1、111 “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，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
2、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( )AA 极接电源的正极BA 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DB 极的电极反应式为 SO22e 2H 2O=SO 4H 24解析：选 B。A 项，由 HSO 生成 S2O ，发生还原反应，A 极为阴极，应接电源的负 3 24极，错误；B 项，阴极的电极反应式为 2HSO 2H 2e =S2O 2H 2O，碱性
3、增强，正 3 24确；C 项，阳极的电极反应式为 SO22H 2O2e =SO 4H ，离子交换膜应使 H 从右向24左移动，应为阳离子交换膜，错误；D 项，B 极为阳极，发生SO22H 2O2e =SO 4H ，错误。2422制备二氧化锰的装置如图，阳极以硫酸锰和硫酸混合液为电解液，阴极以稀硫酸为电解液，电解装置中大箭头表示溶液中阳离子移动的方向。下列说法正确的是( )AN 是电源的负极B右侧气孔逸出的气体可能为副产物 H2C石墨电极的电极反应式为 Mn2 2e 2H 2O=MnO24H D电解过程中阳离子交换膜左侧硫酸浓度基本不变，右侧减小解析：选 C。阳离子向阴极移动，说明左侧为阴极，则
4、 M 为电源负极，N 为电源正极，A 项错误；右侧为阳极，逸出的气体可能是溶液中的氢氧根离子放电生成的氧气，B 项错误；石墨电极为阳极，锰离子失去电子生成二氧化锰，C 项正确；电解过程中阳离子向左侧移动，左侧溶液中 H 放电生成 H2，硫酸的浓度不变，右侧 MnSO4电解生成 MnO2和 H2SO4，硫酸浓度增大，D 项错误。3工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质 Ni 的原理如图所示。下列说法不正确的是( )已知：Ni 2 在弱酸性溶液中发生水解氧化性：Ni 2 (高浓度)H Ni 2 (低浓度)A碳棒上发生的电极反应：4OH 4e =O22H 2OB电解过程中，B 室中 NaCl 溶液
5、的物质的量浓度将不断减小C为了提高 Ni 的产率，电解过程中需要控制废水 pHD若将图中阳离子膜去掉，将 A、B 两室合并，则电解反应总方程式发生改变解析：选 B。A 项，电极反应式为阳极：4OH 4e =2H2OO 2，阴极：Ni2 2e =Ni，2H 2e =H2，正确；B 项，由于 C 室中 Ni2 、H 不断减少，Cl 通过阴离子膜从 C 室移向 B 室，A 室中 OH 不断减少，Na 通过阳离子膜从 A 室移向 B 室，所以 B 室中 NaCl 溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C 项，由于 H 的氧化性大于 Ni2 (低3浓度)的氧化性，所以为了提高 Ni 的产率，电解过程需要控制
6、废水的 pH，正确；D 项，若去掉阳离子膜，在阳极 Cl 首先放电生成 Cl2，反应总方程式发生改变，正确。4用 NaOH 溶液吸收烟气中的 SO2，将所得的 Na2SO3溶液进行电解，可循环再生 NaOH，同时得到 H2SO4，其原理如图所示(电极材料为石墨)。下列有关叙述不正确的是( )A图中 a 极连接电源的负极BA 口放出的物质是氢气，C 口放出的物质是氧气Cb 极电极反应式为 SO 2e H 2O=SO 2H 23 24D电解过程中阴极区碱性明显增强解析：选 B。A由题图可知，钠离子移向 a 极，所以 a 极为阴极，连接电源的负极，故 A 正确；Ba 极氢离子发生还原反应，A 口放出
7、的物质是氢气，b 极 SO 发生氧化反应23生成 SO ，故 B 错误；C亚硫酸根离子在阳极(b 极)失去电子发生氧化反应生成硫酸根离24子，电极反应式为 SO 2e H 2O=SO 2H ，故 C 正确；D在阴极 H 放电生成23 24H2， c(H )减小，水的电离平衡 H2OH OH 正向移动，所以电解过程中阴极区碱性明显增强，故 D 正确。5氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。 完成下列填空：(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：_。(2)离子交换膜的作用为_。(3)
8、精制饱和食盐水从图中_位置补充，氢氧化钠溶液从图中_位置流出。(填“a” “b”“c”或“d”)(4)KClO3可以和草酸(H 2C2O4)、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂 ClO2，还生成 CO2和4KHSO4等物质。写出该反应的化学方程式：_。解析：(1)电解饱和食盐水时，溶液中的 H 在阴极得到电子变为 H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的 Cl 在阳极失去电子，发生氧化反应产生 Cl2。反应的离子方程式是2Cl 2H 2O Cl2H 22OH 。= = = = =电 解 (2)题图中的离子交换膜只允许阳离子通过，是阳离子交换膜，不能使阴离子和气体通过，这样就可以阻止阳极的 Cl 和产
