高三化學一輪復習課件：專題講座三 隔膜在電化學中的功能

隔膜在電化學中的功能專題講座三第六章化學反應與能量1.常見的隔膜知識梳理ZHISHISHULI隔膜又叫離子交換膜，由高分子特殊材料制成。離子交換膜分三類：(1)陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，即允許H＋和其他陽離子通過，不允許陰離子通過。(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。(3)質(zhì)子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。2.隔膜的作用(1)能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學反應。(2)能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。3.離子交換膜選擇的依據(jù)離子的定向移動。4.離子交換膜的應用1.用下面的裝置制取NaOH、H2和Cl2，此裝置有何缺陷？提升思維能力·深度思考答案缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；缺陷2：Cl2與NaOH反應生成NaClO，影響NaOH的產(chǎn)量2.用下圖裝置電解飽和食鹽水，其中陽離子交換膜的作用有哪些？答案(1)平衡電荷，形成閉合回路；(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸；(3)避免Cl2與NaOH反應生成NaClO，影響NaOH的產(chǎn)量；(4)避免Cl－進入陰極區(qū)導致制得的NaOH不純。題組一離子交換膜在原電池中的應用1.已知：電流效率等于電路中通過的電子數(shù)與消耗負極材料失去的電子總數(shù)之比?，F(xiàn)有兩個電池Ⅰ、Ⅱ，裝置如圖所示。下列說法正確的是A.Ⅰ和Ⅱ的電池反應不相同B.能量轉(zhuǎn)化形式不同C.Ⅰ的電流效率低于Ⅱ的電流效率D.5min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1種溶質(zhì)解題探究JIETITANJIU√解析Ⅰ、Ⅱ裝置中電極材料相同，電解質(zhì)溶液部分相同，電池反應，負極反應和正極反應式相同，A項錯誤；Ⅰ和Ⅱ裝置的能量轉(zhuǎn)化形式都是化學能轉(zhuǎn)化成電能，B項錯誤；Ⅰ裝置中銅與氯化鐵直接接觸，會在銅極表面發(fā)生反應，導致部分能量損失(或部分電子沒有通過電路)，電流效率降低，而Ⅱ裝置采用陰離子交換膜，銅與氯化銅接觸，不會發(fā)生副反應，放電過程中交換膜左側(cè)負極的電極反應式為Cu－2e－===Cu2＋，陽離子增多，右側(cè)正極的電極反應式為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，負電荷過剩，Cl－從交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，電流效率高于Ⅰ裝置，C正確；放電一段時間后，Ⅰ裝置中生成氯化銅和氯化亞鐵，Ⅱ裝置中交換膜左側(cè)生成氯化銅，右側(cè)生成了氯化亞鐵，可能含氯化鐵，D項錯誤。2.(2018·黔東南州一模)二甲醚(CH3OCH3)燃料電池的工作原理如圖，有關敘述正確的是A.該裝置能實現(xiàn)化學能100%轉(zhuǎn)化為電能B.電子移動方向為：a極→b極→質(zhì)子交換膜→a極C.a電極的電極反應式為：CH3OCH3＋3H2O－12e－

===2CO2＋12H＋D.當b電極消耗22.4LO2時，質(zhì)子交換膜有4molH＋通過√解析A項，化學能轉(zhuǎn)化為熱能和電能，不可能100%轉(zhuǎn)化為電能，錯誤；B項，電子不能經(jīng)過電解質(zhì)溶液，所以電子由a極

b極，錯誤；C項，a為負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，正確；D項，狀況不知，無法由體積求物質(zhì)的量，所以通過H＋的物質(zhì)的量不知，錯誤。3.隨著各地“限牌”政策的推出，電動汽車成為汽車族的“新寵”。某電動汽車使用的是鈷酸鋰(LiCoO2)電池，其工作原理如圖所示，且電解質(zhì)為一種能傳導Li＋的高分子材料，隔膜只允許Li＋通過，電池反應式為LixC6＋Li1－xCoO2

C6＋LiCoO2。下列說法不正確的是A.放電時，正極鋰的化合價未發(fā)生改變B.充電時Li＋移動方向：右室→左室C.放電時負極的電極反應式：LixC6－xe－===

