1、2020版高考化学优选大一轮复习课件：增分微课7-电化学中的离子交换膜(共24张PPT)题型综述专题七 电化学中的离子交换膜考情剖析年份2018题号全国卷第13题、全国卷第27题、全国卷第27题、天津卷第10题在近几年高考中,涉及离子交换膜的试题比较多,且常出常新。根据透过的微粒,离子交换膜可以分为多种,在高中试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种,阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻止阴离子和气体通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过,质子交换膜只允许质子(H+)通过。除了2014年全国卷第9题、2014年全国卷第27题、2014年福建卷第11题考查外,近几年考查情况如下:增分点一
2、利用离子交换膜制备纯净产品及分离提纯某些物质【解题策略】离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子,目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷,利用离子交换膜的这一功能可用来制备物质,解题时应先分析出应制备或提纯的物质,后确定装置的正、负极(或阴、阳极),根据离子交换膜的功能判断特定离子的移动方向,进而逐一解答。增分典例探究增分典例探究例1 2018全国卷 最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图Z7-1所示,其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+；2ED
3、TA-Fe3+H2S=2H+S+2EDTA-Fe2+。该装置工作时,下列叙述错误的是()图Z7-1增分典例探究该装置工作时,下列叙述错误的是()A.阴极的电极反应:CO2+2H+2e-=CO+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2S=CO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性答案 C解析 根据图示可知,ZnO石墨烯电极上发生还原反应,则该电极为阴极,电极反应式为CO2+2e-+2H+=CO+H2O,A项正确;根据题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学(电解池)装置中的总反应为CO2+H2S=CO
4、+S+H2O,B项正确;石墨烯作阳极,ZnO石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C项错误;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则会使H2S和S不能稳定存在,D项正确。增分典例探究变式题 2016全国卷 三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图Z7-2所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO42-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。下列叙述正确的是()A.通电后中间隔室的SO42-向正极迁移,正极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H
5、2SO4产品C.负极反应为2H2O-4e-=O2+4H+,负极区溶液pH降低D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成图Z7-2增分典例探究答案 B解析 通电时中间隔室的SO42-向正极移动,正极为水电离出的OH-失去电子,溶液中H+浓度增大,溶液的pH减小,A项错误;该法处理含Na2SO4的废水,在负极区和正极区分别得到NaOH和H2SO4,B项正确;负极为水电离出的H+得电子被还原,溶液中c(OH-)增大,负极区溶液pH升高,C项错误;正极反应为4OH-4e-=O2+2H2O,电路中转移1 mol电子时,生成0.25 mol O2,D项错误。增分典例探究增分点二利
6、用离子交换膜隔离某些物质防止发生反应【解题策略】本类试题利用离子交换膜阻止某些离子移动来隔离某些物质,防止副反应的发生或防止改变电解质溶液的酸碱性。解题时应先确定装置的正、负极(或阴、阳极),假定没有离子交换膜由离子的移动方向判断可能发生的其他反应以及对设计目的的影响,进而分析解答。增分典例探究例2(1)2018全国卷节选 制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术,装置如图Z7-3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。图Z7-3增分典例探究(2)2017江苏卷节选 电解Na2C
7、O3溶液的原理如图Z7-4所示。阳极的电极反应式为,阴极产生的物质A的化学式为。图Z7-4增分典例探究答案(1)2H2O-4e-=4H+O2a (2)4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2H2解析(1)根据电解目的得到更多的NaHSO3,即阳极是水电离出的OH-放电,氢离子通过阳离子交换膜进入a室,使a室的NaHSO3浓度增大。(2)阳极上OH-失去电子生成O2,由H2O电离出的H+可以与CO32-反应生成HCO3-。阴极上H2O放电生成H2。增分典例探究变式题 2018山西太原模拟 氨硼烷(NH3BH3)电池可在常温下工作,装置如图Z7-5所示。该电池工作时的总反应为NH3BH3
8、+3H2O2=NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是()A.负极附近溶液的pH增大B.正极的反应式为H2O2+2H+2e-=2H2OC.电池工作时,BO2-通过质子交换膜向正极移动D.消耗3.1 g氨硼烷,理论上转移0.2 mol电子图Z7-5增分典例探究答案 B解析 根据装置图可知,电池负极反应为NH3BH3-6e-+2H2O=NH4BO2+6H+,正极反应为3H2O2+6e-+6H+=6H2O。根据正、负极反应,负极附近溶液的pH减小,A错误,B正确;电池工作时,BO2-不能通过质子交换膜,C错误;消耗3.1 g氨硼烷,理论上转移0.6 mol 电子,D错误。提分强化训练1.2018广东
9、汕头模拟 微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图Z7-6所示,下列说法正确的是()A.电子从b流出,经外电路流向aB.HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-的反应是HS-+4H2O-8e-=SO42-+9H+C.如果将有机反应物直接燃烧,能量的利用率不会变化D.若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移,则有0.5 mol H+通过质子交换膜图Z7-6提分强化训练答案 B解析 b电极通入氧气,是正极,a电极是负极,电子从a流出,经外电路流向b,A错误;a电极是负极,发生失去电子的氧化反应,即HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-,电极反应是H
