隔膜電解池的應(yīng)用

大一輪復(fù)習(xí)講義隔膜在電化學(xué)中的功能專題講座三第六章化學(xué)反應(yīng)與能量1常見(jiàn)的隔膜知識(shí)梳理HISHISHULI隔膜又叫離子交換膜，由高分子特殊材料制成。離子交換膜分三類：1陽(yáng)離子交換膜，簡(jiǎn)稱陽(yáng)膜，只允許陽(yáng)離子通過(guò)，即允許H＋和其他陽(yáng)離子通過(guò)，不允許陰離子通過(guò)。2陰離子交換膜，簡(jiǎn)稱陰膜，只允許陰離子通過(guò)，不允許陽(yáng)離子通過(guò)。3質(zhì)子交換膜，只允許H＋通過(guò)，不允許其他陽(yáng)離子和陰離子通過(guò)。2隔膜的作用1能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。2能選擇性的通過(guò)離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。3離子交換膜選擇的依據(jù)離子的定向移動(dòng)。4離子交換膜的應(yīng)用、H2和Cl2，此裝置有何缺陷？提升思維能力·深度思考答案缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；缺陷2：Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，影響NaOH的產(chǎn)量2用下圖裝置電解飽和食鹽水，其中陽(yáng)離子交換膜的作用有哪些？答案1平衡電荷，形成閉合回路；2防止Cl2和H2混合而引起爆炸；3避免Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，影響NaOH的產(chǎn)量；4避免Cl－進(jìn)入陰極區(qū)導(dǎo)致制得的NaOH不純。題組一離子交換膜在原電池中的應(yīng)用1已知：電流效率等于電路中通過(guò)的電子數(shù)與消耗負(fù)極材料失去的電子總數(shù)之比?，F(xiàn)有兩個(gè)電池Ⅰ、Ⅱ，裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是AⅠ和Ⅱ的電池反應(yīng)不相同B能量轉(zhuǎn)化形式不同CⅠ的電流效率低于Ⅱ的電流效率D5min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1種溶質(zhì)解題探究JIETITANJIU√解析Ⅰ、Ⅱ裝置中電極材料相同，電解質(zhì)溶液部分相同，電池反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)和正極反應(yīng)式相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤；Ⅰ和Ⅱ裝置的能量轉(zhuǎn)化形式都是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Ⅰ裝置中銅與氯化鐵直接接觸，會(huì)在銅極表面發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致部分能量損失或部分電子沒(méi)有通過(guò)電路，電流效率降低，而Ⅱ裝置采用陰離子交換膜，銅與氯化銅接觸，不會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，放電過(guò)程中交換膜左側(cè)負(fù)極的電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋，陽(yáng)離子增多，右側(cè)正極的電極反應(yīng)式為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，負(fù)電荷過(guò)剩，Cl－從交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，電流效率高于Ⅰ裝置，C正確；放電一段時(shí)間后，Ⅰ裝置中生成氯化銅和氯化亞鐵，Ⅱ裝置中交換膜左側(cè)生成氯化銅，右側(cè)生成了氯化亞鐵，可能含氯化鐵，D項(xiàng)錯(cuò)誤。22018·黔東南州一模二甲醚CH3OCH3燃料電池的工作原理如圖，有關(guān)敘述正確的是A該裝置能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能100%轉(zhuǎn)化為電能B電子移動(dòng)方向?yàn)椋篴極→b極→質(zhì)子交換膜→a極Ca電極的電極反應(yīng)式為：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋電極消耗224LO2時(shí)，質(zhì)子交換膜有4molH＋通過(guò)√解析A項(xiàng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能和電能，不可能100%轉(zhuǎn)化為電能，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，電子不能經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液，所以電子由a極b極，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，a為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，正確；D項(xiàng)，狀況不知，無(wú)法由體積求物質(zhì)的量，所以通過(guò)H＋的物質(zhì)的量不知，錯(cuò)誤。3隨著各地“限牌”政策的推出，電動(dòng)汽車成為汽車族的“新寵”。某電動(dòng)汽車使用的是鈷酸鋰LiCoO2電池，其工作原理如圖所示，且電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li＋的高分子材料，隔膜只允許Li＋通過(guò)，電池反應(yīng)式為L(zhǎng)iC6＋Li1－CoO2C6＋LiCoO2。