第四章　提升课时9　电化学中的离子交换膜 练习（含答案）2025秋高中化学选择性必修一（人教版2019）

第四章　提升课时9　电化学中的离子交换膜
(每小题5分)
1.某改进后的锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(　　)
正极发生的反应为Zn2＋＋2e－===Zn
乙中的Cu2＋通过交换膜移向甲
每消耗1 mol Zn，电路中转移2个e－
该装置可以防止Zn直接与CuSO4反应
2.一种水性电解液Al－PbO2离子选择隔膜电池如图所示{ KOH溶液中，Al3＋以[Al(OH)4]－的形式存在}。电池放电时，下列叙述正确的是(　　)
27 g Al参与反应，有1 mol SO从室2向室1迁移
负极的电极反应式为2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－
一段时间后，室2溶液浓度一定会减小
电路上转移1 mol电子时，理论上PbO2电极质量净减32 g
3.如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是(　　)
a是电源的负极
通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色
随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(标准状况)
4.利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是(　　)
C膜可以为质子交换膜
阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
可用铁电极替换阴极的石墨电极
每转移2 mol e－，阳极室中c(Ca2＋)降低1 mol·L－1
5.Co是磁性合金的重要材料，也是维生素重要的组成元素。工业上可用如下装置制取单质Co并获得副产品盐酸(A、B均为离子交换膜)：
下列说法正确的是(　　)
若阴极析出5.9 g Co，则加入0.1 mol Co(OH)2可将溶液恢复至原状态
A为阴离子交换膜，B为阳离子交换膜
若产品室Δn(HCl)＝0.2 mol，则两电解室溶液的质量变化差为|Δm阴极室溶液|－|Δm阳极室溶液|＝11.2 g
电解结束后，阳极室溶液的pH值增大
6.二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一。在稀H2SO4中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示，下列说法错误的是(　　)
一段时间后，阴极区溶液质量会减少
离子交换膜为阳离子交换膜
Pt电极上的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
若阴极只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，则电路中转移电子的物质的量为1 mol
7.双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是(　　)
出口2的产物为HBr溶液
出口5的产物为硫酸溶液
Br－可从盐室最终进入阳极液中
阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
8.利用电解可回收利用工业废气中的CO2和SO2，从而实现变废为宝，工作原理如图。下列说法正确的是(　　)
装置②中a为电源的负极
交换膜可采用质子交换膜
通电一段时间后甲区域的pH增大
装置①中存在：c(Na＋)9.(7分)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O为原理设计电池(如图所示，a、b电极均为惰性电极)，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减小环境污染，又能充分利用化学资源。(阳离子交换膜只允许阳离子通过)
(1)(1分)电池工作时，电解质溶液中的K＋穿过阳离子交换膜向________(填“a”或“b”)电极移动。
(2)(2分)b电极上的电极反应式为________________________________
____________________________________________________________。
(3)(1分)电池工作一段时间后，左侧工作室溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)(3分)电池工作时，每转移0.2 mol电子，此时右侧工作室溶液的质量将________(1分)(填“增大”或“减小”)________(2分) g。
10.(8分)Li－SO2Cl2电池可作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应方程式为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。
回答下列问题：
(1)(3分)Li电极是________(1分)(填“正极”或“负极”)，C电极上的电极反应为___________________________________________________________________
___________________________________________________________(2分)。
(2)(2分)Li电极与________(填“镍”或“不锈钢”)相连，膜c为________交换膜(填“阳离子”或“阴离子”)。
(3)(1分)电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)(2分)理论上产品室每获得283.5 g的Ni(H2PO2)2，Li电极的质量减少________ g。
提升课时9　电化学中的离子交换膜
1.D　[铜极为正极，铜离子得到电子发生还原反应生成铜Cu2＋＋2e－===Cu，A错误；原电池中阳离子向正极移动，故甲中的Zn2＋通过交换膜移向乙，B错误；锌较活泼，失去电子发生氧化反应Zn－2e－===Zn2＋，则每消耗1 mol Zn，电路中转移2NA e－，C错误；该装置通过阳离子交换膜可以防止Zn直接与CuSO4反应，D正确。]
2.B　[铝活动性较强，失去电子发生氧化反应为负极，负极反应为2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－；氧化铅电极得到电子发生还原反应为正极，正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O；则放电过程中室1的钾离子向室2迁移、室3的硫酸根离子向室2迁移；27 g Al(为1 mol)参与反应，室1的钾离子向室2迁移，A错误；一段时间后，室2溶液浓度会变大，C错误；正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，电路上转移1 mol电子时，理论上消耗0.5 mol PbO2、同时生成0.5 mol PbSO4，电极质量增加32 g，D错误。]
