届一轮复习人教版 隔膜电解池在工业生产中的应用 学案.docx

届一轮复习人教版 隔膜电解池在工业生产中的应用 学案.docx

《届一轮复习人教版 隔膜电解池在工业生产中的应用 学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届一轮复习人教版 隔膜电解池在工业生产中的应用 学案.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

届一轮复习人教版隔膜电解池在工业生产中的应用学案

全国卷热考微专题（12）

“隔膜”电解池在工业生产中的应用

1．常见的隔膜

隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。

离子交换膜分三类：

（1）阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。

（2）阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。

（3）质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。

2．隔膜的作用

（1）能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。

（2）能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

3．“隔膜”电解池的解题步骤

第一步，分清隔膜类型。

即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，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，根据电荷平衡判断离子迁移方向。

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。

1．（2016·全国卷Ⅰ）三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO

可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是（　　）

A．通电后中间隔室的SO

离子向正极迁移，正极区溶液pH增大

B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低

D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成

解析：

电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO

离子向正极区移动，Na＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成，D错误。

答案：

B

1．工业上可利用下图所示电解装置吸收和转化SO2（A、B均为惰性电极）。

下列说法正确的是（　　）

A．A极接电源的正极

B．A极区溶液的碱性逐渐增强

C．本装置中使用的是阴离子交换膜

D．B极的电极反应式为SO2＋2e－＋2H2O===SO

＋4H＋

解析：

由HSO

生成S2O

，发生还原反应，A应为负极，A错误；阴极的电极反应式为2HSO

＋2H＋＋2e－===S2O

＋2H2O，碱性增强，B正确；阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO

＋4H＋，阴极的电极反应式为2HSO

＋2H＋＋2e－===S2O

＋2H2O，离子交换膜应使H＋移动，应为阳离子交换膜，C错误；B为阳极，发生SO2＋2H2O－2e－===SO

＋4H＋，D错误。

答案：

B

2．甲图为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。

乙图是一种家用环保型消毒液发生器，用惰性电极电解饱和食盐水。

下列说法中正确的是（　　）

　　　　　　甲　　　　　　乙

A．装置乙的b极要与装置甲的X极连接

B．装置乙中a极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

C．若有机废水中主要含有葡萄糖，则装置甲中M的电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋

D．N电极发生还原反应，当N电极消耗5.6L气体（标准状况下）时，则有2NA个H＋通过离子交换膜

解析：

装置乙的a极上生成氢氧化钠和氢气，则a为阴极，与甲中的负极相连，即与X相连，则b与Y相连，A错误；乙为电解池，在下端生成氯气，则b极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，B错误；若有机废水中主要含有葡萄糖，则装置甲中M极上C6H12O6失电子生成二氧化碳，其电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，C正确；N电极为氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，则当N电极消耗5.6L气体（标准状况下）即0.25mol时，消耗的氢离子为1mol，则有NA个H＋通过离子交换膜，D错误。

答案：

C

3．高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途，用镍（Ni）、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示。

下列说法合理的是（　　）

A．镍电极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

B．铁是阳极，电极反应为Fe－2e－＋OH－===Fe（OH）2

C．若隔膜为阴离子交换膜，则OH－自右向左移动

D．电解时阳极区pH降低、阴极区pH升高，最终溶液pH不变

解析：

用镍（Ni）、铁作电极，电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠（Na2FeO4），铁失电子生成高铁酸钠，则铁作阳极，镍作阴极，溶液中的氢离子在阴极放电生成氢气，则电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项正确；根据上述分析，铁是阳极，电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO

＋4H2O，B项错误；若隔膜为阴离子交换膜，则OH－自左向右移动，C项错误；电解时阳极区的电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO

＋4H2O，pH降低、阴极区电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，pH升高，电池的总反应为Fe＋2H2O＋2OH－===FeO

