2020版高考化學(xué)優(yōu)選大一輪復(fù)習(xí)課件：增分微課7-電化學(xué)中的離子交換膜(共24張PPT)

1、2020版高考化學(xué)優(yōu)選大一輪復(fù)習(xí)課件：增分微課7-電化學(xué)中的離子交換膜(共24張PPT)2020版高考化學(xué)優(yōu)選大一輪復(fù)習(xí)課件：增分微課7-電化學(xué)中的題型綜述專題七 電化學(xué)中的離子交換膜題型綜述專題七 電化學(xué)中的離子交換膜考情剖析年份201820172016題號全國卷第13題、全國卷第27題、全國卷第27題、天津卷第10題天津卷第7題、江蘇卷第16題全國卷第11題、浙江卷第11題、天津卷第10題在近幾年高考中,涉及離子交換膜的試題比較多,且常出常新。根據(jù)透過的微粒,離子交換膜可以分為多種,在高中試題中主要出現(xiàn)陽離子交換膜、陰離子交換膜和質(zhì)子交換膜三種,陽離子交換膜只允許陽離子通過,阻止陰離子和氣

2、體通過,陰離子交換膜只允許陰離子通過,質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子(H+)通過。除了2014年全國卷第9題、2014年全國卷第27題、2014年福建卷第11題考查外,近幾年考查情況如下:考情剖析年份201820172016題號全國卷第13題、全增分點一利用離子交換膜制備純凈產(chǎn)品及分離提純某些物質(zhì)【解題策略】 離子交換膜的功能在于選擇性地通過某些離子,目的是平衡整個溶液的離子濃度或電荷,利用離子交換膜的這一功能可用來制備物質(zhì),解題時應(yīng)先分析出應(yīng)制備或提純的物質(zhì),后確定裝置的正、負極(或陰、陽極),根據(jù)離子交換膜的功能判斷特定離子的移動方向,進而逐一解答。增分典例探究增分點一利用離子交換膜制備純凈產(chǎn)品及分

3、離提純某些物質(zhì)增分典增分典例探究例1 2018全國卷 最近我國科學(xué)家設(shè)計了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置,實現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如圖Z7-1所示,其中電極分別為ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為:EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+；2EDTA-Fe3+H2S=2H+S+2EDTA-Fe2+。該裝置工作時,下列敘述錯誤的是()圖Z7-1增分典例探究例1 2018全國卷 最近我國科學(xué)家設(shè)圖增分典例探究該裝置工作時,下列敘述錯誤的是()A.陰極的電極反應(yīng):CO2+2H+2e-=CO+H2OB.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng):CO2+H2S=CO+H2

4、O+SC.石墨烯上的電勢比ZnO石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性答案 C解析 根據(jù)圖示可知,ZnO石墨烯電極上發(fā)生還原反應(yīng),則該電極為陰極,電極反應(yīng)式為CO2+2e-+2H+=CO+H2O,A項正確;根據(jù)題干信息及圖中兩電極上的反應(yīng)可知,該電化學(xué)(電解池)裝置中的總反應(yīng)為CO2+H2S=CO+S+H2O,B項正確;石墨烯作陽極,ZnO石墨烯作陰極,陽極上的電勢應(yīng)高于陰極上的電勢,C項錯誤;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性,否則會使H2S和S不能穩(wěn)定存在,D項正確。增分典例探究該裝置工

5、作時,下列敘述錯誤的是()答案 增分典例探究變式題 2016全國卷 三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖Z7-2所示,采用惰性電極,ab、cd均為離子交換膜,在直流電場的作用下,兩膜中間的Na+和SO42-可通過離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。下列敘述正確的是()A.通電后中間隔室的SO42-向正極遷移,正極區(qū)溶液pH增大B.該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品C.負極反應(yīng)為2H2O-4e-=O2+4H+,負極區(qū)溶液pH降低D.當電路中通過1 mol電子的電量時,會有0.5 mol的O2生成圖Z7-2增分典例探究變式題 2016全國卷 三

6、室式電滲析法處增分典例探究答案 B解析 通電時中間隔室的SO42-向正極移動,正極為水電離出的OH-失去電子,溶液中H+濃度增大,溶液的pH減小,A項錯誤;該法處理含Na2SO4的廢水,在負極區(qū)和正極區(qū)分別得到NaOH和H2SO4,B項正確;負極為水電離出的H+得電子被還原,溶液中c(OH-)增大,負極區(qū)溶液pH升高,C項錯誤;正極反應(yīng)為4OH-4e-=O2+2H2O,電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子時,生成0.25 mol O2,D項錯誤。增分典例探究答案 B解析 通電時中間隔室的SO4增分典例探究增分點二利用離子交換膜隔離某些物質(zhì)防止發(fā)生反應(yīng)【解題策略】 本類試題利用離子交換膜阻止某些離子移動來隔

