11 “隔膜”電解池在工業生產中的應用1常見的隔膜隔膜又叫離子交換膜，由高分子特殊材料制成。離子交換膜分三類：(1)陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，不允許陰離子通過。(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。(3)質子交換膜，只允許H通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。2隔膜的作用(1)能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止發生化學反應。(2)能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。3“隔膜”電解池的解題步驟第一步，分清隔膜類型。即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜。第二步，寫出電極反應式，判斷交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化，根據電荷平衡判斷離子遷移方向。第三步，分析隔膜作用。在產品制備中，隔膜作用主要是提高產品純度，避免產物之間發生反應，或避免產物因發生反應而造成危險。1工業上可利用下圖所示電解裝置吸收和轉化SO2(A、B均為惰性電極)。下列說法正確的是()AA極接電源的正極BA極區溶液的堿性逐漸增強C本裝置中使用的是陰離子交換膜DB極的電極反應式為SO22e2H2O=SO4H解析：選B。A項，由HSO生成S2O，發生還原反應，A極為陰極，應接電源的負極，錯誤；B項，陰極的電極反應式為2HSO2H2e=S2O2H2O，堿性增強，正確；C項，陽極的電極反應式為SO22H2O2e=SO4H，離子交換膜應使H從右向左移動，應為陽離子交換膜，錯誤；D項，B極為陽極，發生SO22H2O2e=SO4H，錯誤。2制備二氧化錳的裝置如圖，陽極以硫酸錳和硫酸混合液為電解液，陰極以稀硫酸為電解液，電解裝置中大箭頭表示溶液中陽離子移動的方向。下列說法正確的是()AN是電源的負極B右側氣孔逸出的氣體可能為副產物H2C石墨電極的電極反應式為Mn22e2H2O=MnO24HD電解過程中陽離子交換膜左側硫酸濃度基本不變，右側減小解析：選C。陽離子向陰極移動，說明左側為陰極，則M為電源負極，N為電源正極，A項錯誤；右側為陽極，逸出的氣體可能是溶液中的氫氧根離子放電生成的氧氣，B項錯誤；石墨電極為陽極，錳離子失去電子生成二氧化錳，C項正確；電解過程中陽離子向左側移動，左側溶液中H放電生成H2，硫酸的濃度不變，右側MnSO4電解生成MnO2和H2SO4，硫酸濃度增大，D項錯誤。3工業上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質Ni的原理如圖所示。下列說法不正確的是()已知：Ni2在弱酸性溶液中發生水解氧化性：Ni2(高濃度)HNi2(低濃度)A碳棒上發生的電極反應：4OH4e=O22H2OB電解過程中，B室中NaCl溶液的物質的量濃度將不斷減小C為了提高Ni的產率，電解過程中需要控制廢水pHD若將圖中陽離子膜去掉，將A、B兩室合并，則電解反應總方程式發生改變解析：選B。A項，電極反應式為陽極：4OH4e=2H2OO2，陰極：Ni22e=Ni，2H2e=H2，正確；B項，由于C室中Ni2、H不斷減少，Cl通過陰離子膜從C室移向B室，A室中OH不斷減少，Na通過陽離子膜從A室移向B室，所以B室中NaCl溶液的物質的量濃度不斷增大，錯誤；C項，由于H的氧化性大于Ni2(低濃度)的氧化性，所以為了提高Ni的產率，電解過程需要控制廢水的pH，正確；D項，若去掉陽離子膜，在陽極Cl首先放電生成Cl2，反應總方程式發生改變，正確。4用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將所得的Na2SO3溶液進行電解，可循環再生NaOH，同時得到H2SO4，其原理如圖所示(電極材料為石墨)。下列有關敘述不正確的是()A圖中a極連接電源的負極BA口放出的物質是氫氣，C口放出的物質是氧氣Cb極電極反應式為SO2eH2O=SO2HD電解過程中陰極區堿性明顯增強解析：選B。