专题1 专题提优3 隔膜技术在电化学中的应用-【学霸题中题】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修第一册(苏教版2019)

专题提优3隔膜技术在电化学中的应用 1.电解尿素[CO(NH,)2]的碱性溶液可以制取 D.电解时b电极上发生的电极反应为 氢气，其装置如图所示（电解池中膜仅阻止 2CuFeS2 2e 6H*Cu,S 2Fe2* 气体通过，阴、阳极均为惰性电极)。下列有 3H,S 关说法中不正确的是 ( 3.(2023·浙江舟山高二期末)工业上常用电解 硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱溶液，装置 如图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。 尿素 测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比 K(H溶浚 约为1：2，以下说法不正确的是 隔膜 电深 A.电解过程中b极附近溶液碱性明显增强 气体甲 N,S0溶液 气体乙 产物a 产物丁 B.溶液中的OH逐渐向a极区附近移动 液戊 踪液己 C.若在b极产生标准状况下224mL氢气，则 斋子交换膜 消耗尿素2g A.a极与电源的正极相连 D.a极反应式为C0(NH2)2+8OH-6e B.溶液戊为稀硫酸 C05+N2↑+6H20 C.离子交换膜d为阴离子交换膜 2.辉铜矿（主要成分为Cu,S)可以用FeCl,溶液 D.b电极反应式为2H,0+2e一H2↑ 浸泡制备C,同时得到单质硫。Cu,S可由 +20H 黄铜矿（主要成分为CuFeS,)通过电化学反应 4.(2024·江苏苏州高二检测)某小组采用电渗 转变而成，其工作原理如图所示。 析法从含NH,HPO4和(NH4)2HPO,的废水 中回收NH3·H,0和HPO4,装置如图所示。 下列说法正确的是 HS+ Cu.S 光伏电池 质子交换膜 原补室 NH)HPO 下列有关电解CuFeS,制备Cu,S的说法不正 的废水 确的是 ( A.阴极区总反应式为2H,0+2NH+2e A.电极a应接直流电源的正极 =2NH·H,0+H2t B.电解时.H由a极区移向b极区 B.c处进入稀氨水，b处流出浓HPO,溶液 C.当外电路中通过2mole时，可得到 C.膜1为阴离子交换膜，膜2为阳离子交 1 mol Cu,S 换膜 选择性必修第一册·SJ学霸028 D.每放出11.2L(标准状况)H2时，能回收 02↑+4H 98 g HPO D.SO通过阴膜由原料室移向M室 5.(2024·江苏常州高二检测)氢能因其环境友 7.(2024·江苏南通高二检测)四室式电渗析法 好性被誉为“终极能源”。近日，科学家利用 制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c 电解原理将氨转化为高纯氢气，其装置如图 为阴、阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只 所示。下列说法错误的是 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 () NaOH(aq)IICl(ag) NaCliag)H.SO,(ag) K(I洛液 KOH溶液 浓入a(H长浓H(C A.b、c分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜 A.阳极的电极反应式为2NH1-6e+60H B.通电后Ⅲ室中的CI透过c迁移至阳极区 =N2+6H,0 C.I、Ⅱ、Ⅲ、V四室中的溶液的pH均升高 B.OH由a电极通过交换膜迁移向b电极 C.电解一段时间后，阴极区的pH不变 D.电池总反应为4NaCl+6H,0道电4NaOH+ D.当电路中转移1mol电子时，理论上可生 4HC1+2H2↑+02↑ 成高纯氢气11.2L(标准状况) 8.在电化学中，离子交换膜扮演了非常重要的 6.