-新教材高中化學(xué)第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第二節(jié)第二課時(shí)電解原理的應(yīng)用學(xué)案新人教版選擇性必修

PAGEPAGE17第二課時(shí)電解原理的應(yīng)用明課程標(biāo)準(zhǔn)扣核心素養(yǎng)1.了解電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。2．認(rèn)識(shí)電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的具體應(yīng)用。1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：能依據(jù)微粒的放電順序預(yù)測并判斷電解產(chǎn)物，能從電解過程中的宏觀現(xiàn)象判斷電極反應(yīng)、解釋變化的規(guī)律。2．證據(jù)推理與模型認(rèn)知：基于電解的具體應(yīng)用及相應(yīng)規(guī)律，建立電解應(yīng)用問題的分析及相關(guān)計(jì)算的思維模型，并能解決相關(guān)應(yīng)用問題。eq\a\vs4\al(電解飽和食鹽水)[實(shí)驗(yàn)]探究電解氯化鈉溶液實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)操作在U形管中裝入飽和食鹽水，滴入幾滴酚酞試液，用石墨棒作陽極，鐵棒作陰極。把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在陽極附近。接通直流電源后，觀察U形管內(nèi)產(chǎn)生的現(xiàn)象及試紙顏色的變化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，U形管內(nèi)陰極區(qū)溶液變紅且有無色無味的氣體產(chǎn)生，陽極放出有刺激性氣味的黃綠色氣體，濕潤的碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)[問題探討]1．電解液中存在的離子有哪些？通電后離子移動(dòng)的方向如何？分別在兩極上放電的離子是什么？提示：電解液中存在的離子是Na＋、H＋、Cl－、OH－；通電后，U形管中的Cl－、OH－移向陽極，依據(jù)放電順序：Cl－>OH－可知，Cl－在陽極上先放電，Na＋、H＋移向陰極，依據(jù)放電順序：H＋>Na＋可知，H＋在陰極上先放電。2．電解時(shí)兩極得到的產(chǎn)物分別是什么？寫出電極反應(yīng)式和總的電解化學(xué)方程式。提示：陽極產(chǎn)物是Cl2，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極產(chǎn)物是H2和NaOH，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－?？偡磻?yīng)式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。3．電解一段時(shí)間后，得到的混合液能使紅色布條褪色的原因是什么？用上述電解法制得的NaOH純凈嗎？提示：電解飽和食鹽水時(shí)陰極區(qū)生成NaOH，陽極區(qū)生成Cl2，二者發(fā)生反應(yīng)：Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，NaClO具有漂白性，故能使有色布條褪色。用上述方法制得的NaOH溶液中混有NaCl和NaClO，純度較低。4．工業(yè)制取燒堿時(shí)，如何避免Cl2與NaOH溶液反應(yīng)，從而提高NaOH的純度？如何充分利用兩極產(chǎn)生的氣體，變廢為寶？提示：工業(yè)用離子交換膜電解槽來制燒堿，陽離子交換膜把電解池分成陽極室和陰極室，從而避免了Cl2與NaOH溶液的接觸反應(yīng)，提高了NaOH的純度。電解時(shí)兩極產(chǎn)生H2和Cl2，可以使二者發(fā)生反應(yīng)生成HCl，得到鹽酸副產(chǎn)品。氯堿工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，電解精制后的飽和食鹽水制取燒堿、氫氣和氯氣的裝置是離子交換膜電解槽，圖示如下：(1)使用的離子交換膜是陽離子交換膜，它只允許陽離子(如Na＋)通過，能阻止陰離子(如Cl－)及分子(如Cl2)通過，這樣既避免了Cl2與H2混合光照下發(fā)生爆炸，又防止了Cl2與NaOH溶液的反應(yīng)。(2)兩極室放入的原料：陽極室是精制后的飽和食鹽水；陰極室是稀的NaOH溶液。(3)食鹽水必須精制的原因是防止食鹽中的雜質(zhì)離子(如Ca2＋、Mg2＋等)與OH－反應(yīng)生成沉淀而堵塞交換膜，導(dǎo)致無法制得燒堿。[名師點(diǎn)撥]精制食鹽水的方法(除去食鹽中的Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)))除上述操作順序外，還可以是②→①→③→④或①→③(去掉過濾)→②(增加過濾)→④。1．實(shí)驗(yàn)室用石墨電極電解含有酚酞的飽和NaCl溶液，裝置如圖所示，下列說法不正確的是()A．a(chǎn)極為電解池的陽極B．a(chǎn)極發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cl－－2e－=Cl2↑C．