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1、微专题5 含膜电池突破 核心整合离子交换膜的类型和作用高考 经典再研典例 2022全国甲，10,6分一种水性电解液 离子选择双隔膜电池如图所示 溶液中, 以 存在。电池放电时,下列叙述错误的是( A )A. 区的 通过隔膜向区迁移B. 区的 通过隔膜向区迁移C. 电极反应: D. 电池总反应: 解析根据题图可知，放电时 为负极，电极反应为 ， 为正极，电极反应为 。A项，根据负极反应可知，为了平衡溶液中电荷，放电时区的钾离子向区迁移，错误；B项，根据正极反应可知，为了平衡溶液中电荷，放电时硫酸根离子从区迁移至区，正确；D项，将正、负极电极反应相加即可得到电池总反应，正确。情境素材 离子选择双隔
2、膜电池考查角度离子移动方向、电极反应素养立意宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知变式. 乙醛酸是一种重要的化工中间体，可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的 解离为 和 ，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是( D )A. 在上述电化学合成过程中用 代替 也可以实现转化B. 如果用 代替 ，乙二醛生成乙醛酸的化学方程式为 C. 阴极的电极反应式为 D. 双极膜中间层中的 在外电场作用下向石墨电极方向迁移解析题给装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为阴极，石墨电极为阳极，阳极上 被氧化为 ， 将乙二醛氧化为乙醛酸，而 与 化学性质相似，故A、B正确；电解
3、过程中阴极发生还原反应，乙二酸转化成乙醛酸，电极反应式为 ，故C正确；双极膜中间层的 在外电场作用下移向阴极，即 移向铅电极，故D错误。解题思路“隔膜”电解池的解题步骤第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳离子交换膜、阴离子交换膜或质子交换膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。第二步：写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，从而推断出离子迁移方向。第三步：分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。模拟 对点演习1. 2022辽宁名校联盟3月联考有机物电极材料具有来源丰富、可降解等优点，一种负极材料为固态聚酰亚胺水
4、系二次电池的结构如图所示。下列说法正确的是 ( D )A. 充电时有机物电极发生了氧化反应B. 充电时每转移 ，右室离子减少 C. 放电时负极电极反应为： D. 将 由 换成 ，电池的比能量会下降解析由题干可知，有机物电极为负极，充电时负极为电解池阴极，发生还原反应，A错误；充电时，右侧电极为阳极，发生氧化反应， ，则充电时每转移 ，右室减少 阴离子，同时有 进入左室，右室离子减少 ，B错误；由图可知，放电时失去电子，发生氧化反应，生成，C错误；比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能，钠的相对原子质量大于锂，故将 由 换成 ，电池的比能量会下降，D正确。2. 2022安徽皖南八校联考光
5、电池在光照条件下可产生电压，如图所示装置可实现光能的充分利用。双极膜复合层间的 能解离为 和 ，且双极膜能实现 和 的定向通过。下列说法不正确的是( D )A. 该装置工作时涉及光能转化为电能、电能转化为化学能B. 光照过程中阳极区溶液中的 基本不变C. 再生池中的反应为 D. 阳极生成 时，理论上双极膜共解离出离子数目为 解析在光照条件下光电池将光能转化为电能，电解池中电能又转化为化学能，故A正确；光照过程中，阳极反应消耗氢氧根离子，双极膜可将水解离为氢离子和氢氧根离子，水解离生成的氢氧根离子移向阳极，阳极区溶液中的 基本不变，故B正确；再生池中的反应为 ，故C正确；阳极生成 时，转移 电子
6、，消耗 ，由于阳极区溶液中的 基本不变，理论上双极膜共解离出 和 ，即解离出的离子数目为 ，故D错误。3. 氢能源电池是目前研究的热点之一，一种可实现氢气循环利用的新型电池放电时工作原理如图所示，下列说法正确的是 ( D )A. 该装置化学能与电能之间的能量转化效率可达 B. 充电时， 极接电源的负极C. 放电过程中 由左池通过交换膜向右池移动D. 放电时， 极电极反应式为 解析由题图可知，放电时 极生成 ， 转化为 ，发生还原反应， 极作正极， 极为负极， 失去电子生成 ， 和 反应生成 ；充电时， 极上 得电子生成 和 ，发生还原反应， 极作阴极，连接电源负极， 极为阳极， 失去电子生成
7、。化学能在转化为电能时还可能转化为热能等，因此该装置化学能与电能之间的能量转化效率小于 ，A项错误；充电时， 极接电源的正极，B项错误；放电过程中， 由负极移向正极，则 由右池通过钠离子交换膜向左池移动，C项错误；放电时， 极电极反应式为 ，D项正确。4. 2021山东烟台模拟一种高性能水系铁氢气二次电池工作原理如图所示，下列说法中正确的是( D )A. 放电时，碳网电极为负极B. 离子交换膜为阳离子交换膜，充电时， 通过离子交换膜从左极室移向右极室C. 放电时，负极区 变大D. 充电时，电池总反应为 解析由题图可知，放电时， 电极失电子作负极，发生氧化反应，碳网电极为正极，发生还原反应，A项
8、错误；充电时，碳网电极作阳极，发生氧化反应， 电极作阴极，发生还原反应，离子交换膜为阳离子交换膜，充电时， 通过离子交换膜从阳极室移向阴极室，即从右极室移向左极室，B项错误；放电时，负极发生反应： ，负极区 减小，C项错误；充电时，电池总反应为 ，D项正确。5. 2021山东高三模拟某电动汽车的锂离子电池的正极材料为层状的 ，负极材料为 ，电解液为 的丙烯碳酸酯溶液，在充、放电过程中， 在两个电极之间往返嵌入和脱出；放电时， 从负极脱嵌，经过电解质溶液和离子交换膜嵌入正极；充电时则相反，其工作原理如图所示。下列叙述正确的是( A )A. 充电时，电极 与电源正极连接，电极 与电源负极连接B.
