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某离子交换膜

发布时间: 2020-12-17 09:38:14

1. 工业品氢氧化钾的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

阳极:4 OH- - 4 e- = 2 H2O + O2↑,抄
阴极:4 H+ + 4 e- = 2 H2↑,
总反应 2 H2O ==通电== 2 H2↑ + O2↑

用阳袭离子交换膜电解法除去工业品氢氧化钾溶液中的杂质含氧酸根,相当于电解水,
电解时,阳极:4 OH- - 4 e- = 2 H2O + O2↑,阴极:4 H+ + 4 e- = 2 H2↑,
总反应 2 H2O ==通电== 2 H2↑ + O2↑
其中阴极区H+放电,H+浓度减小,使水的电离平衡向右移动促进水的电离,OH-浓度增大.
在阴极和阳极之间有阳离子交换膜,只允许K+和H+通过,这样就在阴极区聚集大量的K+和OH-,
从而产生纯的氢氧化钾溶液.

2. 如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题,其中乙装置中X为阳离子交换膜,丙中

(1)燃料电池中,负极上投放燃料所以投放甲烷的电极是负极,负极上失电子发生氧化反应,电极反应式为:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O.
故答案为:CH4-8e-+10OH-═CO23-+7H2O;
(2)甲中投放氧化剂的电极是正极,所以乙装置中石墨电极是阳极,阳极上氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2↑,
故答案为:2Cl--2e-═Cl2↑;
(3)串联电池中转移电子数相等,若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,则转移电子的物质的量=

2.24L
22.4L/mol
×4=0.4mol,乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气,设生成氢气的体积为xL;
2H++2e-=H2
2mol 22.4L
0.4mol xL
x=4.48,
故答案为:4.48;
(4)a为阴极,发生2H++2e-=H2↑,水的电离平衡正向移动,使溶液显碱性,酚酞遇碱变红,
故答案为:溶液变红;由于2H++2e-=H2↑,水的电离平衡正向移动,使溶液显碱性,酚酞遇碱变红;
(5)电解精炼铜时利用了电解原理,电能转化为化学能,也有少量转化为热能.电解精炼时粗铜做阳极,发生氧化反应,精铜做阴极,阴极上发生还原反应.电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,在阴极上得电子.粗铜中的不活泼金属不能失电子,以阳极泥的形式沉积在阳极附近.此题应选b、d;
故答案为:bd;
(6)利用反应2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,铜被氧化,应为负极,正极上氧气被还原,电极方程式为4H++O2+4e-═2H2O,
故答案为:4H++O2+4e-═2H2O.

3. 如图1所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜

燃料电池中,投放燃料的电极是负极,投放氧化剂的电极是正极.
(1)燃料电池中,负极上投放燃料所以投放甲烷的电极是负极,负极上失电子发生氧化反应,电极反应式为:
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O.
故答案为:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O.
(2)甲中投放氧化剂的电极是正极,所以乙装置中石墨电极是阳极,阳极上氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2↑.
故答案为:2Cl--2e-=Cl2↑.
(3)串联电池中转移电子数相等,若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,则转移电子的物质的量=

2.24L
22.4L/mol
×4=0.4mol,乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气,设生成氢气的体积为xL;丙装置中阴极上析出铜,设析出铜的质量为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
故答案为:4.48;12.8.
(4)电解饱和食盐水时,阴极上析出氢气,阳极上析出氯气,氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠,次氯酸钠是漂白液的有效成分,B电极上生成氯气,氯气的密度小于溶液的密度,所以生成的氯气上升,能和氢氧化钠溶液充分的接反应生成次氯酸钠,所以A极上析出氢气,即A极是阴极,所以a为电池负极;若用于制Fe(OH)2,使用硫酸钠做电解质溶液,阴极上氢离子放电生成氢气,如果阳极是惰性电极,阳极上氢氧根离子放电生成氧气得不到氢氧化亚铁,所以阳极上应该是铁失电子生成亚铁离子,亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁.
故答案为:负极;饱和食盐水;铁.

4. (7分)工业上采用离子交换膜电解槽电解饱和食盐水,可以得到高浓度的烧碱溶液(含NaOH35%~48%)。某学

(1)40%(2)需要浓硫酸的体积为200g×24.5%÷98%÷1.84g/ml≈27ml
(3设参加反应的氢氧化钠的质量分数为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%所以该溶液没有达到高浓度标准

5. 如图所示,某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜.

(1)燃料电池中通入氧化剂氧气的电极是正极,正极上得电子发生还原反应,负极上燃料失电子和氢氧根离子发生氧化反应生成水,
电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O,
故答案为:正极;H2-2e-+2OH-=2H2O;
(2)铁电极连接原电池负极而作电解池阴极,碳作阳极,电解氯化钠饱和溶液时,阳极上氯离子放电,电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑,
故答案为:阴极;2Cl--2e-=Cl2↑;
(3)丙装置中,阳极上金属失电子发生氧化反应,阴极上铜离子得电子生成铜,根据转移电子守恒,阳极上铜消耗的质量小于阴极上析出铜的质量,所以溶液中硫酸铜浓度减小,
故答案为:减小;
(4)若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气,根据转移电子守恒得
则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为=

2.24L
22.4L/mol
×4
2
×NA=1.204×1023,丙装置中阴极上铜离子得电子生成铜单质,
析出铜的质量=
2.24L
22.4L/mol
×4
2
×64g/mol=12.8g,
故答案为:1.204×1023;12.8g;
(5)若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换,其他装置不变,则阳极上铁失电子发生氧化反应,阴极上氢离子放电生成氢气,
所以电池反应式为Fe+2H2O
电解
.

6. 工业氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸的钾盐杂质,可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜,

①4OH —4e =2H 2 O+O 2 ↑(或2H 2 O—4e =4H + +O 2 ↑)
②阻止阴离子和气体分子通过(或其它专合理说法)
③C ④属 B

7. 电化学知识是化学反应原理的重要部分,以下是常见的电化学装置:某兴趣小组同学模拟工业上用离子交换膜法

①电解时,阳极上失电子发生氧化反应,溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫回酸答根离子的放电能力,所以阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气4OH--4e-=2H2O+O2↑,故答案为:4OH--4e-=2H2O+O2↑;
②电解时氢离子在阴极得电子生成氢气,则氢氧化钾在阴极生成,所以在D口导出;2L浓度为0.25mol/L的KOH溶液与2L0.025mol/L的硫酸溶液混合后,
c(OH-)=

2×0.25?2×0.025×2
2+2
=0.1,c(H+)=
1×10?14
0.1
=10-13,pH=13,故答案为:D;13;
③阳极氢氧根离子放电,因此硫酸根离子向阳极移动,阴极氢离子放电,因此钠离子向阴极移动,所以通过相同电量时,通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数;故答案为:小于;
④燃料原电池中,燃料在负极上失电子发生氧化反应,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,该燃料原电池中,氧气是氧化剂,所以氧气在正极上得电子和氢离子结合生成水,电极反应式为4H++O2+4e-═2H2O,故答案为:4H++O2+4e-═2H2O.

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