(2024·江苏苏州高二检测)已知：锂硫电池 角色，其中阴（阳）离子交换膜只允许阴（阳） 离子通过的特性，往往有很多新奇的应用。 的总反应为2Li+xS一Li,S,。以锂硫电池 为电源，通过电解含(NH,),SO,的废水制备 Na.SO 溶液 硫酸和化肥的示意图如图（不考虑其他杂质 离子的反应)。下列说法正确的是( 锂硫电池 m离子！n离子 H,0文挽膜E交换膜 H,0 石XT 膜 阳膜 石鉴Ⅱ (含少童HS0 (舍少量NaOH 用如图装置电解Na,SO,溶液。m、n分别 稀H1O 原林室 N宝 为 离子交换膜（填“阳”或 A.b为电源的正极 “阴”)。A、D口产品的化学式分别是： B.每消耗32g硫，理论上导线中一定通 D (H,0除外)，整个装 过2mole 置中的总反应方程式为 C.N室的电极反应式为2H,0-4e 专题1学霸029子得电子，A错误：根据电极反应式.阴极为2H,0+2一H2↑+ 装置B为电解池.电极（情性电极）为阳极，电极反应式为2H,0 20H,阳极：①CN-2e+20H=CN0+H,0,22C-2e 4e一4+02↑：电极c刚开始时铜离子放电，电极反应式为 C121,33C2+2CN0°+80H一N,+6C1°+2C0片+4H,0,①×2+ C++2cC,当铜离子消耗完之后，氢离子放电生成氧气，反 2×3+③得阳极总反应为2CN--10e+120H一N2↑+2C0片+ 应为2H+2e一H,↑，当外电路中通过0.04mdl电子时，若只生 6H,0,阴阳极得失电子数相等时，需消耗氢氧根离子，c(OH)减 成氧气，根据2H,0-4e一4日+02↑，生成气体0.010l02,标 小，B错误：根据反应：2CN”-10e+120H=N2↑+2C0片+ 准状况下体积为0.01ml×22.4L,mml1=0.224L<0.448L,所以还 6H,0.除去ImCN.外电路至少需转移5mml电子.C正确：根据 有氢气生成，标准状况下体积为0.224L,物质的量为 电极反应式，为了使电解池连续工作，需要补充氢氧化钠，若有氯 0.224L 气溢出，则需要补充氯化钠，D错误。 22.4L·mm -=0.01o.根据2H+2eH2↑，消耗电子 0.02l.根据电子守恒，发生反应Cu”+2一C:消耗电子为 12.(1)①2H'+2e=H2「22C-2=C2↑把湿润的碘化 0.04l-0.02o=0.02mol.则铜离子的物质的量为0.01mo.电解 钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝(2)①纯铜G2“+2e —Cu②粗铜Cu-2c=Cu2+(3)Zn2”+2e=Zm 前GuS0,溶液的物质的量浓度是O.01m =0.05ml·L1.- 0.2L. ZaCL,溶液ZnS0,溶液 解析：(1)①若X,Y都是指性电极，a是饱和NaC溶液，和电源的负 专题提优3隔膜技术在电化学中的应用 极相连的电极X极是阴极，该电极上氢离子发生得电子的还原反 1.C解析：该电池反应中，氮元素化合价由-3变为0，日元素化合价 应，即2H+2一H↑：②和电源的正极相连的电极Y极是阳 由+1价变为0价，则氮元素被氧化，氯元素被还原，所以生成氮气的 极，该电极上氯离子发生失电子的氧化反应，即2C-2知 电极a是阳极，生成氢气的电极b是阴极，发生的反应分别为阳极 CL,↑，氯气可用淀粉碘化钾试纸检验，可使试纸变蓝色，把湿润的 C0(NH2)2+80H-6一C0片+N21+6H0.阴极：6H,0+6e 碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝。(2)①电解方法精炼 一3H,↑+6OH。阴极b上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电 粗铜，电解池的X电极是阴极，材料是纯铜，电极反应式为C2+ 极反应式为2H,0+2e—H↑+20H,标准状况下224mLH,的 2eCu:2Y电极的材料是粗铜，电极反应式是Cu-2e一 物质的量为0.01m©l,转移电子0.02mol.a极为阳极，电极反应式为 C:+。