9、生的 Cl2进入阴极室，使在阴极区产生的 NaOH 纯度更高；同时可以阻止阳极产生的 Cl2和阴极产生的 H2混合发生反应而爆炸。(3)随着电解的进行，溶质 NaCl 不断消耗，所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中 a 位置补充，由于阴极 H 不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中 d 位置流出；水不断消耗，所以从 b 位置不断加入蒸馏水，从 c 位置流出的是稀的 NaCl溶液。(4)KClO3有氧化性，H 2C2O4有还原性，在酸性条件下 KClO3可以和草酸(H 2C2O4)反应生成高效的消毒杀菌剂 ClO2，还生成 CO2和 KHSO4等物质。根据电子守恒及原子守恒
10、，可得该反应的化学方程式是 2KClO3H 2C2O42H 2SO4=2ClO22CO 22KHSO 42H 2O。答案：(1)2Cl 2H 2O Cl2H 22OH = = = = =电 解 (2)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液 阻止阳极产生的 Cl2和阴极产生的 H2混合发生反应而爆炸(3)a d(4)2KClO3H 2C2O42H 2SO4=2ClO22CO 22KHSO 42H 2O一、选择题1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 32NO 12H 10e =N2 6H2O，则下列说法错误的是( ) 3A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
11、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 5.6 g N2，另一侧溶液质量减少 18 g解析：选 C。A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；B左侧电极为阳极，水电离出5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；C阳极电极反应式为 4OH 4e =O22H 2O，阴极电极反应式为2NO 12H 10e =N26H 2O，转移 20 mol 电子时，阳极生成 20 mol 氢离子，而阴极 3消耗 24 mol 氢离子，氢离子浓度减小，pH
12、增大，C 项错误；D根据电极反应式，阳极电极反应式为 4OH 4e =O22H 2O，阴极电极反应式为2NO 12H 10e =N26H 2O，电解池阴极生成 5.6 g N2，转移电子的物质的量为 5.6 3g28 g/mol102 mol；每有 2 mol 水电解转移 4 mol 电子，则阳极被电解的水的质量为1 mol18 g/mol18 g，D 项正确。2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 NaOH 浓溶液制备高铁酸盐 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 2H2O2e =H22OH B铁是阳极，电极反应为 Fe2e OH
13、 =Fe(OH)2C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：选 A。A用镍(Ni)、铁作电极电解 NaOH 浓溶液制备高铁酸钠(Na 2FeO4)，铁失电子生成高铁酸根，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 2H2O2e =H22OH ，A 项正确；B根据上述分析，铁是阳极，电极反应为Fe8OH 6e =FeO 4H 2O，B 项错误；C若隔膜为阴离子交换膜，则 OH 自左向右24移动，C 项错误；D电解时阳极区的电极反应为 Fe8OH 6e =FeO 4H 2O，pH 降低，24阴
14、极区电极反应为 2H2O2e =H22OH ，pH 升高，电池的总反应为Fe2H 2O2OH =FeO 3H2，最终溶液 pH 降低，D 项错误。243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 12，以下说法正确的是( )Aa 电极与电源的负极相连6B产物丙为硫酸C离子交换膜 d 为阴离子交换膜Da 电极反应式：2H 2O2e =H22OH 解析：选 B。由气体甲与气体乙的体积比约为 12 可知，甲为氧气，a 电极发生反应：2H2O4e =O24H ，乙为氢气，b 电极发生反应：2H 2O2e =H22OH 。则
15、 a 电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。4因存在浓度差而产生电动势的电池称为浓差电池。利用如图所示装置进行实验，开始先闭合 K2，断开 Kl，一段时间后，再断开 K2，闭合 Kl，形成浓差电池，电流计指针偏转(Ag 浓度越大，氧化性越强)。下列说法不正确的是( )A闭合 K2、断开 Kl一段时间后，X 电极质量增加B闭合 K2、断开 Kl一段时间后，右池 c(AgNO3)增大C断开 K2，闭合 K1，X 电极发生氧化反应D断开 K2，闭合 K1，NO 从左池向右池移动 3解析：选 D。A闭合 K2，断开 K1后，X 为阴极，发生还原反
16、应生成银，质量增加，故A 正确；B闭合 K2，断开 K1后，阳极金属银被氧化，阴极析出银，NO 向阳极移动，右池 3AgNO3浓度增大，左池 AgNO3浓度减小，故 B 正确；C断开 K2，闭合 K1后，X 为负极，发生氧化反应，故 C 正确；D断开 K2，闭合 K1后，形成浓差电池，电流计指针偏转(Ag 浓度越大氧化性越强)，可知 Y 为正极，X 为负极，NO 从右池向左池移动，故 D 错误。 35已知反应：2CrO (黄)2H Cr 2O (橙)H 2O，设计图示装置(均为惰性电极)电24 27解 Na2CrO4溶液制取 Na2Cr2O7，下列有关叙述正确的是( )ACrO 生成 Cr2O
17、 的反应为非氧化还原反应，不能通过电解方法获得24 27B电源左侧是正极C右侧电极的电极反应为 2H2O2e =H22OH 7DNa 从右侧通过 Na 交换膜进入左侧解析：选 D。A已知反应：2CrO (黄)2H Cr 2O (橙)H 2O，电解时阳极区24 27水中氢氧根离子失电子，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 ，所以能通过电解方法获得，错误；B根据图示可知左侧 H 放电，左侧是24 27阴极，所以电源左侧是负极，错误；C右侧是阳极，发生氧化反应，电极反应为2H2O4e =O24H ，错误；D阳离子向阴极移动，左侧为阴极，所以 Na 从右侧通过Na
18、交换膜进入左侧，正确。6用二甲醚燃料电池做电源，用惰性电极电解饱和 K2SO4溶液可制取 H2SO4和 KOH，实验装置如图所示：下列说法错误的是( )AY 为 KOHBA 口导出的物质为 H2SO4C二甲醚燃料电池的负极反应式为 CH3OCH33H 2O12e =2CO212H D若燃料电池通入 CH3OCH3(g)的速率为 0.1 mol/min，2 min 时，理论上 C 口收集到气体的体积为 26.88 L解析：选 D。根据图示可知 D 出口处的电极与燃料电池的负极连接，为阴极；A 出口处的电极与燃料电池的正极连接，为阳极。电解 K2SO4溶液，实质是电解水，在阳极是 OH 放电产生
19、O2，附近的水溶液中 c(H )增大；在阴极是 H 放电产生 H2，附近的水溶液中 c(OH )增大，所以 A 口导出的物质为 H2SO4溶液，B 是 O2；C 是 H2，D 是 KOH 溶液，Y 为 KOH；选项A、B 正确；在二甲醚燃料电池的负极，二甲醚失去电子变为 CO2逸出，负极的电极反应式为CH3OCH33H 2O12e =2CO212H ，选项 C 正确；根据负极的电极反应式可知，每有 1 mol CH3OCH3发生反应，转移电子 12 mol，若燃料电池通入 CH3OCH3(g)的速率为 0.1 mol/min，2 min 时，反应的 CH3OCH3的物质的量是 n(CH3OCH
20、3)0.1 mol/min2 min0.2 mol，则转移电子的物质的量是 0.2 mol122.4 mol，根据电子转移守恒可知，生成氢气的物质的量 n(H2)2.4 mol21.2 mol，其在标准状况下的体积是 V(H2)1.2 mol22.4 L/mol26.88 L，但是由于没有指明气体所处的环境，因此不能确定气体的体积大小，选项 D 错误。二、非选择题87H 3PO2可用电渗析法制备。 “四室电渗析法”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)：(1)写出阳极的电极反应式：_。(2)分析产品室可得到 H3PO2的原因：_。(3)早期采用“三室电渗析法”制备 H3PO
21、2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_杂质。该杂质产生的原因是_。解析：(1)阳极为水电离出的 OH 放电，电极反应式为 2H2O4e =O24H 。(2)阳极室中 H 穿过阳膜进入产品室，原料室中 H2PO 穿过阴膜扩散至产品室，二者 2反应生成 H3PO2。(3)在阳极区 H2PO 或 H3PO2可能失电子发生氧化反应，即生成物中会混有 PO 。 2 34答案：(1)2H 2O4e =O24H (2)阳极室中 H 穿过阳膜扩散至产品室，原料室中 H2PO 穿过阴膜扩散至产品室，二 2者反应生成 H3PO2(3)PO H 2PO 或 H3PO2被氧化34 2