在電場作用下Cl－、OH－向陰極移動(dòng)D．解析：選Ca極與電池的正極相連，則其為電解池的陽極，A正確；a極上氯離子失電子生成氯氣，發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cl－－2e－=Cl2↑，B正確；此裝置為電解池，陰離子向陽極移動(dòng)，陽離子向陰極移動(dòng)，故在電場作用下Cl－、OH－向陽極移動(dòng)，C錯(cuò)誤；b極酚酞變紅的原因是水提供的H＋放電，則c(H＋)減小，導(dǎo)致H2OH＋＋OH－正向移動(dòng)，c(OH－)＞c(H＋)，D正確。2．下圖是工業(yè)電解飽和食鹽水的裝置示意圖，下列有關(guān)說法中不正確的是()A．裝置出口①處的物質(zhì)是氯氣B．出口②處的物質(zhì)是氫氣，該離子交換膜只能讓陽離子通過C．裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Cl－＋2H＋eq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5())Cl2↑＋H2↑D．該裝置是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能解析：選C出口①處是電解池的陽極區(qū)，溶液中的氯離子失電子生成氯氣，A項(xiàng)正確；出口②處是電解池的陰極區(qū)，溶液中的氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，離子交換膜是陽離子交換膜，只允許陽離子通過，B項(xiàng)正確；電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，離子方程式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－，C項(xiàng)錯(cuò)誤；該裝置是電解裝置，是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，D項(xiàng)正確。eq\a\vs4\al(電鍍與電解精煉銅)1．電鍍(1)定義：電鍍是一種利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的加工工藝。(2)電鍍裝置(3)目的：使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力，增加表面硬度和美觀。(4)原理：電鍍時(shí)，通常把鍍層金屬一端作陽極，待鍍的金屬制品(鍍件)一端作陰極，用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。在直流電的作用下，陽極金屬失電子，溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，溶液中該金屬離子在陰極獲得電子被還原為金屬，覆蓋在鍍件上。(5)實(shí)例如在鐵制品表面鍍銅，可用CuSO4溶液作電解質(zhì)溶液，電極反應(yīng)分別為：陽極：Cu－2e－=Cu2＋；陰極：Cu2＋＋2e－=Cu。[記憶口訣]電鍍規(guī)律口訣：鍍層陽極待鍍陰，鍍層離子溶液跟。我與電解共原理，濃度不變要記真。2．電解精煉銅(1)目的①降低粗銅中的雜質(zhì)含量，從而提高銅的性能。②回收粗銅中的金、銀等貴金屬。(2)電解精煉銅的裝置圖(3)電解特點(diǎn)電解結(jié)束后，陽極泥中含有Au、Pt、Ag等，電解質(zhì)溶液中的金屬陽離子有Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋、Cu2＋等，陰極得到精銅，但電解液中Cu2＋的濃度減小。[名師點(diǎn)撥](1)電鍍特點(diǎn)：“一多、一少、一不變”。一多是指陰極上有鍍層金屬沉積，一少是指陽極上有鍍層金屬溶解，一不變是指電解質(zhì)溶液的濃度不變。(2)由于在陽極上溶解的金屬有Fe、Zn、Ni、Cu等，而在陰極上只有Cu析出，根據(jù)得失電子守恒可知，陽極產(chǎn)生的銅離子數(shù)目和陰極得電子變成銅單質(zhì)的銅離子數(shù)目不相等，所以電解液中Cu2＋的濃度減小。1．利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是()A．電解時(shí)以精銅作陽極B．電解后，電解槽底部會(huì)形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥C．粗銅連接電源負(fù)極D．電解時(shí)陰極發(fā)生氧化反應(yīng)解析：選B電解精煉銅時(shí)，粗銅應(yīng)作陽極，精銅作陰極，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；金屬的活動(dòng)性順序?yàn)閆n＞Fe＞Cu＞Ag＞Pt，因此Ag、Pt不會(huì)放電，以單質(zhì)形式沉積下來，選項(xiàng)B正確；粗銅連接電源的正極，發(fā)生氧化反應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；陽極與電源的正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極與電源的負(fù)極相連，發(fā)生還原反應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2．