确的是( )
A.a电极是该电池的正极
B.电池工作时，电流由a电极沿导线
流向b电极
C.b电极上发生还原反应
D.H+由右室通过质子交换膜进入左室
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a电极上苯酚转化为CO2，C元素的化合价升高，发生氧化反应，故a电极是该电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正 极，则电池工作时，电流由b电极沿导线流向a电极，B项错误； b电极上N转化为N2，N元素化合价降低，发生还原反应，C项正确；阳离子向原电池正极移动，b电极为正极，故H+由左室通过质子交换膜进入右室，D项错误。
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2.中国科学院研发了一种新型钾电池，有望成为锂电池的替代品。该电池的电解质为CF3SO3K溶液，其简要组成如图所示。电池放电时的总反应为2KC14H10+xMnFe(CN)6===2K1-xC14H10+xK2MnFe(CN)6。下列说法正确的是( )
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A.放电时，电子从电极A经过CF3SO3K溶液流向电极B
B.充电时，电极A质量增加，电极B质量减少
C.放电时，CF3SO3K溶液的浓度变大
D.充电时，阳极反应为K2MnFe(CN)6-2e-===2K++MnFe(CN)6
放电时，KC14H10失电子为负极，负极(B极)反应式为2KC14H10-2xe-===2K1-xC14H10+2xK+，MnFe(CN)6得到电子为正极，正极(A极)反应式为xMnFe(CN)6+2xK++2xe-===xK2MnFe(CN)6，充电时，正极与
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外接电源的正极相连为阳极，负极与外接电源负极相连为阴极。放电时电子不可能经过电解质溶液，A项错误；充电时总反应为2K1-xC14H10+xK2MnFe(CN)6===2KC14H10+xMnFe(CN)6，则电极A的质量减少，电极B的质量增加，B项错误；该电池的电解质为CF3SO3K溶液，放电时，CF3SO3K溶液不参与电极反应，所以CF3SO3K溶液的浓度不发生变化，C项错误；充电时，阳极上K2MnFe(CN)6失电子，电极反应式为K2MnFe(CN)6-2e-===2K++ MnFe(CN)6，D项正确。
解析
3.海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是( )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应：2H2O+2e-===2OH-+
H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
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锂-海水电池的总反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-===Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑，同时O2也可以在N极得电子。海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作为电解质溶液,A项正确;N为正极，电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑和O2+4e-+2H2O===4OH-，B项错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，C项正确；该电池不可充电，属于一次电池，D项正确。
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A.电池放电过程中，NaMnO2/Al上的电势高于石墨烯/Al上的电势
B.电池放电时，正极发生反应：Na1-xMnO2+xNa++xe-===NaMnO2
C.电池充电时，外接电源的负极连接NaMnO2/Al电极
D.电池充电时，Na+由NaMnO2/Al电极移向石墨烯/Al电极
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该电池中，石墨烯/Al为负极，NaMnO2/Al为正极，则NaMnO2/Al上的电势高于石墨烯/Al上的电势，A项正确；NaMnO2/Al为正 极，正极上Na1-xMnO2发生得电子的还原反应生成NaMnO2，电极反应为Na1-xMnO2+xNa++xe-===NaMnO2，B项正确；该电池中，石墨烯/Al为负极，NaMnO2/Al为正极，充电时石墨烯/Al接电源负极，NaMnO2/Al接电源正极，C项错误；充电时为电解池，石墨烯/Al为阴极，NaMnO2/Al为阳极，Na+由NaMnO2/Al电极移向石墨烯/Al电极，D项正确。
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5.(2025·沧州模拟)由辛二腈[CN(CH2)6CN]制备巴豆腈(2-丁烯腈，即CH3CH==CHCN，非气态)的原理如图所示，下列说法正确的是( )
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A.催化电极a与电源负极相连，电势：催化电极a<催化电极b
B.电子移动方向：催化电极a→电源→催化电极b→阴离子交换膜→催化电极a
C.催化电极b上发生反应：2HC+2e-===H2↑+2C
D.若催化电极b上生成7 mol气体时，催化电极a生成15 mol气体，则电流效率约为93%
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电解池中催化电极a为阳极，发生反应CN(CH2)6CN-2e-+2HC ===2CH3CH==CHCN+2CO2↑+2H2O；催化电极b为阴极，发生反应2HC+2e-===H2↑+2C。根据分析，催化电极a为阳极，与电源正极相连，则电势：催化电极a>催化电极b，A项错误；电子不经过内电路，因此电子移动方向为催化电极a→电源→催化电极b，B项错误；催化电极b为阴极，发生反应2HC+2e-===H2↑+ 2C，C项正确；由2HC+2e-===H2↑+2C可知，催化电极b
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7.科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图所示)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-===Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是( )
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A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2，理论上电极a质量增加23 g
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由充电时电极a的反应可知，充电时电极a上发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，A项错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-===NaTi2(PO4)3+2Na+,正极反应为Cl2+2e-===2Cl-,反应后Na+和Cl-的浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，因NaCl溶液显中性，pH不变，B项错误，C项正确；充电时阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-=== Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 mol Cl2，理论上电极a质量增加23 g·mol-1×2 mol=46 g，D项错误。
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8.我国科学家设计如图所示的电解池,实
现了海水直接制备氢气技术的绿色化。
该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶
液的浓度不变，电解生成氢气的速率
为x mol·h-1。下列说法错误的是( )
A.b电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D.海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1
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离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，B项正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，C项正确；由电池总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，电解生成H2的速率为x mol·h-1，则补水的速率也应是x mol·h-1，D项错误。
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9.(2025·绵阳模拟)以锂硫电池(电池的总反应为2Li+xS===Li2Sx)为电源，电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥的原理如图(不考虑其他杂质离子的反应)。下列说法正确的是( )
A.a为锂硫电池的负极
B.电解池中膜2是阳离子交换膜
C.锂硫电池每消耗2.8 g锂，理论上M室产
生1.12 L气体(标准状况)
D.电解一段时间后，原料室中溶液的pH
会下降
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电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥，由题图可知，左侧石墨为阳极，电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+，硫酸根离子透过膜1向左侧迁移，右侧石墨为阴极，电极反应式为2H++2e-===H2↑，铵根离子透过膜2向右侧迁移，a极为正极，b极为负极，电极反应式为Li-e-===Li+，据此作答。左侧石墨为阳极，故a极为正极， A项错误；硫酸根离子透过膜1向左侧迁移，故膜1为阴离子交换膜，铵根离子透过膜2向右侧迁移，故膜2为阳离子交换膜，B项
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正确；b极为负极，电极反应式为Li-e-===Li+，锂硫电池每消耗2.8 g即0.4 mol锂，转移电子0.4 mol，阳极(M室)生成0.1 mol氧气，标准状况下体积为2.24 L，C项错误；电解一段时间后，原料室中 硫酸铵浓度减小，溶液中氢离子浓度减小，溶液pH增大，D项错误。
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