1、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 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。 典例探究 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
2、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 答案B区是阴极室,H +(H 2O)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。 规律方法 该题通过
3、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。交换膜能隔离两种电解质溶液,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
4、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。 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 PbCl4 2-+2e- Pb+4Cl - C.当有 2.07 g Pb 生成时,通过阳离子交换膜的阳离子为 0.04 mol 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 答案C电解 Na
5、2PbCl4溶液后生成 Pb,由题图可知,当有 2.07 g Pb 生成时,即生成 Pb 的物质 的量为= 2.07 g 207 g/mol=0.01 mol,转移电子的物质的量为 0.02 mol,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 0.02 mol,故 C 项错误。 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+Z
6、nZnC2O4 D.通入 11.2 L CO2时,转移 0.5 mol 电子 答案CCO2通入 Pb 电极发生还原反应生成 C2O4 2-,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 - Zn 2+,生成的 Zn2+经阳离子交换膜向左 迁移,与 Pb 电极生成的 C2O4 2-结合生成 ZnC 2O4,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 C2O4 2-,阳极上 Zn 被氧化生成 Zn2+,故电池总反应式为 2CO 2+Zn ZnC2O4,C 正确; 题目未指明 11.2 L CO2是
7、否处于标准状况下,无法确定转移电子数,D 错误。 3.科研人员利用 Mo2N 纳米催化剂在 0.1 molL -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 答案B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
8、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 Mo 2N/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。 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 答案C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 -+H 2,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。