9、电池充电时，阳极的电极反应式为 C. 电池工作时，负极材料的质量减少 ，转移 电子D. 充电时，阴极发生氧化反应，电极反应为 解析正极材料为层状的 ，负极材料为 ，则充电时，电极 与电源正极连接，电极 与电源负极连接，故A正确；电池充电时，电极 是阳极，阳极发生氧化反应，其电极反应式为 ，故B错误；电池工作时，负极的电极反应为 ，负极材料的质量减少的 是 的质量，转移 ，故C错误；充电时，阴极发生还原反应，电极反应为 ，故D错误。6. 碘酸钾常用作食盐加碘剂以防止缺碘疾病，也是常用的基准物质和氧化剂。工业上碘酸钾可用如图所示装置进行制备。下列说法错误的是( A )A. 其阳极反应式是 B. 该
10、工业过程中 是循环利用的物质C. 制得 产生标准状况下 D. 该工业过程使用阳离子交换膜解析题图装置中 极为阳极，电解质溶液显碱性，电极反应式为 ，故A错误；该装置 极（阴极）上水电离出的氢离子放电生成氢气，同时产生 ，右侧钾离子通过离子交换膜进入阴极，阴极产物为 和 ，阳极电解液需要 ，所以该工业过程中 是循环利用的物质，故B正确； 的物质的量为 ， 元素化合价由 价变为 价，所以生成 碘酸钾时转移 电子，根据得失电子守恒可知此时阴极生成 氢气，标准状况下体积为 ，故C正确；该装置左侧阴极上水电离出的氢离子放电生成氢气，同时产生 ，为了使右侧产生的碘酸钾更纯，需要防止氢氧根离子进入阳极，同时
11、右侧钾离子需要通过离子交换膜进入阴极，所以离子交换膜为阳离子交换膜，故D正确。7. 2021山西大同一模某海水中主要离子的含量如下表，现利用“电渗析法”进行淡化，技术原理如图所示（两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过）。下列有关说法错误的是( C )离子 含量 9 360832001 10016 0001 200118A. 甲室的电极反应式为 B. 乙室和丁室中部分离子的浓度增大，淡水的出口为 C. 当戊室收集到 （标准状况）气体时，通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为 D. 淡化过程中易在戊室形成水垢解析甲室中的电极为阳极， 放电生成 ，甲室的电极反应式为 ，A正确；甲室
12、 放电，阳离子从甲室进入乙室，戊室的电极反应式为 ，阴离子从戊室进入丁室，丙室的阳离子进入丁室，阴离子进入乙室，因此乙室和丁室中部分离子的浓度增大，丙室中得到淡水，其出口为 ，B正确；戊室收集到 时，转移 电子，由甲室进入乙室的阳离子可能为 、 、 、 中的一种或几种，离子所带电荷不同，故离子的物质的量不一定为 ，C错误；戊室生成的 可能与 结合生成 ，形成水垢，D正确。8. 2021江西临川一模在2019年第十届国际二次电池展中，一种以 为代表的新型可充电钠离子电池格外引人注目，其放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是( C )A. 充电时，阴极反应式为 B. 充电时， 箔接电源的正极C. 放电时， 通过离子交换膜从右室移向左室D. 放电时，外电路中通过 电子时，负极质量变化为 解析放电时， 箔为负极，发生氧化反应，充电时， 箔上得电子，发生还原反应，为阴极，根据题图，阴极反应式为 ，故A错误、B错误；放电时为原电池，原电池中阳离子向正极迁移， 箔为负极， 箔为正极，所以钠离子通过离子交换膜从右室移向左室，故C正确；放电时负极反应式为 ，所以外电路中通过 电子时，消耗 ，负极质量变化为 ，故D错误。