1、【 精品教育资源文库 】 专题四 化学反应中的能量变化 专题提升 一、电化学中的交换膜 1.交换膜的功能 使离子选择性定向迁移 (目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷 )。 2.交换膜在中学电化学中的作用 (1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。 (如在电解饱和食盐水 中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸 )。 (2)用于物质的制备、分离、提纯等。 3.离子交换膜的类型 常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。 例 1 (2017 合肥质检 )目前电解法制烧碱
2、通常采用离子交换膜法，阳 (阴 )离子交换膜不允许阴 (阳 )离子通 过。则下列叙述中错误的是 ( ) A.NaOH、 H2均在 区产生 B. 图中 a为阴离子交换膜 C.使用离子交换膜可以有效地隔离 NaOH和 Cl2，阻止二者之间的反应 D.电解时往 区的溶液中滴加几滴甲基橙，溶液先变红后褪色 解析 区是阴极室， H (H2O)放电生成氢气，同时促进水的电离，生成氢氧化钠， 区 Na 通过 a进入 I区，故 a应该是阳离子交换膜 ；区和电源的正极相连，为阳极， Cl 放电生成氯 气， 区 Cl 通过 b进入 区，故 b应该是阴离子交换膜；氯气溶于水显酸性，同时次氯酸还具有漂白性，所以滴入甲
3、基橙后溶液先变红后褪色。错误的是 B。 答案 B 例 2 加碘食盐中含有碘酸钾 (KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应： 3I2 6KOH=5KI KIO3 3H2O，将 该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。下列说法中正确的是 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A.电解过程中 OH 从 a 极区通过离子交换膜 c进入 b极区 B.随着电解进行， KOH 溶液浓度 会逐渐减小 C.a电极反应式： I 6e 6OH = IO3 3H2O， a极区的 KI 最终转变为 KIO3 D.当阳极有 0.1 mol I 放电时
4、，阴极生成 6.72 L H2 解析 与外加电源正极相连的是电解池的阳极，即 a电极是阳极，故 b电极是阴极；题意知阳极区的物质有： KOH、 KI、 KIO3、 H2O，阳极将发生失电子的氧化反应，失电子能力： I OH IO3 ，故发生反应 I 6e 6OH = IO3 3H2O，在 阴极上 H (H2O)放电， 6H2O 6e=3H2 6OH ，电解总反应为： I 3H2O=电解 IO3 3H2 ，故电解时 KOH 浓度会增大； b 极区 OH 会通过 c 进入 a 极区， c应为阴离子交换膜。正确的是 C。 答案 C 例 3 (2017 无锡两市六校联考 )工业品氢氧化钾溶液中含有某些
5、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 (只允许阳离子通过 )， 其工作原理如图所示。下列说法中不正确的是 ( ) A.阴极 材料可以是 Fe，含氧酸根杂质不参与电极反应 B.该电解槽的阴极反应式为： 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 解析 该电解槽中阴离子放电顺序 OH 含氧酸根离子，阳离子放电顺序 H K ，故此电解反应的实质是电解水，阴极反应是 2H2O 2e =2OH H2 ，通电后阴极区的 pH会增大，【 精品教育资源文库 】 阳极反应是 4OH 4e =2H2
6、O O2 ，电解总反应是 2H2O=电解 2H2 O2 ，阳极区 c(OH )减小， K 会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 B口导出。由此可得出 A、 D正确， B、 C错误。 答案 BC 二、电化学中的介质对电极反应的影响 电化学中常见的五大介质 (以 CH3OH 、 O2 燃料电池为例 ) 介质一： K2SO4中性溶液 总反应式： 2CH3OH 3O2=2CO2 4H2O ( )负极： 2CH3OH 12e 2H2O=2CO2 12H ( )正极： 介质二： KOH碱性介质 总反应式： 2CH3OH 3O2 4OH = 2CO23 6H2O ( )负极
7、： 2CH3OH 12e 16OH =2CO23 12H2O ( )正极： 介质三： H2SO4溶液酸性 总反应式： 2CH3OH 3O2=2CO2 4H2O ( )负极： 2CH3OH 12e 2H2O=2CO2 12H ( )正极： 介质四：熔融盐介质，如熔融的 K2CO3 总反应： 2CH3OH 3O2=2CO2 4H2O ( )负极： 2CH3OH 12e 6CO23 =8CO2 4H2O ( )正极： 介质五：掺杂 Y2O3的 ZrO3固体电解质，在 高温下能传导正极生成的 O2 总反应： 2CH3OH 3O2=2CO2 4H2O ( )负极： 2CH3OH 12e 6O2 =2CO
8、2 4H2O ( )正极： 答案 3O2 12e 6H2O=12OH 3O2 12e 6H2O=12OH 3O2 12e 12H =6H2O 3O2 12e 6CO2=6CO23 3O2 12e =6O2 【 精品教育资源文库 】 规律 首先要分析介质是否参与总反应，然后写出总反应方程式， O2在不同介质中的转化关系 (O2得电子转化为 O2 ，碱性 (中性 )溶液中转化为 OH ；酸性溶液中转化为 H2O，熔融碳酸盐中转化为 CO23 ；固体氧化物转化为 O2 )，写出正极反应，利用相减法 (总反应 正极反应负极反应 )，写出负极反应。 例 4 一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负
9、极上的反应为 CH3CH2OH 4e H2O=CH3COOH 4H 。下列有关说法正确的是 ( ) A.检测时，电解质 溶液中的 H 向负极移动 B.若有 0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗 4.48 L氧气 C.电池反应的化学方程式为 CH3CH2OH O2=CH3COOH H2O D.正极上发生的反应为 O2 4e 2H2O=4OH 解析 解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中，阳离子要往正极移动，故 A 错；因电解质溶液是酸性的，不可能存在 OH ，故正极的反应式为 O2 4H 4e =2H2O，转移 4 mol电子时消耗 1 mol O2，则转移 0.
