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某離子交換膜

發布時間: 2020-12-17 09:38:14

1. 工業品氫氧化鉀的溶液中含有某些含氧酸根雜質,可用離子交換膜法電解提純。電解槽內裝有陽離子交換膜

陽極:4 OH- - 4 e- = 2 H2O + O2↑,抄
陰極:4 H+ + 4 e- = 2 H2↑,
總反應 2 H2O ==通電== 2 H2↑ + O2↑

用陽襲離子交換膜電解法除去工業品氫氧化鉀溶液中的雜質含氧酸根,相當於電解水,
電解時,陽極:4 OH- - 4 e- = 2 H2O + O2↑,陰極:4 H+ + 4 e- = 2 H2↑,
總反應 2 H2O ==通電== 2 H2↑ + O2↑
其中陰極區H+放電,H+濃度減小,使水的電離平衡向右移動促進水的電離,OH-濃度增大.
在陰極和陽極之間有陽離子交換膜,只允許K+和H+通過,這樣就在陰極區聚集大量的K+和OH-,
從而產生純的氫氧化鉀溶液.

2. 如圖所示,某同學設計了一個燃料電池並探究氯鹼工業原理的相關問題,其中乙裝置中X為陽離子交換膜,丙中

(1)燃料電池中,負極上投放燃料所以投放甲烷的電極是負極,負極上失電子發生氧化反應,電極反應式為:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O.
故答案為:CH4-8e-+10OH-═CO23-+7H2O;
(2)甲中投放氧化劑的電極是正極,所以乙裝置中石墨電極是陽極,陽極上氯離子失電子發生氧化反應,電極反應式為:2Cl--2e-=Cl2↑,
故答案為:2Cl--2e-═Cl2↑;
(3)串聯電池中轉移電子數相等,若在標准狀況下,有2.24L氧氣參加反應,則轉移電子的物質的量=

2.24L
22.4L/mol
×4=0.4mol,乙裝置中鐵電極上氫離子放電生成氫氣,設生成氫氣的體積為xL;
2H++2e-=H2
2mol 22.4L
0.4mol xL
x=4.48,
故答案為:4.48;
(4)a為陰極,發生2H++2e-=H2↑,水的電離平衡正向移動,使溶液顯鹼性,酚酞遇鹼變紅,
故答案為:溶液變紅;由於2H++2e-=H2↑,水的電離平衡正向移動,使溶液顯鹼性,酚酞遇鹼變紅;
(5)電解精煉銅時利用了電解原理,電能轉化為化學能,也有少量轉化為熱能.電解精煉時粗銅做陽極,發生氧化反應,精銅做陰極,陰極上發生還原反應.電解時,溶液中的陽離子向陰極移動,在陰極上得電子.粗銅中的不活潑金屬不能失電子,以陽極泥的形式沉積在陽極附近.此題應選b、d;
故答案為:bd;
(6)利用反應2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O可制備CuSO4,若將該反應設計為原電池,銅被氧化,應為負極,正極上氧氣被還原,電極方程式為4H++O2+4e-═2H2O,
故答案為:4H++O2+4e-═2H2O.

3. 如圖1所示,某同學設計了一個燃料電池並探究氯鹼工業原理和粗銅的精煉原理,其中乙裝置中X為陽離子交換膜

燃料電池中,投放燃料的電極是負極,投放氧化劑的電極是正極.
(1)燃料電池中,負極上投放燃料所以投放甲烷的電極是負極,負極上失電子發生氧化反應,電極反應式為:
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O.
故答案為:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O.
(2)甲中投放氧化劑的電極是正極,所以乙裝置中石墨電極是陽極,陽極上氯離子失電子發生氧化反應,電極反應式為:2Cl--2e-=Cl2↑.
故答案為:2Cl--2e-=Cl2↑.
(3)串聯電池中轉移電子數相等,若在標准狀況下,有2.24L氧氣參加反應,則轉移電子的物質的量=

2.24L
22.4L/mol
×4=0.4mol,乙裝置中鐵電極上氫離子放電生成氫氣,設生成氫氣的體積為xL;丙裝置中陰極上析出銅,設析出銅的質量為yg.
2H++2e-=H2
2mol 22.4L
0.4mol xL
x=4.48
2Cu 2++2e-=Cu
2mol 64g
0.4mol yg
y=12.8
故答案為:4.48;12.8.
(4)電解飽和食鹽水時,陰極上析出氫氣,陽極上析出氯氣,氯氣和氫氧化鈉反應生成次氯酸鈉,次氯酸鈉是漂白液的有效成分,B電極上生成氯氣,氯氣的密度小於溶液的密度,所以生成的氯氣上升,能和氫氧化鈉溶液充分的接反應生成次氯酸鈉,所以A極上析出氫氣,即A極是陰極,所以a為電池負極;若用於制Fe(OH)2,使用硫酸鈉做電解質溶液,陰極上氫離子放電生成氫氣,如果陽極是惰性電極,陽極上氫氧根離子放電生成氧氣得不到氫氧化亞鐵,所以陽極上應該是鐵失電子生成亞鐵離子,亞鐵離子和氫氧化鈉反應生成氫氧化亞鐵.
故答案為:負極;飽和食鹽水;鐵.