在鐵制品上鍍一定厚度的鋅層，以下方案設(shè)計(jì)正確的是()A．鋅作陽極，鐵制品作陰極，溶液中含Zn2＋B．鉑作陰極，鐵制品作陽極，溶液中含Zn2＋C．鐵作陽極，鐵制品作陰極，溶液中含F(xiàn)e2＋D．鋅作陰極，鐵制品作陽極，溶液中含Zn2＋解析：選A本題中鍍層金屬為鋅，即金屬鋅作陽極；鐵制品為待鍍的金屬制品，即鐵制品作陰極。需選用含有Zn2＋的溶液為電鍍液。eq\a\vs4\al(電冶金)[情境素材]某些化合物的類型與熔點(diǎn)如下表所示：化合物NaClNa2OMgOMgCl2Al2O3AlCl3類型離子化合物離子化合物離子化合物離子化合物離子化合物共價(jià)化合物熔點(diǎn)/℃804127528007142050191[情境探究]1．工業(yè)上制取鈉時(shí)，用電解熔融NaCl而不用電解NaCl溶液或熔融Na2O方法的原因是什么？寫出電解總反應(yīng)式。提示：電解NaCl溶液得到的是NaOH而不是Na；在空氣中加熱Na2O，Na2O能與O2反應(yīng)生成Na2O2，且Na2O的熔點(diǎn)高，熔融時(shí)消耗更多的能源。電解總反應(yīng)式：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑。2．工業(yè)上制鎂時(shí)，用電解熔融MgCl2而不用電解熔融MgO的方法的原因是什么？寫出電解總反應(yīng)式。提示：MgO的熔點(diǎn)比MgCl2高很多，熔融時(shí)耗費(fèi)更多的能源，增加生產(chǎn)成本。電解總反應(yīng)式：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑。3．工業(yè)上制鋁時(shí)，用電解熔融Al2O3還是AlCl3？其原因是什么？電解時(shí)為什么要加入冰晶石(Na3AlF6)？寫出電解的總反應(yīng)式。提示：工業(yè)上制鋁是用電解熔融Al2O3的方法，不用電解熔融AlCl3的原因是AlCl3是共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電。電解時(shí)加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔化溫度，節(jié)約能源；電解總反應(yīng)式：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑。1．電冶金電冶金：由于電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段，所以電解法是冶煉金屬的一種重要方法。本方法適用于一些活潑金屬單質(zhì)的制取，如冶煉鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬。2．電解法制取活潑金屬(1)電解熔融的氯化鈉制取金屬鈉陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2Na＋＋2e－=2Na總反應(yīng)：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑裝置如圖所示：(2)電解熔融MgCl2制取金屬M(fèi)g陰極：Mg2＋＋2e－=Mg陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑總反應(yīng)：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑(3)電解熔融Al2O3制取金屬Al陰極：4Al3＋＋12e－=4Al陽極：6O2－－12e－=3O2↑總反應(yīng)：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑1．我國科學(xué)家最新研發(fā)的固體透氧膜提取金屬鈦工藝，裝置如圖所示。將TiO2熔于NaCl-NaF融鹽體系，以石墨為陰極，覆蓋氧滲透膜的多孔金屬陶瓷涂層為陽極，固體透氧膜把陽極和熔融電解質(zhì)隔開，只有O2－可以通過。下列說法不正確的是()A.a極是電源的正極，O2－在熔融鹽中從右往左遷移B．陽極電極反應(yīng)式為2O2－－4e－=O2↑C．NaCl-NaF融鹽的作用是降低熔化TiO2需要的溫度D．陽極每產(chǎn)生4.48L的O2，理論上能生成0.1mol鈦解析：選D連接陽極的電源電極是正極，連接陰極的電源電極是負(fù)極，電解質(zhì)中陰離子向陽極移動(dòng)，所以a是正極、b是負(fù)極，O2－在熔融鹽中從右往左遷移，A項(xiàng)正確；陽極上氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2O2－－4e－=O2↑，B項(xiàng)正確；NaCl-NaF融鹽的溫度較高，它能降低熔化TiO2需要的溫度，從而減少能量損失，C項(xiàng)正確；溫度和壓強(qiáng)未知，導(dǎo)致氣體摩爾體積未知，無法計(jì)算氧氣的物質(zhì)的量，則無法計(jì)算生成鈦的物質(zhì)的量，D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．下列有關(guān)電解應(yīng)用的說法中錯(cuò)誤的是()A．電解熔融Al2O3可得到金屬鋁B．電解熔融NaCl或飽和NaCl溶液可制得單質(zhì)鈉C．利用電解法可在鐵表面鍍上一層均勻光滑的銀D．