高頻考點25-離子交換膜的作用(解析版)

高頻考點25離子交換膜作用1．（雙選）（2022·山東卷）設(shè)計如圖裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環(huán)境pH穩(wěn)定，借助其降解乙酸鹽生成，將廢舊鋰離子電池的正極材料轉(zhuǎn)化為，工作時保持厭氧環(huán)境，并定時將乙室溶液轉(zhuǎn)移至甲室。已知電極材料均為石墨材質(zhì)，右側(cè)裝置為原電池。下列說法正確的是（）A．裝置工作時，甲室溶液pH逐漸增大B．裝置工作一段時間后，乙室應(yīng)補充鹽酸C．乙室電極反應(yīng)式為D．若甲室減少，乙室增加，則此時已進行過溶液轉(zhuǎn)移1.BDA．電池工作時，甲室中細菌上乙酸鹽的陰離子失去電子被氧化為CO2氣體，同時生成H+，電極反應(yīng)式為CH3COO--8e-+2H2O=2CO2↑+7H+，H+通過陽膜進入陰極室，甲室的電極反應(yīng)式為Co2++2e-=Co，因此，甲室溶液pH逐漸減小，A錯誤；B．對于乙室，正極上LiCoO2得到電子，被還原為Co2+，同時得到Li+，其中的O2-與溶液中的H+結(jié)合H2O，電極反應(yīng)式為2LiCoO2+2e-+8H+=2Li++2Co2++4H2O，負極發(fā)生的反應(yīng)為CH3COO--8e-+2H2O=2CO2↑+7H+，負極產(chǎn)生的H+通過陽膜進入正極室，但是乙室的H+濃度仍然是減小的，因此電池工作一段時間后應(yīng)該補充鹽酸，B正確；C．電解質(zhì)溶液為酸性，不可能大量存在OH-，乙室電極反應(yīng)式為：LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C錯誤；D．若甲室Co2+減少200mg，則電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量為n(e-)=；若乙室Co2+增加300mg，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(e-)=，由于電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量不等，說明此時已進行過溶液轉(zhuǎn)移，即將乙室部分溶液轉(zhuǎn)移至甲室，D正確；故合理選項是BD。2．（2021·湖北卷）Na2Cr2O7的酸性水溶液隨著H+濃度的增大會轉(zhuǎn)化為CrO3。電解法制備CrO3的原理如圖所示。下列說法錯誤的是（）A．電解時只允許H+通過離子交換膜B．生成O2和H2的質(zhì)量比為8∶1C．電解一段時間后陰極區(qū)溶液OH-的濃度增大D．CrO3的生成反應(yīng)為：Cr2O+2H+=2CrO3+H2O2.AA．由以上分析知，電解時通過離子交換膜的是，A項錯誤；B．根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同，由陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，知生成和的物質(zhì)的量之比為1∶2，其質(zhì)量比為8∶1，B項正確；C．根據(jù)陰極反應(yīng)知，電解一段時間后陰極區(qū)溶液的濃度增大，C項正確：D．電解過程中陽極區(qū)的濃度增大，轉(zhuǎn)化為，D項正確。故選A。3．（2021·廣東卷）鈷()的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是（）A．工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的均增大B．生成，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少C．移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變D．電解總反應(yīng)：3.DA．由分析可知，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯誤；B．由分析可知，陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質(zhì)量減少18g，故B錯誤；C．若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強于水，氯離子會在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應(yīng)會發(fā)生變化，故C錯誤；D．由分析可知，電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+，故D正確；故選D。4．電滲析法是海水淡化的常用方法之一、一種利用微生物對有機廢水進行處理的電化學(xué)裝置如圖所示，該裝置在廢水處理的同時還可以進行海水淡化。下列說法正確的是（）A．該裝置工作時，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，M為正極B．X為陰離子交換膜，Y為陽離子交換膜C．M極電極反應(yīng)式為CH3CHO+10OH--10e-=2CO2↑+7H2OD．