電解原理的創(chuàng)新應(yīng)用電解原理的創(chuàng)新應(yīng)用是每年高考的高頻考點(diǎn)，此類(lèi)試題常借助離子交換膜進(jìn)行物質(zhì)的制備、物質(zhì)的分離與提純、廢水的處理等當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中的熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行考查。題目常以裝置圖為載體呈現(xiàn)，題材廣、信息新、試題具有一定的難度，其中離子交換膜能將工業(yè)生產(chǎn)與化學(xué)知識(shí)有機(jī)的融合在一起，其類(lèi)型主要有陰離子交換膜、陽(yáng)離子交換膜、質(zhì)子交換膜和雙極膜等，其功能在于選擇性透過(guò)某些離子和阻斷某些離子或隔離某些物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的制備或提純。能很好地考查考生學(xué)以致用的能力。題型一用于物質(zhì)的制備【典例1】氫碘酸（HI）可用“四室電滲析法”制備，其工作原理如圖所示（陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過(guò)）。下列敘述錯(cuò)誤的是（）A.通電后，陰極室溶液的pH增大B.陽(yáng)極電極反應(yīng)式是2H2O－4e－4H＋＋O2C.得到1mol產(chǎn)品HI，陽(yáng)極室溶液質(zhì)量減少8gD.通電過(guò)程中，NaI的濃度逐漸減小答案：C解析：通電后，陰極電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，則溶液的pH增大，A正確；陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－4H＋＋O2↑，B正確；根據(jù)陽(yáng)極電極反應(yīng)式可知得到1mol產(chǎn)品HI，則外電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，陽(yáng)極室溶液質(zhì)量減少0.25molO2和1molH＋，共減少9g，C錯(cuò)誤；通電過(guò)程中，原料室中的Na＋移向陰極室，I－移向產(chǎn)品室，所以NaI的濃度逐漸減小，歸納總結(jié)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(guò)性，即允許帶某種電荷的離子通過(guò)而限制帶相反電荷的離子通過(guò)，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。其中離子交換膜的判斷方法：1.Co是磁性合金的重要材料，也是維生素重要的組成元素。工業(yè)上可用如圖裝置制取單質(zhì)Co并獲得副產(chǎn)品鹽酸（A、B均為離子交換膜）。下列說(shuō)法正確的是（）A.A膜為陰離子交換膜，B膜為陽(yáng)離子交換膜B.若去掉A膜，石墨電極的電極反應(yīng)不變C.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生11.2LO2D.若產(chǎn)品室Δn（HCl）＝0.2mol，陰極溶液質(zhì)量減少13g解析：D由題圖可知，Co為陰極，電極反應(yīng)式為Co2＋＋2e－Co，石墨為陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－O2↑＋4H＋。氯離子透過(guò)B膜進(jìn)入產(chǎn)品室，故B膜為陰離子交換膜，陽(yáng)極生成氫離子，氫離子透過(guò)A膜進(jìn)入產(chǎn)品室，故A膜為陽(yáng)離子交換膜，A錯(cuò)誤；若去掉A膜，則陽(yáng)極室的電解質(zhì)溶液為硫酸和鹽酸的混合溶液，此時(shí)石墨電極的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－Cl2↑，發(fā)生改變，B錯(cuò)誤；根據(jù)得失電子守恒可知，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生O2的物質(zhì)的量為2mol4＝0.5mol，由于題干未告知?dú)怏w所處的狀態(tài)，故無(wú)法計(jì)算其體積，C錯(cuò)誤；若產(chǎn)品室Δn（HCl）＝0.2mol，則陰極室有0.2mol氯離子透過(guò)B膜進(jìn)入產(chǎn)品室，析出0.1molCo，陰極室質(zhì)量減少0.1mol×59g·mol－1＋0.2mol×35.5g·mol－1＝2.有機(jī)電化學(xué)合成是目前公認(rèn)的一種綠色可持續(xù)性合成策略，電化學(xué)合成1，2-二氯乙烷的裝置如圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.a為負(fù)極，離子交換膜Ⅰ為陽(yáng)離子交換膜B.M極發(fā)生反應(yīng)：2H2O＋2e－H2↑＋2OHC.電路中每通過(guò)1mole－理論上消耗14g乙烯D.隨電解進(jìn)行NaOH與NaCl需及時(shí)補(bǔ)充解析：D根據(jù)圖示，惰性電極N上，CuCl→CuCl2，發(fā)生氧化反應(yīng)，N為陽(yáng)極，則b為正極，a為負(fù)極，CuCl→CuCl2時(shí)，消耗Cl－，離子交換膜Ⅱ?yàn)殛庪x子交換膜，Cl－由NaCl溶液進(jìn)入陽(yáng)極室（N），為了平衡電荷，Na＋由NaCl溶液進(jìn)入陰極室（M），離子交換膜Ⅰ為陽(yáng)離子交換膜。