10、S-+4H2O-8e-=SO42-+9H+,B正确;如果将有机反应物直接燃烧,硫元素会转化为SO2,而不是SO42-,且会有部分化学能转化为光能等,因此能量的利用率会变化,C错误;若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移,根据电荷守恒可知有0.4 mol H+通过质子交换膜与0.1 mol氧气结合转化为水,D错误。提分强化训练2.2018山青岛模拟 Zn-ZnSO4-PbSO4-Pb电池装置如图Z7-7,下列说法错误的是()A.SO42-从右向左迁移B.电池的正极反应为Pb2+2e-=PbC.左边ZnSO4浓度增大,右边ZnSO4浓度不变D.若有6.5 g锌溶解,有0.1 mol SO42-
11、通过离子交换膜图Z7-7答案 B解析 锌是负极,SO42-从右向左迁移,A正确;电池的正极反应为PbSO4+2e-=Pb+SO42-,B错误;左边锌失去电子结合从右侧迁移过来的SO42-转化为ZnSO4,ZnSO4浓度增大,右边ZnSO4浓度不变,C正确;若有6.5 g锌即0.1 mol锌溶解,根据电荷守恒可知有0.1 mol SO42-通过离子交换膜,D正确。提分强化训练3.2018河南名校第二次考试 Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料,同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图Z7-8装置生产Na2FeO4,下列有关说法不正确的是()A.右侧电极反应方程式:Fe+8OH-6e-
12、=FeO42-+4H2OB.左侧为阳离子交换膜,当Cu电极生成1 mol气体时,有2 mol Na+通过阳离子交换膜C.可以将左侧流出的氢氧化钠溶液补充到该装置中部,以保证装置连续工作D.Na2FeO4具有强氧化性且还原产物为Fe3+,因此可以利用Na2FeO4除去水中的细菌、固体颗粒以及Ca2+等图Z7-8提分强化训练答案 D解析 根据图示,Cu电极为阴极,Fe电极为阳极。右侧电极为Fe电极,Fe失去电子发生氧化反应生成FeO42-,电极反应式为Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O,A正确;左侧为阴极室,H+的放电能力大于Na+,Cu电极上的电极反应式为2H2O+2e-=H2+2O
13、H-,当Cu电极上生成1 mol气体时同时产生2 mol OH-,此时有2 mol Na+通过阳离子交换膜进入阴极室平衡电荷,B正确;根据B项分析,阴极室生成NaOH,左侧流出的NaOH溶液的浓度大于左侧加入的NaOH溶液的浓度,即b%a%,根据图示可将左侧流出的NaOH溶液补充到该装置中部,以保证装置连续工作,C正确;Na2FeO4具有强氧化性,可利用Na2FeO4除去水中的细菌,Na2FeO4的还原产物为Fe3+,Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体可吸附固体颗粒,用Na2FeO4不能除去水中的Ca2+,D错误。提分强化训练4.2018浙江温州模拟 高铁酸盐在能源环保领域
14、有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图Z7-9所示。下列说法正确的是()A.铁是阳极,电极反应为Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2B.电解一段时间后,镍电极附近溶液的pH减小C.若离子交换膜为阴离子交换膜,则电解结束后左侧溶液中含有FeO42-D.每制得1 mol Na2FeO4,理论上可以产生67.2 L气体图Z7-9提分强化训练答案 C解析 用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4),铁失电子生成FeO42-,则铁作阳极,镍作阴极,阳极的电极反应式为Fe+8OH-6e-=FeO42-+4H2O,A错误;镍
15、电极上H+放电生成H2,c(OH-)增大,溶液的pH增大,B错误;若离子交换膜为阴离子交换膜,FeO42-可以穿过阴离子交换膜向左侧扩散,左侧溶液中会含有FeO42-,C正确;温度和压强未知,不能计算生成气体的体积,D错误。提分强化训练5.(1)2017天津卷节选 某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(见图Z7-10),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。用惰性电极电解时,CrO42-能从浆液中分离出来的原因是 ,分离后含铬元素的粒子是 ;阴极室生成的物质为 (写化学式)
16、。图Z7-10提分强化训练(2)H3PO2可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图Z7-11所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。写出阳极的电极反应式:。分析产品室可得到H3PO2的原因:。早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,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。其缺点是产品中混有 杂质,该杂质产生的原因是 。图Z7-11提分强化训练答案(1)在直流电场作用下,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液CrO42-和Cr2O72-NaOH和H2 (2)2H2O-4e-=O2+4H+阳极室的
17、H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2PO43-H2PO2-或H3PO2被氧化解析(1)电解过程中,溶液中离子发生定向移动,CrO42-通过阴离子交换膜移向阳极区而分离出来。酸性条件下,存在如下平衡:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。电解时阴极放电的是H+,电极反应式是2H+2e-=H2;阳极放电的是OH-,电极反应式是4OH-4e-=2H2O+O2。(2)阳极是水电离出的OH-放电,其反应式为2H2O-4e-=O2+4H+;阳极室中的H+穿过阳膜进入产品室,原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2;阳极室内可能有部分H2PO2-或H3PO2失电子发生氧化反应,导致生成物中混有PO43-。