4. (7分)工業上採用離子交換膜電解槽電解飽和食鹽水,可以得到高濃度的燒鹼溶液(含NaOH35%~48%)。某學

(1)40%(2)需要濃硫酸的體積為200g×24.5%÷98%÷1.84g/ml≈27ml
(3設參加反應的氫氧化鈉的質量分數為X
H 2 SO 4 + 2NaOH==Na 2 SO 4 +2H 2 O
98 80
160g×24.5% 100gX
98:80=160g×24.5%:100gX
X=32%
32%<35%所以該溶液沒有達到高濃度標准

5. 如圖所示,某同學設計一個燃料電池並探究氯鹼工業原理和粗銅的精煉原理,其中乙裝置中X為陽離子交換膜.

(1)燃料電池中通入氧化劑氧氣的電極是正極,正極上得電子發生還原反應,負極上燃料失電子和氫氧根離子發生氧化反應生成水,
電極反應式為H2-2e-+2OH-=2H2O,
故答案為:正極;H2-2e-+2OH-=2H2O;
(2)鐵電極連接原電池負極而作電解池陰極,碳作陽極,電解氯化鈉飽和溶液時,陽極上氯離子放電,電極反應式為2Cl--2e-=Cl2↑,
故答案為:陰極;2Cl--2e-=Cl2↑;
(3)丙裝置中,陽極上金屬失電子發生氧化反應,陰極上銅離子得電子生成銅,根據轉移電子守恆,陽極上銅消耗的質量小於陰極上析出銅的質量,所以溶液中硫酸銅濃度減小,
故答案為:減小;
(4)若在標准狀況下,有2.24L氧氣參加反應,乙裝置中鐵電極上氫離子放電生成氫氣,根據轉移電子守恆得
則乙裝置中鐵電極上生成的氣體的分子數為=

2.24L
22.4L/mol
×4
2
×NA=1.204×1023,丙裝置中陰極上銅離子得電子生成銅單質,
析出銅的質量=
2.24L
22.4L/mol
×4
2
×64g/mol=12.8g,
故答案為:1.204×1023;12.8g;
(5)若將乙裝置中鐵電極與石墨電極位置互換,其他裝置不變,則陽極上鐵失電子發生氧化反應,陰極上氫離子放電生成氫氣,
所以電池反應式為Fe+2H2O
電解
.

6. 工業氫氧化鉀的溶液中含有某些含氧酸的鉀鹽雜質,可用離子交換膜法電解提純。電解槽內裝有陽離子交換膜,

①4OH —4e =2H 2 O+O 2 ↑(或2H 2 O—4e =4H + +O 2 ↑)
②阻止陰離子和氣體分子通過(或其它專合理說法)
③C ④屬 B

7. 電化學知識是化學反應原理的重要部分,以下是常見的電化學裝置:某興趣小組同學模擬工業上用離子交換膜法

①電解時,陽極上失電子發生氧化反應,溶液中的氫氧根離子的放電能力大於硫回酸答根離子的放電能力,所以陽極上氫氧根離子失電子生成水和氧氣4OH--4e-=2H2O+O2↑,故答案為:4OH--4e-=2H2O+O2↑;
②電解時氫離子在陰極得電子生成氫氣,則氫氧化鉀在陰極生成,所以在D口導出;2L濃度為0.25mol/L的KOH溶液與2L0.025mol/L的硫酸溶液混合後,
c(OH-)=

2×0.25?2×0.025×2
2+2
=0.1,c(H+)=
1×10?14
0.1
=10-13,pH=13,故答案為:D;13;
③陽極氫氧根離子放電,因此硫酸根離子向陽極移動,陰極氫離子放電,因此鈉離子向陰極移動,所以通過相同電量時,通過陰離子交換膜的離子數小於通過陽離子交換膜的離子數;故答案為:小於;
④燃料原電池中,燃料在負極上失電子發生氧化反應,氧化劑在正極上得電子發生還原反應,該燃料原電池中,氧氣是氧化劑,所以氧氣在正極上得電子和氫離子結合生成水,電極反應式為4H++O2+4e-═2H2O,故答案為:4H++O2+4e-═2H2O.

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