高考题型突破5 电化学中离子交换膜、串联装置的分析与应用-【红对勾】2025年高考化学二轮复习讲与练

一F+的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极发 进入阳极区2个OH,且生成水，故c(OH)减小，A、C正 生了氧化反应，辅助阳极上也发生了氧化反应，D错误。 确：PbCu电极为阴极，首先HOOC一COOH在Pb上发生得 考向专练 电子的还原反应转化为OHC一COOH:H2C,O1十2e十 2H+==OHC一COOH+H2O,D正确：OHC一COOH与 1.B由题干信息及装置图可知，由于无阳极氯腐蚀，则N2H HO-N+H发生反应生成HOOC一CH一N一OH:OHC 的放电能力强于CI,N,H,失电子生成N,A正确：结合A COOH+HO-N+H-HOOC-CH=N-OH+H,O+ 项中分析，b极失电子为阳极，则极为阴极，与电源负极连 接，气体1为H2,发生还原反应：2H2O十2e—2OH十 H,HOOC一CH一N一OH发生得电子的还原反应转化成 H2个，B错误；阳极发生氧化反应，N2H1失电子生成N2,电 H,N CH,COOH:HOOC-CH=N-OH+4e+5H- 极反应式正确，C正确；根据a极电极反应式知，标准状况 HNCH,COOH+H,O,阴极区的总反应为H,CO,十 下，产生0.1molH2时外电路转移电子数为0.2VA,D HO-NH+6e+6H-H2 N CH,COOH+3H,O, 正确。 1molH,O解离成1molH+和1 mol OH-,故理论上生成 NH 1molH,N CH,COOH双极膜中有6molH,O解离，B C 错误。 2.Db电极上 发生还原反应生成 ,可知 题型专练 1.C从题图中可以看出，在a极，CN厂转化为CO和N2, OH b电极是阴极，a电极是阳极；b电极与外接电源的负极相 CN发生氧化反应，a极为负极，b极为正极，发生还原反应， 连，故A错误：阳极(Pb电极)的电极反应式：Pb一2e十 则电子由a极经导线流向b极，A、D正确；电池工作时，b极 SO一PbSO1,故B错误；转移2mol电子，阳极室有 发生反应10H+十10e—5H2◆，溶液中H+被消耗，右室 1 mol SO号转化为PbSO1沉淀，同时有2molH移入阴极 溶液的pH增大，B正确；a极消耗OH,海水中的CI透过 室，电解一段时间后，阳极室中电解质溶液的质量减小，故C 离子交换膜移向a极区，则交换膜I为阴离子交换膜，b极消 耗H+,海水中的N透过离子交换膜移向b极区，则交换 NO, C 膜Ⅱ为阳离子交换膜，C错误。 2.D根据装置出口的溶液可知，利用双极膜(BP)与离子交换 错误；阴极发生反应 +4e+4H 膜(A、C)之间生成硫酸和氢氧化钠，可实现沉锂后的含硫酸 NH NH 钠的母液废水的净化和资源回收，则双极膜(BP)能有效阻 CI 隔Na+和SO的通过，根据题图中Na、SO移动方向可 十H,O,理论上每生成1mol ,电路中 知，膜A为阴离子交换膜，膜C为阳离子交换膜，A正确：根 据离子的放电顺序可知，阴、阳极上都是水放电，B正确；阳 OH OH 极与直流电源的正极相连，阳极上的电势比阴极上的高，C 转移4mole,故D正确。 正确；当阳极上放出22.4LO2(标准状况)时，外电路中转移 3.B由题图可知，H+在n电极得到电子，变为H2,n电极为 4m0l电子，该装置中有2个阴离子交换膜和2个阳离子交 阴极，电极反应式为2H十2e一H2◆，Ce3+在m电极失 换膜，每个阴离子交换膜有2 mol SO通过，每个阳离子交 去电子变为Ce+,m电极为阳极，SO,、NO2被Ce+氧化 换膜有4 mol Na通过，即该装置有4molH2SO1和8mol NaOH生成，D错误。 为SO、NO?从而被除去。H通过质子交换膜向阴极(n 电极)移动，故A、C错误；NO,被Ce+氧化为NO,离子方 3.C根据题图可知，B为原电池，氧气得电子与水反应生成 OH,d作正极，c作负极；A、C为电解池，m、a为电解池的 程式为NO2十Ce++H0-NO?