人教版高中化学选择性必修1第4章分层作业28离子交换膜在电化学中的应用习题含答案

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第四章分层作业28　离子交换膜在电化学中的应用1.用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)　　　　　　　　　　　　　A.电极N为阳极,电极M上H+发生还原反应B.电极M的电极反应为4OH--4e-=== 2H2O+O2↑C.d处流进粗KOH溶液,e处流出纯KOH溶液D.b处每产生11.2 L气体,必有1 mol K+穿过阳离子交换膜2.生产硝酸钙的工业废水常含有NH4NO3,可用电解法净化。其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　)A.a极为电源负极,b极为电源正极B.装置工作时电子由b极流出,经导线、电解槽流入a极C.Ⅰ室能得到副产品浓硝酸,Ⅲ室能得到副产品浓氨水D.阴极的电极反应为2N+12H++10e-=== N2↑+6H2O3.四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的原理如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知:阴离子交换膜只允许阴离子透过,阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是(　　)A.b、c分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜B.通电后Ⅲ室中的Cl-透过c迁移至阳极区C.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高D.电池总反应为4NaCl+6H2O4NaOH+4HCl+2H2↑+O2↑4.[2022全国甲卷]一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中,Zn2+以[Zn(OH)4]2-存在)。电池放电时,下列叙述错误的是(　　)A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移B.Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移C.MnO2电极反应:MnO2+4H++2e-=== Mn2++2H2OD.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+=== [Zn(OH)4]2-+Mn2++2H2O5.[2022全国乙卷]Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-=== Li)和阳极反应(Li2O2+2h+=== 2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　)A.充电时,电池的总反应为Li2O2=== 2Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e-=== Li2O26.硼酸(H3BO3)可以通过电解Na[B(OH)4]溶液的方法制备,工作原理如图所示。下列有关表述错误的是(　　)A.M室的电极反应为2H2O-4e-=== O2↑+4H+B.N室中,进口和出口的溶液浓度大小关系为a%<b%C.b膜为阴离子交换膜,产品室发生的反应为H++[B(OH)4]- === H3BO3+H2OD.理论上每生成1 mol H3BO3,阴极室可生成5.6 L(标准状况)气体
分层作业28　离子交换膜在电化学中的应用1.B　解析 根据图示,K+移向电极N,所以电极N是阴极,电极M是阳极,OH-发生氧化反应生成氧气,电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑,故A错误,B正确;c处流进粗KOH溶液,f处流出纯KOH溶液,故C错误;电极N是阴极,H+发生还原反应生成氢气,非标准状况下11.2 L氢气的物质的量不一定是0.5 mol,故D错误。2.C　解析 根据工作原理图示,Ⅰ室和Ⅱ室之间为阴离子交换膜,即N从Ⅱ室移向Ⅰ室,同理N从Ⅱ室移向Ⅲ室,依据电解原理,a极为电源正极,b极为电源负极,A错误。根据电解原理,电解槽中不会有电子通过,只有阴、阳离子的通过,B错误。Ⅰ室为阳极室,电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,得到较浓的硝酸;Ⅲ室为阴极室,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,N与OH-反应生成NH3·H2O,得到较浓的氨水,C正确、D错误。3.D　解析 由图中信息可知,左边电极与电源负极相连,是电解池的阴极,右边电极是电解池的阳极,所以通电后,阴离子向右定向移动,阳离子向左定向移动,阳极上H2O放电生成O2和H+,电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,阴极上H2O放电生成H2和OH-,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-;H+透过c,Cl-透过b,二者在Ⅲ室形成盐酸,盐酸浓度变大,所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜;Na+透过a进入Ⅰ室,NaOH的浓度变大,所以a也是阳离子交换膜,故A、B两项均错误。电解一段时间后,Ⅰ中的溶液的c(OH-)升高,pH升高;Ⅱ中为NaCl溶液,pH不变;Ⅲ中有HCl生成,故c(H+)增大,pH减小;Ⅳ中H+移向Ⅲ,H2O放电生成O2,使水的量减小,c(H+)增大,pH减小,C错误。4.A　解析 根据图示的电池结构和题目所给信息可知,Ⅲ区Zn为电池的负极,电极反应为Zn-2e-+4OH-=== [Zn(OH)4]2-,Ⅰ区MnO2为电池的正极,电极反应为MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O,C正确;电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=== [Zn(OH)4]2-+Mn2++2H2O,D正确;电池在工作过程中,Zn电极为负极,MnO2电极为正极,K+不可能向Ⅲ区迁移,A错误;Ⅰ区的S可向Ⅱ区迁移,B正确。5.C　解析 充电时光照光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应(Li++e-===Li)和阳极反应(Li2O2+2h+===2Li++O2),则充电时总反应为Li2O2===2Li+O2,A正确;充电时,光照光催化电极产生电子和空穴,阴极反应与电子有关,阳极反应与空穴有关,故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,B正确;结合图示,充电时金属Li电极为阴极,光催化电极为阳极,则放电时金属Li电极为负极,光催化电极为正极,Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C错误;放电时总反应为2Li+O2===Li2O2,正极反应为O2+2Li++2e-===Li2O2,D正确。6.D　解析 由题意知,通过电解Na[B(OH)4]溶液的方法制备硼酸,左边为阳极室,右边为阴极室。阳极上水失电子生成O2和H+,所以a膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜,产品室发生的反应为H++[B(OH)4]- ===H3BO3+H2O;阴极上水得电子生成H2和OH-,c膜为阳离子交换膜,所以电解后氢氧化钠溶液的浓度变大。M室发生的电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,A项正确;N室中,进口和出口的溶液浓度大小关系为a%<b%,B项正确;b膜为阴离子交换膜,产品室发生的反应为H++[B(OH)4]- ===H3BO3+H2O,C项正确;理论上每生成1 mol产品,电路中转移1 mol电子,阴极室可生成0.5 mol H2,在标准状况下体积为11.2 L,D项错误。