有关离子交换膜的电化学试题解题策略

离子交换膜在高考电化学试题中的常见考点归纳 高三化学备课组 耿磊

一、 氯碱工业原理

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答案:D:精制NaCl F :氯气 E :稀NaCl X :阳离子交换膜 A :H 2O (含少量NaOH )

C :H 2 B :NaOH

延伸:如下图所示,在没有离子交换膜的情况下,用惰性电极电解饱和氯化钠溶液,可以制取环保型消毒液,请写出电池总反应式。

NaCl+H 2O=NaClO+H 2

【类题训练1】某研究小组用NaOH 溶液吸收尾气中的二氧化硫,将所得的Na 2SO 3溶液进行

电解循环再生,这种新工艺叫再生循环脱硫法;其中阴阳膜组合循环再生机理如图,a 、b 离子交换膜将电解槽分为三个区域,电极材料为石墨。 ①图中a 表示 离子交换膜(填“阴”或“阳”)。

A ,E 分别代表生产中的原料或产品,其中C 为硫酸,则A 表示 ,E 表示 。

【类题训练2】

(1)写出用惰性电极电解硫酸钠水溶液的总反应式2H 2O=2H 2+O 2

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__

(2)某同学根据氯碱工业中的膜技术原理,设计出了一个电解硫酸钠溶液制氢氧化钠溶液和硫酸溶液的装置,标出进出物质的化学式:

A___O 2________;B____H 2_______

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C___NaOH________;D_____H 2O (含少量NaOH )______;

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E_____Na 2SO 4______;F_____H 2O (H 2SO 4)______;G__H 2SO 4_________。膜b 为___阳离子________(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。

此装置中的电解总方程式为: _2Na 2SO 4+6H 2O=2H 2+O 2+2H 2SO 4+4NaOH

【类题训练3 (2016全国新课标I)】三室式电渗析法处理含Na 2SO 4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24SO -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。

B

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下列叙述正确的是

A.通电后中间隔室的24SO -

离子向正极区迁移,正极区溶液pH 增大

B.该法在处理含Na 2SO 4废水时可以得到NaOH 和H 2SO 4产品

C.负极区反应为2H 2O –4e –

=O 2+4H +,负极区溶液pH 降低

D.当电路中通过1mol 电子的电量时,会有0.5mol 的O 2生成

二、高考题中的离子交换膜类电化学装置 1、物质的制备 (1)选择型

(2013·浙江高考·11)通过如下电解装置制备KIO 3,电解槽内装有KI 及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。已知:3I 2+6OH -

=I

+5I -

+3H 2

O

下列说法不正确的是 D

A.右侧发生的电极反应式:2H 2O+2e -=H 2↑+2OH -

B.电解结束时,右侧溶液中含有I

C.电解槽内发生反应的总化学方程式:KI+3H 2O

KIO 3+3H 2↑

D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变

【类题训练4】加碘食盐中含有碘酸钾(KIO 3),现以电解法制备碘酸钾,实验装置如图所示。

先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液,发生反应:3I 2+6KOH=5KI+KIO 3+3H 2O ,将该溶液加

入阳极区,另将氢氧化钾溶液加入阴极区,开始电解。下列说法中正确的是

C

A .图中离子交换膜为阳离子交换膜

B .随着电解进行,阴极区KOH 溶液浓度会逐渐减小

C .a 电极反应式:I ―—6e ―+6OH ―= IO 3―

+3H 2O

D .当阳极有0.1mol I ―

放电时,阴极生成6.72LH 2

(2)原理简述型

(节选自2014·新课标全国卷Ⅰ)H 3PO 2可用电渗析法制备,“四室电渗析法”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):

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分析产品室可得到H3PO2的原因是______阳极室的H+穿过阳膜进入产品室,原料中的H2PO2-穿过阴膜进入产品室,二者反应得到_________________________

【类题训练5】用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液,然后电解该溶液可制得硫酸和X。电解原理示意图如下

问题:X物质是什么?简述获得该物质的原理(用必要的方程式和文字加以解释)

Na2SO3

【类题训练6】电渗析法处理厨房垃圾发酵液,同时得到乳酸的原理如下图所示(图中“HA”表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。

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简述浓缩室中得到浓乳酸的原理:_阳极氢氧根放电,氢离子浓度增大,从_阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室,阴极区氢离子放电,浓度下降,A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室,二者反应得到______________________________________ 2、分离、提纯物质

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

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C

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

3、离子迁移型系列定量计算

(1)有实验小组想以如右图所示装置将SO2转化为某种重要的化工原料,当有0.25mol SO2被吸收时,通过质子(H+)交换膜的H+的物质的量为0.5mol

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(2)(2014·福建理综化学卷,T11)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。

下列说法正确的是D

A.正极反应为AgCl+e-Ag+Cl-

B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成

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C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变

D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子

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【类题训练7】含有乙酸钠和对氯苯酚()的酸性废水;可利用微生物电池法除去,其原理如图所示。

酸性条件下,A和B极的电极反应式分别为、

设电极两边溶液分别为1L,反应一段时间后,B极区溶液的pH从4变到1,此过程中处理的乙酸钠的质量为 2.05 g。

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CH3COO--8e-+2H2O=2CO2+7H+

【类题训练8】(2012重庆卷)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如图2所示。

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图2

②阳极室中发生的反应依次为________、________。

③电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将________

6Cl--6e-===3Cl2↑CO(NH2)2+3Cl2+H2O===N2+CO2+6HCl

不变

【类题训练9 2013重庆卷】

化学在环境保护中起着十分重要的作用,催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3-的原理如图所示。

①电源正极为(填A或B),阴极反应式为

②若电解过程中转移了2mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)为

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g

2NO3-+6H2O+10e-=N2+12OH- 14.4

【类题训练10】

(浙江卷,10)以铬酸钾为原料,电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下,下列说法不正确的是D

A.在阴极式,发生的电极反应为:

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2H2O+2e-2OH―+H2↑

B.在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳

极区H+浓度增大,使平衡2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O

向右移动

C.该制备过程总反应的化学方程式为:

4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+4KOH+2H2↑+O2↑

D.测定阳极液中K和Cr的含量,若K与Cr的物质的量之比为d,则此时铬酸钾的转化率为α=1-d/2

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