＋3H2↑，最终溶液pH降低，D项错误。

答案：

A

4．用如图所示装置处理含NO

的酸性工业废水，某电极反应式为2NO

＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，则下列说法错误的是（　　）

A．电源正极为A，电解过程中有气体放出

B．电解时H＋从质子交换膜左侧向右侧移动

C．电解过程中，右侧电解液pH保持不变

D．电解池一侧生成5.6gN2，另一侧溶液质量减少18g

解析：

根据电极反应式可知，插入废水中的Pt电极为阴极，B为直流电源的负极，则电源正极为A，电解过程中有气体放出，A项正确；左侧电极为阳极，水电离出来的氢氧根离子在阳极放电生成氢离子，氢离子从质子交换膜左侧向右侧移动，B项正确；阳极电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极电极反应式为2NO

＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，转移20mol电子时，阳极生成20mol氢离子，而阴极反应24mol氢离子，氢离子浓度减小，pH增大，C项错误；根据电极反应式，阳极电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极电极反应式为2NO

＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，电解池阴极生成5.6gN2，转移电子物质的量为5.6g÷28g/mol×10＝2mol；每有2mol水电解转移4mol电子，则阳极被电解的水的质量为1mol×18g/mol＝18g，D项正确。

答案：

C

5．电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。

测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为1∶2，以下说法错误的是（　　）

A．a极与电源的正极相连

B．产物丙为硫酸

C．离子交换膜d为阳离子交换膜

D．a电极的反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

解析：

由气体甲与气体乙的体积比约为1∶2可知，甲为氧气，a电极发生反应：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，乙为氢气，b电极发生反应：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；则a极与电源的正极相连，产物丙为硫酸，产物丁为氢氧化钠，c为阴离子交换膜，d为阳离子交换膜。

答案：

D

6．已知反应：

2CrO

（黄）＋2H＋===Cr2O

（橙）＋H2O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，下列有关叙述正确的是（　　）

A．CrO

生成Cr2O

的反应为非氧化还原反应，不能通过电解方法获得

B．电源左侧是正极

C．右侧电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2＋2OH－

D．Na＋从右侧通过膜进入左侧

解析：

已知反应：

2CrO

（黄）＋2H＋===Cr2O

（橙）＋H2O，电解时阳极氢氧根离子失电子，同时生成氢离子，氢离子浓度增大，化学平衡向右移动，CrO

生成Cr2O

，所以通过电解方法获得，A错误；根据图示可知左侧H＋放电，左侧是阴极，所以电源左侧是负极，B错误；右侧是阳极，发生氧化反应，电极反应式为：

2H2O－4e－===O2＋4H＋，C错误；阳离子向阴极移动，左侧为阴极，所以Na＋从右侧通过阳离子交换膜进入左侧，D正确。

答案：

D

7．如图甲是利用一种微生物将废水中的尿素[CO（NH2）2]的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜。

下列说法中正确的是（　　）

A．铜电极应与X相连接

B．H＋进过质子交换膜由右向左移动

C．当N电极消耗0.25mol气体时，则铁电极增重16g

D．M电极反应式：

CO（NH2）2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋

解析：

甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池，M是负极，N是正极，电解质溶液为酸性溶液，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应。

铁上镀铜，则铁为阴极应与负极相连，铜为阳极应与正极Y相连，A错误；M是负极，N是正极，质子透过离子交换膜由左M极移向右N极，即由左向右移动，B错误；当N电极消耗0.25mol氧气时，则转移0.25×4＝1mol电子，所以铁电极增重0.5mol×64g/mol＝32g，C错误；CO（NH2）2在负极M上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和水，电极反应式为CO（NH2）2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，D正确。

答案：

D

8．氢碘酸（HI）可用“四室式电渗析法”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）。

下列叙述错误的是（　　）

A．通电后，阴极室溶液pH增大

B．阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑

C．得到1mol产品HI，阳极室溶液质量减少8g

D．通电过程中，NaI的浓度逐渐减小

解析：

通电后，阴极室上是氢氧化钠溶液中的H＋放电，则溶液pH增大，故A正确；阳极上是硫酸溶液中的氢氧根失电子发生氧化反应，电极反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故B正确；得到1mol产品HI，则转移1mol电子，又阳极电极反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，所以消耗0.5mol水即9g，故C错误；通电过程中，在阴极上是氢氧化钠溶液中的H＋放电，导致溶液带负电性，吸引原料室中NaI的Na＋移向阴极，则I－移向产品室，所以NaI的浓度逐渐减小，故D正确。

答案：

C