拓展微课9 电化学装置中的离子交换膜(Word课后习题)-【满分思维】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册学生用书（人教版）

拓展微课9　电化学装置中的离子交换膜 1.[2025·江苏卷] 以稀H2SO4为电解质溶液的光解水装置如图所示,总反应为2H2O2H2↑+O2↑。下列说法正确的是 (　) A.电极a上发生氧化反应生成O2 B.H+通过质子交换膜从右室移向左室 C.光解前后,H2SO4溶液的pH不变 D.外电路每通过0.01 mol电子,电极b上产生0.01 mol H2 2.[2025·广东卷] 一种高容量水系电池示意图如图。已知:放电时,电极Ⅱ上MnO2减少;电极材料每转移1 mol电子,对应的理论容量为26.8 A·h。下列说法错误的是 (　) A.充电时Ⅱ为阳极 B.放电时Ⅱ极室中溶液的pH降低 C.放电时负极反应为MnS-2e-S+Mn2+ D.充电时16 g S能提供的理论容量为26.8 A·h 3.NaBH4-H2O2燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池,其工作原理如图所示。下列说法错误的是 (　) A.b为正极 B.负极反应式为B+8OH--8e-B+6H2O C.离子交换膜C为阳离子交换膜 D.高温条件下可以提高工作效率 4.钛酸是一种理想的嵌入型电极材料,与普通石墨烯锂电池相比,电位比较高,安全性相对较好,该原电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　) A.电极M的电极反应式:Al-3e-Al3+ B.该隔膜为阴离子交换膜 C.电极N的电极反应式:Li1-xMn2O4+xe-+xLi+LiMn2O4 D.当M、N两极质量变化差为7 g时,理论上转移2 mol电子 5.科学家提出利用离子交换膜组合工艺将电解制备金属锰和二氧化锰工艺联用,实现同步制备金属锰和二氧化锰并实现回收硫酸的目的,工艺原理如图所示,下列有关说法错误的是 (　) A.阴极的电极反应式为Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+ B.左侧为阳离子交换膜 C.右侧电解质溶液含有MnSO4和(NH4)2SO4,可以防止产生Mn(OH)2并提高溶液导电性 D.实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液 6.[2025·江西卷] 我国学者设计了一种新型去除工业污水重金属离子的电池(如图)。下列说法错误的是 (　) 已知:CuHCF为铜基普鲁士蓝 (Cu[Fe(CN)6]0.67·nH2O) A.CuHCF中的铁为+3价 B.交换膜为阴离子交换膜 C.洗脱目的是去除电极吸附的Ni2+ D.Zn2+溶液可电解再生电池负极 7.锂硫电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　) 已知:一个电子带有的电量为1.6×10-19 C。 A.该电池的电解质溶液换成高浓度的Li2SO4水溶液,可以增强Li+的导电性 B.电池充电时,Li+从左侧通过阳离子膜移到右侧 C.电池放电时,电子的流动方向为金属锂片→用电器→集流板→阳离子膜→金属锂片 D.金属锂质量每减少14 g,经过用电器的电量约是1.93×105 C 8.[2026·湖北黄冈中学高二月考] 工业上用单池双膜三液装置(如图所示),依据电解原理电解NH4NO3溶液制备HNO3和NH3·H2O,下列说法正确的是 (　) A.导线X接外电源的负极 B.N电极的电极反应式为2N+2e-2NH3↑+H2↑ C.每当产生标准状况下22.4 L气体A,Ⅲ室溶液的质量理论上减少4 g D.离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜 9.“电解法”制备氢碘酸的装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜,在直流电作用下复合层间的H2O解离成H+和OH-(少量I-会因为浓度差通过BPM膜)。下列说法正确的是 (　) A.a极的电势比b极的低 B.A、B膜均为阳离子交换膜 C.若撤去A膜,对该电解池的工作无影响 D.电解过程中,图中三处H2SO4溶液的c(H2SO4)均不变 学科网（北京）股份有限公司 $ 拓展微课9　电化学装置中的离子交换膜 1.A　[解析] 光解过程中,电极a上电子流出,发生氧化反应,电极a为负极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+;电极b上电子流入,发生还原反应,电极b为正极,电极反应式为2H++2e-H2↑。根据分析,电极a为负极,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,生成物有O2,A正确;原电池中阳离子向正极移动,电极b(正极)在右室,则H+通过质子交换膜从左室移向右室,B错误;该电池的总反应为2H2O2H2↑+O2↑,随着反应进行,H2SO4溶液中H2O减少,H2SO4溶液浓度增大,pH减小,C错误;生成1 mol H2,转移2 mol电子,外电路通过0.01 mol电子时,电极b上生成0.005 mol H2,D错误。 2.B　[解析] 放电时,电极Ⅱ上MnO2减少,说明MnO2转化为Mn2+,化合价降低,发生还原反应,为原电池的正极,由于电解质溶液为MnSO4溶液,故电解质溶液应为酸性溶液,正极反应为MnO2+2e-+4H+Mn2++2H2O,则电极Ⅰ为原电池负极,MnS失去电子生成S和Mn2+,负极反应为MnS-2e-S+Mn2+。