2020届高考化学一轮复习“离子交换膜”在电化学中的应用课件

素养提升突破系列(七)“离子交换膜”在电化学中的应用素养提升突破系列(七)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。核心素养——证据推理与模型认知【真题·体验素养】

(2018·全国卷Ⅰ节选)制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术,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。

【真题·体验素养】2020届高考化学一轮复习“离子交换膜”在电化学中的应用课件【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。答案:2H2O-4e-====4H++O2↑

a【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【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。【揭秘·解码素养】(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)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子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。2.离子交换膜的作用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。第三步,分析隔膜作用。3.答题三步骤【训练·提升素养】1.(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。【训练·提升素养】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种溶质下列说法正确的是 ()【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。【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:2.(用于物质制备)SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响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___________________。

①若A为CO,B为H2,C为CH3OH,则通入CO的一极为_(2)某研究小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5。(2)某研究小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5①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________________________________。

①现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解法【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。【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(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。(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+答案:(1)①正②SO2-2e-+2H2O====【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 (

)【加固训练】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∶2A.H+由石墨2极通过质子交换膜向石墨1极移动【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【解析】选D。该装置有外接电源,是电解池,由图可知,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可向阴极,则氢离子由石墨1极通过质子交换膜向石墨2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。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∶2,2.(限制离子迁移)室温时,在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+,组成的原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是 (

)2.(限制离子迁移)室温时,在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒A.该原电池的正极反应是Zn-2e-====Zn2+B.电池工作一段时间后,甲池的c(Cl-)增大C.一段时间后,乙池中溶液的红色逐渐褪去D.石墨电极上发生氧化反应A.该原电池的正极反应是Zn-2e-====Zn2+【解析】选C。该电池的总反应为Zn+2Fe3+====2Fe2++Zn2+,Zn为负极,电极反应为Zn-2e-====Zn2+,A错误;阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,两池中c(Cl-)不变,B错误;由于乙池中的Fe3+被还原为Fe2+,所以乙池中溶液的红色逐渐褪去,C正确;石墨电极为正极,得电子,发生还原反应,D错误。【解析】选C。该电池的总反应为Zn+2Fe3+====2Fe3.(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 (

)3.(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A.阴极材料可以是Fe,含氧酸根杂质不参与电极反应【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。【解析】选C。电解池反应的实质是电解水,阴极反应是2H++2素养提升突破系列(七)“离子交换膜”在电化学中的应用素养提升突破系列(七)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。核心素养——证据推理与模型认知【真题·体验素养】

(2018·全国卷Ⅰ节选)制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术,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。

【真题·体验素养】2020届高考化学一轮复习“离子交换膜”在电化学中的应用课件【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。答案:2H2O-4e-====4H++O2↑

a【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【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。【揭秘·解码素养】(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)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子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。2.离子交换膜的作用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。第三步,分析隔膜作用。3.答题三步骤【训练·提升素养】1.(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。【训练·提升素养】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种溶质下列说法正确的是 ()【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。【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:2.(用于物质制备)SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响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___________________。

①若A为CO,B为H2,C为CH3OH,则通入CO的一极为_(2)某研究小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5。(2)某研究小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5①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________________________________。

①现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解法【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。【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(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。(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+答案:(1)①正②SO2-2e-+2H2O====【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 (

)【加固训练】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∶2A.H+由石墨2极通过质子交换膜向石墨1极移动【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【解析】选D。该装置有外接电源,是电解池,由图可知,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可向阴极,则氢离子由石墨1极通过质子交换膜向石墨2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。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∶2,2.(限制离子迁移)室温时,在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+,