突破电化学中带隔膜装置的难关复习

1、二二轮轮复习课堂之复习课堂之 “突破突破”电化学电化学中有隔膜中有隔膜装置的难装置的难 关关 徐丹徐丹 江西师大附中 考查内容考查内容分值分值 2016年年 新课标新课标1 电渗析法处理电渗析法处理Na2SO4废水废水6分分 浙江浙江金属金属空气电池空气电池6分分 天津天津电解法制电解法制Na2FeO45分分 高考考情分析 2015年年 新课标新课标1 微生物电池微生物电池6分分 天津天津锌铜原电池锌铜原电池6分分 北京北京海水中提海水中提CO2电化学装置电化学装置4分分 山东山东锂离子电池锂离子电池5分分 上海上海氯碱工业氯碱工业5分分 2014年年 大纲大纲版版氢镍电池氢镍电池6分分 新课

2、标新课标1电渗析法制电渗析法制H3PO26分分 福建福建Ag-Cl2电池电池6分分 江苏江苏电解电解Na2S溶液溶液5分分 重庆重庆电化学储氢电化学储氢6分分 学情调查 调查小结 1、膜、膜的类型的的类型的判断判断 3、过膜离子的过膜离子的判断判断 4、膜两边溶液的相关膜两边溶液的相关计算计算 (离子迁移量、溶液质量变化、离子迁移量、溶液质量变化、PH变化变化) 2、膜膜的作用的作用 (2016-新课标新课标I卷卷-11)三室式电渗析法处理含三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图废水的原理如图 所示，采用惰性电极，所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作均为离子交换

3、膜，在直流电场的作 用下，两膜中间的用下，两膜中间的Na+和和SO42可通过离子交换膜，而两端隔室中可通过离子交换膜，而两端隔室中 离子被阻挡不能进入中间隔室。离子被阻挡不能进入中间隔室。 真题再现 Na+ SO42- ？ 阳膜阳膜阴膜阴膜 膜的类型的判断：膜的类型的判断： 离子的定向移动规律离子的定向移动规律 膜的作用：膜的作用： Na+为什么会向阴极移动？为什么会向阴极移动？SO42-会向阳极移动？会向阳极移动？ 阴极：阴极： 4H2O+4e-=2H2+2OH- 根据电荷守恒，阳离子要进入负极区根据电荷守恒，阳离子要进入负极区 阳极：阳极： 2H2O-4e-=O2+4H+ 根据电荷守恒，阴

4、离子要进入正极区根据电荷守恒，阴离子要进入正极区 允许特定微粒通过，使溶液电荷平衡允许特定微粒通过，使溶液电荷平衡 (2016-新课标新课标I卷卷-11)三室式电渗析法处理含三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原废水的原 理如图所示，采用惰性电极，理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直均为离子交换膜，在直 流电场的作用下，两膜中间的流电场的作用下，两膜中间的Na+和和SO42可通过离子交换膜，可通过离子交换膜， 而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。 下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ） A.通电后中间隔室的通电后中间隔室的SO

5、42离子向离子向 正极迁移，正极区溶液正极迁移，正极区溶液PH增大增大 B.该法在处理含该法在处理含Na2SO4废水时可以废水时可以 得到得到NaOH和和H2SO4产品产品 C.负极反应为负极反应为2H2O-4e=O2+4H+， 负极区溶液负极区溶液PH降低降低 D.当电路中通过当电路中通过1mol 电子的电量电子的电量 时，会有时，会有 的的0.5molO2生成生成 B 稀硫酸稀硫酸 阳极阳极 室室 产品产品 室室 原料原料 室室 阴极阴极 室室 稀溶液稀溶液 H3PO2NaH2PO2 浓溶液浓溶液 NaOH 稀溶液稀溶液 石墨石墨 _膜膜_膜膜_膜膜 石墨石墨 （2014全国理综全国理综I

6、节选，节选，T27）次磷酸（）次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工）是一种精细磷化工 产品，具有较强的还原性。回答下列问题产品，具有较强的还原性。回答下列问题: （4）H3PO2也可用电渗析法制备。也可用电渗析法制备。“四室电渗析法四室电渗析法”工作原理工作原理 如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）： 问题：产品室要得到问题：产品室要得到H3PO2的则三的则三 种膜分别是什么膜？种膜分别是什么膜？ 阳阳阴阴阳阳 2H2O4e-4H O2阳极：阳极： 阴极：阴极： 4H2O + 4e-4OH-H2 H+ H2PO2- Na+ 膜的