3.C　[根据题图，结合题意知，石墨电极Ⅱ上H2O发生氧化反应产生O2，故石墨电极Ⅱ是阳极，则b是电源的正极、a是电源的负极，A项正确；石墨电极Ⅱ上H2O放电产生O2和H＋：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，通电一段时间后，石墨电极Ⅱ附近溶液显酸性，能使石蕊显红色，B项正确；电解时，Cu2＋在石墨电极Ⅰ上放电生成Cu，左室中Cl－通过阴离子交换膜进入中间室，故CuCl2溶液的浓度减小，C项错误；由Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和阳极反应式可得Fe2O3～O2，故产生O2的体积是×0.01 mol×22.4 L·mol－1×103 mL·L－1＝336 mL，D项正确。]
4.C　[通过图示分析C膜只能是阳离子交换膜，A项错误；阴极室的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项错误；阴极电极不参与反应，故可用铁电极替换阴极的石墨电极，C项正确；未给出溶液体积，无法计算浓度，D项错误。]
5.C　[与电源正极相连的石墨电极为阳极，溶液中水发生氧化反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成的H＋穿过A膜进入HCl(aq)产品室，阴极上Co2＋发生还原反应Co2＋＋2e－===Co，溶液中Cl－穿过B膜进入HCl(aq)产品室，电解过程总反应为2Co2＋＋2H2O4H＋＋Co＋O2↑。由总反应2Co2＋＋2H2O4H＋＋Co＋O2↑可知电解过程溶液中H元素质量不变，因此电解质复原不能加入Co(OH)2，A错误；由上述分析可知，A膜为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，B错误；若产品室Δn(HCl)＝0.2 mol，则阳极消耗0.1 mol H2O，阳极溶液质量减少0.1 mol×18 g/mol＝1.8 g，阴极消耗0.1 mol CoCl2，阴极溶液质量减少0.1 mol×130 g/mol＝13 g，因此两电解室溶液的质量变化差为|Δm阴极室溶液|－|Δm阳极室溶液|＝13 g－1.8 g＝11.2 g，C正确；电解结束后，阳极室中溶剂水减少，硫酸浓度增大，溶液的pH将减小，D错误。]
6.A　[进入阴极区的二氧化碳和氢离子的质量大于生成的CO、CH4、C2H4的总质量，阴极区溶液质量会增加，A错误；由电荷守恒可知，氢离子由左侧向右侧迁移，故离子交换膜为阳离子交换膜，B正确；Pt电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正确；二氧化碳生成CO和HCOOH时，碳元素均由＋4价降低为＋2价，阴极只生成0.15 mol CO和0.35 mol HCOOH，则电路中转移电子的物质的量为(0.15 mol＋0.35 mol)×2＝1 mol，D正确。]
7.D　[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Na＋向阴极移动，与双极膜提供的氢氧根离子结合，故出口2的产物为NaOH溶液，A错误；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Br－向阳极移动，与双极膜提供的氢离子结合，故出口4的产物为HBr溶液，钠离子不能通过双极膜，故出口5不是硫酸，B错误；结合选项B，Br－不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；电解池阴极处，发生的反应是物质得到电子被还原，发生还原反应，水解离成H＋和OH－，则在阴极处发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，D正确。]
8.B　[含二氧化硫和二氧化碳的废气通入碳酸氢钠溶液中，二氧化硫与碳酸氢钠溶液反应生成二氧化碳和亚硫酸钠，二氧化碳气体通入装置②的右室，CO2在电源右侧电极上反应生成HCOOH，则CO2得电子，右侧电极为阴极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH；碳酸氢钠和亚硫酸钠混合溶液通入装置②的左室，左侧电极上亚硫酸根离子失电子生成硫酸根离子，则左侧电极为阳极，电池总反应式为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO。由分析可知，装置②的左室为阳极，则a为电源的正极，A错误；B.由图可知，乙室中CO2转化为HCOOH，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，需要结合H＋，则交换膜可采用质子交换膜，B正确；装置②的甲室为阳极室，SO转化SO，电极方程式为H2O＋SO－2e－===SO＋2H＋，甲室H＋浓度增大，pH减小，C错误；装置①中溶液为碱性的，则c(H＋)c(HCO)＋2c(SO)，D错误。]
9.(1)b　(2)4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－　(3)变小
(4)增大　9.4
解析　(1)根据方程式分析氨气中氮化合价升高，失去电子，作负极，则a为负极，b为正极，电池工作时，根据原电池“同性相吸”，则电解质溶液中的K＋穿过阳离子交换膜向b电极移动。(2)b电极是二氧化氮得到电子变为氮气，则电极反应式为4H2O＋2NO2＋8e－===N2＋8OH－。(3)电池工作一段时间后，a电极电极反应式为2NH3＋6e－＋6OH－===N2＋6H2O，则左侧工作室溶液的pH变小。(4)电池工作时，每转移0.2 mol电子，此时左侧有0.2 mol钾离子进入到右侧，0.05 mol二氧化氮消耗，生成0.025氮气，因此右侧工作室溶液的质量将增大0.2 mol×39 g·mol－1＋0.05 mol×46 g·mol－1－0.025 mol×28 g·mol－1＝9.4 g。
10.(1)负极　SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
(2)不锈钢　阳离子　(3)增大　(4)21
解析　图中图1电池为原电池，图2为电解池。在原电池中，Li电极为负极，C电极为正极；电解池中，因为要在产品室中获得Ni(H2PO2)2，所以镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极。Ni2＋透过膜a进入产品室，则膜a为阳离子交换膜；Ⅲ室中的H2PO透过膜b进入产品室，则膜b为阴离子交换膜；Ⅲ室中的Na＋透过膜c进入Ⅳ室，则膜c为阳离子交换膜。(1)Li电极是负极；C电极(正极)上，SOCl2获得电子生成SO2和Cl－，电极反应为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑。(2)因为镍电极为阳极，不锈钢电极为阴极，则Li电极与不锈钢相连，膜c为阳离子交换膜。(3)Ⅳ室中，H2O得电子生成H2和OH－，Na＋从Ⅲ室进入Ⅳ室，则电解一段时间后，Ⅳ室中氢氧化钠溶液浓度将增大。(4)283.5 g Ni(H2PO2)2的物质的量为＝1.5 mol，则线路中转移电子3 mol，Li电极上失电子的Li为3 mol，质量减少3 mol×7 g/mol＝21 g。