利用電解原理可除去粗銅中的雜質(zhì)得到高純度的銅解析：選B電解熔融Al2O3生成金屬鋁和氧氣，選項(xiàng)A正確；電解熔融NaCl生成金屬鈉和氯氣，但電解飽和NaCl溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；利用電解法可在鐵表面鍍上一層均勻光滑的銀，其中鐵連接電源負(fù)極作陰極，銀連接電源正極作陽極，電解質(zhì)溶液為硝酸銀溶液，形成電鍍池，選項(xiàng)C正確；利用電解原理可除去粗銅中的雜質(zhì)得到高純度的銅，其中精銅為陰極，粗銅為陽極，硫酸銅溶液為電解質(zhì)溶液，形成電解池，選項(xiàng)D正確。eq\a\vs4\al(電解的相關(guān)計(jì)算)[情境素材]在如圖裝置中，甲燒杯中盛有100mL0.50mol·L－1AgNO3溶液，乙燒杯中盛有100mL0.25mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均為質(zhì)量相同的石墨電極，如果電解一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)A極比C極重1.9g。[情境探究]1．發(fā)現(xiàn)A極比C極重，說明A極和C極上分別析出什么物質(zhì)？說明電源E為正極還是負(fù)極？提示：A極比C極重，說明A極上有Ag析出，說明電源E是負(fù)極，則C極為陰極，C極上有銅析出。2．A極比C極重1.9g，則A極上析出單質(zhì)的質(zhì)量為多少？C極上析出單質(zhì)的質(zhì)量為多少？提示：設(shè)A極析出的Ag為xmol，則對(duì)應(yīng)析出的銅為eq\f(x,2)mol(電子守恒)，即得108x－64×eq\f(x,2)＝1.9，解得x＝0.025，則析出Ag的質(zhì)量為2.7g，析出銅的質(zhì)量為0.8g。3．寫出B極的電極反應(yīng)式；計(jì)算B極析出氣體的體積是多少(標(biāo)準(zhǔn)狀況)?提示：B極的電極反應(yīng)式：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；根據(jù)2中分析可知，該過程轉(zhuǎn)移0.025mol電子，則B極生成O2的體積V＝22.4L·mol－1×eq\f(0.025,4)mol＝0.14L。1．計(jì)算方法有關(guān)電解的計(jì)算通常是求電解后某產(chǎn)物的質(zhì)量、氣體的體積、某元素的化合價(jià)、元素的相對(duì)原子質(zhì)量、溶液的pH及物質(zhì)的量濃度等。不論哪種計(jì)算，均可概括為下列三種方法：電子守恒計(jì)算用于串聯(lián)電路，通過陰、陽兩極的電量相同等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等總反應(yīng)式計(jì)算先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算關(guān)系式計(jì)算根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計(jì)算所需要的關(guān)系式2．等量關(guān)系(1)電解池中陽極失去的電子總數(shù)＝陰極得到的電子總數(shù)。(2)當(dāng)電流通過一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的電解池時(shí)，它們皆處于同一閉合電路中，所以各池的電流強(qiáng)度相等，同一時(shí)間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。(3)常見電化學(xué)計(jì)算的對(duì)應(yīng)關(guān)系：H2～Cl2～eq\f(1,2)O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。如電解池中析出氣體時(shí)，在同溫同壓下析出各氣體的物質(zhì)的量之比為n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。1．將含有0.4molCu(NO3)2和0.4molKCl的水溶液1L，用惰性電極電解一段時(shí)間后，在一電極上析出19.2gCu；此時(shí)，在另一電極上放出氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為(不考慮產(chǎn)生的氣體在水中的溶解)()A．3.36L B．5.6LC．6.72L D．13解析：選B根據(jù)電解原理知，陰極的電極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，由題意知，在陰極上析出0.3molCu，則轉(zhuǎn)移0.6mol電子；陽極的電極反應(yīng)為2Cl－－2e－=Cl2↑，Cl－放電完全時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4mol，生成0.2molCl2，故根據(jù)得失電子守恒分析，陽極上Cl－放電完全后，OH－放電，即4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol時(shí)，生成0.05molO2，故陽極放出氣體的體積為(0.2mol＋0.05mol)×22.4L·mol－1＝5.6L。2．把兩個(gè)惰性電極插入500mL的AgNO3溶液中，通入直流電電解。