7、类型的判断：膜的类型的判断： 离子的浓度的变化离子的浓度的变化 稀硫酸稀硫酸 阳极阳极 室室 产品产品 室室 原料原料 室室 阴极阴极 室室 稀溶液稀溶液 H3PO2NaH2PO2 浓溶液浓溶液 NaOH 稀溶液稀溶液 石墨石墨 阳膜阳膜阴膜阴膜阳膜阳膜 石墨石墨 （2014全国理综全国理综I节选，节选，T27）次磷酸（）次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工）是一种精细磷化工 产品，具有较强的还原性。回答下列问题产品，具有较强的还原性。回答下列问题: （4）H3PO2也可用电渗析法制备。也可用电渗析法制备。“四室电渗析法四室电渗析法”工作原理工作原理 如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离

8、子通过）：如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）： 早期采用早期采用“三室电渗析法三室电渗析法”制备制备 H3PO2：将：将“四室电渗析法四室电渗析法”中阳中阳 极室的稀硫酸用极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，稀溶液代替， 并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜， 从而合并了阳极室与产品室。其缺从而合并了阳极室与产品室。其缺 点是产品中混有点是产品中混有 杂质，该杂杂质，该杂 质产生的原因是质产生的原因是 。 H3PO4或或PO43-。由于。由于H3PO2 具有还原性，电解时就会有具有还原性，电解时就会有 H3PO2在阳极放电而被氧化生在阳极放电而被氧化生

9、 成成H3PO4。 稀硫酸稀硫酸 阳极阳极 室室 产品产品 室室 原料原料 室室 阴极阴极 室室 稀溶液稀溶液 H3PO2NaH2PO2 浓溶液浓溶液 NaOH 稀溶液稀溶液 石墨石墨 阳膜阳膜阴膜阴膜阳膜阳膜 石墨石墨 （2014全国理综全国理综I节选，节选，T27）次磷酸（）次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工）是一种精细磷化工 产品，具有较强的还原性。回答下列问题产品，具有较强的还原性。回答下列问题: （4）H3PO2也可用电渗析法制备。也可用电渗析法制备。“四室电渗析法四室电渗析法”工作原理工作原理 如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离

10、子、阴离子通过）： 问题：若阴极问题：若阴极室室的的NaOH溶液用溶液用 NaH2PO2稀溶液代替，并撤稀溶液代替，并撤去阴极去阴极 室室与原料室与原料室之间的阳膜，从而合并之间的阳膜，从而合并 了阴极了阴极室室与原料室。分析后续的反与原料室。分析后续的反 应？（已知应？（已知H3PO2是一元中强酸）是一元中强酸） 阳极的电极反应：阳极的电极反应： 2H2O4e-4H O2 阴极的电极反应：阴极的电极反应： 4H2O + 4e-4OH-H2 H+ OH- 稀硫酸稀硫酸 阳极阳极 室室 产品产品 室室 原料原料 室室 阴极阴极 室室 稀溶液稀溶液 H3PO2NaH2PO2 浓溶液浓溶液 NaOH

11、 稀溶液稀溶液 石墨石墨 阳膜阳膜阴膜阴膜阳膜阳膜 石墨石墨 （2014全国理综全国理综I节选，节选，T27）次磷酸（）次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工）是一种精细磷化工 产品，具有较强的还原性。回答下列问题产品，具有较强的还原性。回答下列问题: （4）H3PO2也可用电渗析法制备。也可用电渗析法制备。“四室电渗析法四室电渗析法”工作原理工作原理 如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）： 阳极室：阳极室： 阴极室：阴极室： H2O 放电生成放电生成OH-和和H2 膜的作用：膜的作用： 防止产生杂质，提高产物防止产生杂质，提高产

12、物 纯度纯度 H3PO2在阳极放电而被氧在阳极放电而被氧 化生成化生成H3PO4。 常见膜的分析 归纳总结 过膜离子过膜离子 明确两极明确两极 膜类型膜类型 两极反应两极反应 离子移动离子移动 题目意图题目意图 特殊要求特殊要求 离子浓度离子浓度 归纳总结 膜的常见作用 允许特定微粒通过，使溶液电荷平衡允许特定微粒通过，使溶液电荷平衡 防止产生杂质，提高产物纯度防止产生杂质，提高产物纯度 阻止副反应发生阻止副反应发生，避免安全，避免安全隐患隐患 归纳总结 常见膜的类型常见膜的类型 阴离子交换膜阴离子交换膜 质子交换膜质子交换膜 选择性透过膜选择性透过膜 阳离子交换膜阳离子交换膜 隔膜隔膜 离子

13、交换膜离子交换膜 （2016浙江）浙江）金属(M)空气电池空气电池(如图如图)具有原料易得、能量密度高具有原料易得、能量密度高 等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的 总反应方程式为：总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的。已知：电池的“理论理论 比能量比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列 说法不正确的是（说法不正确的是（ ） A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解采用多孔电极的目的是提高电极与电解 质溶液的接触

