2020版高考化学一轮复习 全国卷热考微专题(12)“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SO2－4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SO2－4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1 mol电子的电量时，会有0.5 mol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SO2－4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1 mol电子的电量时，会有0.25 mol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===SO2－4＋4H＋
解析：由HSO－3生成S2O2－4，发生还原反应，A应为负极，A错误；阴极的电极反应式为2HSO－3＋2H＋＋2e－===S2O2－4＋2H2O，碱性增强，B正确；阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO2－4＋4H＋，阴极的电极反应式为2HSO－3＋2H＋＋2e－===S2O2－4＋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－===SO2－4＋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5.6 L气体(标准状况下)时，则有2N A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－===Cl
2↑，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5.6 L气体(标准状况下)即0.25 mol时，消耗的氢离子为1 mol，则有N A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
－自左向右移动，C项错误；电－===FeO2－
4＋4H2O，B项错误；若隔膜为阴离子交换膜，则OH
解时阳极区的电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO2－4＋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－===FeO2－4＋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－3的酸性工业废水，某电极反应式为2NO－3＋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5.6 g N2，另一侧溶液质量减少18 g
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－3＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，转移20 mol电子时，阳极生成20 mol氢离子，而阴极反应24 mol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－3＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，电解池阴极生成5.6 g N2，转移电子物质的量为5.6 g÷28 g/mol×10＝2 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 mol×18 g/mol＝18 g，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：2CrO2－4(黄)＋2H＋===Cr2O2－7(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． CrO2－4生成Cr2O2－7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：2CrO2－4(黄)＋2H＋===Cr2O2－7(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，CrO2－4生成Cr2O2－7，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0.25 mol气体时，则铁电极增重16 g
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0.25 mol氧气时，则转移0.25×4＝1 mol电子，所以铁电极增重0.5 mol×64 g/mol＝32 g，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1 mol产品HI，阳极室溶液质量减少8 g
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1 mol产品HI，则转移1 mol电子，又阳极电极反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，所以消耗0.5 mol水即9 g，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。