+Ce3++2H,故B正 阳极，b、n为电解池的阴极。a为精铜，失电子，作阳极，b为 确：根据极电极反应式知，若产生22.4LH2(标准状况 铁制品，作阴极，铜离子得电子，可实现镀铜要求，A项正确； 下)，转移电子数为2mol,根据电子守恒，有2 mol Ce c为负极，甲醇失电子与溶液中的OH反应生成CO和 被SO2、NO2还原，因此处理的SO2小于64g,故D错误。 水，B项正确；电解KCl溶液，m为阳极，氯离子失电子生成 4.C根据题图可知金属M失电子，为原电池的负极（题图为 氯气，从e口出来，从f口出来的气体为氢气，C项错误：电解 阳极)，钢铁设施为原电池的正极（题图为阴极），此方法属于 槽左侧为阳极室，钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出 牺牲阳极法。该装置中阴极发生还原反应，A项错误：金属 来的为高浓度的KOH溶液，D项正确。 M被氧化，即金属活动性：M>Fe,B项错误；钢铁设施为原 4.D根据题给装置图，左边是原电池装置，右边是电解池装 电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中 置，a处Cr从十6价变成十3价，化合价降低，得到电子，发生 含有大量的NCI等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设 还原反应，a为正极，b为负极。含苯酚废水在d处被氧化，d 施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。 处水分子失去电子形成羟基自由基，发生氧化反应，d为电 5.B该方法属于牺牲阳极法，其中镁作为负极，钢铁输水管是 解池阳极，c为电解池阴极，该装置工作时，内电路电流由b 正极，A、D错误；金属镁是作为梧牲阳极材料，B正确；该装 极经Ⅲ、Ⅱ、I室流向a极，A正确；a极每产生1mol 置接地，故已经构成了闭合回路，C错误。 Cr(OH)3,转移3mol电子，c极上的电极反应式为2H2O十 高考题型突破5电化学中离子交换膜 2e-一H2个十2OH,生成1.5molH2,与此同时，有 串联装置的分析与应用 3molH从阳极室透过质子交换膜进入阴极室，因此c极区 真题示例 溶液仍为中性，B正确；d极区为阳极区，电极反应为H2O一 e 一H十·OH,C正确；电极b的电极反应式为 B在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O:HCHO CHOH-28e+11H2O-6CO2M+28H+,电极c的电 OH→HOCH2O,存在平衡HOCH2O十OH= 极反应式为2H2O+2e一H24十2OH,电极d为电解 [OCH2O]-+H2O,Cu电极上发生的电子转移反应为 池阳极，电极反应式为H2O一e一H十·OH,·OH可 OCH2O]-e—HCOO-十H·,H·结合成H2,Cu 进一步氧化苯酚，化学方程式为CHOH十28·OH 电极为阳极，阳极总反应为2HCHO一2e+4OH 6CO2个十17H2O,当电极b上有0.3 mol CO2生成时，电极 2HCOO-十H,A十2HO,反应消耗4个OH,双极膜转移 C、d两极共产生气体22.4L(标准状况)，D错误。 ☑一红勾·讲与练·高三二轮化学 -260-出气口 考向2〉金属的腐蚀与防护 4.(2020·江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表 气一液 吸收柱 电 面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图 所示的情境中，下列有关说法正确的是 模拟烟气 (含SO2、NO2) 稀硫酸 Ce A.H通过质子交换膜向m电极移动 B.NO,发生的反应：NO2+Ce++H2O 水体 NO3+Ce3++2H 钢铁设施 金属M (阴极) (阳极) C.n电极的电极反应式：2H2O+2e H2个+2OH A.