14、面积，并有利于氧气扩散至质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至 电极表面电极表面 B比较比较Mg、Al、Zn三种金属三种金属空气电池，空气电池， Al空气电池的理论比能量空气电池的理论比能量最高最高 CM空气电池放电过程的正极反应式：空气电池放电过程的正极反应式： 4Mn+nO2+2nH2O+4ne=4M(OH)n D在在Mg空气电池中，为防止负极区沉空气电池中，为防止负极区沉 积积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子，宜采用中性电解质及阳离子 交换膜交换膜 C 释放释放1mole-消耗消耗Mg,Al, Zn质量分别质量分别12g,9g,32.5g 正极正极：O2+2H2O+4e=4OH 考

15、查了膜的作用，关注所用膜的类型考查了膜的作用，关注所用膜的类型 锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置(如图所示如图所示)，电解液为，电解液为 溴化锌水溶液，其在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法溴化锌水溶液，其在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法 不正确的是不正确的是() A充电时电极充电时电极a连接电源的负极连接电源的负极 B阳离子交换膜可阻止阳离子交换膜可阻止Br2与与Zn直接发生反应直接发生反应 C放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大增大 D充电时，每转移充电时，每转移2 mol e-，理论上有，理论上有1 mo

16、lZn2+通过离子交换通过离子交换 膜从左向右扩散膜从左向右扩散 放电的总反应放电的总反应： Zn + Br2 = ZnBr2 放电放电b极：极：Zn 2e- Zn2 b 负极负极 充电时充电时： b接接 电源的负极电源的负极 X + Zn2 放电时作原电池放电时作原电池 a极极：Br2 + 2e- 2Br 即左侧电极上生成了即左侧电极上生成了BrBr 原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动 锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置(如图所示如图所示)，电解液为，电解液为 溴化锌水溶液，其在电解质储罐和电池间不断循环

17、。下列说法溴化锌水溶液，其在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法 不正确的是不正确的是() D 充电时，每转移充电时，每转移2 mol e-，理论上有，理论上有1 molZn2+通过离子交换通过离子交换 膜从左向右扩散膜从左向右扩散+ 充电时：充电时： 电解池中阳离子向阴极移动电解池中阳离子向阴极移动 所以有所以有1 molZn2+从左向右扩散从左向右扩散 Zn2 2e = Zn b极为阴极极为阴极 2 mol 1 mol 考查了膜的作用和过膜离子的量考查了膜的作用和过膜离子的量 工工 业上也可设计图示装置，用锂离子电池业上也可设计图示装置，用锂离子电池 （LixC为难电离锂碳化合物）为电源，

18、为难电离锂碳化合物）为电源， 电解电解Na2CrO4溶液制取溶液制取Na2Cr2O7，当，当 电解过程中转移了电解过程中转移了0.5 mol电子电子时时: LixC + Li1-x CoO2 C + LiCoO2 (1)理论上右侧溶液的质量减少理论上右侧溶液的质量减少 g； (2)理论上两侧溶液的质量差理论上两侧溶液的质量差 g； (3)理论上两侧溶液的质量的变化差理论上两侧溶液的质量的变化差 g。 工工 业上也可设计图示装置，用锂离子电池业上也可设计图示装置，用锂离子电池 （LixC为难电离锂碳化合物）为电源，为难电离锂碳化合物）为电源， 电解电解Na2CrO4溶液制取溶液制取Na2Cr2O

19、7，当，当 电解过程中转移了电解过程中转移了0.5 mol电子电子时时: LixC + Li1-x CoO2 C + LiCoO2 4CrO42- + 4H+ = 2Cr2O72- +2H2O 右侧生成右侧生成H+B极为阳极极为阳极 阳极阳极： 2H2O4e-4H O2 左侧阴极左侧阴极: 4H2O + 4e-4OH-2H2 中间为中间为Na+交换膜交换膜 + Na+ 工工 业上也可设计图示装置，用锂离子电池业上也可设计图示装置，用锂离子电池 （LixC为难电离锂碳化合物）为电源，电解为难电离锂碳化合物）为电源，电解Na2CrO4溶液制取溶液制取 Na2Cr2O7，当，当电解过程中转移了电解过程中转移了0.5 mol电子电子时时: (1)理论上右侧溶液的质量减少理论上右侧溶液的质量减少 g 4CrO42- + 4H+ = 2Cr2O72- +2H2O 阳极阳极： 2H2O4e-4H O2 m右侧减少 右侧减少= mO2