Question

工業上電解制堿的技術是用陽離子交換膜法，主要原料是飽和食鹽水．圖為陽離子交換膜法電解原理示意圖：
請回答下列問題：
（1）A極為電解槽的

 

極，B極的材料工業上常采用的是生活中常見的金屬，但有大量損耗，其主要原因是

 

．（填“吸氧腐蝕”或“析氫腐蝕”）
（2）電解槽中部的陽離子交換膜把電解槽隔成了陰極室和陽極室，這種陽離子交換膜，只允許溶液中的

 

通過（填寫下列微粒的編號）．
①H₂，②Cl₂，③H⁺，④Cl^-，⑤Na⁺，⑥OH^-．
（3）若上述電解過程中用陰離子交換膜代替陽離子交換膜（已知：3Cl₂+6OH^-═5Cl^-+ClO₃^-+3H₂O），下列說法正確的組合是

 

．
A．電解結束時，右側溶液中含有ClO₃^-
B．電解槽內發生反應的總化學方程式為：NaCl+3H₂O

通電  .

NaClO₃+3H₂↑
C．用陰離子交換膜后，電解槽內兩個電極發生的電極反應與原來一樣
D．用陰離子交換膜后，陽離子的定向移動方向與原來相反
（4）已知某電解槽每小時加入10%的氫氧化鈉溶液a kg，每小時能產生標準狀況下的氯氣b L，則電解后流出的氫氧化鈉溶液（密度為d g?cm^-3）的物質的量濃度為（理論計算，需化簡）

 

mol/L．

Answer 1

考點：電解原理

專題：電化學專題

分析：（1）A為電解槽陽極，B極材料為鐵，弱酸性、中性或堿性條件下，鐵易發生吸氧腐蝕；        
（2）陽離子交換膜只能允許陽離子通過；
（3）A．電解結束時，電解質溶液中呈電中性，右側溶液中含有ClO₃^-；
B．電解時，陰極上氫離子放電，陽極上氯離子放電生成氯酸根離子；
C．用陰離子交換膜后，電解槽內兩個電極發生的電極反應與原來相同；
D．用陰離子交換膜后，陽離子的定向移動方向與原來相同；
（4）根據氯氣的體積計算生成的氫氧化鈉的物質的量、生成氫氣的質量，溶液中的質量為原來溶液質量+鈉元素的質量-氫氣質量，根據溶液質量、密度計算溶液體積，根據物質的量濃度公式計算NaOH濃度．

解答： 解：（1）根據圖知，A為電解槽陽極，B為陰極，陰極上氫離子放電生成氫氣，同時電極附近生成氫氧根離子，堿性條件下，鐵發生吸氧腐蝕，故答案為：陽；吸氧腐蝕；       
（2）陽離子交換膜只能允許陽離子通過，故選③⑤； 
（3）A．電解時，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電生成氫氣同時電極附近生成氫氧根離子，氫氧根離子通過陰離子交換膜移向陽極，氯氣和氫氧根離子反應生成氯酸根離子，電解結束時，溶液呈電中性，則右側溶液中含有ClO₃^-，故A正確；
B．電解時，陰極上氫離子放電，陽極上氯離子放電生成氯酸根離子，電池反應式為NaCl+3H₂O

通電  .

NaClO₃+3H₂↑，故B正確；
C．無論使用陰離子交換膜還是陽離子交換膜，陽極上都是氯離子放電、陰極上都是氫離子放電，所以電解槽內兩個電極發生的電極反應與原來一樣，故C正確；
D．無論使用陰離子交換膜還是陽離子交換膜，陽離子都向陰極移動，故D錯誤；
故選ABC；
（4）氯氣的物質的量=

V

Vm

=

b

22.4

mol；電解水時，生成氫氣與氫氧化鈉的物質的量之比為1：2，所以生成n（NaOH）=

2b

22.4

mol，原來n（NaOH）=

1000ag×10%

40g/mol

=2.5amol，所以反應后溶液中n（NaOH）=（

2b

22.4

+2.5a）mol，電解后溶液質量=1000ag+

b

22.4

mol×2×23g/mol-

b

22.4

mol×2g/mol=1000ag+

22b

11.2

g，
溶液體積=

(1000a+ 22b 11.2 )g

1000dg/L

，則C（NaOH）=

2b 22.4 +2.5a

1000a+ 22b 11.2 1000d

mol/L=

1000(28a+b)

11200a+22b

×dmol/L，
故答案為：

1000(28a+b)

11200a+22b

×d．

點評：本題考查了電解原理，明確離子交換膜的作用及陰陽極上發生的反應是解本題關鍵，注意（4）中物質的量濃度計算方法，注意溶液增加的質量如何計算，計算量較大，題目難度中等．