資源簡介

(共32張PPT)
專題七　電化學
微專題3　電化學中離子交換膜的分析與應用
高考真題賞析　明考向
電化學裝置中雙極膜的使用
1
角度
1. (2023·廣東選考)用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H＋和OH－，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是(　　)
多用于電解池中，可以向陰陽兩區提供所需的H＋和OH－
?
A．電解總反應：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH
B．每生成1 mol NH3·H2O，雙極膜處有9 mol的H2O解離
C．電解過程中，陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
【答案】　B
電化學裝置中多膜多室
2
角度
【答案】　B
規律方法整合　建模型
? 常見的離子交換膜　
種類 允許通過的離子及移動方向 說明
陽離子交換膜 陽離子→移向電解池的陰極或原電池的正極 只允許陽離子通過
陰離子交換膜 陰離子→移向電解池的陽極或原電池的負極 只允許陰離子通過
質子交換膜 H＋→移向電解池的陰極或原電池的正極 只允許H＋通過
種類 允許通過的離子及移動方向 說明
雙極膜 由一張陽膜和一張陰膜復合制成。該膜特點是在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－并通過陽膜和陰膜分別向兩極區移動 只允許H＋和OH－通過
? 離子交換膜的作用
【思維模型】　解含離子交換膜電化學裝置題思維模型
第一步：分清隔膜類型。即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜。
第二步：寫出電極反應式，判斷交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化，根據電荷平衡判斷透過膜的離子遷移方向。
第三步：分析隔膜作用。在產品制備中，隔膜作用主要是提高產品純度，避免產物之間發生反應，或避免產物因發生反應而造成危險。
強基培優精練　提能力
電化學裝置中雙極膜的使用
1
角度
1. (2024·廣東深圳二模)我國科研工作者研發了一種光電催化系統，其工作原理如圖所示。工作時，光催化Fe2O3電極產生電子和空穴；H2O在雙極膜界面處解離成H＋和OH－，有利于電極反應順利進行，下列說法不正確的是(　　)
A．雙極膜中靠近Fe2O3電極的一側為陰膜
B．左室溶液pH逐漸增大
C．GDE電極發生的反應為O2＋2H＋＋2e－===H2O2
D．空穴和電子的產生驅動了脫硫與H2O2制備反應的發生
【答案】　B
2. (2024·湖北十堰市二模)一種應用間接電氧化紅曲紅(M)合成新型紅曲黃色素(N)的裝置如圖。下列說法正確的是(　　)
【答案】　C
電化學裝置多膜多室
2
角度
3. (2024·河北滄州二模)一種新型酸堿混合鋅鐵液流電池放電時的工作原理如圖所示。已知X和Y分別為陽離子膜和陰離子膜，①、②、③區電解質溶液的酸堿性不同。下列說法正確的是(　　)
A．放電時，a電極的反應為Zn－2e－＋
4H2O===[Zn(OH)4]2－＋4H＋
B．放電時，Cl－由②區向③區遷移
C．充電時，②區電解質溶液的濃度減小
D．充電時，③區溶液的酸性減弱
【答案】　C
【解析】　a極為負極，Zn發生失電子的氧化反應生成[Zn(OH)4]2－，同時可判斷①區電解質溶液呈堿性，b極為正極，Fe3＋發生得電子的還原反應生成Fe2＋，同時可判斷③區電解質溶液呈酸性。根據分析，放電時，a極為負極，Zn發生失電子的氧化反應生成[Zn(OH)4]2－，電極反應：Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，A錯誤；放電時，b極為正極，Fe3＋發生得電子的還原反應生成Fe2＋，為保持電解質溶液呈電中性，溶液中陰離子透過陰離子交換膜移向②區，B錯誤；充電過程中，a電極發生電極反應：[Zn(OH)4]2－＋2e－===Zn＋4OH－，b電極發生電極反應：2Fe2＋－2e－===2Fe3＋，結合離子交換膜種類及電解質溶液保持電中性，Na＋移向①，Cl－移向③，②區電解質溶液的濃度減小，C正確；根據分析可知，充電時③區溶液中Fe2＋失e－生成Fe3＋，酸性增強，D錯誤。
