高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí)【知識精講+拓展提升+遷移訓(xùn)練】 素養(yǎng)微專題（19）離子交換膜在電化學(xué)中的應(yīng)用+課件

離子交換膜在電化學(xué)中的應(yīng)用素養(yǎng)微專題（19）小專題

【命題分析】近幾年高考試題中，涉及隔膜電化學(xué)裝置的題目比較多，且每年都有變化。隔膜的功能在于選擇性地通過某些離子或阻止某些離子來隔離某些物質(zhì)，進而制備一些特定物質(zhì)或?qū)ξ镔|(zhì)進行分離，體現(xiàn)了科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)核心素養(yǎng)。小專題陽離子交換膜質(zhì)子交換膜陰離子交換膜兩室原電池/電解池三室原電池/電解池2021河北卷，92020年山東卷，132020年全國Ш卷，122020年山東卷，132020年山東卷，102020年北京卷，節(jié)選2021年山東卷，17節(jié)選2020年全國Ш卷，122021廣東卷，162020年全國Ⅰ卷，122021年全國甲卷，132021河北卷，92021年山東卷，17節(jié)選2020年北京卷，節(jié)選【問題思考1】海水淡化的方法主要有哪些？教材：必修2P100回歸教材①蒸餾法②電滲析法③離子交換法【問題思考2】用下面的裝置制取NaOH、H2和Cl2，此裝置有何缺陷？答案缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；缺陷2：Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，影響NaOH的產(chǎn)量?！颈貍渲R】1、離子交換膜的含義含義：離子交換膜又叫隔膜，是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。氯堿工業(yè)【必備知識】2、離子交換膜的類型(1)陽離子交換膜【典例精析1】氯堿工業(yè)中常用陽離子交換膜將電解槽隔成兩部分。1、陽離子交換膜的作用：分隔陽極室與陰極室，只允許________和________通過。（1）阻止OH－進入陽極室與Cl2發(fā)生副反應(yīng)：__________________________。（2）阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2_____________________________。（3）Na+陽離子→透過____________交換膜→原電池的_________或電解池的____________。陽離子水分子2NaOH+Cl2

=NaCl+NaClO+H2O混合發(fā)生爆炸陽離子正極陰極【典例精析1】氯堿工業(yè)中常用陽離子交換膜將電解槽隔成兩部分。2、嘗試在圖上標(biāo)注出離子移向。3、陰極區(qū)理論上加入____________即可，實際上含少量____________來增強導(dǎo)電性。4、電極反應(yīng)：陰極：____________________________；陽極：__________________________?？偦瘜W(xué)方程式：_____________________________________________________。水NaOH2H2O+2e-=H2↑+2OH-2Cl--2e-=Cl2↑2NaCl＋2H2O

=

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑電解【精準(zhǔn)復(fù)核1】二氧化氯（ClO2）為一種黃綠色氣體，是國際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑。目前已開發(fā)出用電解法制取ClO2的新工藝如下圖所示。（1）圖中用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2。產(chǎn)生ClO2的電極應(yīng)連接電源的_________（填“正極”或“負(fù)極”），對應(yīng)的電極反應(yīng)式為________________________________。（2）電解一段時間，當(dāng)陰極產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體112

mL時，停止電解，則通過陽離子交換膜的陽離子物質(zhì)的量為________mol，陰極區(qū)pH________(填“變大”“變小”或“不變”)（下同）。（3）圖中應(yīng)使用_______（填“陰”或“陽”）（下同）離子交換膜。正極Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+0.01變大陽解題技巧把握兩點：①產(chǎn)品為核心；②保持溶液電中性。1、質(zhì)子交換膜：只允許_____________和______________通過，質(zhì)子就是__________。2、陰極反應(yīng)式：_______________________；不斷消耗________，溶液中________電荷離子不足，___________室內(nèi)的H+通過質(zhì)子交換膜來到__________，作用：_______________________________。3、陽極反應(yīng)式：___________________________________________；4、離子移向：H＋→透過質(zhì)子交換膜→原電池________極(或電解池的________極)。(2)陽離子交換膜中的特殊情況——質(zhì)子交換膜【典例精析2】在微生物作用下電解有機廢水(含CH3COOH)，可獲得清潔能源H2。H＋水分子H＋2H＋＋2e－

=H2↑H＋正陽極陰極平衡電荷CH3COOH－8e－＋2H2O=2CO2↑＋8H＋正陰【典例精析3】下圖為可充電的全釩液流電池構(gòu)造示意圖，電池中的隔膜為質(zhì)子交換膜。1、放電時，負(fù)極：____________________(pH________)；正極：______________________。2、充電時，陽極(A)：__________________________；陰極(B)：_______________________。V2+－e－