當(dāng)電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(shí)(設(shè)電解時(shí)陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略)，電極上析出銀的質(zhì)量大約是()A．27mg B．54mgC．108mg D．216mg解析：選B由題意知電解AgNO3溶液時(shí)，陽極生成O2和HNO3，陰極生成Ag，n(H＋)＝cV＝10－3×0.5＝5×10－4(mol)，若設(shè)生成Ag的物質(zhì)的量為x，則Ag～H＋1mol1molx5×10－4molx＝5×10－4mol，m(Ag)＝5×10－4mol×108g·mol－1＝0.054g＝54mg。3．如下圖，a、b是石墨電極，通電一段時(shí)間后，b極附近溶液顯紅色。下列說法正確的是()A.Pt為陰極，Cu為陽極B．電解過程中CuSO4溶液的pH逐漸增大C．b極的電極反應(yīng)式是2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D．Pt極上有6.4gCu析出時(shí)，b極產(chǎn)生2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體解析：選Ca、b是石墨電極，通電一段時(shí)間后，b極附近溶液顯紅色，依據(jù)電解質(zhì)溶液為氯化鈉的酚酞溶液，可判斷b電極是陰極，Y為電源負(fù)極，X為電源正極，Pt為陽極，Cu為陰極，A錯(cuò)誤；電解過程中CuSO4溶液中的氫氧根離子在陽極Pt電極上失電子生成氧氣，電極反應(yīng)為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，溶液中銅離子在Cu電極上得到電子析出銅，電極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，溶液中氫離子濃度增大，溶液的pH逐漸減小，B錯(cuò)誤；b電極為陰極，b極是氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，C正確；電解過程中CuSO4溶液中的氫氧根離子在陽極Pt電極上失電子生成氧氣，電極反應(yīng)為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，溶液中銅離子在Cu電極上得到電子析出銅，電極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，滴有酚酞的NaCl溶液中的H＋在陰極b電極上得電子生成H2，電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，Cu極上有6.4gCu析出時(shí)，Cu的物質(zhì)的量n＝eq\f(m,M)＝eq\f(6.4g,64g·mol－1)＝0.1mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等可知，Cu2＋～2e－～H2，Cu極上析出0.1mol銅時(shí)，b極上產(chǎn)生0.1mol氫氣，標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.1mol氫氣的體積V＝nVm＝0.1mol×22.4L·mol－1＝2.24L，D錯(cuò)誤。eq\a\vs4\al(分析與推理能力)四室式電滲析法制備鹽酸和NaOH的裝置如圖所示。a、b、c為陰、陽離子交換膜。已知：陰離子交換膜只允許陰離子透過，陽離子交換膜只允許陽離子透過。下列敘述正確的是()A．b、c分別依次為陽離子交換膜、陰離子交換膜B．通電后Ⅲ室中的Cl－透過c遷移至陽極區(qū)C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ室中的溶液的pH均升高D．電解反應(yīng)為4NaCl＋6H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑提示：由圖中信息可知，左邊電極與電源負(fù)極相連為陰極，右邊電極為陽極，所以通電后，陰離子向右定向移動(dòng)，陽離子向左定向移動(dòng)，陽極上H2O放電生成O2和H＋，陰極上H2O放電生成H2和OH－；H＋透過c膜，Cl－透過b膜，二者在b、c之間的Ⅲ室形成鹽酸，鹽酸濃度變大，所以b、c分別為陰離子交換膜和陽離子交換膜；Na＋透過a膜，NaOH的濃度變大，所以a是陽離子交換膜，故A、B兩項(xiàng)均錯(cuò)誤；電解一段時(shí)間后，Ⅰ中溶液的c(OH－)升高，pH升高，Ⅱ中為NaCl溶液，pH不變，Ⅲ中有HCl生成，故c(H＋)增大，pH減小，Ⅳ中H＋移向Ⅲ，H2O放電生成O2，使水的量減小，c(H＋)增大，pH減小，C錯(cuò)誤。1．交換膜的功能及工作原理(1)功能：使離子選擇性定向移動(dòng)，目的是平衡整個(gè)溶液的離子濃度或電荷。(2)工作原理(以陽離子交換膜為例)：交換膜上有很多微孔，“孔道”上有許多帶負(fù)電荷的基團(tuán)，陽離子可以自由通過“孔道”，由濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域移動(dòng)。陰離子移動(dòng)到“孔道”處，受到“孔道”帶負(fù)電荷基團(tuán)的排斥而不能進(jìn)入“孔道”中，因而不能通過交換膜。這就是選擇性透過的原因。