a為負(fù)極，惰性電極M發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－H2↑＋2OH－。隨著電解進(jìn)行，NaCl溶液需要補(bǔ)充，而NaOH不需要補(bǔ)充。電路中每通過(guò)1mole－理論上生成1molCuCl2，消耗14g題型二用于物質(zhì)的分離與提純【典例2】用電解法可提純含有某種含氧酸根離子雜質(zhì)的粗KOH溶液，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.陽(yáng)極反應(yīng)式為4OH－－4e－2H2O＋O2B.通電后陰極區(qū)溶液pH會(huì)增大C.K＋通過(guò)交換膜從陰極區(qū)移向陽(yáng)極區(qū)D.純凈的KOH溶液從b口導(dǎo)出答案：C解析：陽(yáng)極區(qū)為粗KOH溶液，陽(yáng)極上OH－失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：4OH－－4e－2H2O＋O2↑，A項(xiàng)正確；陰極上H2O得電子發(fā)生還原反應(yīng)：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，陰極區(qū)附近溶液中c（OH－）增大，pH增大，B項(xiàng)正確；電解時(shí)陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，故K＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜從陽(yáng)極區(qū)移向陰極區(qū)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；陰極區(qū)生成KOH，故純凈的KOH溶液從b口導(dǎo)出，歸納總結(jié)利用電解原理來(lái)分離提純物質(zhì)是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)簡(jiǎn)單快速分離的一種有效手段，分離物質(zhì)的同時(shí)可得到副產(chǎn)物，因此具有比一般分離方法更高效、實(shí)用的優(yōu)勢(shì)。分離提純時(shí)可以通過(guò)離子間帶同種電荷的相互排斥遠(yuǎn)離，帶異性電荷的相互吸引靠近，實(shí)現(xiàn)不同離子的定向遷移，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的分離與提純，并由此判斷出離子的移動(dòng)方向。具體判斷方法如下：3.電解法常用于分離提純物質(zhì)，某混合物漿液含Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4。考慮到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小組利用設(shè)計(jì)的電解分離裝置（如圖），使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素溶液進(jìn)行回收利用（已知：2CrO42－＋2H＋?Cr2O72－＋H2A.陰極室生成的物質(zhì)為NaOH和H2B.陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2O－4e－4H＋＋O2C.a離子交換膜為陽(yáng)離子交換膜D.當(dāng)外電路中轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)，陽(yáng)極室可生成1molCr2O解析：D電解時(shí)，陽(yáng)極上水電離的氫氧根離子放電：2H2O－4e－O2↑＋4H＋，故CrO42－通過(guò)陰離子交換膜向陽(yáng)極移動(dòng)，從而從漿液中分離出來(lái)，因存在2CrO42－＋2H＋?Cr2O72－＋H2O，則分離后含鉻元素的粒子是CrO42－、Cr2O72－；陰極上水電離的氫離子放電：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，混合物漿液中的鈉離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極，故陰極反應(yīng)生成氫氣和4.電解時(shí)利用多離子交換膜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)分離離子、控制離子流動(dòng)等目的，圖甲可實(shí)現(xiàn)海水的淡化，圖乙為電解K2SO4溶液同時(shí)生產(chǎn)H2SO4和KOH的示意圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.圖甲中淡水出口是b出口B.圖甲電解時(shí)，電子由陰極經(jīng)溶液移向陽(yáng)極C.圖乙C離子交換膜為陽(yáng)離子交換膜，D出口流出濃KOH溶液D.