=V3+增大VO2++e－+2H+=VO2++H2OVO2+－e－+H2O=VO2++2H+V3++e－

=V2+【精準(zhǔn)復(fù)核2】液流電池是一種新型可充電的高性能蓄電池，其工作原理如圖。兩邊電解液存儲罐盛放的電解液分別是含有V3+、V2+的混合液和VO2+、VO2+酸性混合液，且兩極電解液分開，各自循環(huán)。已知放電時右側(cè)存儲罐中V3+濃度增大。下列說法錯誤的是()A．充電時陰極的電極反應(yīng)是V3++e-=V2+B．放電時，VO2+作氧化劑，在正極被還原，V2+作還原劑，在負(fù)極被氧化C．若離子交換膜為質(zhì)子交換膜，充電時當(dāng)有1mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移時，最終左罐電解液的H+的物質(zhì)的量增加了1molD．若離子交換膜為陰離子交換膜，放電時陰離子由左罐移向右罐B解題技巧把握兩點：①產(chǎn)品為核心；②保持溶液電中性。(2)陰離子交換膜【典例精析4】以Pt為電極電解淀粉-KI溶液，中間用陰離子交換膜隔開。1、陰離子交換膜：只允許__________________和__________________通過。2、陰極反應(yīng)式：____________________________；陽極反應(yīng)式：__________________。3、陰極產(chǎn)生的OH－移向__________與陽極產(chǎn)物反應(yīng)：____________________________；4、離子移向：陰離子→透過__________交換膜→電解池_____極(或原電池的_____極)。陰離子水分子2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－2I－－2e－

=I2陽極3I2＋6OH－

=IO3－＋5I－＋3H2O陰離子陽負(fù)【精準(zhǔn)復(fù)核3】納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注，采用肼(N2H4)燃料電池為電源，用離子交換膜控制電解液中c(OH－)制備納米Cu2O，其裝置如圖甲、乙。（1）上述裝置中D電極應(yīng)連接肼燃料電池的________極(填“A”或“B”)，該電解池中離子交換膜為________離子交換膜(填“陰”或“陽”)。（2）該電解池的陽極反應(yīng)式為________________________________________，肼燃料電池中A極發(fā)生的電極反應(yīng)為____________________________。B陰2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2ON2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O【必備知識】3、離子交換膜的作用補充：能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。高考領(lǐng)航：大本P137回歸教輔【必備知識】4、離子交換膜在物質(zhì)制備、分離提純中的應(yīng)用

多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性，即允許帶某種電荷的離子通過而限制帶相反電荷的離子通過，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達(dá)到物質(zhì)制備、濃縮、凈化、提純的目的。(1)兩室電解池——工業(yè)上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿例如：【典例精析1】氯堿工業(yè)(2)三室電解池【典例精析5】一種三室微生物燃料電池可用于污水凈化、海水淡化，其工作原理如圖所示，圖中有機廢水中有機物可用C6H10O5表示。1、NO3-______電子發(fā)生_____反應(yīng)，右邊電極是______極，電極反應(yīng)為______________________；2、左邊電極是______極，有機物______電子發(fā)生______反應(yīng)，電極反應(yīng)____________________。3、反應(yīng)后正極溶液pH_________，負(fù)極附近溶液pH_________。4、左側(cè)交換膜為________離子交換膜，Cl－通過交換膜向________(填“左”或“右”)移動平衡H+的正電荷；右側(cè)交換膜是_______離子交換膜，Na+通過交換膜向_______(填“左”或“右”)移動進入正極區(qū)，使海水變?yōu)榈?。得還原正2NO3－＋10e－＋12H＋=N2↑＋6H2OC6H10O5－24e－＋7H2O=6CO2↑＋24H＋負(fù)氧化變大變小陰左陽右失解題技巧把握兩點：①產(chǎn)品為核心；②保持溶液電中性?！揪珳?zhǔn)復(fù)核4】三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，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-離子向正極遷移，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(fù)極反應(yīng)為2H2O–4e–

=

O2+4H+，負(fù)極區(qū)溶液pH降低D．當(dāng)電路中通過1mol電子的電量時，會有0.5mol的O2生成B解題技巧把握兩點：①產(chǎn)品為核心；②保持溶液電中性。1、陽極室：電解__________，電極反應(yīng)式為__________________________________，產(chǎn)生的H＋通過_____離子交換膜進入____________室，2、陰極室：電解__________，電極反應(yīng)式為___________________________________。3、原料室：原料室中的Na＋通過______離子交換膜進入____________室。4、產(chǎn)品室：原料室中的H2PO2－穿過______離子交換膜進入____________室，與H＋結(jié)合生成弱電解質(zhì)____________。5、早期采用“三室電滲析法”是將陽極室與產(chǎn)品室合并，缺點是產(chǎn)品中會混有______________或______________雜質(zhì)，原因是H2PO2－具有___________性，在陽極放電或被O2氧化所致，“四室電滲析法”避免了該過程。(3)多室電解池——利