當(dāng)有1molNa+通過離子交換膜時，N極消耗的空氣體積約為26.7L4.BA．由圖可知，該裝置為原電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電極N中氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，作正極；電極M甲醛發(fā)生氧化反應(yīng)做負極；故A項錯誤；B．電極N中氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為5O2+20e-+10H2O=20OH-，生成陰離子，故鈉離子向N極移動，Y為陽離子交換膜，電極M甲醛發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3CHO+3H2O-10e-=2CO2↑+10H+，X為陰離子交換膜，故B項正確；C．電極M甲醛發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2CH3CHO+6H2O-20e-=4CO2↑+20H+，故C項錯誤；D．N電極反應(yīng)式為5O2+20e-+10H2O=20OH-,當(dāng)有20molNa+通過離子交換膜時,標準狀況消耗氧氣的體積為5；標準狀況，當(dāng)有1molNa+通過離子交換膜時，N極消耗的空氣體積約為5,選項無標準狀況這一前提，故D項錯誤。故答案選B。5．一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是（）A．Ⅱ區(qū)的K+通過隔膜向Ⅲ區(qū)遷移B．Ⅰ區(qū)的SO通過隔膜向Ⅱ區(qū)遷移C．MnO2電極反應(yīng)：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．電池總反應(yīng)：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O5.AA．根據(jù)分析，Ⅱ區(qū)的K+只能向Ⅰ區(qū)移動，A錯誤；B．根據(jù)分析，Ⅰ區(qū)的SO向Ⅱ區(qū)移動，B正確；C．MnO2電極的電極反應(yīng)式為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正確；D．電池的總反應(yīng)為Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正確；故答案選A。6．(雙選）（2022·河北·高三階段練習(xí)）在直流電場的作用下，雙極膜可以將水解離，在陽膜、陰膜兩側(cè)分別產(chǎn)生和。利用雙極膜電催化—甲醇耦合電解體系共同制甲酸根的裝置如圖所示，下列說法正確的是（）A．電極A是陰極，電極表面發(fā)生氧化反應(yīng)B．陽極的電極反應(yīng)式為C．反應(yīng)一段時間后，兩極室溶液均減小D．雙極膜靠近電極B一側(cè)是陰膜6.CDA．根據(jù)分析可知，電極A為陰極，陰極上二氧化碳得電子被還原發(fā)生還原反應(yīng)，A錯誤；B．陽極上甲醇失電子，正確的電極反應(yīng)式為CH3OH-4e-+5OH-=HCOO-+4H2O，B錯誤；C．陽極電極反應(yīng)式為CH3OH-4e-+5OH-=HCOO-+4H2O，陰極電極反應(yīng)式為2CO2+4e-+2H+=2HCOO-，陽極處消耗氫氧根離子溶液pH減小，雙極膜兩側(cè)生成的H+和OH-一樣多，則陰極處生成的氫離子多于消耗的氫離子，溶液pH減小，C正確；D．雙極膜在靠近電極B一側(cè)生成了氫氧根離子，因此是陰膜，D錯誤；故答案選CD。7．（2022·湖北武漢·高三模擬）己二腈是工業(yè)制造尼龍-66的原料，利用丙烯腈(，不溶于水)為原料、四甲基溴化銨為鹽溶液制備己二腈的電有機合成裝置如圖所示。下列說法正確的是（）A．交換膜為陰離子交換膜B．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移時，陽極室溶液質(zhì)量減少8gC．在電化學(xué)合成中作電解質(zhì)，并有利于丙烯腈的溶解D．正極區(qū)的電極反應(yīng)為7.CA．由分析可知，氫離子由陽極區(qū)進入陰極區(qū)，故交換膜為陽離子交換膜，A錯誤；B．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移時，陽極室生成氧氣質(zhì)量為8g，同時有1mol氫離子進入陰極區(qū)，故溶液質(zhì)量減少9g，B錯誤；C．丙烯腈為有機物，在電化學(xué)合成中作電解質(zhì)，并有利于丙烯腈的溶解，C正確；D．陰極區(qū)的電極反應(yīng)為，D錯誤；故選C。8．某同學(xué)設(shè)計的利用NO-空氣質(zhì)子交換膜燃料電池通過電解法制備高純鉻和硫酸的簡單裝置如圖所示。下列說法錯誤的是（）A．Pt(I)的電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2OB．電解池中II和III之間的X膜應(yīng)為質(zhì)子交換膜C．工作時，I池中通過陰膜向II池中移動D．若Pt(II)極消耗11.2LNO，則Cr棒質(zhì)量增加26g8.DA．Pt(I)作正極，O2在此得電子并結(jié)合通過