(3)如利用该装置实现铁上镀锌，镀件铁是阴极，度层金属 C0(NH)3+80H-6=C0片+N2↑+6H0,清耗尿素0.2g,故 锌是阳极，电极X极即阴极上发生的反应为Zm2++2一亿m,电镀 C错误。 液是含有镀层金属阳离子的盐溶液.可以是Cl,溶液或是ZS0, 2C解析：由图可知.铜在a极发生氧化反应得到C,S,a为阳极，连 溶液 接电源的正极：CFS,得到电子发生还原反应，为阴极，连接电源的 第3关（练思维宽度） 负极。电极a应接直流电源的正极，A正确：电解时阳离子向阴极移 13.(1)B由A向BCH,0CH1-12e+3H20—2C0,↑+12H 动，H由a极区移向b极区，B正确：铜在a极发生氧化反应得到 (2)①负22Hs0+2e+2H'=S,0}+2H,0(3)2VB,-22+ C2S,2Cu-2e-Cu,5.则当外电路中通过2mle时.a极可得到 220H=2B03+V,05+11H0根据2H0-4e—4H+ 1 mol Cu2S:同时b极发生反应2 CuFeS,+2e+6—Cu,S+2Fe2*+ 3H2S↑，会得到1mlCu2S:共2lCuS,C错误：电解时b电极上 0,t.(0,)=0.04mdx4×24L·mmr'=0.24L<048L,所以 CFS,得到电子发生还原反应生成Cu,S,同时生成硫化氢，亚铁离 还发生了反应2州+2—H,1,转移电子为0481-0.224L 子，反应为2CFeS,+2e+6H=C2S+2Fe2+3HS↑，D正确 2= 22.4L·m1 3.C解析：分析装置图可知该装置是电解装置，电解硫酸钠溶液，实质 0.04aw-0.02odl 是电解水，气体甲与气体乙的体积比约为1：2.气体甲为氧气，气体 0.02 mol.Cu+2e"=Cu.n Cu)= 2 乙为氢气，阳极生成氧气，电极反应为2H0-4e一02↑+4H.阴 0.01mm,电解前CS0,溶液的物质的量浓度是001mm 极生成氢气.电极反应为2H20+2一H2↑+20H,所以判断a电 0.2L 极是阳极，电极是阴极，在阳极蜜得到硫酸，在阴极室得到氢氧化 0.05mol·1- 钠，则©为阴离子交换膜，d为阳离子交换膜。根据分析，4电极是阳 解析：(1)如题图，电极B通入氧气，作为电池的正极，酸性条件下， 极，与电源的正极相连，A正确：阳极室得到硫酸，因此溶液戊为稀硫 电极反应式为02+4e+4H一2H0,在原电池中.阳离子向正极 酸，B正确：d为阳离子交换膜，C错误：b电极反应式为2H0+2e 移动.阴离子向负极移动，所以氢离子由A向B移动：电极A为电 =H2↑+20川，D正确。 池负极，二甲醚(CHOCH,)在电极A放电，电极反应式为 4.A解析：由题图装置可知，左侧电极室产生H2,则通入的是稀氨水 CH,0CH,-12e+3H,0—2C0,↑+12H。(2)①题图为电解池 说明左侧电极室的产品为NH,·H,O,说明度水中的NH通过离子 装置，电解池右边通入稀硫酸和二氧化硫的混合液，流出的是较浓 交换膜1进人左侧电极室，故眼1为阳离子交换膜，然后NH:+OH 的硫酸，说明二氧化硫被氧化，S0,在右侧放电，被氧化.电极反应 一NH1·H,0.说明X电极的电极反应式为2H0+2e”一H2于+ 式为S02-2+2H20一4H”+S0方，b为电源的正极，则a为电源 20州，则X电极为阴被，与电源的负极相连。右侧电极室的产品为 的负极，电解池左侧为阴极室，HSO在阴极区放电，电极反应式为 HPO,,即废水中的HP0,,PO}经过离子交换膜2进人右侧电极 2HS0+2e+2H—S,0+2H0.。2电解池的阴极室中溶液的 室，与H结合成HP0,即膜2为阴离子交换膜.Y电极为阳极，电 H在4~7之间，星酸性，阴极的电极反应为2H503+2ε+2H 极反应式为2H,0-4一0，↑+4H,据此分析解题。阴极区发生 —520+2H20。(3)如图，该装置为以VB2-空气电池为电源. 反应：2H,0+2e=20H+H,↑.NH+0H=NH:·H,0.