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人教版高中化学选择性必修1专题突破(十)离子交换膜在电化学中的应用学案

日期:2025-04-04 科目:化学 类型:高中学案 查看:22次 大小:243551B 来源:二一课件通
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交换膜隔离两种电解质溶液,避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触,能提高电流效率。在这种装置中,交换膜起到盐桥作用,且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移,使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路,完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。 1.离子交换膜的功能及类型 (1)功能:使离子定向移动,选择性通过某些离子或隔离某些离子、物质,平衡整个溶液的离子浓度或电荷。 (2)种类:阳离子交换膜:只允许阳离子和水分子通过,阻止阴离子和气体通过。 阴离子交换膜:只允许阴离子和水分子通过,阻止阳离子和气体通过。 质子交换膜:只允许质子(氢离子)和水分子通过。 2.离子交换膜在电化学中的作用 (1)用离子交换膜隔离某些分子和离子,防止副反应的发生。 例如氯碱工业中,阳离子交换膜的作用就是阻止阴离子(Cl-)和气体(Cl2)通过,防止氯气和NaOH反应。 (2)离子交换膜制备物质、分离物质等。 以电渗析法制备H3PO2为例,其原理如图所示。 离子移动方向及交换膜类型:产品室为阳极,原料室中的阴离子H2PO移向产品室,膜1为阴离子交换膜;原料室中的阳离子Na+移向阴极室,膜2为阳离子交换膜。 阳极:电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,产生的H+结合移入的H2PO生成H3PO2。 阴极:电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,产生的OH-结合移入的Na+生成NaOH。 (3)离子交换膜使具有浓度差的离子进行选择性迁移。 离子从“浓→稀”的溶液区移出,移向“稀→浓”的溶液区。 以电化学制备K2Cr2O7为例,其原理如图所示,其中a、b均为石墨电极。 左侧:为“稀→浓”的溶液区,则右侧的K+通过K+交换膜移向左侧,a极为阴极,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,产生的OH-结合移入的K+生成KOH。 右侧:b极为阳极,电极反应为2H2O-4e-===4H++O2↑,使溶液中的反应2CrO+2H+??Cr2O+H2O正向进行,生成K2Cr2O7。 3.阴、阳离子交换膜的判断 (1)看清图示,是否在交换膜上标注了阴、阳离子,是否标注了电源的正、负极,是否标注了电子流向、电流流向等,明确阴、阳离子的移动方向。 (2)根据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向,结合给出的制备、电解物质等信息,找出物质生成或消耗的电极区域,确定移动的阴、阳离子,从而推知离子交换膜的种类。 针对练1.如下所示电解装置中,通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,下列判断错误的是(  ) A.a是电源的负极 B.通电一段时间后,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色 C.随着电解的进行,CuCl2溶液浓度变大 D.当0.01molFe2O3完全溶解时,至少产生气体336mL(折合成标准状况下) 答案:C 解析:根据题图,结合题意知,石墨电极Ⅱ上H2O发生氧化反应产生O2,故石墨电极Ⅱ是阳极,则b是电源的正极、a是电源的负极,A项正确;石墨电极Ⅱ上H2O放电产生O2和H+:2H2O-4e-===4H++O2↑,通电一段时间后,石墨电极Ⅱ附近溶液显酸性,能使石蕊显红色,B项正确;电解时,Cu2+在石墨电极Ⅰ上放电生成Cu,左室中Cl-通过阴离子交换膜进入中间室,故CuCl2溶液的浓度减小,C项错误;由Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O和阳极反应式可得Fe2O3~O2,故产生O2的体积是×0.01mol×22.4L·mol-1×103mL·L-1=336mL,D项正确。 针对练2.用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是(  ) A.阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2 B.b极的电极反应式为2H2O-2e-===O2↑+4H+ C.产品室中发生的反应是B(OH)3+OH-===B(OH) D.每增加1molH3BO3产品,NaOH溶液增重22g 答案:D 解析:由题图可知,b极为阳极,电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H+,a极为阴极,电解时 ... ...

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