A由題圖可知，鈉離子移向a極，所以a極為陰極，連接電源的負極，故A正確；Ba極氫離子發生還原反應，A口放出的物質是氫氣，b極SO發生氧化反應生成SO，故B錯誤；C亞硫酸根離子在陽極(b極)失去電子發生氧化反應生成硫酸根離子，電極反應式為SO2eH2O=SO2H，故C正確；D在陰極H放電生成H2，c(H)減小，水的電離平衡H2OHOH正向移動，所以電解過程中陰極區堿性明顯增強，故D正確。5氯堿工業以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產品。下圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽離子通過。 完成下列填空：(1)寫出電解飽和食鹽水的離子方程式：_。(2)離子交換膜的作用為_。(3)精制飽和食鹽水從圖中_位置補充，氫氧化鈉溶液從圖中_位置流出。(填“a”“b”“c”或“d”)(4)KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反應生成高效的消毒殺菌劑ClO2，還生成CO2和KHSO4等物質。寫出該反應的化學方程式：_。解析：(1)電解飽和食鹽水時，溶液中的H在陰極得到電子變為H2逸出，使附近的水溶液顯堿性，溶液中的Cl在陽極失去電子，發生氧化反應產生Cl2。反應的離子方程式是2Cl2H2OCl2H22OH。(2)題圖中的離子交換膜只允許陽離子通過，是陽離子交換膜，不能使陰離子和氣體通過，這樣就可以阻止陽極的Cl和產生的Cl2進入陰極室，使在陰極區產生的NaOH純度更高；同時可以阻止陽極產生的Cl2和陰極產生的H2混合發生反應而爆炸。(3)隨著電解的進行，溶質NaCl不斷消耗，所以應該及時補充。精制飽和食鹽水從與陽極連接的圖中a位置補充，由于陰極H不斷放電，附近的溶液顯堿性，氫氧化鈉溶液從圖中d位置流出；水不斷消耗，所以從b位置不斷加入蒸餾水，從c位置流出的是稀的NaCl溶液。(4)KClO3有氧化性，H2C2O4有還原性，在酸性條件下KClO3可以和草酸(H2C2O4)反應生成高效的消毒殺菌劑ClO2，還生成CO2和KHSO4等物質。根據電子守恒及原子守恒，可得該反應的化學方程式是2KClO3H2C2O42H2SO4=2ClO22CO22KHSO42H2O。答案：(1)2Cl2H2OCl2H22OH(2)能得到純度更高的氫氧化鈉溶液阻止陽極產生的Cl2和陰極產生的H2混合發生反應而爆炸(3)ad(4)2KClO3H2C2O42H2SO4=2ClO22CO22KHSO42H2O一、選擇題1用如圖所示裝置處理含NO的酸性工業廢水，某電極反應式為2NO12H10e=N26H2O，則下列說法錯誤的是()A電源正極為A，電解過程中有氣體放出B電解時H從質子交換膜左側向右側移動C電解過程中，右側電解液pH保持不變D電解池一側生成5.6 g N2，另一側溶液質量減少18 g解析：選C。A根據電極反應式可知，插入廢水中的Pt電極為陰極，B為直流電源的負極，則電源正極為A，電解過程中有氣體放出，A項正確；B左側電極為陽極，水電離出來的氫氧根離子在陽極放電生成氫離子，氫離子從質子交換膜左側向右側移動，B項正確；C陽極電極反應式為4OH4e=O22H2O，陰極電極反應式為2NO12H10e=N26H2O，轉移20 mol電子時，陽極生成20 mol氫離子，而陰極消耗24 mol氫離子，氫離子濃度減小，pH增大，C項錯誤；D根據電極反應式，陽極電極反應式為4OH4e=O22H2O，陰極電極反應式為2NO12H10e=N26H2O，電解池陰極生成5.6 g N2，轉移電子的物質的量為5.6 g28 g/mol102 mol；每有2 mol水電解轉移4 mol電子，則陽極被電解的水的質量為1 mol18 g/mol18 g，D項正確。2高鐵酸鹽在能源環保領域有廣泛用途，用鎳(Ni)、鐵作電極電解NaOH濃溶液制備高鐵酸鹽Na2FeO4的裝置如圖所示。下列說法合理的是()A鎳電極上的電極反應為2H2O2e=H22OHB鐵是陽極，電極反應為Fe2eOH=Fe(OH)2C若隔膜為陰離子交換膜，則OH自右向左移動D電解時陽極區pH降低、陰極區pH升高，最終溶液pH不變解析：選A。A用鎳(Ni)、鐵作電極電解NaOH濃溶液制備高鐵酸鈉(Na2FeO4)，鐵失電子生成高鐵酸根，則鐵作陽極，鎳作陰極，溶液中的氫離子在陰極放電生成氫氣，則電極反應式為2H2O2e=H22OH，A項正確；B根據上述分析，鐵是陽極，電極反應為Fe8OH6e=FeO4H2O，B項錯誤；C若隔膜為陰離子交換膜，則OH自左向右移動，C項錯誤；D電解時陽極區的電極反應為Fe8OH6e=FeO4H2O，pH降低，陰極區電極反應為2H2O2e=H22OH，pH升高，電池的總反應為Fe2H2O2OH=FeO3H2，最終溶液pH降低，D項錯誤。