总反 用惰性电极电解硫酸铜溶液，装置A中电极a通入空气，为电池正 应式为2H0+2NHi+2e一2NH,·H20+H21,故A正确：为了增 极，碱性条件下，电极反应式为0，+4e+2H,0一4OH,则VB 强溶液的导电性，在a处充人稀氨水，在ε处充入稀磷酸，b处流出浓 电极为电池负极，根据总反应4WB2+110一4B,03+2V,05,可知 氨水，d处流出浓磷酸溶液，故B错误：由分析可知，原料室中的NH甘 负极电极反应式为2VB1-22e+220H川=2B201+V20,+11H20: 通过阳离子膜（展1）进入阴极室，H,PO方，HPO片通过阴离子膜（膜 参考答案学霸11 2)进人阳极室，故膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜，故 电，溶液中Cu浓度变为15mwd·L,正极上析出C:的物质的量为 C错误；1.2L(标准我况)H2的物质的量为0.5m,当阴极放出 (G)=(2.5-l.5)mol·L1×2L=2mol.正极反应式为Cu2+2e 0.5molH2时，转移电子1l,阳极室会产生1lH”,但是由于进 Cu,阴极反应式为4H20+4e一2H2↑+40H,根据电子守 人阳极室的H,PO正.HPO子电荷不同.总物质的量只能在0.5-1d 恒有Cu~2e~2NaOH,电解池理论上生成NaOH的物质的量 之闻.回收HP0,质量小于98g.D错误 n(NOH)=2n(Cu)=4mol,则m(NnOH)=aM=4ml× 5,C解析：根据图示，阳极氨气尖电子生成氨气.电极反应式为 40g·w1=160g.D正确 2NH,-6e+60H一N2+6H,0.A项正确：a电极发生还原反应，8 2,BD解析：通电片刻发现乙装置左侧电极表而出现红色固体，则红 是阴极，山是阳极，阴离子由阴极移向阳极，O州由a电极通过交换膜 色固体为C.即乙装置左侧为阴极，右侧为阳极：甲装置中，左侧为 迁移向b电极.B项正确：阴极发生反应：2H20+2e一H,↑+ 阴极，右侧为阳极：丙装置中，左侧为阴极，右侧为阳极。当丙中C 2OH,电解一段时间后.阴极区的H增大.C项错误：阴极发生反 电极质量增加21.6g.电路中转移电子， 108g·mr7=0.2mml,甲中 21.6g 应：2H,0+2eH,↑+20H,当电路中转移1mol电子时，理论上 可生成高纯氢气112L(标准状况)，D项正确 产生C,0.1ml和H20.1mol,标准状况下体积为4.48L.因为题中 6.D解析：结合题干信息，由题图可知M室会生成硫酸，说明O川放 没有强调“标准状况”，所以气体体积不一定是4.48L,A错误：在 电，电极为阳极，则a为正极b为负极，据此分析解答问题。根据上 丙装置中，阳极反应式为Ag-e一Ag,阴极反应式为Ag+e 述分析，b为电源负极，A顶错误：根据电池的总反应为21+xS 一Ag,所以电解过程中丙中溶液无变化，B正确：甲中阳极生成 山2S,每通过2male需要消耗32xg硫，B项惜误：N室中石为 C,,阴极生成H,相当于从溶液中逸出HC气体，若向甲中加人适 阴极，氢离子放电，电极反应式为2H+2一H21,C项错误：M室 量的盐酸，则加人了水，溶液浓度或小，不能恢复到电解前的状态 生成硫酸，石墨I为阳极，电解池中阴离子向阳极移动，原料室中 C错误：乙中左则Cu2“放电，电极反应式为Cu2++2e一Cu, 的SO通过阴膜移向M室，D项正确。 D正确。 7.D解析：由图中信息可知，左边电极与负极相连为阴极，右边电极 3.C解析：石墨电极M处，CO2在光合菌，光照条件下转化为02.0 为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳 在M极放电生成HO.发生还原反应，则M为正极，正极电极反应 极上H0放电生成O2和，阴极上H0放电生成H和O川：H 式为02+4e+4H'一2H,0.N极为负极，硫氧化菌将Fes,氧化 透过e,C透过b,二者在b,c之间的圆室形成盐酸，盐酸浓度变大， 为S,硫再放电生成S0好，负极电极反应式为S-6e+4H20 所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜：Na透过a,NaOH的 SO+8H”,H通过质子交换取由右室移向左室：铂电极P为 浓度变大，所以是阳离子交赖限，故AB两项均错误：电解一段时 阴极，铂电极Q为阳极，阴极反应式为2H,0+2®一H2↑+ 间后，I室中的溶液的e(OH)升高.pH升高，室中为NC1溶液.pH 20H,阳极反应式为2+120H-10e一2I05+6H,0.