“离子交换膜”在电化学中的应用课件.ppt

1、素养提升突破系列(四)“离子交换膜”在电化学中的应用【考情【考情透视规律】透视规律】在近几年的高考试题中在近几年的高考试题中,离子交换膜是电化学的考查热离子交换膜是电化学的考查热点。其考情如下点。其考情如下:【归纳【归纳认知素养】认知素养】1.1.常见的隔膜常见的隔膜:隔膜又叫离子交换膜隔膜又叫离子交换膜,由高分子特殊材料制成。离子由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类交换膜分三类:(1)(1)阳离子交换膜阳离子交换膜,简称阳膜简称阳膜,只允许阳离子通过只允许阳离子通过,即允即允许许H H+和其他阳离子通过和其他阳离子通过,不允许阴离子通过。不允许阴离子通过。(2)(2)阴离子交换膜阴离子交换

2、膜,简称阴膜简称阴膜,只允许阴离子通过只允许阴离子通过,不允不允许阳离子通过。许阳离子通过。(3)(3)质子交换膜质子交换膜,只允许只允许H H+通过通过,不允许其他阳离子和阴不允许其他阳离子和阴离子通过。离子通过。2.2.隔膜的作用隔膜的作用:(1)(1)能将两极区隔离能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触阻止两极区产生的物质接触,防防止发生化学反应。止发生化学反应。(2)(2)能选择性地通过离子能选择性地通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。路的作用。3.3.解题步骤解题步骤:(1)(1)分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子分清隔膜类型。即交换膜属于阳

3、膜、阴膜或质子膜中的哪一种膜中的哪一种,判断允许哪种离子通过隔膜。判断允许哪种离子通过隔膜。(2)(2)写出电极反应式写出电极反应式,判断交换膜两侧离子变化判断交换膜两侧离子变化,推断推断电荷变化电荷变化,根据电荷平衡判断离子迁移方向。根据电荷平衡判断离子迁移方向。(3)(3)分析隔膜作用。在产品制备中分析隔膜作用。在产品制备中,隔膜作用主要是提隔膜作用主要是提高产品纯度高产品纯度,避免产物之间发生反应避免产物之间发生反应,或避免产物因发或避免产物因发生反应而造成危险。生反应而造成危险。【真题【真题体验素养】体验素养】(2015(2015全国卷全国卷11)11)微生物电池是指在微生物的作微生物

4、电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是示。下列有关微生物电池的说法错误的是()世纪金榜导学号世纪金榜导学号7910009879100098A.A.正极反应中有正极反应中有COCO2 2生成生成B.B.微生物促进了反应中电子的转移微生物促进了反应中电子的转移C.C.质子通过交换膜从负极区移向正极区质子通过交换膜从负极区移向正极区D.D.电池总反应为电池总反应为C C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2=6CO=6CO2 2+6H+6H2 2O O【解析】【解析】选选A A。根

5、据碳元素的化合价的变化。根据碳元素的化合价的变化,二氧化碳二氧化碳中碳元素的化合价为最高价中碳元素的化合价为最高价+4+4价价,所以生成二氧化碳所以生成二氧化碳的反应为氧化反应的反应为氧化反应,应在负极生成应在负极生成,其电极反应式应为其电极反应式应为C C6 6H H1212O O6 6+6H+6H2 2O-24eO-24e-=24H=24H+6CO+6CO2 2,A,A错误错误;在微生物的在微生物的作用下作用下,该装置为原电池装置该装置为原电池装置,反应速率比化学反应速反应速率比化学反应速率快率快,所以微生物促进了反应的发生所以微生物促进了反应的发生,B,B正确正确;原电池中原电池中阳离子

6、阳离子(质子质子)向正极移动向正极移动,C,C正确正确;电池的总反应实质电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应是葡萄糖的氧化反应,D,D正确。正确。【素养变式】【素养变式】(1)(1)该电池的正极反应式为该电池的正极反应式为_。提示提示:6O6O2 2+24e+24e-+24H+24H+=12H12H2 2O O。(2)(2)该电池的负极反应式为该电池的负极反应式为_。提示提示:C C6 6H H1212O O6 6+6H+6H2 2O-24eO-24e-=24H24H+6CO+6CO2 2。【训练【训练提升素养】提升素养】1.(20181.(2018绵阳模拟绵阳模拟)在一定条件下在一定条件下,可

7、以用甲图所示可以用甲图所示的硼化钒的硼化钒(VB(VB2 2)-)-空气电池空气电池(工作时反应为工作时反应为4VB4VB2 2+11O+11O2 2=4B=4B2 2O O3 3+2V+2V2 2O O5 5)为电源给乙图所示装置通电为电源给乙图所示装置通电,模拟有模拟有机物的电化学储氢。下列说法正确的是机物的电化学储氢。下列说法正确的是 ()世纪世纪金榜导学号金榜导学号7910009979100099A.A.整套装置工作时整套装置工作时A A连接连接D,BD,B连接连接C CB.VBB.VB2 2极发生的电极反应为极发生的电极反应为2VB2VB2 2+22OH+22OH-22e-22e-=

