2020届高考化学总复习课件：素养提升突破系列：“离子交换膜”在电化学中的作用 (共33张PPT)

+8OH--8e-==== +6H2O,选项D正确。
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2.(分离提纯杂质)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,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
【加固训练】 1.(2019·东莞模拟)碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]是一种具有发展前景的“绿色”化工产 品,电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示(加入两极的物质均是常温常压下的 物质)。下列说法正确的是 ( )
A.H+由石墨2极通过质子交换膜向石墨1极移动 B.石墨1极发生的电极反应为2CH3OH+CO-e-==== (CH3O)2CO+H+ C.石墨2极与直流电源正极相连 D.电解一段时间后,阴极和阳极消耗的气体的物质 的量之比为1∶2
答案:2H2O-4e-====4H++O2↑ a
【揭秘·解码素养】 1.常见的离子交换膜 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。
【解析】选D。该装置有外接电源,是电解池,由图可 知,甲醇和一氧化碳失电子发生氧化反应生成碳酸二甲 酯,则石墨1极为阳极,阳极反应为2CH3OH+CO-2e-==== (CH3O)2CO+2H+,石墨2极为阴极,阳极产生的氢离子通 过质子交换膜移向阴极,氧气在阴极得电子与氢离子反 应生成水,电极反应为O2+4e-+4H+====2H2O。阳离子移
答案:(1)①正 ②SO2-2e-+2H2O==== +4H+
③O2+4e-+4H+====2H2O
(2)①在电极上与O2共同转化为 ,保持熔融盐成分
不变 ②N2O4+2HNO3-2e-====2N2O5+2H(2)①燃料电池工作时燃料失电子,在负极反应,因此氢气在负极反应,失去电子被氧 化,转化为氢离子,氢离子和碳酸根离子结合,最终转化为二氧化碳和水,氧气在正极 反应,得到电子被还原,转化为氧负离子,氧负离子和二氧化碳结合,最终转化为碳酸 根离子,进而保证了电解质熔融盐成分不变。②四氧化二氮转化为五氧化二氮,氮元 素化合价升高,发生氧化反应。
解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3 和Na2SO3。阳极的电极反应式为________________。 电解后,________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进 行结晶脱水,可得到Na2S2O5。
【解析】根据题中的图示,左侧为电解池的阳极,右侧为电解池的阴极,离子交换膜均 为阳离子交换膜,只允许阳离子通过,阳极的电解质溶液为硫酸,所以阳极的电极反应 式为2H2O-4e-====4H++O2↑,则阳极的氢离子会透过阳离子交换膜进入a室,与a室中的 SO2碱吸收液中含有的Na2SO3发生反应生成亚硫酸氢钠,所以a室中的NaHSO3浓度增加。
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A.每消耗3 mol H2O2,转移6 mol eB.电池工作时Na+从b极区移向a极区 C.b极上的电极反应式为H2O2+2e-====2OHD.a极上的电极反应式为 +8OH--8e-====
+6H2O
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【解析】选B。由原电池工作原理示意图可知反应中 被氧化为 ,应为原电池的负极反应,电极反应
【解析】(1)①一氧化碳和氢气反应转化为甲醇的过程中氢元素的化合价升高,碳元 素的化合价降低,因此氢气被氧化在负极反应,一氧化碳被还原在正极反应。②二氧 化硫、氧气和水反应生成硫酸过程中,硫元素化合价升高,二氧化硫被氧化在负极反 应。③二氧化氮、氧气和水反应生成硝酸过程中,氧元素的化合价降低,氧气被还原 在正极反应。
第三步,分析隔膜作用。在产品制备中,隔膜的作用主要是提高产品纯度,避免产物之 间发生作用,或避免产物因发生反应而造成危险。
【训练·提升素养】 1.(2019·湛江模拟)某新型电池,以NaBH4(B的化合价为+3价)和H2O2作原料,该电池 可用作深水勘探等无空气环境电源,其工作原理如下图所示。下列说法不正确的是
向阴极,则氢离子由石墨1极通过质子交换膜向石墨2 极移动,故A项错误;阳极上是甲醇和一氧化碳反应失 电子发生氧化反应,电极反应为2CH3OH+CO-2e-==== (CH3O)2CO+2H+,故B项错误;石墨2极为阴极,阴极与电 源的负极相连,故C项错误;常温常压下甲醇是液体,电 解池工作时转移电子守恒,根据关系式2CO～4e-～O2可
式为 +8OH--8e-==== +6H2O,正极H2O2得电子被
还选B原项H生A4正成确OH;-该,每装消置耗是3原Bm电oOl池2H,2原O2电,转池移放的电电时子,阳为离6 子mo向l, 正极移动B,H所4以Na+从a极区移向b极区,选BO项2B错误;b电
极反应式为H2O2+2e-====2OH-,选项C正确;反应中 被氧化为 ,应为原电池的负极反应,电极反应式为
知,阴极消耗的氧气与阳极消耗的一氧化碳物质的量之 比为1∶2,故D项正确。
2.(用于物质制备)SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较大的几种气体,对它们的合理 控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。 (1)利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料,装置如图所示:
①若A为CO,B为H2,C为CH3OH,则通入CO的一极为_____ ___极。 ②若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,则负极的电极反应式为 ________________________________________。 ③若A为NO2,B为O2,C为HNO3,则正极的电极反应式为 ________________________________________。
下列说法正确的是
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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。装置Ⅰ中铜与氯化铁直接接触,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。而装置Ⅱ采用阴离子交换膜, 铜与氯化铜接触,不会发生副反应,电流效率高于装置Ⅰ。放电一段时间后,装置Ⅰ中 生成氯化铜和氯化亚铁,装置Ⅱ中交换膜左侧生成氯化铜,右侧生成了氯化亚铁,可能 含氯化铁。
(2)某研究小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5。
①现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解 法制备N2O5,装置如图所示,其中Y为CO2。在该电极上 同时还引入CO2的目的是_______________________。 ②电解过程中,生成N2O5的电极反应方程式为______ __________________________。
(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.离子交换膜的作用 (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)能选择性通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3.答题三步骤 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。
素养提升突破系列(七) “离子交换膜”在电化学中的作用
核心素养——证据推理与模型认知 通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系,建立模型。 即通过分析多种离子交换膜来寻找电化学中电子、离子运动规律。
【真题·体验素养】 (2018·全国卷Ⅰ节选)制备Na2S2O5可采用三室膜电
【解析】选C。电解池反应的实质是电解水,阴极反应是2H++2e-====H2↑,pH增大,A 正确,C错误;阳极反应是4OH--4e-====2H2O+O2↑,B正确;K+通过阳离子交换膜流向阴 极与产生的OH-结合,以KOH溶液的形式从出口B导出,D正确。
3.(提高电流效率)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。