突破電化學(xué)中帶隔膜裝置的難關(guān)復(fù)習(xí)

1、二二輪輪復(fù)習(xí)課堂之復(fù)習(xí)課堂之 “突破突破”電化學(xué)電化學(xué)中有隔膜中有隔膜裝置的難裝置的難 關(guān)關(guān) 徐丹徐丹 江西師大附中 考查內(nèi)容考查內(nèi)容分值分值 2016年年 新課標(biāo)新課標(biāo)1 電滲析法處理電滲析法處理Na2SO4廢水廢水6分分 浙江浙江金屬金屬空氣電池空氣電池6分分 天津天津電解法制電解法制Na2FeO45分分 高考考情分析 2015年年 新課標(biāo)新課標(biāo)1 微生物電池微生物電池6分分 天津天津鋅銅原電池鋅銅原電池6分分 北京北京海水中提海水中提CO2電化學(xué)裝置電化學(xué)裝置4分分 山東山東鋰離子電池鋰離子電池5分分 上海上海氯堿工業(yè)氯堿工業(yè)5分分 2014年年 大綱大綱版版氫鎳電池氫鎳電池6分分 新課

2、標(biāo)新課標(biāo)1電滲析法制電滲析法制H3PO26分分 福建福建Ag-Cl2電池電池6分分 江蘇江蘇電解電解Na2S溶液溶液5分分 重慶重慶電化學(xué)儲氫電化學(xué)儲氫6分分 學(xué)情調(diào)查 調(diào)查小結(jié) 1、膜、膜的類型的的類型的判斷判斷 3、過膜離子的過膜離子的判斷判斷 4、膜兩邊溶液的相關(guān)膜兩邊溶液的相關(guān)計(jì)算計(jì)算 (離子遷移量、溶液質(zhì)量變化、離子遷移量、溶液質(zhì)量變化、PH變化變化) 2、膜膜的作用的作用 (2016-新課標(biāo)新課標(biāo)I卷卷-11)三室式電滲析法處理含三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖廢水的原理如圖 所示，采用惰性電極，所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作均為離子交換

3、膜，在直流電場的作 用下，兩膜中間的用下，兩膜中間的Na+和和SO42可通過離子交換膜，而兩端隔室中可通過離子交換膜，而兩端隔室中 離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。 真題再現(xiàn) Na+ SO42- ？ 陽膜陽膜陰膜陰膜 膜的類型的判斷：膜的類型的判斷： 離子的定向移動規(guī)律離子的定向移動規(guī)律 膜的作用：膜的作用： Na+為什么會向陰極移動？為什么會向陰極移動？SO42-會向陽極移動？會向陽極移動？ 陰極：陰極： 4H2O+4e-=2H2+2OH- 根據(jù)電荷守恒，陽離子要進(jìn)入負(fù)極區(qū)根據(jù)電荷守恒，陽離子要進(jìn)入負(fù)極區(qū) 陽極：陽極： 2H2O-4e-=O2+4H+ 根據(jù)電荷守恒，陰

4、離子要進(jìn)入正極區(qū)根據(jù)電荷守恒，陰離子要進(jìn)入正極區(qū) 允許特定微粒通過，使溶液電荷平衡允許特定微粒通過，使溶液電荷平衡 (2016-新課標(biāo)新課標(biāo)I卷卷-11)三室式電滲析法處理含三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原廢水的原 理如圖所示，采用惰性電極，理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直均為離子交換膜，在直 流電場的作用下，兩膜中間的流電場的作用下，兩膜中間的Na+和和SO42可通過離子交換膜，可通過離子交換膜， 而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。 下列敘述正確的是（下列敘述正確的是（ ） A.通電后中間隔室的通電后中間隔室的SO

5、42離子向離子向 正極遷移，正極區(qū)溶液正極遷移，正極區(qū)溶液PH增大增大 B.該法在處理含該法在處理含Na2SO4廢水時可以廢水時可以 得到得到NaOH和和H2SO4產(chǎn)品產(chǎn)品 C.負(fù)極反應(yīng)為負(fù)極反應(yīng)為2H2O-4e=O2+4H+， 負(fù)極區(qū)溶液負(fù)極區(qū)溶液PH降低降低 D.當(dāng)電路中通過當(dāng)電路中通過1mol 電子的電量電子的電量 時，會有時，會有 的的0.5molO2生成生成 B 稀硫酸稀硫酸 陽極陽極 室室 產(chǎn)品產(chǎn)品 室室 原料原料 室室 陰極陰極 室室 稀溶液稀溶液 H3PO2NaH2PO2 濃溶液濃溶液 NaOH 稀溶液稀溶液 石墨石墨 _膜膜_膜膜_膜膜 石墨石墨 （2014全國理綜全國理綜I

