第一篇:江苏高考化学复习化学反应与能量变化5突破全国卷专题讲座(五)隔膜在电化学中的应用教案
突破全国卷专题讲座(五)隔膜在电化学中的应用
[命题解读] 1.常见的隔膜
隔膜又叫离子交换膜,由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类:
(1)阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,即允许H和其他阳离子通过,不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子通过。(3)质子交换膜,只允许H通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。2.隔膜的作用
(1)能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。(2)能选择性的通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
[解题策略] 第一步 分清隔膜类型,即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种,判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步 写出电极反应式,判断交换膜两侧离子变化,推断电荷变化,根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步 分析隔膜作用。在产品制备中,隔膜作用主要是提高产品纯度,避免产物之间发生反应,或避免产物因发生反应而造成危险。交换膜隔离两种电解质溶液,避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触,能提高电流效率。在这种装置中,交换膜起到盐桥作用,且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移,使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路,使氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。
[突破训练]
一、隔离某些物质,防止发生反应
1.(2018·合肥质检)目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法,阳(阴)离子交换膜不允许阴(阳)离子通过。则下列叙述中错误的是()
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A.NaOH、H2均在Ⅰ区产生 B.图中a为阴离子交换膜
C.使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2,阻止二者之间的反应 D.电解时往Ⅲ区的溶液中滴加几滴甲基橙,溶液先变红后褪色
解析:选B。Ⅰ区是阴极室,H(H2O)放电生成氢气,同时促进水的电离,生成氢氧化钠,Ⅱ区Na通过a进入Ⅰ区,故a应该是阳离子交换膜;Ⅲ区和电源的正极相连,为阳极,Cl放电生成氯气,Ⅱ区Cl通过b进入Ⅲ区,故b应该是阴离子交换膜;氯气溶于水显酸性,同时次氯酸还具有漂白性,所以滴入甲基橙后溶液先变红后褪色。
二、制备某些物质
2.加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3),现以电解法制备碘酸钾,实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液,发生反应:3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O,将该溶液加入阳极区,另将氢氧化钾溶液加入阴极区,开始电解。下列说法中正确的是()-
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A.电解过程中OH从a极区通过离子交换膜c进入b极区 B.随着电解进行,KOH溶液浓度会逐渐减小
C.a电极反应式:I-6e+6OH===IO3+3H2O,a极区的KI最终转变为KIO3 D.当阳极有0.1 mol I放电时,阴极生成6.72 L H2
解析:选C。与外加电源正极相连的是电解池的阳极,即a电极是阳极,b电极是阴极。由题意知阳极区的物质有KOH、KI、KIO3、H2O,阳极将发生失电子的氧化反应,失电子能力:I>OH>IO3,故发生反应I-6e+6OH===IO3+3H2O,在阴极区H(H2O)放电,通电----6H2O+6e===3H2↑+6OH,电解总反应式为I+3H2O=====IO3+3H2↑,故电解时KOH浓度会增大;b极区OH会通过c进入a极区,c应为阴离子交换膜。
3.某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是()----
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A.该装置将化学能转化为光能和电能 B.该装置工作时,H从b极区向a极区迁移 C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原
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D.a电极的反应为3CO2+18H-18e===C3H8O+5H2O 解析:选B。该装置为电解装置,模拟“人工树叶”,故为电能转化为化学能,A项错误;b极连接电源的正极,为阳极,H为阳离子,在电解池中向a极(阴极)区移动,B项正确;右侧H2O→O2发生的是氧化反应,每生成1 mol O2,转移4 mol电子,C3H8O中碳元素的化合价是-2,3CO2→C3H8O,转移18 mol电子,故生成1 mol O2消耗 2/3 mol CO2,C项错误;a电极发生的是还原反应:3CO2+18H+18e===C3H8O+5H2O,D项错误。
三、分离、提纯某些物质
4.工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如图所示。下列说法中不正确的是()
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A.阴极材料可以是Fe,含氧酸根杂质不参与电极反应 B.该电解槽的阳极反应式为4OH-4e===2H2O+O2↑ C.通电后,该电解槽阴极附近溶液的pH会逐渐减小 D.除去杂质后,氢氧化钾溶液从出口B导出来
解析:选C。该电解槽中阴离子放电顺序:OH>含氧酸根离子,阳离子放电顺序:H+
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->K,故此电解反应的实质是电解水,阴极反应是2H2O+2e===2OH+H2↑,通电后阴极+--
通电--区的pH会增大,阳极反应是4OH-4e===2H2O+O2↑,电解总反应是2H2O=====2H2↑+O2↑,阳极区c(OH)减小,K会通过阳离子交换膜移向阴极与阴极产生的OH结合,以KOH溶液的形式从B口导出。由此可得出A、B、D正确,C错误。
四、提高电流效率
5.已知:电流效率=电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ,装置如图所示。-
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下列说法正确的是()A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同 B.能量转化形式不同
C.Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D.放电一段时间后,Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
解析:选C。Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同,电解质溶液部分相同,电池反应、负极反应和正极反应均相同,A项错误。Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能,B项错误。Ⅰ装置中铜与氯化铁溶液直接接触,会在铜极表面发生反应,导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路),导致电流效率降低;而Ⅱ装置采用阴离子交换膜,铜与氯化铜溶液接触,不会发生副反应,放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu-2e===Cu,阳离子增多;右侧正极的电极反应式为2Fe+2e===2Fe,负电荷过剩,Cl从交换膜右侧向左侧迁移,电流效率高于Ⅰ装置,C项正确。放电一段时间后,Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁,Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜,右侧生成氯化亚铁,可能含氯化铁,D项错误。
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