阴极生成 不变，Ⅲ室中有HC生成，故(H)增大，pH减小，V室中H移向Ⅲ 氢氧根离子，而阳极生成的O比消耗的O州少，溶液中K通过 室，H0放电生成O2,使水的量减小，c(H)增大.H减小，C错误 阳离子交换膜从Q极移向P极，据此分析解答。光照强度大小影 8.阴用H,50.N0H2N,S0,+6H,0道电4N0H+2H,S0,+ 响单位时间内生成氧气的量，即影响电流强度，会影响KO的制 备速率，A项错误：铂电极P为阴极，铂电极Q为阳极，阴极生成氢 2H,↑+02↑ 氧根离子，面阳极生成的O;比消耗的O旧少，溶液中K通过阳 解析：电解阳时，阳离子会移向阴极，阴离子会移向阳极，加人的硫酸钠 离子交换膜从Q极移向P极，B项错误：N极为负极，硫氧化菌将 溶液电离生成的N:则会通过阳离子交换膜进入阴极室，所以目是 FS,氧化为S,硫再放电生成S0,负极电极反应式为S-6e+ 阳离子交换膜，面S0则会通过阴离子交换膜进入到阳极室，所 以m是阴离子交换膜，根据电解时离子的放电顺序，阳极失电子能 4H20一S0片+8H,C项正确：若不考虑损耗.电路中每消耗 力：0>SO子，故从A口出的产品是H,S0,又由于阴极得电子能 1mol02,转移电子为4mwl,阳极反应式为12+120川-10e 力：H>飞a”.故从D口出的产品是NOH。综上所述，电解硫酸钠溶 205+6H,0,期生波K0,的物质的量为4m×5=0.8mm,理论 液的总反应方程式为2Xa,S0,+6,0酒电4Na0H+2H,S0,+2H,t+ 上Q极可制得KI0,的质量为0.8ml×214g·m=171.2g, 02↑ D项错误。 专题提优4原电池、电解池的串联应用 4.D解析：不知道气体所处的温度和压强，所以无法计算甲烷的物 质的量，D错误。 1.C解析：浓差电池中.左侧溶液中C2浓度大，离子的氧化性强，所 5.B解析：由图甲O2生成H0,可知N为正极.M为负极：图乙为电 以C(1)电极为正极，电极上发生得电子的还原反应，电极反应式 镀装置，铁作阴极，与电源负极相连。乙装置为电镀装置，电镀液 为C2”+2e一Cu。Cm(2)电极为负极，电极反应式为Cu-2e 的浓度不变，因此溶液的颜色不变，A情误：电镀时，待镀金属作阴 C2“,电解槽中a电极为阴极，b电极为阳极。阳极上水失电子 极，与电源负极相连，则铁电极与X相连接，B正确：尿素失电子生 生成0，和H,电极反应式为2H,0-4e0,↑+4H:阴极上水发 成C0,和N,,碳元素化合价没有变化，1尿素失去6w电子， 生得电子的还原反应生成H,电极反应式为2H,0+2一H,↑+ 所以M电极反应式为H2 NCONH2+H2O-6eCO2↑+N2↑+ 2OH,则钠离子通过离子交换膜c生成NOH,e为阳离子交换职， 6H,C错误：根据N电极反应式：02+4H+4e一2H,0,铜电极 硫酸根通过高子交换膜d生成硫酸，d为阴离子交换膜。电解槽中a 反应式：Cu-2eC:,由各电极上转移的电子数相等，可得关 电极为阴极，水得电子发生还原反应生成H,其电极反应式为 系式：02~2Cu,则N电极消耗0,25mdl氧气时，铜电极质量或少 2H0+2一H2↑+20H,A正确：浓差电泡中，C(1)电极为正 0.25mol×2×64g·ml'=32g,D错误。 极，正极上Cu2“得电子生成C,其电极反应式为C“+2e一Cu, 6.(1)阳极e极2H,0-4e=021+4H(2)②)K B正确：a极附近生成NaO川H,b极附近生成HS0,所以钠离子通过 2:1(3)b极.d极 离子交换膜e生成NOH,e为阳离子交换膜：硫酸根通过高子交换 解析：电解池中，与电源正极相连的电极是阳极与电源负极相连 膜d生成硫酸，d为阴离子交换膜，C错误：电池从开始工作到停止放 的电极是阴极，阴极上发生还原反应，阳极上发生氧化反应：在惰 选择性必修第一册·SJ学霸12