由分析可知,放电时电极Ⅱ为正极,故充电时电极Ⅱ为阳极,A正确;由分析可知,放电时电极Ⅱ为正极,正极反应为MnO2+2e-+4H+Mn2++2H2O,反应消耗H+,溶液的pH升高,B错误;由分析可知,放电时电极Ⅰ为原电池负极,负极反应为MnS-2e-S+Mn2+,C正确;根据放电时负极反应,可知充电时阴极反应为S+Mn2++2e-MnS,每消耗16 g S,即0.5 mol S,转移1 mol电子,据题意可知,能提供的理论容量为26.8 A·h,D正确。 3.D　[解析] NaBH4中H为-1价,有强还原性,H2O2有强氧化性,电池中,NaBH4在负极失去电子,所以电极a是负极;H2O2在正极得到电子,电极b为正极。由分析可知,b为正极,故A项正确;根据工作原理图可知,a电极上失去电子发生氧化反应,其电极反应式为B+8OH--8e-B+6H2O,故B项正确;由B项分析可知,a电极区剩余Na+,b极反应式为H2O2+2e-2OH-,b电极区流出液为NaOH溶液,在原电池中,阳离子向正极移动,所以电池放电时 Na+从a极区移向b极区,则离子交换膜C为阳离子交换膜,故C项正确;高温条件下,过氧化氢分解速率加快,不能提高工作效率,故D项错误。 4.C　[解析] 由图中物质转化可知,电极M为负极,其电极反应式为Li7Ti5O12-3e-3Li++Li4Ti5O12,电极N为正极,其电极反应式为Li1-xMn2O4+xe-+xLi+LiMn2O4,A错误;放电时,Li+由电池的负极移向正极,该隔膜为阳离子交换膜,B错误;电极N为正极,其电极反应式为Li1-xMn2O4+xe-+xLi+LiMn2O4,C正确;当M、N两极质量变化之差为7 g时,即有3.5 g Li+由左侧M极转移至右侧N极,理论上转移电子为0.5 mol,D错误。 5.A　[解析] 根据电解装置可知,阴极生成氢气,发生得电子的还原反应,A错误;根据电解装置可知,H+从左侧迁移到中间室,左侧为阳离子交换膜,B正确;MnSO4和(NH4)2SO4溶液呈酸性,可防止产生Mn(OH)2,并提高溶液导电性,C正确;实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液,因为Cl-还原性强,会在阳极放电产生氯气,D正确。 6.C　[解析] 由图可知,Zn电极失去电子生成Zn2+,该原电池中左侧电极为负极,右侧电极为正极。CuHCF的化学式为Cu[Fe(CN)6]0.67·nH2O,设Fe元素化合价为x,Cu为+2价,CN-为-1价,整体呈电中性:+2+0.67×(x-6)=0,解得x≈+3,A正确;Zn电极为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,负极区正电荷增加,污水中S通过交换膜移向负极区以平衡电荷,说明交换膜允许阴离子通过,为阴离子交换膜,B正确;Ni2+在正极得到电子生成Ni,Ni被CuHCF电极吸附,洗脱目的是利用H2O2的氧化性去除电极吸附的Ni,C错误;电解含有Zn2+的溶液时,阴极反应为Zn2++2e-Zn,可得到Zn单质而再生负极,D正确。 7.D　[解析] 该电池的电解质溶液换成高浓度的Li2SO4水溶液,锂和水反应,导致电池失效,A错误;电池充电时为电解池,左侧为放电时的负极,充电时,左侧为电解池的阴极,Li+从右侧通过阳离子膜移到左侧,B错误;电池放电时,电子的流动方向为金属锂片→用电器→集流板,不能通过阳离子膜,C错误;金属锂质量每减少14 g,金属锂的物质的量n(Li)==2 mol,Li-e-Li+,失去电子物质的量为2 mol,经过用电器的电量=2 mol×6.02×1023 mol-1×1.6×10-19 C≈1.93×105 C,D正确。 8.D　[解析] 电极M区进入的是稀硝酸,出来的是浓硝酸,则M为阳极,水被氧化得到氧气和氢离子,A为氧气,Ⅱ室中硝酸根离子向左移动,左侧可制得浓硝酸,N为阴极,水被还原产生氢气和氢氧根离子,B为氢气,Ⅱ室中铵根离子向右移动,N与OH-反应得到NH3·H2O。Ⅰ室中电极产生H+,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,发生氧化反应,电极M为阳极,接外电源的正极,A错误;电极N为阴极,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,N与OH-结合生成NH3·H2O,B错误;每当产生标准状况下22.4 L O2,根据得失电子守恒,Ⅲ室溶液中就要生成2 mol H2,质量减少4 g,同时依据电荷守恒,4 mol N通过阳离子交换膜进入Ⅲ室,溶液质量增加72 g,所以Ⅲ室溶液的质量理论上共增加68 g,C错误;根据电解装置图中物质的进出以及所要制备的物质,可知Ⅱ室中的N要进入Ⅰ室,故离子交换膜Ⅰ为阴离子交换膜,N要进入Ⅲ室,离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜,D正确。 9.B　[解析] 根据题中信息B膜右边进入H2O,出去NaOH,说明钠离子穿过B膜进入右边,根据阳离子向阴极移动,则右侧石墨电极为阴极,b极为负极,左侧石墨电极为阳极,a极为正极。根据分析a极为正极,b极为负极,则a极的电势比b极的高,故A错误。钠离子穿过B膜进入右边,因此B膜为阳离子交换膜,左侧石墨电极为阳极,水失去电子生成氧气和氢离子,氢离子穿过A膜进入右边,与BPM中迁移过来的OH-生成H2O,与少量迁移过来的I-生成HI,因此A、B膜均为阳离子交换膜,故B正确。若撤去A膜,由于少量的碘离子在阳极失去电子变为碘单质,因此对该电解池的工作有影响,故C错误。电解过程中,阳极上水失去电子生成氧气和氢离子,氢离子穿过A膜进入右边,阳极区溶液体积减小,则左侧c(H2SO4)增大;中间H2SO4室中H+与OH-反应产生H2O,H2SO4溶液浓度减小;最右侧双极膜向阴极提供H+,阴极上H+放电产生H2,最右侧H2SO4溶液浓度不变,故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $