1、必备知识 整合 关键能力 突破 微专题微专题6 6电解池装置中的交换膜电解池装置中的交换膜 必备知识 整合 关键能力 突破 有膜电解池题型是高考课标卷必考知识点(2020课标全国卷没出现), 一般在无机综合题(工业流程题中出现),也会出现在选择题中。一般是以电 解池制备物质或消除污染的情境出现,主要考查电极方程式的书写及相关计 算,涉及得失电子守恒思想,体现了宏观辨识和微观探析、变化观念和平衡思 想、证据推理和模型认知、科学精神和社会责任等学科素养。 必备知识 整合 关键能力 突破 典例探究典例探究 例例(2020安徽马鞍山摸底)目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法,阳(阴) 离子交换膜只允许
2、阳(阴)离子通过,阴(阳)离子和分子不能通过,则下列叙述 中错误的是() A.NaOH、H2均在区产生 B.图中a为阴离子交换膜 C.使用离子交换膜可以有效地隔离 NaOH和Cl2,阻止二者之间的反应 D.电解时往区的溶液中滴加几滴甲基橙,溶液先变红后褪色 B 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析区是阴极室,H+(H2O)放电生成氢气,同时促进水的电离,生成氢氧化 钠,A正确;区中的Na+通过a进入区,故a是阳离子交换膜,B错误;区是阳 极室,Cl-放电生成氯气,区中的Cl-通过b进入区,故b是阴离子交换膜,使用 离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2,防止二者反应,C正确;氯气溶于水显
3、 酸性,同时次氯酸还具有漂白性,所以滴入甲基橙后溶液先变红后褪色,D正确。 必备知识 整合 关键能力 突破 规律方法规律方法 该题通过有膜电解池考查了离子交换膜的判别及作用和阴、阳极的产物判 断等知识,这类题的一般解题思路如下: 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,隔膜作用主要有提高产品纯度、避免 产物之间发生反应、避免产物因发生反应而产生危险等。交换膜能隔离两 必备知识 整合 关键能力 突破 种电解质溶液
4、,避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触,能提高电 流效率。在这种装置中,交换膜起盐桥的作用,且优于盐桥(盐桥需要定时替 换或再生)。通过限制离子迁移,使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回 路,使氧化剂和还原剂在不接触的条件下发生氧化还原反应。 必备知识 整合 关键能力 突破 1.(2020黑龙江哈尔滨模拟)以PbO为原料回收铅的过程如下: a.将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的溶液; b.电解Na2PbCl4溶液后生成Pb,原理如图所示。 下列判断不正确的是() A.阳极区的溶质主要是H2SO4 B.电极的电极反应式为PbC+2e-Pb+4Cl- C.
5、当有2.07gPb生成时,通过阳离子交换膜的阳离子为0.04mol D.电解过程中为了实现物质的循环利用,可向阴极区补充PbO 2 4 l C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析电解Na2PbCl4溶液后生成Pb,由题图可知,当有2.07gPb生成时,即生成 Pb的物质的量为=0.01mol,转移电子的物质的量为0.02mol,电解 液中的阳离子为氢离子,根据得失电子守恒可知,通过阳离子交换膜的阳离子 为0.02mol,故C项错误。 2.07g 207g / mol 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2020辽宁大连3月检测)采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法, 下图是
6、利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。 下列说法正确的是() A.Zn电极与电源的负极相连 B.ZnC2O4在阳离子交换膜右侧生成 C.电解的总反应式为2CO2+ZnZnC2O4 D.通入11.2LCO2时,转移0.5mol电子 C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析CO2通入Pb电极发生还原反应生成C2,则Pb电极为阴极,Zn电极为 阳极,故Zn电极与电源的正极相连,A错误;Zn电极反应式为Zn-2e-Zn2+,生 成的Zn2+经阳离子交换膜向左迁移,与Pb电极生成的C2结合生成ZnC2O4,故 在阳离子交换膜左侧生成ZnC2O4,B错误;阴极上CO2被还原生成C2,阳
7、极上 Zn被氧化生成Zn2+,故电池总反应式为2CO2+ZnZnC2O4,C正确;题目未指 明11.2LCO2是否处于标准状况下,无法确定转移电子数,D错误。 2 4 O 2 4 O 2 4 O 必备知识 整合 关键能力 突破 3.科研人员利用Mo2N纳米催化剂在0.1molL-1盐酸中进行电催化固氮,装置如图 所示,在一定电压下具有较高的产氨速率。 下列判断错误的是() A.Mo2N/GCE电极为阴极 B.溶液中H+通过隔膜向石墨电极区迁移 C.Mo2N/GCE电极区反应式为N2+6H+ 6e-2NH3 D.为提高溶液的导电性,可在石墨电极区加入适量的硫酸 B 必备知识 整合 关键能力 突破
8、 解析解析根据题图可知,左侧电极N2NH3,N元素的化合价降低,得电子发生还 原反应,Mo2N/GCE电极为阴极,石墨电极为阳极,阴极反应式为N2+6H+6e- 2NH3,阳极反应式为2H2O-4e-O2+4H+。根据上述分析,A、C项正 确;电解池中,阳离子移向阴极,则H+通过隔膜向Mo2N/GCE电极区迁移,B项错 误;石墨电极区加入适量硫酸,硫酸不放电,能增加导电能力,D项正确。 必备知识 整合 关键能力 突破 4.工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解提 纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如图所示。 下列说法中不正确的是() A.阴极材料可以是Fe,含氧酸根杂质不参与电极反应 B.该电解槽的阳极反应式为4OH-4e-2H2O+O2 C.通电后,该电解槽阴极附近溶液的pH会逐渐减小 D.除去杂质后,氢氧化钾溶液从出口B导出来 C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析电解槽中阴离子放电顺序为OH-含氧酸根离子,阳离子放电顺序为 H+K+,故此电解反应的实质是电解水,阴极反应是2H2O+2e-2OH-+H2, 通电后阴极区的pH会增大,阳极反应是4OH-4e-2H2O+O2,阳极区c(OH) 减小,K+会通过阳离子交换膜移向阴极与阴极产生的OH-结合,以KOH溶液的 形式从B口导出。由上述分析可得出A、B、D正确,C错误。