10、4 mol电子时消耗 (标 准状况下 )2.24 L O2，故 B、 D 错；电池反应式即正负极反应式之和，将两极的反应式相加可知 C正确。 答案 C 例 5 某燃料电池以 Ca(HSO4)2固体为电解质传递 H ，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为 2H2 O2=2H2O。 请回答： (1)H 由 极通过固体酸电解质传递到另一极 (填 a或 b)。 (2)b极上发生的电极反应式 。 解析 a极为负极， b 极为正极，电极反应式分别为 负极： 2H2 4e =4H 正极： O2 4e 4H =2H2O，其中正极上的 H 来自负极生成的 H 。 答案 (1)a (2)O2 4e 4H =2H
11、2O 【 精品教育资源文库 】 专题测试 (四 ) 一、单项选择题 1.某反应过程能量变化如图所示， 下列说法正确的是 ( ) A.反应过程 a有催化剂参与 B.该反应为放热反应，热效应等于 H C.改变催化剂，可改变该反应的反应热 D.有催化剂的条件下，反应的活化能等于 E1 E2 解析 过程 b的活化能小，有催 化剂参加， A错误；反应物能量大于生成物能量，为放热反应 ， B正确；催化剂不影响反应热， C错误；有催化剂条件下，反应的活化能为 E1， D错误。 答案 B 2.某小组进行电化学研究，甲同学设计如图所示的装置图，乙同学利用甲的装置和桌面其他的药品与材料，不能完成的实验是 ( )
12、 A.使甲同学的正极变为负极 B.设计一个新的原电池 C.在碳电极上镀锌 D.使锌电极受到保护 解析 A 项，将铜与石墨相连，以 AgNO3溶液作电解质，铜为负极，正确； B 项，铝铜【 精品教育资源文库 】 AgNO3溶液、铝铜 CuSO4溶液等均可以组成新的原电池，正确； C 项，镀锌是电解池，错误； D项，锌与铝相连，锌 作正极，受到保护，正确。 答案 C 3.某研究性学习小组设计了用化学电源使 LED灯发光的装置， 示意图如图所示。下列说法不正确的是 ( ) A.锌是负极，电子从锌片经导线流向铜片 B.氢 离子在铜片表面被还原 C.锌质量减少 65 g时，铜电极表面析出氢气 22.4
13、 L D.装置中存在 “ 化学能 电能 光能 ” 的转换 解析 锌质量减少 65 g时，在标准状况下铜电极表面析出氢气是 22.4 L， C错误。 答案 C 4.下列有关电化学装置完全正确的是 ( ) A B C D 铜的精炼 铁上镀银 防止 Fe 被腐蚀 构成铜锌原电池 解析 电解精炼铜时，应该用粗铜作阳极，纯铜作阴极，故 A错误；铁上镀银时，应该用银作阳极，铁作阴极，故 B错误； C是外加电流的阴极保护法，正确；铜锌原电池中，锌应插入硫酸锌溶液中，铜应插入硫酸铜溶液中，故 D错误。 答案 C 5.下列说法正确的是 ( ) A.镀锌铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈 B.铜的金属活泼
14、性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀 C.实验室利用 Zn 和稀硫酸反应制氢气时，滴加少量 CuSO4可加快反应速率 【 精品教育资源文库 】 D.铅蓄电池在放电过程中，负极质量减少， 正极质量增加 解析 A项，镀层是锌，当镀层破坏时，易形成电化学腐蚀而使相对活泼金属被腐蚀，即锌的腐蚀会加剧，铁受到保护，错误； B项，在海轮外壳上应装上比铁活泼的锌，不能用铜，否则加快铁的腐蚀，错误； C 项， Zn 置换出 Cu，在稀 硫酸中构成原电池， 加快反应速率，正确； D 项，铅蓄电池负极反应为： Pb 2e SO24 =PbSO4， PbSO4 不溶于水，负极质量增加，错误。 答案 C 6.已知： CO2(g) C(s)=2CO(g) H1 C(s) H2O(g)=CO(g) H2(g) H2 CO(g) H2O(g)=CO2(g) H2(g)