其構(gòu)造與工作原理示意圖如下：陰離子交換膜的構(gòu)造和工作原理與此相同，只不過是“孔道”中帶正電荷基團(tuán)而已。2．離子交換膜的類型和作用3．多室電解池多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性，即允許帶某種電荷的離子通過而限制帶相反電荷的離子通過，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達(dá)到濃縮、凈化、提純及電化學(xué)合成的目的。(1)兩室電解池①制備原理：工業(yè)上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿陽極室中的電極反應(yīng)：2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極室中的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，陰極區(qū)H＋放電，破壞了水的電離平衡，使OH－濃度增大，陽極區(qū)Cl－放電，使溶液中的c(Cl－)減小，為保持電荷守恒，陽極室中的Na＋通過陽離子交換膜與陰極室中生成的OH－結(jié)合，得到濃的NaOH溶液。利用這種方法制備的物質(zhì)，純度較高，基本沒有雜質(zhì)。②陽離子交換膜的作用(以①中電解池為例)它只允許Na＋通過，而阻止陰離子(Cl－)和氣體(Cl2)通過。這樣既防止了兩極產(chǎn)生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和陰極產(chǎn)生的NaOH反應(yīng)生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。(2)三室電解池利用三室電解裝置制備NH4NO3，其工作原理如圖所示。陰極的NO被還原為NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))：NO＋5e－＋6H＋=NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋H2O，NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))通過陽離子交換膜進(jìn)入中間室；陽極的NO被氧化為NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))：NO－3e－＋2H2O=NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋4H＋，NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))通過陰離子交換膜進(jìn)入中間室。根據(jù)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等可得電解總反應(yīng)：8NO＋7H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))3NH4NO3＋2HNO3，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，補(bǔ)充適量NH3可以使電解產(chǎn)生的HNO3轉(zhuǎn)化為NH4NO3。(3)多室電解池利用“四室電滲析法”制備H3PO2(次磷酸)，其工作原理如圖所示。電解稀硫酸的陽極反應(yīng)：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，產(chǎn)生的H＋通過陽離子交換膜進(jìn)入產(chǎn)品室，原料室中的H2POeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))通過陰離子交換膜進(jìn)入產(chǎn)品室，與H＋結(jié)合生成弱電解質(zhì)H3PO2；電解NaOH稀溶液的陰極反應(yīng)：4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極室。1．電解降解法可用于治理水體硝酸鹽污染，將NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))降解成N2的電解裝置如下圖所示。下列說法正確的是()A．電源的正極為b極B．電解時(shí)H＋從膜右側(cè)遷移到膜左側(cè)C．Ag-Pt電極反應(yīng)為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑D．若轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為1.204×1024，生成N25.6g解析：選D根據(jù)題意分析可知，Ag-Pt電極作陰極，b極為電源負(fù)極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陽離子向陰極移動(dòng)，故質(zhì)子應(yīng)是由左側(cè)向右側(cè)遷移，B項(xiàng)錯(cuò)誤；陰極得電子，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)N原子守恒可知2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))～N2～10e－，若轉(zhuǎn)移電子數(shù)為1.204×1024即轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，生成0.2molN2，N2的質(zhì)量為5.6g，D項(xiàng)正確。