6、節(jié)選，節(jié)選，T27）次磷酸（）次磷酸（H3PO2）是一種精細(xì)磷化工）是一種精細(xì)磷化工 產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的還原性?；卮鹣铝袉栴}產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的還原性?；卮鹣铝袉栴}: （4）H3PO2也可用電滲析法制備。也可用電滲析法制備?！八氖译姖B析法四室電滲析法”工作原理工作原理 如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）：如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）： 問題：產(chǎn)品室要得到問題：產(chǎn)品室要得到H3PO2的則三的則三 種膜分別是什么膜？種膜分別是什么膜？ 陽陽陰陰陽陽 2H2O4e-4H O2陽極：陽極： 陰極：陰極： 4H2O + 4e-4OH-H2 H+ H2PO2- Na+ 膜的

7、類型的判斷：膜的類型的判斷： 離子的濃度的變化離子的濃度的變化 稀硫酸稀硫酸 陽極陽極 室室 產(chǎn)品產(chǎn)品 室室 原料原料 室室 陰極陰極 室室 稀溶液稀溶液 H3PO2NaH2PO2 濃溶液濃溶液 NaOH 稀溶液稀溶液 石墨石墨 陽膜陽膜陰膜陰膜陽膜陽膜 石墨石墨 （2014全國理綜全國理綜I節(jié)選，節(jié)選，T27）次磷酸（）次磷酸（H3PO2）是一種精細(xì)磷化工）是一種精細(xì)磷化工 產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的還原性?；卮鹣铝袉栴}產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的還原性?；卮鹣铝袉栴}: （4）H3PO2也可用電滲析法制備。也可用電滲析法制備。“四室電滲析法四室電滲析法”工作原理工作原理 如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離

8、子通過）：如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）： 早期采用早期采用“三室電滲析法三室電滲析法”制備制備 H3PO2：將：將“四室電滲析法四室電滲析法”中陽中陽 極室的稀硫酸用極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，稀溶液代替， 并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜，并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜， 從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺 點(diǎn)是產(chǎn)品中混有點(diǎn)是產(chǎn)品中混有 雜質(zhì)，該雜雜質(zhì)，該雜 質(zhì)產(chǎn)生的原因是質(zhì)產(chǎn)生的原因是 。 H3PO4或或PO43-。由于。由于H3PO2 具有還原性，電解時就會有具有還原性，電解時就會有 H3PO2在陽極放電而被氧化生在陽極放電而被氧化生

9、 成成H3PO4。 稀硫酸稀硫酸 陽極陽極 室室 產(chǎn)品產(chǎn)品 室室 原料原料 室室 陰極陰極 室室 稀溶液稀溶液 H3PO2NaH2PO2 濃溶液濃溶液 NaOH 稀溶液稀溶液 石墨石墨 陽膜陽膜陰膜陰膜陽膜陽膜 石墨石墨 （2014全國理綜全國理綜I節(jié)選，節(jié)選，T27）次磷酸（）次磷酸（H3PO2）是一種精細(xì)磷化工）是一種精細(xì)磷化工 產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的還原性。回答下列問題產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的還原性。回答下列問題: （4）H3PO2也可用電滲析法制備。也可用電滲析法制備?！八氖译姖B析法四室電滲析法”工作原理工作原理 如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）：如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離

10、子、陰離子通過）： 問題：若陰極問題：若陰極室室的的NaOH溶液用溶液用 NaH2PO2稀溶液代替，并撤稀溶液代替，并撤去陰極去陰極 室室與原料室與原料室之間的陽膜，從而合并之間的陽膜，從而合并 了陰極了陰極室室與原料室。分析后續(xù)的反與原料室。分析后續(xù)的反 應(yīng)？（已知應(yīng)？（已知H3PO2是一元中強(qiáng)酸）是一元中強(qiáng)酸） 陽極的電極反應(yīng)：陽極的電極反應(yīng)： 2H2O4e-4H O2 陰極的電極反應(yīng)：陰極的電極反應(yīng)： 4H2O + 4e-4OH-H2 H+ OH- 稀硫酸稀硫酸 陽極陽極 室室 產(chǎn)品產(chǎn)品 室室 原料原料 室室 陰極陰極 室室 稀溶液稀溶液 H3PO2NaH2PO2 濃溶液濃溶液 NaOH

