專項(xiàng)突破24-離子交換膜電池(人教版2019選擇性必修1)

人教版選擇性必修1網(wǎng)第四章化學(xué)反應(yīng)與電能重難點(diǎn)專項(xiàng)突破離子交換膜在電化學(xué)中的綜合應(yīng)用1．交換膜的功能及工作原理(1)功能：離子交換膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。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。2．離子交換膜分類和應(yīng)用根據(jù)透過(guò)的微粒,離子交換膜可以分為多種,在高考試題中主要出現(xiàn)過(guò)陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和質(zhì)子交換膜三種。3.離子交換膜類型的判斷根據(jù)電解質(zhì)溶液呈電中性的原則,判斷膜的類型：（1）首先寫出陰、陽(yáng)兩極上的電極反應(yīng)，依據(jù)電極反應(yīng)式確定該電極附近哪種離子剩余，因該電極附近溶液呈電中性，從而判斷出離子移動(dòng)的方向，進(jìn)而確定離子交換膜的類型，如電解飽和食鹽水時(shí)，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，則陰極區(qū)域破壞水的電離平衡，OH－有剩余，陽(yáng)極區(qū)域的Na＋穿過(guò)離子交換膜進(jìn)入陰極室，與OH－結(jié)合生成NaOH，故電解食鹽水中的離子交換膜是陽(yáng)離子交換膜。（2）根據(jù)溶液呈電中性,判斷出離子移動(dòng)的方向,從而確定離子交換膜的類型離子遷移方向的判斷①離子從“生成區(qū)”移向“消耗區(qū)”以電解CO2制HCOOH為例，其原理如圖所示。右側(cè)：通入CO2，生成HCOOH，發(fā)生還原反應(yīng)，多孔錫作陰極，電極反應(yīng)為CO2＋H＋＋2e－===HCOO－，消耗從左側(cè)遷移過(guò)來(lái)的H＋。左側(cè)“Pt片”作陽(yáng)極，水電離產(chǎn)生的OH－放電，電極反應(yīng)為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋。離子移動(dòng)方向：H＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜從左側(cè)移向右側(cè)。

有“膜”條件下離子定向移動(dòng)方向的判斷方法D

鈦電極與電源負(fù)極相連作陰極，發(fā)生氫離子得電子的還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)總反應(yīng)可得陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，消耗OH－，則陽(yáng)極附近溶液的pH減小，B項(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)正確；陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，則應(yīng)采用陰離子交換膜，C項(xiàng)錯(cuò)誤。離子交換膜的判斷根據(jù)題給信息“采用離子交換膜控制電解液中OH－的濃度制備Cu2O”，結(jié)合電極反應(yīng)式：2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，電解時(shí)OH－移動(dòng)至陽(yáng)極反應(yīng)，應(yīng)采用陰離子交換膜。例2:KIO3可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。①寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式_______________________。②電解過(guò)程中通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子主要為________，其遷移方向是________。[解析]

①電解法制備KIO3時(shí)，H2O在陰極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。

②電解池中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，即由電極a向電極b遷移，陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，故主要是K＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜。[答案]

①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑

②K＋由a到b

A.ab適宜選用陰離子交換膜

C

特別提醒(1)含離子交換膜電化學(xué)裝置題的解題步驟(2)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)，提高電流效率；在電解池中使用選擇性離子交換膜的主要目的是限制某些離子(或分子)的定向移動(dòng)，避免電解質(zhì)溶液中的離子或分子與電極產(chǎn)物反應(yīng)，提高產(chǎn)品純度或防止造成危險(xiǎn)等。(3)定量關(guān)系外電路電子轉(zhuǎn)移數(shù)=通過(guò)隔膜的陰（陽(yáng)）離子帶的負(fù)（正）電荷數(shù)。1．Kolbe法制取乙烯的裝置如圖所示，電極a上的產(chǎn)物為乙烯和碳酸根離子。下列說(shuō)法正確的是(

)A．該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．圖中為陽(yáng)離子交換膜C．陰極周圍溶液的pH不斷減小D．每生成1mol乙烯，電路中轉(zhuǎn)移2mol電子D

該裝置是電解池，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A錯(cuò)誤；電極a是陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2CH2COO－＋4OH－－2e－===CH2===CH2↑＋2CO32－＋2H2O，陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，則右側(cè)陰極區(qū)產(chǎn)生的OH－要透過(guò)離子交換膜進(jìn)入左側(cè)，并參與陽(yáng)極反應(yīng)，故應(yīng)是陰離子交換膜，B錯(cuò)誤；陰極區(qū)周圍溶液中c(OH－)逐漸增大，溶液的pH不斷增大，C錯(cuò)誤；由陽(yáng)極反應(yīng)式可知，生成1mol乙烯時(shí)，電路中轉(zhuǎn)移2mol電子，D正確。

B

3.（不定項(xiàng)）微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)

AC

C

5．用惰性電極電解法制備硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如圖所示(陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子和陰離子通過(guò))。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)D6.（1）可由“水相”制備高純度單質(zhì)錳,裝置如圖所示：①裝置中采用________（填“陰離子”或“陽(yáng)離子”）交換膜,陰極反應(yīng)式為_________________________。陰離子

②寫出該電解反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________