电化学装置中的离子交换膜
1．(2019·湖北重点中学测试)硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===B(OH)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是( ) A．当电路中通过1 mol电子时，可得到1 mol H3BO3
B．将电源的正负极反接，工作原理不变
C．阴极室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ D．B(OH)穿过阴膜进入阴极室，Na＋穿过阳膜进入产品室
解析：选A A项，电解时，左侧石墨电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极上H2O失电子生成O2和H＋，即2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极上H2O得电子生成H2和OH－，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过1 mol电子时，阳极生成1 mol H＋，H＋通过阳膜进入产品室，与通过阴膜进入产品室的B(OH)反应生成1 mol H3BO3，正确；B项，电源正负极反接后，左侧石墨电极为阴极，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，H自动上料玉米脱粒机＋被消耗，无法移向产品室 ，不能生成H3BO3，错误；C项，由上述分析可知，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，错误；D项，电解时原料室中Na＋穿过阳膜进入阴极室，B(OH)穿过阴膜进入产品室，错误。 2.(2019·吉林长春实验中学期末)最近有研究人员利用隔膜电解法处理高浓度的乙醛(CH3CHO)废水转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A．直流电源a端连接的电极发生氧化反应
B．若以氢氧燃料电池为直流电源，燃料电池的a极应通入H2
C．反应进行一段时间，电极Y附近溶液的酸性减弱
D．电解过程中，阳极区生成乙酸，阴极区生成乙醇
解析：选B 根据H＋、Na＋的移动方向判断，电极X是阳极，电极Y是阴极，则X电极发生氧化反应，A正确；X是阳极，则电源的a极是正极，b极是负极，氢氧燃料电池的负极通入H2，即b极通入H2，B错误；电极Y的电极反应式为CH3CHO＋2H＋＋2e－===CH3CH
2OH，反应消耗H＋，电极Y附近溶液的酸性减弱，C正确；乙醛被氧化生成乙酸，乙醛被还原生成乙醇，故阳极区生成乙酸，阴极区生成乙醇，D正确。
3.用阴离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米Cu2O，反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，装置如图，下列说法中正确的是( )
A．电解时Cl－通过交换膜向Ti极移动
B．阳极发生的反应为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O
C．阴极OH－放电，有O2生成
D．Ti电极和Cu电极生成物物质的量之比为2∶1
解析：选B Cu极与外加电源的正极相连，Cu极为阳极，Ti极为阴极；A项，电解时阴离子向阳极移动，OH－通过阴离子交换膜向Cu极移动，错误；B项，Cu极为阳极，电极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，正确；C项，Ti极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极有H2生成，错误；D项，根据电极反应式和阴、阳极得失电子相等，Ti极生成的H2和Cu极生成的Cu2O物质的量之比为1∶1，错误。
4.(2020·潍坊模拟)海水中含有大量Na＋、Cl－及少量Ca2＋、Mg2＋、SO，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如图所示。下列说法正确的是( )
A．b膜是阳离子交换膜
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B．A极室产生气泡并伴有少量沉淀生成
C．淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHA<pHB<pHC
D．B极室产生的气体可使湿润的KI淀粉试纸变蓝
解析：选A 因为阴极是阳离子反应，所以b膜为阳离子交换膜，选项A正确；A极室Cl－在阳极失电子产生，但不产生沉淀，选项B错误；淡化工作完成后，A室Cl－失电子产生，部分溶于水溶液呈酸性，B室H＋得电子产生氢气，OH－浓度增大，溶液呈碱性，C室溶液呈中性，pH大小为pHA<pHC<pHB，选项C错误；B极室H＋得电子产生氢气，不能使湿润的KI淀粉试纸变蓝，选项D错误。
5．普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是( )
A．电极a为粗铜，电极b为精铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
解析：选D 由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol精铜，其质量为32 g，D项正确。
6.采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是( )
A．Zn与电源的负极相连
B．ZnC2O4在交换膜右侧生成
C．电解的总反应为2CO2＋ZnZnC2O4
D．通入11.2 L CO2时，转移0.5 mol电子
解析：选C 电解过程中Zn被氧化，作阳极，所以Zn与电源的正极相连，A错误；Zn2＋透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2O形成ZnC2O4，B错误；没有给出气体所处的温度和压强，D错误。
7．科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。下列关于该电池叙述错误的是( )
A．电池工作时，是将太阳能转化为电能
B．铜电极为正极，电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH泥浆固液分离4＋2H2O
C．电池内部H＋透过质子交换膜从左向右移动
D．为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量硝酸溶液
解析：D A项，根据图示可知，该装置将太阳能转化为电能，正确；B项，根据电子流向知，Cu是正极，正极上CO2得电子和H＋反应生成甲烷，电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，正确；C项，放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，所以装置中的H＋由左向右移动，正确；D项，由于硝酸易挥发，生成的甲烷中会混有HNO3气体，而且铜电极会溶于硝酸，应加入硫酸，错误。
8．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．阳极室溶液由无变成棕黄
B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
解析：选C 阳极上Fe发生氧化反应，溶液由无变为浅绿，A项错误；阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2edvrs－===H2↑，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗H＋，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NH与OH－反应生成NH3·H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有NH3·H2O，D项错误。
9．二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，有关叙述正确的是( )智能飞行器技术
A．该装置能实现化学能100%转化为电能
推力反向器B．电子移动方向为：a极→b极→质子交换膜→a极
C．a电极的电极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
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