2．KIO3可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。(1)寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式________________________________________________________________________。(2)電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為______，其遷移方向是________。解析：(1)該裝置為電解池，電解時(shí)陰極的電解質(zhì)為KOH，由水電離出的氫離子放電，故電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑；(2)電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為K＋，在電解池中離子移動(dòng)方向?yàn)殛栯x子移向陰極，故K＋由a到b遷移。答案：(1)2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑(2)K＋由a到b[分級(jí)訓(xùn)練·課課過關(guān)]_____________________________________________________1．下列敘述正確的是()A．電鍍時(shí)，通常把待鍍的金屬制品作陽極B．氫氧燃料電池(酸性電解質(zhì))中O2通入正極，電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．氯堿工業(yè)是電解熔融的NaCl，在陽極能得到Cl2D．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極解析：選B電鍍時(shí)，通常把待鍍的金屬制品作陰極，鍍層金屬作陽極，故A錯(cuò)誤；氫氧燃料電池(酸性電解質(zhì))中O2通入正極，由于是酸性環(huán)境，故電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，故B正確；氯堿工業(yè)是電解飽和NaCl溶液，在陽極能得到Cl2，陰極得到氫氣和氫氧化鈉，故C錯(cuò)誤；鐵作陽極時(shí)，鐵將放電生成Fe2＋，開始時(shí)陰極析出少量鋁，后來變成電鍍鐵，且用鐵作陽極，陽極放電的是金屬鐵，電極被損耗，不符合生產(chǎn)實(shí)際，應(yīng)用石墨作陽極，故D錯(cuò)誤。2.如圖為電解飽和食鹽水的實(shí)驗(yàn)裝置。下列有關(guān)敘述不正確的是()A．裝置中a管能產(chǎn)生氫氣B．b管導(dǎo)出的是能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{(lán)的氣體C．在石墨棒電極區(qū)域有NaOH生成D．以電解飽和食鹽水為基礎(chǔ)制取氯氣等產(chǎn)品的工業(yè)稱為“氯堿工業(yè)”解析：選CA項(xiàng)，根據(jù)題圖知，F(xiàn)e作陰極、石墨棒作陽極，F(xiàn)e電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，石墨棒電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑，則a管得到的氣體是氫氣、b管導(dǎo)出的氣體是氯氣，正確；B項(xiàng)，根據(jù)A項(xiàng)分析知，b管導(dǎo)出的氣體是氯氣，正確；C項(xiàng)，根據(jù)A項(xiàng)分析知陰極氫離子放電，破壞水的電離平衡，F(xiàn)e電極附近有NaOH生成，石墨電極附近沒有NaOH生成，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，該電解池電解過程中有氯氣、氫氣和NaOH生成，所以用電解飽和食鹽水的方法制取氯氣等產(chǎn)品的工業(yè)稱為“氯堿工業(yè)”，正確。3．用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜，電解質(zhì)溶液一般為H2SO4-H2C2O4A．待加工鋁質(zhì)工件為陰極B．可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極C．陰極的電極反應(yīng)式為Al3＋＋3e－=AlD．硫酸根離子在電解過程中向陰極移動(dòng)解析：選B利用電解氧化法在鋁制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工鋁質(zhì)工件作陽極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陰極與電源負(fù)極相連，對(duì)陰極電極材料沒有特殊要求，可選用不銹鋼網(wǎng)等，B項(xiàng)正確；電解質(zhì)溶液呈酸性，陰極上應(yīng)是H＋放電，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑，C項(xiàng)錯(cuò)誤；在電解過程中，電解池