7、離某些物質(zhì),防止副反應(yīng)的發(fā)生或防止改變電解質(zhì)溶液的酸堿性。解題時應(yīng)先確定裝置的正、負極(或陰、陽極),假定沒有離子交換膜由離子的移動方向判斷可能發(fā)生的其他反應(yīng)以及對設(shè)計目的的影響,進而分析解答。增分典例探究增分點二利用離子交換膜隔離某些物質(zhì)防止發(fā)生反應(yīng)增分典例探究例2 (1)2018全國卷節(jié)選 制備Na2S2O5可采用三室膜電解技術(shù),裝置如圖Z7-3所示,其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應(yīng)式為。電解后,室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結(jié)晶脫水,可得到Na2S2O5。圖Z7-3增分典例探究例2 (1)2018全國卷節(jié)選 制備Na增分典例探究(2)2017江

8、蘇卷節(jié)選 電解Na2CO3溶液的原理如圖Z7-4所示。陽極的電極反應(yīng)式為,陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為。圖Z7-4增分典例探究(2)2017江蘇卷節(jié)選 電解Na2CO3增分典例探究答案 (1)2H2O-4e-=4H+O2a (2)4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2H2解析 (1)根據(jù)電解目的得到更多的NaHSO3,即陽極是水電離出的OH-放電,氫離子通過陽離子交換膜進入a室,使a室的NaHSO3濃度增大。(2)陽極上OH-失去電子生成O2,由H2O電離出的H+可以與CO32-反應(yīng)生成HCO3-。陰極上H2O放電生成H2。增分典例探究答案 (1)2H2O-4e-=4H+O2增分典例

9、探究變式題 2018山西太原模擬 氨硼烷(NH3BH3)電池可在常溫下工作,裝置如圖Z7-5所示。該電池工作時的總反應(yīng)為NH3BH3+3H2O2=NH4BO2+4H2O。下列說法正確的是()A.負極附近溶液的pH增大B.正極的反應(yīng)式為H2O2+2H+2e-=2H2OC.電池工作時,BO2-通過質(zhì)子交換膜向正極移動D.消耗3.1 g氨硼烷,理論上轉(zhuǎn)移0.2 mol電子圖Z7-5增分典例探究變式題 2018山西太原模擬 氨硼烷(NH增分典例探究答案 B解析 根據(jù)裝置圖可知,電池負極反應(yīng)為NH3BH3-6e-+2H2O=NH4BO2+6H+,正極反應(yīng)為3H2O2+6e-+6H+=6H2O。根據(jù)正、負

10、極反應(yīng),負極附近溶液的pH減小,A錯誤,B正確;電池工作時,BO2-不能通過質(zhì)子交換膜,C錯誤;消耗3.1 g氨硼烷,理論上轉(zhuǎn)移0.6 mol 電子,D錯誤。增分典例探究答案 B解析 根據(jù)裝置圖可知,電池負極提分強化訓(xùn)練1.2018廣東汕頭模擬 微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖Z7-6所示,下列說法正確的是()A.電子從b流出,經(jīng)外電路流向aB.HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO42-的反應(yīng)是HS-+4H2O-8e-=SO42-+9H+C.如果將有機反應(yīng)物直接燃燒,能量的利用率不會變化D.若該電池電路中有0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,則有0

11、.5 mol H+通過質(zhì)子交換膜圖Z7-6提分強化訓(xùn)練1.2018廣東汕頭模擬 微生物燃料電池是提分強化訓(xùn)練答案 B解析 b電極通入氧氣,是正極,a電極是負極,電子從a流出,經(jīng)外電路流向b,A錯誤;a電極是負極,發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),即HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO42-,電極反應(yīng)是HS-+4H2O-8e-=SO42-+9H+,B正確;如果將有機反應(yīng)物直接燃燒,硫元素會轉(zhuǎn)化為SO2,而不是SO42-,且會有部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能等,因此能量的利用率會變化,C錯誤;若該電池電路中有0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,根據(jù)電荷守恒可知有0.4 mol H+通過質(zhì)子交換膜與0.1 mol氧氣結(jié)合轉(zhuǎn)化為水,

12、D錯誤。提分強化訓(xùn)練答案 B解析 b電極通入氧氣,是正極,提分強化訓(xùn)練2.2018山青島模擬 Zn-ZnSO4-PbSO4-Pb電池裝置如圖Z7-7,下列說法錯誤的是()A.SO42-從右向左遷移B.電池的正極反應(yīng)為Pb2+2e-=PbC.左邊ZnSO4濃度增大,右邊ZnSO4濃度不變D.若有6.5 g鋅溶解,有0.1 mol SO42-通過離子交換膜圖Z7-7答案 B解析 鋅是負極,SO42-從右向左遷移,A正確;電池的正極反應(yīng)為PbSO4+2e-=Pb+SO42-,B錯誤;左邊鋅失去電子結(jié)合從右側(cè)遷移過來的SO42-轉(zhuǎn)化為ZnSO4,ZnSO4濃度增大,右邊ZnSO4濃度不變,C正確;若有