4. (2024·湖南懷化二模)某研究機構使用Li-SO2Cl2電池作為電源電解制備Ni(H2PO2)2，其工作原理如下圖所示，已知電池反應為2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑，下列說法錯誤的是(　　)
A．膜a、c是陰離子交換膜，膜b是陽離子交換膜
B．電池的e極連接電解池的h極
C．電池中C電極的電極反應式為SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
D．生成0.5 mol Ni(H2PO2)2時，理論上電解池中不銹鋼電極附近溶液質量增加22克
【答案】　A
【解析】　由電池反應可知，鋰電極是左側原電池的負極，氯離子作用下，鋰在負極失去電子發生氧化反應生成氯化鋰，石墨電極是正極，SO2Cl2在正極得到電子發生還原反應生成氯離子和二氧化硫；右側裝置為電解池，與直流電源直接相連的鎳電極是電解池的陽極，鎳在陽極失去電子發生氧化反應生成鎳離子，放電生成的鎳離子通過陽離子交換膜進入產品室，不銹鋼電極為陰極，水在陰極得到電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，Ⅲ室中的鈉離子通過陽離子交換膜進入Ⅳ室，次磷酸根離子通過陰離子交換膜進入產品室。由分析可知，膜a、c是陽
離子交換膜，膜b是陰離子交換膜，故A錯誤；由分析可知，鋰電極是左側原電池的負極，石墨電極是正極，鎳電極是電解池的陽極，不銹鋼電極為陰極，則電池的e極連接電解池的h極，故B正確；由分析可知，石墨電極是正極，SO2Cl2在正極得到電子發生還原反應生成氯離子和二氧化硫，電極反應式為SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑，故C正確；由分析可知，鎳電極是電解池的陽極，鎳在陽極失去電子發生氧化反應生成鎳離子，放電生成的鎳離子通過陽離子交換膜進入產品室，不銹鋼電極為陰極，水在陰極得到電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，Ⅲ室中的鈉離子通過陽離子交換膜進入Ⅳ室，次磷酸根離子通過陰離子交換
考前押題　練預測
1. (2024·福建三明市三模)下圖所示裝置可實現鎳離子(Ni2＋)和鈷離子(Co2＋)的分離。雙極膜內的H2O解離為H＋和OH－，在直流電場作用下分別向兩極遷移。已知Co2＋與乙酰丙酮不反應。下列說法正確的是(　　)
A．離子交換膜只允許陰離子通過
B．石墨M的電極反應式為Co2＋＋2e－===Co
C．雙極膜內水解離出的OH－能抑制Ⅱ室中
的轉化反應
D．若導線中通過1 mol電子，Ⅰ室與Ⅲ室溶液質量變化之差為65 g
【答案】　D
【解析】　該裝置為電解池，氫離子向右移動，則N為陰極，n為負極，M為陽極，m為正極，以此解題。由圖可知，乙酰丙酮和鎳離子結合，鎳離子和鈷離子通過離子交換膜，則離子交換膜為陽離子交換膜，A錯誤；由分析可知，M為陽極，電極反應為：2Cl－－2e－===Cl2↑，B錯誤；由原子守恒和電荷守恒知，Ⅱ室中的轉化反應生成H＋，故水解離出的OH－可以促進Ⅱ室中的轉化反應，C錯誤；由原理可知，導線中流過1 mol電子，Ⅰ室移入Ⅱ室的Ni2＋和Co2＋總物質的量為0.5 mol，同時有0.5 mol氯氣生成，質量減少65 g，Ⅲ室中陰極反應消耗的H＋由水解離出的H＋等量補充，溶液質量不變，故兩室溶液質量變化之差約為65 g，D正確。
2. (2024·湖南岳陽市三模)電解苯酚的乙腈(CH3CN)水溶液可在電極上直接合成撲熱息痛(HONHO)，電極材料均為石墨，電極c的電極反應式為OH＋CH3CN＋H2O－2e－―→HONHO＋2H＋。下列說法錯誤的是(　　)
A．硫酸根離子向甲室移動
B．電極d的電極反應類型是
還原反應
C．電極b的電極反應式為H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O
D．合成1 mol撲熱息痛，理論上甲室質量增重96 g
【答案】　D

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