11、 稀溶液稀溶液 石墨石墨 陽膜陽膜陰膜陰膜陽膜陽膜 石墨石墨 （2014全國理綜全國理綜I節(jié)選，節(jié)選，T27）次磷酸（）次磷酸（H3PO2）是一種精細(xì)磷化工）是一種精細(xì)磷化工 產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的還原性?；卮鹣铝袉栴}產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的還原性。回答下列問題: （4）H3PO2也可用電滲析法制備。也可用電滲析法制備。“四室電滲析法四室電滲析法”工作原理工作原理 如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）：如圖所示（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）： 陽極室：陽極室： 陰極室：陰極室： H2O 放電生成放電生成OH-和和H2 膜的作用：膜的作用： 防止產(chǎn)生雜質(zhì)，提高產(chǎn)物防止產(chǎn)生雜質(zhì)，提高產(chǎn)

12、物 純度純度 H3PO2在陽極放電而被氧在陽極放電而被氧 化生成化生成H3PO4。 常見膜的分析 歸納總結(jié) 過膜離子過膜離子 明確兩極明確兩極 膜類型膜類型 兩極反應(yīng)兩極反應(yīng) 離子移動離子移動 題目意圖題目意圖 特殊要求特殊要求 離子濃度離子濃度 歸納總結(jié) 膜的常見作用 允許特定微粒通過，使溶液電荷平衡允許特定微粒通過，使溶液電荷平衡 防止產(chǎn)生雜質(zhì)，提高產(chǎn)物純度防止產(chǎn)生雜質(zhì)，提高產(chǎn)物純度 阻止副反應(yīng)發(fā)生阻止副反應(yīng)發(fā)生，避免安全，避免安全隱患隱患 歸納總結(jié) 常見膜的類型常見膜的類型 陰離子交換膜陰離子交換膜 質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜 選擇性透過膜選擇性透過膜 陽離子交換膜陽離子交換膜 隔膜隔膜 離子

13、交換膜離子交換膜 （2016浙江）浙江）金屬(M)空氣電池空氣電池(如圖如圖)具有原料易得、能量密度高具有原料易得、能量密度高 等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新能源汽車和移動設(shè)備的電源。該類電池放電的等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新能源汽車和移動設(shè)備的電源。該類電池放電的 總反應(yīng)方程式為：總反應(yīng)方程式為：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：電池的。已知：電池的“理論理論 比能量比能量”指單位質(zhì)量的電極材料理論上能釋放出的最大電能。下列指單位質(zhì)量的電極材料理論上能釋放出的最大電能。下列 說法不正確的是（說法不正確的是（ ） A.采用多孔電極的目的是提高電極與電解采用多孔電極的目的是提高電極與電解 質(zhì)溶液的接觸

14、面積，并有利于氧氣擴(kuò)散至質(zhì)溶液的接觸面積，并有利于氧氣擴(kuò)散至 電極表面電極表面 B比較比較Mg、Al、Zn三種金屬三種金屬空氣電池，空氣電池， Al空氣電池的理論比能量空氣電池的理論比能量最高最高 CM空氣電池放電過程的正極反應(yīng)式：空氣電池放電過程的正極反應(yīng)式： 4Mn+nO2+2nH2O+4ne=4M(OH)n D在在Mg空氣電池中，為防止負(fù)極區(qū)沉空氣電池中，為防止負(fù)極區(qū)沉 積積Mg(OH)2，宜采用中性電解質(zhì)及陽離子，宜采用中性電解質(zhì)及陽離子 交換膜交換膜 C 釋放釋放1mole-消耗消耗Mg,Al, Zn質(zhì)量分別質(zhì)量分別12g,9g,32.5g 正極正極：O2+2H2O+4e=4OH 考

15、查了膜的作用，關(guān)注所用膜的類型考查了膜的作用，關(guān)注所用膜的類型 鋅溴液流電池是一種新型電化學(xué)儲能裝置鋅溴液流電池是一種新型電化學(xué)儲能裝置(如圖所示如圖所示)，電解液為，電解液為 溴化鋅水溶液，其在電解質(zhì)儲罐和電池間不斷循環(huán)。下列說法溴化鋅水溶液，其在電解質(zhì)儲罐和電池間不斷循環(huán)。下列說法 不正確的是不正確的是() A充電時電極充電時電極a連接電源的負(fù)極連接電源的負(fù)極 B陽離子交換膜可阻止陽離子交換膜可阻止Br2與與Zn直接發(fā)生反應(yīng)直接發(fā)生反應(yīng) C放電時左側(cè)電解質(zhì)儲罐中的離子總濃度放電時左側(cè)電解質(zhì)儲罐中的離子總濃度增大增大 D充電時，每轉(zhuǎn)移充電時，每轉(zhuǎn)移2 mol e-，理論上有，理論上有1 mo