13、6.5 g鋅即0.1 mol鋅溶解,根據(jù)電荷守恒可知有0.1 mol SO42-通過離子交換膜,D正確。提分強化訓(xùn)練2.2018山青島模擬 Zn-ZnSO4-提分強化訓(xùn)練3.2018河南名校第二次考試 Na2FeO4是制造高鐵電池的重要原料,同時也是一種新型的高效凈水劑。在工業(yè)上通常利用如圖Z7-8裝置生產(chǎn)Na2FeO4,下列有關(guān)說法不正確的是()A.右側(cè)電極反應(yīng)方程式:Fe+8OH-6e-=FeO42-+4H2OB.左側(cè)為陽離子交換膜,當Cu電極生成1 mol氣體時,有2 mol Na+通過陽離子交換膜C.可以將左側(cè)流出的氫氧化鈉溶液補充到該裝置中部,以保證裝置連續(xù)工作D.Na2FeO4具有

14、強氧化性且還原產(chǎn)物為Fe3+,因此可以利用Na2FeO4除去水中的細菌、固體顆粒以及Ca2+等圖Z7-8提分強化訓(xùn)練3.2018河南名校第二次考試 Na2Fe提分強化訓(xùn)練答案 D解析 根據(jù)圖示,Cu電極為陰極,Fe電極為陽極。右側(cè)電極為Fe電極,Fe失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成FeO42-,電極反應(yīng)式為Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O,A正確;左側(cè)為陰極室,H+的放電能力大于Na+,Cu電極上的電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2+2OH-,當Cu電極上生成1 mol氣體時同時產(chǎn)生2 mol OH-,此時有2 mol Na+通過陽離子交換膜進入陰極室平衡電荷,B正確;根據(jù)B項分析,陰極

15、室生成NaOH,左側(cè)流出的NaOH溶液的濃度大于左側(cè)加入的NaOH溶液的濃度,即b%a%,根據(jù)圖示可將左側(cè)流出的NaOH溶液補充到該裝置中部,以保證裝置連續(xù)工作,C正確;Na2FeO4具有強氧化性,可利用Na2FeO4除去水中的細菌,Na2FeO4的還原產(chǎn)物為Fe3+,Fe3+水解生成Fe(OH)3膠體,Fe(OH)3膠體可吸附固體顆粒,用Na2FeO4不能除去水中的Ca2+,D錯誤。提分強化訓(xùn)練答案 D解析 根據(jù)圖示,Cu電極為陰極提分強化訓(xùn)練4.2018浙江溫州模擬 高鐵酸鹽在能源環(huán)保領(lǐng)域有廣泛用途。用鎳(Ni)、鐵作電極電解濃NaOH溶液制備高鐵酸鈉(Na2FeO4)的裝置如圖Z7-9所

16、示。下列說法正確的是()A.鐵是陽極,電極反應(yīng)為Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2B.電解一段時間后,鎳電極附近溶液的pH減小C.若離子交換膜為陰離子交換膜,則電解結(jié)束后左側(cè)溶液中含有FeO42-D.每制得1 mol Na2FeO4,理論上可以產(chǎn)生67.2 L氣體圖Z7-9提分強化訓(xùn)練4.2018浙江溫州模擬 高鐵酸鹽在能源環(huán)提分強化訓(xùn)練答案 C解析 用鎳(Ni)、鐵作電極電解濃NaOH溶液制備高鐵酸鈉(Na2FeO4),鐵失電子生成FeO42-,則鐵作陽極,鎳作陰極,陽極的電極反應(yīng)式為Fe+8OH-6e-=FeO42-+4H2O,A錯誤;鎳電極上H+放電生成H2,c(OH-)增大,溶液的

17、pH增大,B錯誤;若離子交換膜為陰離子交換膜,FeO42-可以穿過陰離子交換膜向左側(cè)擴散,左側(cè)溶液中會含有FeO42-,C正確;溫度和壓強未知,不能計算生成氣體的體積,D錯誤。提分強化訓(xùn)練答案 C解析 用鎳(Ni)、鐵作電極電提分強化訓(xùn)練5.(1)2017天津卷節(jié)選 某混合物漿液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4?？紤]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)計的電解分離裝置(見圖Z7-10),使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素溶液,并回收利用。用惰性電極電解時, CrO42-能從漿液中分離出來的原因是 ,分離后含鉻元素的粒子是 ;陰極室生成的物質(zhì)為 (寫化學(xué)

18、式)。圖Z7-10提分強化訓(xùn)練5.(1)2017天津卷節(jié)選 某混合物漿液提分強化訓(xùn)練(2)H3PO2可用電滲析法制備,“四室電滲析法”工作原理如圖Z7-11所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)。寫出陽極的電極反應(yīng)式: 。分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因: 。早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2:將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜,從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點是產(chǎn)品中混有 雜質(zhì),該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是 。圖Z7-11提分強化訓(xùn)練(2)H3PO2可用電滲析法制備,“四室電滲析法提分強化訓(xùn)練答案 (1)在直流電場作用下,CrO42-通過陰離子交換膜向陽極室移動,脫離漿液CrO42-和Cr2O72-NaOH和H2 (2)2H2O-4e-=O2+4H+ 陽極室的H+穿過陽膜擴散至產(chǎn)品室,原料室的H2PO2-穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室,二者反應(yīng)生成H3PO2PO43-H2PO2-或H3PO2被氧化解析 (1)電解過程中,溶液中離子發(fā)生定向移動