阴极的电极反应式为Fe-2e -Fe2 D.若产生22.4LH2(标准状况下)，则气一液 B.金属M的活动性比Fe的活动性弱 吸收柱中处理了64gSO2 C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护 思维建模Q D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中 电极反应式书写的思维模型 的快 分析物 根据图示：一般箭头指向生成物，箭尾 5.(2024·广东梅州一模)城镇地面下埋有纵横 质类别 指向反应物 交错的金属管道，在潮湿的土壤中易腐蚀。 确定反 化合价升高：氧化反应；化合价降低： 为了防止这类腐蚀的发生，某同学设计了 应类型 还原反应 如图所示的装置。下列说法正确的是 046 标电极、 氧化反应：负极或阳极；还原反应：正 写电极 极或阴极 地面 反应式 总反应式=正极反应式十负极反应 得总反 式：总反应式=阳极反应式十阴极反 导线 应式 应式 钢铁输水管 注意：(1)注意放电顺序，正确判断放电的微粒 或物质。 A.钢铁输水管作为负极 (2)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不 B.金属镁是作为牺牲阳极材料 出现OH,碱性介质不出现H+;不能想当然地认 C.该装置只有一条电线，没有构成闭合回路 为金属作阳极，电极产物为金属阳离子。 D.这种防腐蚀的方法称为外加电流法 高考题型突破⑤ 电化学中离子交换膜、串联装置的分析与应用 【真题示例 两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为 HOCH2O,存在平衡HOCH2O+OH (2024·湖北卷)我国科学家设计了一种双位 =一[OCH2O]2+H2O。Cu电极上发生的 点PbCu电催化剂，用HC,O4和NH2OH电 电子转移反应为[OCH2O]2--e 化学催化合成甘氨酸，原理如图所示，双极膜 HCOO十H·。下列说法错误的是() 中H2O解离的H和OH厂在电场作用下向 ☑一红因勾·讲与练·高三二轮化学 电源 2.电化学串联装置 PbCu (1)两类典型串联装置 HCOO -HCHO 1 Fe 有外接电源，A、B为两个 ‘HSO、KSO KO 溶液 液 串联电解池，相同时间内 NH HO 双极膜 稀硫酸 各电极得失电子数相等 稀硫酸 A.电解一段时间后阳极区c(OH)减小 A B.理论上生成1molH3N+CH2COOH双极 无外接电源，其中两个电极 膜中有4molH2O解离 活动性差异大者为原电池 C.阳极总反应式为2HCHO+4OH-2e 装置，即A为原电池装置， 稀硫酸 稀硫酸 ==2HCOO+H2个+2H2O B为电解池装置 A B D.阴极区存在反应H2C,O,+2H++2e (2)“串联”类装置的解题流程 CHOCOOH+H,O 有外接电源电解池 D解题指导 判断电 能自发发生氧化还原反应 根据装置图电极上的物质转化确定电极 池类型 原电池 无外接 的装置 第一步 类型：铜电极上HCHO→HCOO,铜 电源 不能自发发生氧化还原反应 电极为阳极，PbCu电极为阴极 的装置 电解池 原电池 根据题意及介质酸碱性写出电极反应式： 确定电 正极、负极 阳极总反应为2HCHO-2e+4OH 极名称 电解池 阳极、阴极 第二步 2HCOO+H个+2HO,阴极区的总反 根据原电池原理书写 正、负极反应式 应为H,C,O,+HO-NH,+6e+6H 书写电 047 极反应 根据电解池原理书写 阴、阳极反应式 H,N'CH2COOH+3H2O 根据双极膜的作用及电极反应式分析极 依据电化学原理及电极反应式 第三步 解答实 判断正误 区电解质溶液的变化 际问题 依据“串联”电池各极转移 电子数相等 进行计算 根据电极反应式、总方程式，依据电子守 第四步 恒分析进行有关计算，确定答案 题型专练 〔高考必备 题组1〉含“膜”电化学装置的分析 1.