2022届高考化学二轮教学案-命题区间七角度三　电解原理在新科技生产中的应用

角度三电解原理在新科技生产中的应用1．电解生产中离子交换膜的应用(1)离子交换膜的类型和作用(2)离子交换膜类型的判断方法①看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极，是否标注了电子流向、电荷流向等，明确阴、阳离子的移动方向。②根据电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题中给出的已知信息，找出物质生成或消耗的电极区域，确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。2．审题方法审电解目的——依据题目信息或装置图分析电极及反应——结合目的分析离子交换膜的类型及作用——分析各个隔室中物质的变化。典例电解硫酸钠溶液产生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。下列说法正确的是()A．a极与电源的负极相连B．a电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．离子交换膜d为阴离子交换膜D．产物丙为硫酸审题流程审目的：此装置为电解法制备硫酸和烧碱。分析电极及反应：依据题目信息可推知气体甲为氧气，气体乙为氢气，则a极为阳极，电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，b极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑。分析交换膜：eq\x(阳极区氢离子浓度增大，溶液pH减小，阴极区氢氧根离子浓度增大，溶液pH增大)→eq\x(阳极区生成：H2SO4阴极区生成：NaOH)，所以c膜为阴离子交换膜，硫酸根离子透过c膜移向左室，故丙为硫酸，d膜为阳离子交换膜，钠离子透过d膜移向右室，故丁为氢氧化钠。1．利用电解法制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是()A．C膜可以为质子交换膜B．阴极室的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．可用铁电极替换阴极的石墨电极D．每转移2mole－，阳极室溶液质量减少71g答案C解析根据装置图各室的物质成分可知，产品Ca(H2PO4)2中的Ca2＋来源于阳极室，H2POeq\o\al(－,4)来源于原料室，为了保持原料室中溶液为电中性，原料室中Na＋移向阴极室，故C膜为阳离子交换膜，A项错误；阴极室中为碱性溶液，不会产生H＋，发生反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，B项错误；阴极发生还原反应，可用铁电极替换阴极的石墨电极，C项正确；阳极的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，每转移2mole－，生成1molCl2，同时有1molCa2＋移向产品室，因此阳极室溶液质量减少111g，D项错误。2．二氧化碳的再利用是实现温室气体减排的重要途径之一。在稀H2SO4中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示。下列说法错误的是()A．阳极的电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．铂极上的电势比铜极上的高，且一段时间后铜极区溶液质量增大C．铜极上产生乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2OD．若铜极上只生成0.34molCO和0.66molHCOOH，则电路中转移2.5mol电子答案D解析该装置为电解池，铂极为阳极，铜极为阴极，阳极的电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，A项正确；阳极(铂极)上的电势比阴极(铜极)上的高，且根据碳原子数守恒和电荷守恒可知，进入阴极区的H＋和CO2的质量之和大于从阴极上产生的气体(CH4、C2H4和CO)的质量之和，故一段时间后铜极区溶液质量增大，B项正确；铜极上产生乙烯的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O，C项正确；若铜极上只生成0.34molCO和0.66molHCOOH，则电路中转移2mol电子，D项错误。3．酸性废水中的NHeq\o\al(＋,4)可在一定条件下利用硝酸盐菌转化为NOeq\o\al(－,3)，再用如图所示的电化学装置除去NOeq\o\al(－,3)，下列有关说法正确的是()A．a端是直流电源的负极B．该装置把化学能转化为电能C．图中离子交换膜应为阴离子交换膜D．阴极的电极反应式为2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O答案D解析由图可知，电解池的右侧NOeq\o\al(－,3)转化为N2，N元素的化合价由＋5价降为0价，说明右侧为电解池的阴极，因此b端为电源的负极，a端为电源的正极，A项错误；该装置是电解池，把电能转化为化学能，B项错误；左侧为阳极，发生的电极反应为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，为保持电荷平衡，产生的H＋通过离子交换膜进入右侧，所以离子交换膜为阳离子交换膜，C项错误；右侧为电解池的阴极，发生的电极反应为2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，D项正确。4．(2020·河北张家口5月模拟)由于氯酸钠(NaClO3)具有吸湿性，不易保存，因此工业上常采用电渗析法将氯酸钠(NaClO3)转化成氯酸钾(KClO3)，其工作原理如图所示(a、b两电极均为石墨电极，c、d、e依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜)。下列说法不正确的是()A．a电极连接电源负极B．左池NaOH溶液出口浓度大于入口浓度C．该电解池的工作原理实质是电解水D．制备1molKClO3，a、b两极共产生16.8L气体答案D解析氯酸钠浓溶液进入后流出氯酸钠稀溶液，氯酸钾稀溶液进入后流出氯酸钾浓溶液，说明氯酸根离子经d膜向右移动，电解池中阴离子流向阳极，所以b电极为阳极，a电极为阴极。A项，根据分析可知a电极为阴极，与电源负极相连，正确；B项，阴极发生反应2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，钠离子经c膜进入左池，所以NaOH溶液出口浓度大于入口浓度，正确；C项，阴极电离出的氢离子放电产生氢气，阳极氢氧根离子放电生成氧气，所以该电解池的工作原理的实质是电解水，正确；D项，未指明温度和压强，无法计算气体的体积，错误。5．(2020·湖北武汉5月模拟)我国科技工作者设计了一种电解装置，能将甘油(C3H8O3)和二氧化碳转化为甘油醛(C3H6O3)和合成气，原理如图所示。下列说法错误的是()A．催化电极b与电源负极相连B．电解时催化电极a附近的pH增大C．电解时阴离子透过交换膜向a极迁移D．生成的甘油醛与合成气的物质的量相等答案B解析A项，催化电极b表面CO2还原为CO，为电解池的阴极，与电源的负极相连，正确；B项，催化电极a为阳极，甘油(C3H8O3)氧化为甘油醛(C3H6O3)，发生的电极反应为C3H8O3－2e－＋2COeq\o\al(2－,3)=C3H6O3＋2HCOeq\o\al(－,3)，则电极附近的pH减小，错误；C项，电解池工作时，阴离子向阳极区移动，即阴离子透过交换膜向a极迁移，正确；D项，阳极生成1molC3H6O3转移2mole－，阴极生成1molCO和H2的合成气转移2mole－，阴、阳极转移电子的物质的量相等，则生成的甘油醛与合成气的物质的量相等，正确。6．(2020·山东济宁高三期末)电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被腐蚀产生金属离子，在经一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以及氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。下列说法不正确的是(