2022版新教材高考化学一轮复习第5章化学反应与能量转化第3节素养提升12隔膜在电化学装置中的应用学案鲁科版.doc

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1、考试素养提升12隔膜在电化学装置中的应用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,即允许OH-和其他阴离子通过,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)能选择性地允许离子通过,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。3.离子交换膜的选择依据离子的定向移动。4.多室电解池的类型

2、多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室等,以达到浓缩、净化、提纯以及电化学合成的目的。(1)两室电解池以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例,其原理如图所示:①电极名称的判断:根据“阴阳相吸”判断,Na+移向的乙电极是阴极;根据“-6-/6考试阳极放氧生酸”判断,左侧有氧气生成的甲电极是阳极。②电极反应式的书写:右侧阴极区电解液为稀氢氧化钠溶液,根据“阴极放氢生碱”,得4H2O+4e-===2H2↑+4OH-,A为氢气;左侧阳极区电解液为碳酸钠溶液,根据“阳极放氧生酸”,得H+会与C

3、O结合生成HCO:4CO+2H2O-4e-===4HCO+O2↑。(2)三室电解池以三室式电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例,其原理如图所示:①阴极反应及ab膜的判断:阴极的电极反应是4H2O+4e-===2H2↑+4OH-(放氢生碱),生成的带负电荷的OH-吸引中间隔离室的K+向阴极区迁移,得到KOH溶液,阴极区溶液的pH增大,ab膜为阳离子交换膜。②阳极反应及cd膜的判断:阳极的电极反应是2H2O-4e-===O2↑+4H+(放氧生酸),生成的带正电荷的H+吸引中间隔离室的NO向阳极区迁移,得到HNO3溶液,阳极区溶液的pH减小,cd膜为阴离子

4、交换膜。(3)四室电解池以四室式电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例,其工作原理如图所示:电解稀硫酸的阳极反应是2H2O-4e-===O2↑+4H+(放氧生酸),产生的H+通过阳离子交换膜进入产品室,原料室中的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室,与H+结合生成弱电解质H3PO2;电解NaOH稀溶液的阴极反应是4H2O+4e-===2H2↑+4OH--6-/6考试(放氢生碱),原料室中的Na+通过阳离子交换膜进入阴极室。1.SO2和NOx是主要大气污染物,利用如图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是(  )A.a极为直流电源的负极,与其相连的电极发生还原反

5、应B.阴极得到2mol电子时,通过阳离子交换膜的H+为2molC.吸收池中发生反应的离子方程式为2NO+2S2O+2H2O===N2+4HSOD.阳极的电极反应式为SO2+2H2O+2e-===SO+4H+D 解析:A项,阴极发生还原反应,HSO得电子生成S2O,a是直流电源的负极,正确;B项,阴极发生还原反应,电极反应式为2HSO+2H++2e-===S2O+2H2O,阴极得到2mol电子时,通过阳离子交换膜的H+为2mol,正确;C项,吸收池中S2O与NO发生氧化还原反应生成N2和HSO,离子方程式为2NO+2S2O+2H2O===N2+4HSO,正确;D项,阳

6、极发生失去电子的氧化反应,电极反应式为SO2+2H2O-2e-===SO+4H+,错误。2.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。下列说法正确的是(  )A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应不同-6-/6考试B.Ⅰ和Ⅱ的能量转化形式不同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C 解析:Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同,电解质溶液部分相同,电池总反应、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,二者会在铜极表面发生反应,导

7、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,铜不与氯化铁溶液直接接触,二者不会在铜极表面发生反应,放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+,阳离子增多;右侧正极的电极反应式为2Fe3++2e-===2Fe2+,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,两者还可能均含有氯化铁,D项错误。3.如图是用于航天飞行器中的一种全天候太阳能电化学电池在光照时的工作原理。下列说法正确的是(  )A.该

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