8、V V2 2O O5 5+2B+2B2 2O O3 3+11H+11H2 2O OC.C.电极电极F F产生产生3 mol3 mol气体时电极气体时电极E E得到的氧化产物为得到的氧化产物为2 mol2 molD.D.储氢装置工作时储氢装置工作时,右侧电极区的右侧电极区的pHpH减小减小【解析】【解析】选选B B。由电池工作反应知甲图中右侧电极为。由电池工作反应知甲图中右侧电极为正极正极,电极反应为电极反应为11O11O2 2+22H+22H2 2O+44eO+44e-=44OH=44OH-;左侧电左侧电极为负极极为负极,负极反应为负极反应为4VB4VB2 2+44OH+44OH-44e-44

9、e-=2V 2V2 2O O5 5+4B4B2 2O O3 3+22H+22H2 2O O。由乙图知。由乙图知,E,E为阴极为阴极,C,C应与电源负极相应与电源负极相连连,E,E极上电极反应为极上电极反应为2 +12H2 +12H+12e+12e-=2 ,2 ,为为还原产物还原产物;F;F为阳极为阳极,D,D应与电源正极相连应与电源正极相连,电极反应为电极反应为6H6H2 2O-12eO-12e-=12H=12H+3O+3O2 2,储氢装置工作时储氢装置工作时,产生的产生的H H+经高分子电解质膜移至左侧经高分子电解质膜移至左侧,右侧电极区的右侧电极区的pHpH不会减不会减小。综上所述小。综上

10、所述,只有只有B B选项正确。选项正确。2.(2.(新题预测新题预测)科学家研制出了一种新型的锂科学家研制出了一种新型的锂-空气电空气电池池,其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正确的是确的是()A.A.随着电极反应的不断进行随着电极反应的不断进行,正极附近的电解液正极附近的电解液pHpH不不断升高断升高B.B.可将有机电解液改为水溶液可将有机电解液改为水溶液C.C.放电时放电时,当有当有22.4 L O22.4 L O2 2(标准状况下标准状况下)被还原时被还原时,溶溶液中有液中有4 mol Li4 mol Li+从左槽移动到右槽从左槽移动到右槽

11、D.D.电池总反应方程式为电池总反应方程式为4Li+O4Li+O2 2+2H+2H2 2O=4LiOHO=4LiOH【解析】【解析】选选B B。该锂电池中。该锂电池中,正极上的电极反应式为正极上的电极反应式为O O2 2+4e+4e-+2H+2H2 2O=4OHO=4OH-,正极附近的电解液正极附近的电解液pHpH会升高会升高,故故A A正确正确;Li;Li属于活泼金属属于活泼金属,能与水反应能与水反应,不能将有机电不能将有机电解液改为水溶液解液改为水溶液,B,B错误错误;放电时放电时,当有当有22.4 L O22.4 L O2 2(标准标准状况下状况下)被还原时被还原时,根据正极反应式根据正

12、极反应式:O:O2 2+4e+4e-+2H+2H2 2O O=4OH4OH-,会转移电子会转移电子4 mol,4 mol,即溶液中有即溶液中有4 mol Li4 mol Li+从从左槽左槽(负极负极)移动到右槽移动到右槽,故故C C正确正确;由图示可知由图示可知,正极的正极的电极反应式为电极反应式为O O2 2+4e+4e-+2H+2H2 2O=4OHO=4OH-,电池总反应方电池总反应方程式为程式为4Li+O4Li+O2 2+2H+2H2 2O O=4LiOH,D4LiOH,D正确。正确。【加固训练】【加固训练】1.1.采用电化学法还原采用电化学法还原COCO2 2是一种使是一种使COCO2

13、 2资源化的方法资源化的方法,如如图是利用此法制备图是利用此法制备ZnCZnC2 2O O4 4的示意图的示意图(电解液不参与反电解液不参与反应应)。下列说法正确的是。下列说法正确的是()A.ZnA.Zn与电源的负极相连与电源的负极相连B.ZnCB.ZnC2 2O O4 4在交换膜右侧生成在交换膜右侧生成C.C.电解的总反应电解的总反应:2CO:2CO2 2+Zn ZnC+Zn ZnC2 2O O4 4D.D.通入通入11.2 L CO11.2 L CO2 2时时,转移转移0.5 mol0.5 mol电子电子电解电解=【解析】【解析】选选C C。锌化合价升高被氧化。锌化合价升高被氧化,连接电源

14、正极连接电源正极,故故A A错误错误;阳离子交换膜只允许阳离子通过阳离子交换膜只允许阳离子通过,所以所以ZnCZnC2 2O O4 4在交换膜左侧生成在交换膜左侧生成,故故B B错误错误;电解的总反应电解的总反应:2CO:2CO2 2+Zn+Zn ZnC ZnC2 2O O4 4,故故C C正确正确;11.2 L CO;11.2 L CO2 2的物质的量不一定的物质的量不一定是是0.5 mol,0.5 mol,转移电子不一定是转移电子不一定是0.5 mol,0.5 mol,故故D D错误。错误。电解电解=2.2.某原电池装置如图所示某原电池装置如图所示,电池总反应为电池总反应为2Ag+Cl2Ag+Cl2 2=2AgCl=2AgCl。(1)(1)当电路中转移当电路中转移a a mol e mol e-时时,交换交换膜左侧溶液中约减少膜左侧溶液中约减少_mol_mol离子。离子。交换膜右侧溶液中交换膜右侧溶液中c c(HCl)_(HCl)_(填填“”“”“”“”“(2)1(2)1ClCl-右左右左=