下列說(shuō)法不正確的是A放電時(shí)，正極鋰的化合價(jià)未發(fā)生改變＋移動(dòng)方向：右室→左室C放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式：LiC6－e－===C6＋Li＋D充電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：Li1－CoO2＋Li＋＋e－===LiCoO2√解析放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iC6－e－===C6＋Li＋，正極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1－CoO2＋Li＋＋e－===LiCoO2，放電時(shí)正極上鈷的化合價(jià)降低、鋰的化合價(jià)不變，A、C項(xiàng)正確；充電時(shí)左側(cè)為陰極，右側(cè)為陽(yáng)極，陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，陽(yáng)離子由陽(yáng)極移向陰極，B項(xiàng)正確、D項(xiàng)錯(cuò)誤。在原電池中應(yīng)用離子交換膜，起到替代鹽橋的作用，一方面能起到平衡電荷導(dǎo)電的作用，另一方面能防止電解質(zhì)溶液中的離子與電極直接反應(yīng)，提高電能效率。歸納總結(jié)題組二離子交換膜在電解池中的應(yīng)用42018·合肥第一次教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料。可用電解LiCl溶液制備LiOH，裝置如下圖所示。下列說(shuō)法中正確的是連接電源正極溶液＋2e－===H2↑＋2OH－D每生成1molH2，有1molLi＋通過(guò)該離子交換膜√解析由題意知，電解LiCl溶液制備LiOH，由于B電極生成氫氣，A與B用陽(yáng)離子交換膜隔開，所以B為陰極，B極區(qū)為L(zhǎng)iOH溶液，A極區(qū)為L(zhǎng)iCl溶液。電極B上產(chǎn)生氫氣，所以B為陰極，B連接電源負(fù)極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑，C項(xiàng)錯(cuò)誤；每生成1molH2，有2molLi＋通過(guò)該離子交換膜，D項(xiàng)錯(cuò)誤。52019·長(zhǎng)春質(zhì)檢某科研小組研究采用BMED膜堆示意圖如下，模擬以精制濃海水為原料直接制備酸堿。BMED膜堆包括陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和雙極膜A、D。已知：在直流電源的作用下，雙極膜內(nèi)中間界面層發(fā)生水的解離，生成H＋和OH－。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是連接電源的正極BB為陽(yáng)離子交換膜4溶液可避免有害氣體的產(chǎn)生DⅡ口排出的是淡水√解析根據(jù)題干信息確定該裝置為電解池，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，所以電極a為陽(yáng)極，連接電源的正極，A正確；水在雙極膜A解離后，氫離子吸引陰離子透過(guò)B膜到左側(cè)形成酸，B為陰離子交換膜，B錯(cuò)誤；電解質(zhì)溶液采用Na2SO4溶液，電解時(shí)生成氫氣和氧氣，可避免有害氣體的產(chǎn)生，C正確；海水中的陰、陽(yáng)離子透過(guò)兩側(cè)交換膜向兩側(cè)移動(dòng)，淡水從Ⅱ口排出，D正確。62018·河南天一大聯(lián)考階段檢測(cè)普通電解精煉銅的方法所制備的銅中仍含雜質(zhì)，利用下面的雙膜陰離子交換膜和過(guò)濾膜電解裝置可制備高純度的Cu。下列有關(guān)敘述中正確的是為粗銅，電極b為精銅B甲膜為過(guò)濾膜，可阻止陽(yáng)極泥及漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū)C乙膜為陰離子交換膜，可阻止雜質(zhì)陽(yáng)離子進(jìn)入陰極區(qū)D當(dāng)電路中通過(guò)1mol電子時(shí)，可生成32g精銅√解析由題意結(jié)合電解原理可知，電極a是陰極，為精銅，電極b是陽(yáng)極，為粗銅，A項(xiàng)錯(cuò)誤；甲膜為陰離子交換膜，可阻止雜質(zhì)陽(yáng)離子進(jìn)入陰極區(qū)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；乙膜為過(guò)濾膜，可阻止陽(yáng)極泥及漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)電路中通過(guò)1mol電子時(shí)，可生成05mol精銅，其質(zhì)量為32g，D項(xiàng)正確。72018·哈爾濱模擬用一種陰、陽(yáng)離子雙隔膜三室電解槽處理廢水中的，模擬裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是A陽(yáng)極室溶液由無(wú)色變成棕黃色－－4e－===2H2O＋O2↑C電解一段時(shí)間后，陰極室溶液中的pH升高D電解一段時(shí)間后，陰極室溶液中的溶質(zhì)一定是NH43PO4√解析陽(yáng)極上Fe發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液由無(wú)色變?yōu)闇\綠色，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陰極上H＋發(fā)生還原反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑，B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)陰極上電極反應(yīng)，陰極消耗H＋，電解一段時(shí)間后，陰極室溶液pH升高，C