C6＋xLi＋D.充電時陽極的電極反應式：Li1－xCoO2＋

xLi＋＋xe－===LiCoO2√解析放電時，負極的電極反應式為LixC6－xe－===C6＋xLi＋，正極的電極反應式為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，放電時正極上鈷的化合價降低、鋰的化合價不變，A、C項正確；充電時左側(cè)為陰極，右側(cè)為陽極，陽極發(fā)生失電子的氧化反應，陽離子由陽極移向陰極，B項正確、D項錯誤。在原電池中應用離子交換膜，起到替代鹽橋的作用，一方面能起到平衡電荷導電的作用，另一方面能防止電解質(zhì)溶液中的離子與電極直接反應，提高電能效率。歸納總結(jié)題組二離子交換膜在電解池中的應用4.(2018·合肥第一次教學質(zhì)量檢測)利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料?？捎秒娊釲iCl溶液制備LiOH，裝置如下圖所示。下列說法中正確的是A.電極B連接電源正極B.A極區(qū)電解液為LiCl溶液C.陽極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D.每生成1molH2，有1molLi＋通過該離子交換膜√解析由題意知，電解LiCl溶液制備LiOH，由于B電極生成氫氣，A與B用陽離子交換膜隔開，所以B為陰極，B極區(qū)為LiOH溶液，A極區(qū)為LiCl溶液。電極B上產(chǎn)生氫氣，所以B為陰極，B連接電源負極，A項錯誤；陽極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，C項錯誤；每生成1molH2，有2molLi＋通過該離子交換膜，D項錯誤。5.(2019·長春質(zhì)檢)某科研小組研究采用BMED膜堆(示意圖如下)，模擬以精制濃海水為原料直接制備酸堿。BMED膜堆包括陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極膜(A、D)。已知：在直流電源的作用下，雙極膜內(nèi)中間界面層發(fā)生水的解離，生成H＋和OH－。下列說法錯誤的是A.電極a連接電源的正極B.B為陽離子交換膜C.電解質(zhì)溶液采用Na2SO4溶液可避免有害

氣體的產(chǎn)生D.Ⅱ口排出的是淡水√解析根據(jù)題干信息確定該裝置為電解池，陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，所以電極a為陽極，連接電源的正極，A正確；水在雙極膜A解離后，氫離子吸引陰離子透過B膜到左側(cè)形成酸，B為陰離子交換膜，B錯誤；電解質(zhì)溶液采用Na2SO4溶液，電解時生成氫氣和氧氣，可避免有害氣體的產(chǎn)生，C正確；海水中的陰、陽離子透過兩側(cè)交換膜向兩側(cè)移動，淡水從Ⅱ口排出，D正確。6.(2018·河南天一大聯(lián)考階段檢測)普通電解精煉銅的方法所制備的銅中仍含雜質(zhì)，利用下面的雙膜(陰離子交換膜和過濾膜)電解裝置可制備高純度的Cu。下列有關敘述中正確的是A.電極a為粗銅，電極b為精銅B.甲膜為過濾膜，可阻止陽極泥及漂浮物雜質(zhì)進入陰極區(qū)C.乙膜為陰離子交換膜，可阻止雜質(zhì)陽離子進入陰極區(qū)D.當電路中通過1mol電子時，可生成32g精銅√解析由題意結(jié)合電解原理可知，電極a是陰極，為精銅，電極b是陽極，為粗銅，A項錯誤；甲膜為陰離子交換膜，可阻止雜質(zhì)陽離子進入陰極區(qū)，B項錯誤；乙膜為過濾膜，可阻止陽極泥及漂浮物雜質(zhì)進入陰極區(qū)，C項錯誤；當電路中通過1mol電子時，可生成0.5mol精銅，其質(zhì)量為32g，D項正確。7.(2018·哈爾濱模擬)用一種陰、陽離子雙隔膜三室電解槽處理廢水中的

，模擬裝置如圖所示。下列說法正確的是A.陽極室溶液由無色變成棕黃色B.陰極的電極反應式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C.電解一段時間后，陰極室溶液中的pH升高D.電解一段時間后，陰極室溶液中的溶質(zhì)一定是(NH4)3PO4√解析陽極上Fe發(fā)生氧化反應，溶液由無色變?yōu)闇\綠色，A項錯誤；陰極上H＋發(fā)生還原反應：2H＋＋2e－===H2↑，B項錯誤；根據(jù)陰極上電極反應，陰極消耗H＋，電解一段時間后，陰極室溶液pH升高，C項正確；電