Question

現有陽離子交換膜、陰離子交換膜、石墨電極，請用氯堿工業中的膜技術原理，回答下列問題。

（1）寫出氯堿工業中電解飽和食鹽水的反應式________________，陽離子交換膜在氯堿工業中的作用是____________________________________________。寫出用惰性電極電解硫酸鈉水溶液的總反應式：____________________________________________。

（2）請利用交換膜技術，根據上圖框架，設計一個電解硫酸鈉溶液制氫氧化鈉溶液和硫酸溶液的裝置，標出進出物質的名稱。A___________；B___________；C___________；D___________；E___________；F___________；G___________。膜b為___________（填“陽離子交換膜”或“陰離子交換膜”）。

Answer 1

（1）2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑  使陰極區產物和陽極區產物不接觸  2H₂O2H₂↑+O₂↑

（2）O₂  H₂  NaOH  H₂O（可含少量NaOH）  Na₂SO₄  H₂O（可含少量?H₂SO₄）  H₂SO₄  陽離子交換膜

解析:

如何對題中實驗進行裝置設計？回憶一下課本上氯堿工業中電解裝置以及電解原理，再由課本中陽離子交換膜的性能類推出陰離子交換膜的作用。①陽離子交換膜只能讓陽離子通過，類推陰離子交換膜也應該只能讓陰離子通過。②氯堿工業中H₂O參與放電而產生NaOH，電解Na₂SO₄溶液時陰極區H⁺放電（陰極：2H⁺+2e^-====H₂↑）破壞水的電離平衡而使溶液呈堿性，陽極區OH^-放電（4OH^-+4e^-====2H₂O+O₂↑）破壞水的電離平衡而使溶液呈酸性。③氯堿工業中為了得到純凈的NaOH產品，陰極區加入水（含少量NaOH增強導電性）。類推：電解Na₂SO₄溶液要得到“純凈”的產品，在陰極區、陽極區也只能加入水，在電解池的中央部分加入Na₂SO₄溶液。