圖乙電解時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－4H＋＋O2解析：B海水作電解液是離子型導(dǎo)體，圖甲中陰離子左移，陽(yáng)離子右移，a和c流出的液體是陰、陽(yáng)離子流入得到的溶液，電解質(zhì)增加，b流出的液體是陰、陽(yáng)離子流出得到的溶液，電解質(zhì)減少，b出口是淡水出口，A正確；海水作電解液是離子型導(dǎo)體，圖甲中陰離子左移，陽(yáng)離子右移，電解液中無(wú)電子轉(zhuǎn)移，B錯(cuò)誤；圖乙要保證KOH和H2SO4的純度，必須只允許SO42－進(jìn)入陽(yáng)極，K＋進(jìn)入陰極，所以B離子交換膜為陰離子交換膜，C離子交換膜為陽(yáng)離子交換膜，陰極電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，D出口流出濃KOH溶液，C正確；圖乙中陽(yáng)極上主要是水放電，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－4H＋＋O題型三廢水的處理與環(huán)境保護(hù)【典例3】在直流電源作用下，雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，利用雙極膜電解池產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH），處理含苯酚廢水和含SO2的煙氣的工作原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.電勢(shì)：N極＞M極B.陰極電極反應(yīng)式為O2＋2e－＋2H＋C.每處理9.4g苯酚，理論上有2.8molH＋透過(guò)膜aD.若·OH只與苯酚和SO2反應(yīng)，則參加反應(yīng)的苯酚和SO2物質(zhì)的量之比為1∶14答案：C解析：M極上O2得電子生成羥基自由基（·OH），說(shuō)明M極為陰極，連接電源的負(fù)極，N極為陽(yáng)極，故電勢(shì)：N極＞M極，選項(xiàng)A正確；M極為陰極，陰極上O2得電子生成羥基自由基（·OH），電極反應(yīng)式為O2＋2e－＋2H＋2·OH，選項(xiàng)B正確；1mol苯酚轉(zhuǎn)化為CO2，轉(zhuǎn)移28mol電子，每處理9.4g苯酚（即0.1mol），理論上有2.8mol電子轉(zhuǎn)移，則有2.8molH＋透過(guò)膜b，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若·OH只與苯酚和SO2反應(yīng)，參加反應(yīng)的苯酚和SO2轉(zhuǎn)移電子數(shù)之比為28∶2，則物質(zhì)的量之比為1∶14，選項(xiàng)D歸納總結(jié)應(yīng)用電解的原理處理生產(chǎn)中的廢水，可以直接將廢水中有害物質(zhì)通過(guò)電解形式分別在陰、陽(yáng)兩極上發(fā)生還原和氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成為無(wú)害物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)污水凈化；也可采用間接氧化和間接還原方式，即利用電解產(chǎn)生的具有氧化性或還原性的產(chǎn)物與廢水中的有害物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的沉淀物，以達(dá)到污水凈化的目的。5.采用電化學(xué)方法使Fe2＋與H2O2反應(yīng)，可生成非?；顫姷摹H（羥基自由基）中間體用于降解廢水中的有機(jī)污染物，原理如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是（）A.X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O－4e－O2↑＋4HB.可將X電極上產(chǎn)生的O2收集起來(lái)，輸送到Y(jié)電極繼續(xù)使用C.根據(jù)裝置推測(cè)，Y電極是陽(yáng)極，·OH在該電極側(cè)產(chǎn)生D.起始時(shí)，在Y電極附近加入適量Fe2＋或Fe3＋，均能讓裝置正常工作解析：C據(jù)題圖可知Y電極上Fe3＋得電子轉(zhuǎn)化為Fe2＋，O2得電子結(jié)合氫離子生成H2O2，均發(fā)生還原反應(yīng)，所以Y電極為陰極，X電極上H2O失電子生成氧氣，發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽(yáng)極。X電極上電極反應(yīng)式為2H2O－4e－O2↑＋4H＋，A正確；Y電極上的反應(yīng)物有O2，而X電極上產(chǎn)生O2，所以可將X電極上產(chǎn)生的O2收集起來(lái)，輸送到Y(jié)電極繼續(xù)使用，B正確；根據(jù)分析可知，Y電極為陰極，C錯(cuò)誤；據(jù)圖可知該裝置工作時(shí)Fe2＋與Fe3＋循環(huán)轉(zhuǎn)化，所以起始時(shí)，在Y電極附近加入適量Fe2＋或Fe3＋，均能讓裝置正常工作，D6.在電鍍車(chē)間的含鉻酸性廢水中，鉻的存在形式有Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）兩種，其中以Cr（Ⅵ）的毒性最大，電解法處理含鉻廢水如圖，鉻最終以Cr（OH）3沉淀除去。下列說(shuō)法正確的是（）A.Fe棒為陽(yáng)極，反應(yīng)式為Fe－3e－Fe3B.陰極反應(yīng)式為Cr2O72－＋7H2O＋6e－2Cr（OH）3C.陽(yáng)極每轉(zhuǎn)移3mol電子，可處理Cr（Ⅵ）的物質(zhì)的量為0.5molD.離子交換膜為質(zhì)子交換膜，只允許H＋通過(guò)解析：C在電解過(guò)程中，陽(yáng)極上鐵發(fā)生氧化反應(yīng)生成亞鐵離子，電極反應(yīng)式為Fe－2e－Fe2＋，A錯(cuò)誤；Cr2O72－在陽(yáng)極區(qū)被Fe2＋還原為Cr3＋，陰極上