电化学中常见离子交换膜及其功能和作用 1.(2024·广东肇庆二模)如图所示的新型电池 使离子选择性定向移动，平衡 可以处理含CN的碱性废水，同时还能淡化 功能 整个溶液的离子浓度或电荷 海水。下列说法不正确的是 () 隔离某些物质，防止阴极与阳极 8 产物之间发生反应 a极 b极 CN 子交 用于物质的制备（电解后溶液阴极 海水 稀硫酸 作用 (右室) 区或阳极区得到所制备的物质) CO 膜 N2 物质分离、提纯 生物膜 交换膜I交换膜Ⅱ 阳离子交换膜（只允许阳离子通过） A.电子由a极经导线流向b极 阴离子交换膜（只允许阴离子通过） B.电池工作一段时间后，右室溶液的pH增大 种类 质子交换膜（只允许H通过） C.交换膜I为阳离子交换膜，交换膜Ⅱ为阴 双极膜(BP)(阴、阳复合膜，能解离 离子交换膜 出H和OH) D.b极发生还原反应 第一部分专题六 电化学基础一闭 2.(2024·河北保定一模)退役锂离子电池正极 D.钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出 材料中有价金属的回收利用，是解决新能源 来的为高浓度的KOH溶液 汽车产业环境污染和资源短缺的有效方法，4.(2024·河南新乡二模)自由基因为化学性质 也是该产业可持续发展的关键。回收过程中 不稳定往往不能稳定存在，羟基自由基 产生的沉锂后的母液中的溶质主要是 (·OH)有极强的氧化性，其氧化性仅次于氟 Na,SO,可根据电化学原理采用双极膜(BP) 单质。我国科学家设计的一种能将苯酚 与离子交换膜(A、C)组合技术处理沉锂后的 (CHO)氧化为CO2和H2O的原电池一电 母液，实现废水的净化和资源回收（如图所 解池组合装置如图所示，该装置能实现发电、 示)。下列说法错误的是 环保二位一体。下列说法错误的是 HSO,溶液· ,NaOH溶液 脱盐溶液 Na Na CH.OH 000 SO 石思桥复合导 换B.OH+ H 电凝胶颗粒 aCl溶 7 膜 H.O Cr(OH) C02Ⅲ Na SO,高浓度含 溶液苯酚废水 沉锂后的母液 稀NaOH A.该装置工作时，电流方向为电极b→Ⅲ室→ 稀H,SO,溶液 溶液 A.双极膜(BP)可有效阻隔Na和SO?的通 Ⅱ室→I室→电极a 过，膜A为阴离子交换膜 B.当电极a上有1 mol Cr(OH)3生成时，c极 B.阳极的电极反应为2H2O一4e 区溶液仍为中性 O2个+4H+,阴极的电极反应为2H,O+ C.电极d的电极反应为H2O-e 048 H+·OH 2e--H2↑+2OH D.当电极b上有0.3 mol CO2生成时，电极 C.阳极与直流电源的正极相连，阳极上的电 势比阴极上的高 c、d两极共产生气体11.2L(标准状况) D.当阳极上放出22.4L(标准状况)气体时，该 思维建模) 解答含膜电池题的思维模板 装置有2molH2SO4和4 mol NaOH生成 判断装 根据有无外加电源，判断是电解池还 题组2〉“串联”电化学装置的分析 置类型 是原电池 3.工业上采用如图所示装置模拟在A池中实现 ↓ 即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中 铁上镀铜，在C装置中实现工业由KCI溶液 分清隔 制取KOH溶液。 膜类型 的哪一种，判断隔膜允许哪种离子 通过 根据题给信息分析隔膜的作用是平衡 分析隔 CH OH 膜作用 电荷，还是让离子选择性通过避免副 C- 反应，或为了生成特定物质 石墨 石墨 根据电极类型，交换膜两侧离子变化， 非CuSO4 钾离子 溶液KOH溶液 交换膜 写出电 电荷变化或离子迁移方向等综合信息 A B c 极反应 书写电极反应式，最后作出综合推断 下列有关说法错误的是 或计算 A.a为精铜，b为铁制品，可实现镀铜要求 B.c为负极，电极反应式为CHOH+8OH 6e-CO+6H2 O 请完成专题训练6及高考题型 C.从e口出来的气体为氧气，从f口出来的气 突破训练5 体为氢气 ☑一红团勾·讲与练·高三二轮化学