Question

11．電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用．

（1）電解食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)．目前比較先進(jìn)的方法是陽離子交換膜法，電解示意圖如圖1所示，圖中的陽離子交換膜只允許陽離子通過，請回答以下問題：
①圖中A極要連接電源的正（填“正”或“負(fù)”）極．
②精制飽和食鹽水從圖中a位置補(bǔ)充，氫氧化鈉溶液從圖中d位置流出．（選填“a”、“b”、“c”、“d”、“e”或“f”）
③電解總反應(yīng)的離子方程式是2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（2）電解法處理含氮氧化物廢氣，可回收硝酸，具有較高的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益．實(shí)驗(yàn)室模擬電解法吸收NO_x的裝置如圖2所示（圖中電極均為石墨電極）．若用NO₂氣體進(jìn)行模擬電解法吸收實(shí)驗(yàn)．
①寫出電解時(shí)NO₂發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺．
②若有標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24L NO₂被吸收，通過陽離子交換膜（只允許陽離子通過）的H⁺為0.1mol．
（3）為了減緩鋼制品的腐蝕，可以在鋼制品的表面鍍鋁．電解液采用一種非水體系的室溫熔融鹽，由有機(jī)陽離子、A1₂C1₇^-和AlCl₄^-組成．
①鋼制品應(yīng)接電源的負(fù)極．
②己知電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽離子不參與電極反應(yīng)，陰極電極反應(yīng)式為4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-．
③若改用AlCl₃水溶液作電解液，則陰極電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑．

Answer 1

分析 （1）由電解食鹽水裝置圖可知，鈉離子移向右邊，則左邊A為陽極，電極方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，右邊B為陰極，電極方程式為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^- 或2H⁺+2e^-=H₂↑，則生成氫氧化鈉從圖中d位置流出，據(jù)此分析解答；
（2）①根據(jù)圖知，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，右室為陽極室，陽極上通入的是氮氧化物，生成的硝酸，所以陽極上氮氧化物失電子和水生成硝酸；
②n（NO₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，陽極反應(yīng)式為NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，有0.2mol氫離子生成，因?yàn)橛?.1mol硝酸生成，則有0.1mol氫離子引入陰極室；
（3）依據(jù)電鍍原理分析，鋼鐵上鍍鋁是利用鋁做陽極，鋼鐵做陰極，由有機(jī)陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體做電解液來實(shí)現(xiàn)；改用AlCl₃水溶液作電解液是溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣．

解答 解：（1）①由電解食鹽水裝置圖可知，鈉離子移向右邊，則左邊A為陽極，所以A極要連接電源的正極，故答案為：正；
②由電解食鹽水裝置圖可知，鈉離子移向右邊，則左邊A為陽極，電極方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，所以精制飽和食鹽水從圖中a位置補(bǔ)充，右邊B為陰極，電極方程式為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^- 或2H⁺+2e^-=H₂↑，則生成氫氧化鈉從圖中d位置流出，
故答案為：a；d；
③電解總反應(yīng)的離子方程式是2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（2）①根據(jù)圖知，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，右室為陽極室，陽極上通入的是氮氧化物，生成的硝酸，所以陽極上氮氧化物失電子和水生成硝酸，電極反應(yīng)式為：NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，
故答案為：NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺；
②n（NO₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，陽極反應(yīng)式為NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，有0.2mol氫離子生成，因?yàn)橛?.1mol硝酸生成，則有0.1mol氫離子引入陰極室，
故答案為：0.1；
（3）①依據(jù)電鍍原理分析，鋼鐵上鍍鋁是利用鋁做陽極與電源正極相連，鋼鐵做陰極與電源負(fù)極相連，故答案為：負(fù)；
②由有機(jī)陽離子、Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-組成的離子液體做電解液來實(shí)現(xiàn)，離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系，電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽離子不參與電極反應(yīng)，則陰極反應(yīng)生成鋁是發(fā)生的還原反應(yīng)，鋁元素化合價(jià)降低，分析離子液體成分，結(jié)合電荷守恒分析可知是Al₂Cl₇^-得到電子生成，電極反應(yīng)為：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；故答案為：4Al₂Cl₇^-+3e^-=Al+7AlCl₄^-；
③改用AlCl₃水溶液作電解液是溶液中氫離子在陰極放電生成氫氣，陰極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑．

點(diǎn)評 本題考查電解原理，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，明確各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，注意（2）②中電解后的硝酸還包含原來的硝酸，為易錯(cuò)點(diǎn)．