2022年 江苏高考 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：
→，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．(2021·扬州高三调研)资源化利用CO2的一种原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．M为电源的负极
B．O2－从电极P移向电极Q
C．电极Q上的反应为CO2＋2e－===CO＋O2－
D．理论上参与反应的n(CH4)∶n(CO2)＝4∶3
答案　C
解析　由图知：电极Q上CO2生成CO，碳元素化合价降低，发生还原反应，该装置连接电源为电解池，电极Q为电解池的阴极， N为电源的负极，A错误；电极P为电解池的阳极，阴离子O2－应从电极Q移向电极P，B错误；电极Q上CO2得电子生成CO，已知固体电解质可传输O2－，故Q电极的反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－，C正确；当电极P上生成的C2H4、C2H6物质的量之比为1∶1时，参与反应的n(CH4)∶n(CO2)＝4∶3，但题中未提到C2H4、C2H6物质的量之比，故无法计算甲烷与二氧化碳的物质的量之比，D错误。
2.(2021·盐城高三模拟)辉铜矿(主要成分为Cu2S)可以用FeCl3溶液浸泡提取铜，反应的离子方程式为Cu2S＋4Fe3＋===2Cu2＋＋4Fe2＋＋S。Cu2S可由黄铜矿(主要成分CuFeS2)通过电化学反应转变而成，其工作原理如图所示。关于Cu2S与FeCl3制备Cu2＋的反应，下列说法不正确的是(　　)
A．Cu＋转化成Cu2＋失去的1个电子基态时填充在3d轨道上
B．当光束通过加热后的FeCl3溶液，可能产生丁达尔效应
C．生成物中Cu2＋、S都是氧化产物
D．该反应每转移2 mol e－，则生成1 mol S
答案　D
解析　由图可知，该装置为电解池，a电极为电解池的阳极，在硫化氢作用下，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成硫化亚铜和氢离子，电极反应式为2Cu－2e－＋H2S===Cu2S＋2H＋，b电极是阴极，CuFeS2在阴极得到电子发生还原反应生成Cu2S、Fe2＋、H2S，电极反应式为2CuFeS2＋6H＋＋2e－===Cu2S＋2Fe2＋＋3H2S↑，氢离子通过阳离子交换膜，由左室向右室移动。铜元素的原子序数为29，失去1个电子形成亚铜离子，亚铜离子的价电子排布式为3d10，再失去1个3d电子形成铜离子，故A正确；氯化铁溶液在加热条件下发生水解反应生成氢氧化铁胶体，氢氧化铁胶体能产生丁达尔效应，故B正确；由离子方程式可知，反应中铜元素和硫元素的化合价升高被氧化，则铜离子和硫是反应的氧化产物，故C正确；由离子方程式可知，反应生成1 mol S，转移4 mol电子，故D错误。
3．(2021·徐州第一中学高三调研)如图所示装置Ⅰ是一种可充电电池，装置Ⅱ为电解池，离子交换膜只允许Na＋通过，充放电的化学方程式为Na2S4＋3NaBr2Na2S2＋NaBr3。闭合开关K时，b极附近先变红色，下列说法正确的是(　　)
A．负极反应为4Na－4e－===4Na＋
B．闭合K后，b极附近的pH变小
C．当有0.01 mol Na＋通过离子交换膜时，b极上析出标准状况下的气体112 mL
D．闭合K后，a极上产生的气体具有漂白性
答案　C
解析　闭合开关K时，b极附近先变红色，则此时b极为阴极，a极为阳极，电极B为原电池负极，电极A为正极。结合总反应可知放电时负极反应为2Na2S2－2e－===2Na＋＋Na2S4，故A错误；闭合K后，b极氢离子放电导致氢氧根离子浓度增大，所以b极附近的pH增大，故B错误；闭合K时，有0.01 mol Na＋通过离子交换膜，说明有0.01 mol电子转移，阴极上生成0.005 mol H2，标准状况下体积为0.005 mol×22.4 L·mol－1＝0.112 L＝112 mL，故C正确；闭合K后，a极上电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，所以没有气体生成，故D错误。
4．(2021·徐州市模拟)以为原料，采用电解法制取的装置如图。下列说法正确的是(　　)
A．电子由铅合金经溶液流到金属DSA电极
B．每转移1 mol e－时，阳极电解质溶液的质量减少8 g
C．阴极主要电极反应式为＋6e－＋6H＋―→＋2H2O
D．反应结束后阳极区pH增大
答案　C
解析　金属DSA作阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极的主要电极反应式为＋6e－＋6H＋―→＋2H2O，据此答题。阳极发生反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，失去的电子由金属DSA上经导线流向直流电源的正极，由直流电源的负极经导线流向铅合金，故A错误；由金属阳极DSA上发生2H2O－4e－===O2↑＋4H＋知，每转移1 mol e－时，消耗0.5 mol水，以氧气形式放出的是8 g，通过阳离子交换膜的氢离子为1 g，阳极电解质溶液的质量减少9 g，故B错误；阴极的主要电极反应式为＋6e－＋6H＋―→＋2H2O，故C正确；阳极区电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，硫酸的浓度增大，反应结束后阳极区pH减小，故D错误。
5．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－＋2CO===C3H6O3＋2HCO，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1 mol C3H6O3转移2 mol e－，阴极生成1 mol CO和H2的合成气转移2 mol e－，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．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(　　)
A．每产生1 mol O2，整个电解池中理论上转移电子数为4NA
B．阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．若铁为阳极，则阳极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．若铁为阳极，则在处理废水的过程中阳极附近会发生反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
答案　A