2022屆高考化學二輪教學案-命題區(qū)間七角度三　電解原理在新科技生產中的應用

角度三電解原理在新科技生產中的應用1．電解生產中離子交換膜的應用(1)離子交換膜的類型和作用(2)離子交換膜類型的判斷方法①看清圖示，是否在交換膜上標注了陰、陽離子，是否標注了電源的正、負極，是否標注了電子流向、電荷流向等，明確陰、陽離子的移動方向。②根據電解池中陰、陽離子的移動方向，結合題中給出的已知信息，找出物質生成或消耗的電極區(qū)域，確定移動的陰、陽離子，從而推知離子交換膜的種類。2．審題方法審電解目的——依據題目信息或裝置圖分析電極及反應——結合目的分析離子交換膜的類型及作用——分析各個隔室中物質的變化。典例電解硫酸鈉溶液產生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1∶2。下列說法正確的是()A．a極與電源的負極相連B．a電極反應式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．離子交換膜d為陰離子交換膜D．產物丙為硫酸審題流程審目的：此裝置為電解法制備硫酸和燒堿。分析電極及反應：依據題目信息可推知氣體甲為氧氣，氣體乙為氫氣，則a極為陽極，電極反應為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，b極為陰極，電極反應為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑。分析交換膜：eq\x(陽極區(qū)氫離子濃度增大，溶液pH減小，陰極區(qū)氫氧根離子濃度增大，溶液pH增大)→eq\x(陽極區(qū)生成：H2SO4陰極區(qū)生成：NaOH)，所以c膜為陰離子交換膜，硫酸根離子透過c膜移向左室，故丙為硫酸，d膜為陽離子交換膜，鈉離子透過d膜移向右室，故丁為氫氧化鈉。1．利用電解法制備Ca(H2PO4)2并得到副產物NaOH和Cl2。下列說法正確的是()A．C膜可以為質子交換膜B．陰極室的電極反應式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．可用鐵電極替換陰極的石墨電極D．每轉移2mole－，陽極室溶液質量減少71g答案C解析根據裝置圖各室的物質成分可知，產品Ca(H2PO4)2中的Ca2＋來源于陽極室，H2POeq\o\al(－,4)來源于原料室，為了保持原料室中溶液為電中性，原料室中Na＋移向陰極室，故C膜為陽離子交換膜，A項錯誤；陰極室中為堿性溶液，不會產生H＋，發(fā)生反應：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，B項錯誤；陰極發(fā)生還原反應，可用鐵電極替換陰極的石墨電極，C項正確；陽極的電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，每轉移2mole－，生成1molCl2，同時有1molCa2＋移向產品室，因此陽極室溶液質量減少111g，D項錯誤。2．二氧化碳的再利用是實現溫室氣體減排的重要途徑之一。在稀H2SO4中利用電催化可將CO2同時轉化為多種燃料，其原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A．陽極的電極反應為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．鉑極上的電勢比銅極上的高，且一段時間后銅極區(qū)溶液質量增大C．銅極上產生乙烯的電極反應式為2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2OD．若銅極上只生成0.34molCO和0.66molHCOOH，則電路中轉移2.5mol電子答案D解析該裝置為電解池，鉑極為陽極，銅極為陰極，陽極的電極反應為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，A項正確；陽極(鉑極)上的電勢比陰極(銅極)上的高，且根據碳原子數守恒和電荷守恒可知，進入陰極區(qū)的H＋和CO2的質量之和大于從陰極上產生的氣體(CH4、C2H4和CO)的質量之和，故一段時間后銅極區(qū)溶液質量增大，B項正確；銅極上產生乙烯的電極反應式為2CO2＋12H＋＋12e－=C2H4＋4H2O，C項正確；若銅極上只生成0.34molCO和0.66molHCOOH，則電路中轉移2mol電子，D項錯誤。3．酸性廢水中的NHeq\o\al(＋,4)可在一定條件下利用硝酸鹽菌轉化為NOeq\o\al(－,3)，再用如圖所示的電化學裝置除去NOeq\o\al(－,3)，下列有關說法正確的是()A．a端是直流電源的負極B．該裝置把化學能轉化為電能C．圖中離子交換膜應為陰離子交換膜D．陰極的電極反應式為2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O答案D解析由圖可知，電解池的右側NOeq\o\al(－,3)轉化為N2，N元素的化合價由＋5價降為0價，說明右側為電解池的陰極，因此b端為電源的負極，a端為電源的正極，A項錯誤；該裝置是電解池，把電能轉化為化學能，B項錯誤；左側為陽極，發(fā)生的電極反應為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，為保持電荷平衡，產生的H＋通過離子交換膜進入右側，所以離子交換膜為陽離子交換膜，C項錯誤；右側為電解池的陰極，發(fā)生的電極反應為2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，D項正確。4．(2020·河北張家口5月模擬)由于氯酸鈉(NaClO3)具有吸濕性，不易保存，因此工業(yè)上常采用電滲析法將氯酸鈉(NaClO3)轉化成氯酸鉀(KClO3)，其工作原理如圖所示(a、b兩電極均為石墨電極，c、d、e依次為陽離子交換膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜)。下列說法不正確的是()A．a電極連接電源負極B．左池NaOH溶液出口濃度大于入口濃度C．該電解池的工作原理實質是電解水D．制備1molKClO3，a、b兩極共產生16.8L氣體答案D解析氯酸鈉濃溶液進入后流出氯酸鈉稀溶液，氯酸鉀稀溶液進入后流出氯酸鉀濃溶液，說明氯酸根離子經d膜向右移動，電解池中陰離子流向陽極，所以b電極為陽極，a電極為陰極。A項，根據分析可知a電極為陰極，與電源負極相連，正確；B項，陰極發(fā)生反應2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，鈉離子經c膜進入左池，所以NaOH溶液出口濃度大于入口濃度，正確；C項，陰極電離出的氫離子放電產生氫氣，陽極氫氧根離子放電生成氧氣，所以該電解池的工作原理的實質是電解水，正確；D項，未指明溫度和壓強，無法計算氣體的體積，錯誤。5．(2020·湖北武漢5月模擬)我國科技工作者設計了一種電解裝置，能將甘油(C3H8O3)和二氧化碳轉化為甘油醛(C3H6O3)和合成氣，原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A．催化電極b與電源負極相連B．電解時催化電極a附近的pH增大C．電解時陰離子透過交換膜向a極遷移D．生成的甘油醛與合成氣的物質的量相等答案B解析A項，催化電極b表面CO2還原為CO，為電解池的陰極，與電源的負極相連，正確；B項，催化電極a為陽極，甘油(C3H8O3)氧化為甘油醛(C3H6O3)，發(fā)生的電極反應為C3H8O3－2e－＋2COeq\o\al(2－,3)=C3H6O3＋2HCOeq\o\al(－,3)，則電極附近的pH減小，錯誤；C項，電解池工作時，陰離子向陽極區(qū)移動，即陰離子透過交換膜向a極遷移，正確；D項，陽極生成1molC3H6O3轉移2mole－，陰極生成1molCO和H2的合成氣轉移2mole－，陰、陽極轉移電子的物質的量相等，則生成的甘油醛與合成氣的物質的量相等，正確。6．(2020·山東濟寧高三期末)電絮凝的反應原理是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直流電的作用下，陽極被腐蝕產生金屬離子，在經一系列水解、聚合及氧化過程，發(fā)展成為各種羥基絡合物、多核羥基絡合物以及氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質、懸浮雜質凝聚沉淀而分離。下列說法不正確的是(