3電解硫酸鈉溶液聯合生產硫酸和燒堿溶液的裝置如圖所示，其中陰極和陽極均為惰性電極。測得同溫同壓下，氣體甲與氣體乙的體積比約為12，以下說法正確的是()Aa電極與電源的負極相連B產物丙為硫酸C離子交換膜d為陰離子交換膜Da電極反應式：2H2O2e=H22OH解析：選B。由氣體甲與氣體乙的體積比約為12可知，甲為氧氣，a電極發生反應：2H2O4e=O24H，乙為氫氣，b電極發生反應：2H2O2e=H22OH。則a電極與電源的正極相連，產物丙為硫酸，產物丁為氫氧化鈉，c為陰離子交換膜，d為陽離子交換膜。4因存在濃度差而產生電動勢的電池稱為濃差電池。利用如圖所示裝置進行實驗，開始先閉合K2，斷開Kl，一段時間后，再斷開K2，閉合Kl，形成濃差電池，電流計指針偏轉(Ag濃度越大，氧化性越強)。下列說法不正確的是()A閉合K2、斷開Kl一段時間后，X電極質量增加B閉合K2、斷開Kl一段時間后，右池c(AgNO3)增大C斷開K2，閉合K1，X電極發生氧化反應D斷開K2，閉合K1，NO從左池向右池移動解析：選D。A閉合K2，斷開K1后，X為陰極，發生還原反應生成銀，質量增加，故A正確；B閉合K2，斷開K1后，陽極金屬銀被氧化，陰極析出銀，NO向陽極移動，右池AgNO3濃度增大，左池AgNO3濃度減小，故B正確；C斷開K2，閉合K1后，X為負極，發生氧化反應，故C正確；D斷開K2，閉合K1后，形成濃差電池，電流計指針偏轉(Ag濃度越大氧化性越強)，可知Y為正極，X為負極，NO從右池向左池移動，故D錯誤。5已知反應：2CrO(黃)2HCr2O(橙)H2O，設計圖示裝置(均為惰性電極)電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，下列有關敘述正確的是()ACrO生成Cr2O的反應為非氧化還原反應，不能通過電解方法獲得B電源左側是正極C右側電極的電極反應為2H2O2e=H22OHDNa從右側通過Na交換膜進入左側解析：選D。A已知反應：2CrO(黃)2HCr2O(橙)H2O，電解時陽極區水中氫氧根離子失電子，同時生成氫離子，氫離子濃度增大，化學平衡向右移動，CrO生成Cr2O，所以能通過電解方法獲得，錯誤；B根據圖示可知左側H放電，左側是陰極，所以電源左側是負極，錯誤；C右側是陽極，發生氧化反應，電極反應為2H2O4e=O24H，錯誤；D陽離子向陰極移動，左側為陰極，所以Na從右側通過Na交換膜進入左側，正確。6用二甲醚燃料電池做電源，用惰性電極電解飽和K2SO4溶液可制取H2SO4和KOH，實驗裝置如圖所示：下列說法錯誤的是()AY為KOHBA口導出的物質為H2SO4C二甲醚燃料電池的負極反應式為CH3OCH33H2O12e=2CO212HD若燃料電池通入CH3OCH3(g)的速率為0.1 mol/min，2 min時，理論上C口收集到氣體的體積為26.88 L解析：選D。根據圖示可知D出口處的電極與燃料電池的負極連接，為陰極；A出口處的電極與燃料電池的正極連接，為陽極。電解K2SO4溶液，實質是電解水，在陽極是OH放電產生O2，附近的水溶液中c(H)增大；在陰極是H放電產生H2，附近的水溶液中c(OH)增大，所以A口導出的物質為H2SO4溶液，B是O2；C是H2，D是KOH溶液，Y為KOH；選項A、B正確；在二甲醚燃料電池的負極，二甲醚失去電子變為CO2逸出，負極的電極反應式為CH3OCH33H2O12e=2CO212H，選項C正確；根據負極的電極反應式可知，每有1 mol CH3OCH3發生反應，轉移電子12 mol，若燃料電池通入CH3OCH3(g)的速率為0.1 mol/min，2 min時，反應的CH3OCH3的物質的量是n(CH3OCH3)0.1 mol/min2 min0.2 mol，則轉移電子的物質的量是0.2 mol122.4 mol，根據電子轉移守恒可知，生成氫氣的物質的量n(H2)2.4 mol21.2 mol，其在標準狀況下的體積是V(H2)1.2 mol22.4 L/mol26.88 L，但是由于沒有指明氣體所處的環境，因此不能確定氣體的體積大小，選項D錯誤。二、非選擇題7H3PO2可用電滲析法制備。“四室電滲析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)：(1)寫出陽極的電極反應式：_。(2)分析產品室可得到H3PO2的原因：_。(3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法