16、lZn2+通過離子交換通過離子交換 膜從左向右擴(kuò)散膜從左向右擴(kuò)散 放電的總反應(yīng)放電的總反應(yīng)： Zn + Br2 = ZnBr2 放電放電b極：極：Zn 2e- Zn2 b 負(fù)極負(fù)極 充電時充電時： b接接 電源的負(fù)極電源的負(fù)極 X + Zn2 放電時作原電池放電時作原電池 a極極：Br2 + 2e- 2Br 即左側(cè)電極上生成了即左側(cè)電極上生成了BrBr 原電池中陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動原電池中陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動 鋅溴液流電池是一種新型電化學(xué)儲能裝置鋅溴液流電池是一種新型電化學(xué)儲能裝置(如圖所示如圖所示)，電解液為，電解液為 溴化鋅水溶液，其在電解質(zhì)儲罐和電池間不斷循環(huán)

17、。下列說法溴化鋅水溶液，其在電解質(zhì)儲罐和電池間不斷循環(huán)。下列說法 不正確的是不正確的是() D 充電時，每轉(zhuǎn)移充電時，每轉(zhuǎn)移2 mol e-，理論上有，理論上有1 molZn2+通過離子交換通過離子交換 膜從左向右擴(kuò)散膜從左向右擴(kuò)散+ 充電時：充電時： 電解池中陽離子向陰極移動電解池中陽離子向陰極移動 所以有所以有1 molZn2+從左向右擴(kuò)散從左向右擴(kuò)散 Zn2 2e = Zn b極為陰極極為陰極 2 mol 1 mol 考查了膜的作用和過膜離子的量考查了膜的作用和過膜離子的量 工工 業(yè)上也可設(shè)計(jì)圖示裝置，用鋰離子電池業(yè)上也可設(shè)計(jì)圖示裝置，用鋰離子電池 （LixC為難電離鋰碳化合物）為電源，

18、為難電離鋰碳化合物）為電源， 電解電解Na2CrO4溶液制取溶液制取Na2Cr2O7，當(dāng)，當(dāng) 電解過程中轉(zhuǎn)移了電解過程中轉(zhuǎn)移了0.5 mol電子電子時時: LixC + Li1-x CoO2 C + LiCoO2 (1)理論上右側(cè)溶液的質(zhì)量減少理論上右側(cè)溶液的質(zhì)量減少 g； (2)理論上兩側(cè)溶液的質(zhì)量差理論上兩側(cè)溶液的質(zhì)量差 g； (3)理論上兩側(cè)溶液的質(zhì)量的變化差理論上兩側(cè)溶液的質(zhì)量的變化差 g。 工工 業(yè)上也可設(shè)計(jì)圖示裝置，用鋰離子電池業(yè)上也可設(shè)計(jì)圖示裝置，用鋰離子電池 （LixC為難電離鋰碳化合物）為電源，為難電離鋰碳化合物）為電源， 電解電解Na2CrO4溶液制取溶液制取Na2Cr2O

19、7，當(dāng)，當(dāng) 電解過程中轉(zhuǎn)移了電解過程中轉(zhuǎn)移了0.5 mol電子電子時時: LixC + Li1-x CoO2 C + LiCoO2 4CrO42- + 4H+ = 2Cr2O72- +2H2O 右側(cè)生成右側(cè)生成H+B極為陽極極為陽極 陽極陽極： 2H2O4e-4H O2 左側(cè)陰極左側(cè)陰極: 4H2O + 4e-4OH-2H2 中間為中間為Na+交換膜交換膜 + Na+ 工工 業(yè)上也可設(shè)計(jì)圖示裝置，用鋰離子電池業(yè)上也可設(shè)計(jì)圖示裝置，用鋰離子電池 （LixC為難電離鋰碳化合物）為電源，電解為難電離鋰碳化合物）為電源，電解Na2CrO4溶液制取溶液制取 Na2Cr2O7，當(dāng)，當(dāng)電解過程中轉(zhuǎn)移了電解過程中轉(zhuǎn)移了0.5 mol電子電子時時: (1)理論上右側(cè)溶液的質(zhì)量減少理論上右側(cè)溶液的質(zhì)量減少 g 4CrO42- + 4H+ = 2Cr2O72- +2H2O 陽極陽極： 2H2O4e-4H O2 m右側(cè)減少 右側(cè)減少= mO2