高中化學(xué)新教材同步選擇性必修第一冊(cè) 第4章 微專題10 電解原理在物質(zhì)制備中的應(yīng)用（同步講義）

微專題10電解原理在物質(zhì)制備中的應(yīng)用電解原理常用于物質(zhì)的制備，具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)試劑純凈和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，電解原理能使許多不能自發(fā)的反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。工業(yè)上常用多室電解池制備物質(zhì)，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。多室電解池的分析思路例H3PO2可用電滲析法制備，“四室電滲析法”工作原理如圖所示(陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過)：(1)寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：___________________________________________________。(2)分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因：______________________________________________。(3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽(yáng)極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽(yáng)極室與產(chǎn)品室之間的陽(yáng)膜，從而合并了陽(yáng)極室與產(chǎn)品室。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品中混有________雜質(zhì)，該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是________。答案(1)2H2O－4e－O2↑＋4H＋(2)陽(yáng)極室的H＋穿過陽(yáng)膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，原料室的H2POeq\o\al(－,2)穿過陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，二者反應(yīng)生成H3PO2(3)POeq\o\al(3－,4)H2POeq\o\al(－,2)或H3PO2被氧化1．一種電解法制備高純鉻和硫酸的簡(jiǎn)單裝置如圖所示。下列說法正確的是()A．a(chǎn)為直流電源的正極B．陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－H2↑C．工作時(shí)，乙池中溶液的pH不變D．若有1mol離子通過A膜，理論上陽(yáng)極生成0.25mol氣體答案D解析A項(xiàng)，制備鉻，則Cr電極應(yīng)該是陰極，即a為直流電源的負(fù)極，故錯(cuò)誤；B項(xiàng)，陰極反應(yīng)式為Cr3＋＋3e－Cr，故錯(cuò)誤；C項(xiàng)，工作時(shí)，甲池中硫酸根移向乙池，丙池中氫離子移向乙池，乙池中硫酸濃度增大，溶液的pH減小，故錯(cuò)誤；D項(xiàng)，若有1mol離子通過A膜，即丙池產(chǎn)生1mol氫離子，則理論上陽(yáng)極生成0.25mol氧氣，故正確。2．在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫共電解H2O—CO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．X是電源的負(fù)極B．陰極的電極反應(yīng)式是：H2O＋2e－H2＋O2－、CO2＋2e－CO＋O2－C．總反應(yīng)可表示為H2O＋CO2eq\o(=,\s\up7(電解))H2＋CO＋O2D．陰、陽(yáng)兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是1∶1答案D解析由水和二氧化碳生成氫氣和一氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)，此極上得到電子，應(yīng)為陰極，故X極為電源的負(fù)極，A、B項(xiàng)正確；C項(xiàng)，根據(jù)電極上的反應(yīng)物和生成物，可知總反應(yīng)方程式正確；D項(xiàng)，因陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2O2－－4e－O2，結(jié)合電子得失相等，可知陰、陽(yáng)兩極生成氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1，錯(cuò)誤。3．圖甲是CO2電催化還原為碳?xì)浠衔?CxHy)的工作原理示意圖，用某鉀鹽水溶液作電解液；圖乙是用H2還原CO2制備甲醇的工作原理示意圖，用硫酸為電解質(zhì)溶液。下列說法中不正確的是()A．甲中銅片作陰極，K＋向銅片電極移動(dòng)B．甲中若CxHy為C2H4，則生成1molC2H4的同時(shí)生成3molO2C．乙中H2SO4的作用是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性D．乙中正極發(fā)生的電極反應(yīng)為CO2＋5e－＋6H＋CH3OH＋H2O答案D解析電解時(shí)，電子流向是：陽(yáng)極→正極→負(fù)極→陰極，銅為陰極，所以陽(yáng)離子K＋向銅片電極移動(dòng)，故A正確；若CxHy為C2H4，則電解的總反應(yīng)為：2CO2＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))3O2＋C2H4，所以生成1molC2H4的同時(shí)生成3molO2，故B正確；乙中電解質(zhì)溶液H2SO4的作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性，故C正確；由圖可知乙中正極上是二氧化碳發(fā)生得電子的還原反應(yīng)的過程，發(fā)生的電極反應(yīng)為CO2＋6e－＋6H＋CH3OH＋H2O，故D錯(cuò)誤。4．H3BO3可以通過電解NaB(OH)4溶液的方法制備，其工作原理如圖。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．M室發(fā)生的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－O2↑＋4H＋B．N室中：a%＜b%C．Ⅱ膜為陰膜，產(chǎn)品室發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)原理為強(qiáng)酸制弱酸D．理論上每生成1mol產(chǎn)品，陰極室可生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6L氣體答案D解析A項(xiàng)，M室為陽(yáng)極室，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－O2↑＋4H＋，正確；B項(xiàng)，N室為陰極室，溶液中水電離的H＋得電子發(fā)生還原反應(yīng)，生成H2，促進(jìn)水的電離，溶液中OH－濃度增大，即a%＜b%，正確；C項(xiàng)，陽(yáng)極室的H＋穿過陽(yáng)膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，原料室的B(OH)eq\o\al(－,4)穿過陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，二者反應(yīng)生成H3BO3，則Ⅱ膜為陰膜，正確；D項(xiàng)，每生成1mol產(chǎn)品，轉(zhuǎn)移1mol電子，陰極室生成0.5molH2，其標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L，錯(cuò)誤。5．電解法處理氮氧化物生產(chǎn)HNO3或硝酸鹽有較高的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益(圖中電極均為石墨)。電解NO制備NH4NO3原理如圖1所示：(1)陽(yáng)極為_________(填“X”或“Y”)，Y的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。(2)為使電解產(chǎn)物完全轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需要補(bǔ)充的物質(zhì)A的化學(xué)式為________________。用圖2裝置進(jìn)行模擬電解NO2氣體實(shí)驗(yàn)，可制備硝酸。(3)電解時(shí)NO2發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為________________________。(4)若有標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24LNO2被吸收，通過陽(yáng)離子交換膜(只允許陽(yáng)離子通過)的H＋為________mol。答案(1)YNO－3e－＋2H2ONOeq\o\al(－,3)＋4H＋(2)NH3(3)NO2－e－＋H2ONOeq\o\al(－,3)＋2H＋(4)0.1解析(1)電解NO制備NH4NO3時(shí)，在陽(yáng)極上是NO失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：NO－3e－＋2H2ONOeq\o\al(－,3)＋4H＋。(2)在陽(yáng)極上獲得硝酸，為使電解產(chǎn)物完全轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需要補(bǔ)充氨氣。(3)根據(jù)圖2知，電解時(shí)，左室中電極上氫離子放電生成氫氣，則左室為陰極室，右室為陽(yáng)極室，陽(yáng)極上通入的是氮氧化物，生成的是硝酸，所以陽(yáng)極上氮氧化物失電子和水生