素養(yǎng)提升突破系列(四)

素養(yǎng)提升突破系列(四)“離子交換膜”在電化學(xué)中的應(yīng)用2021/4/2112021/4/212【考情·透視規(guī)律】在近幾年的高考試題中,離子交換膜是電化學(xué)的考查熱點(diǎn)。其考情如下:2021/4/2132021/4/214【歸納·認(rèn)知素養(yǎng)】

1.常見(jiàn)的隔膜: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)。2021/4/215(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)。2021/4/2162.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)能選擇性地通過(guò)離子,起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。2021/4/2173.解題步驟:(1)分清隔膜類型。即交換膜屬于陽(yáng)膜、陰膜或質(zhì)子膜中的哪一種,判斷允許哪種離子通過(guò)隔膜。(2)寫(xiě)出電極反應(yīng)式,判斷交換膜兩側(cè)離子變化,推斷電荷變化,根據(jù)電荷平衡判斷離子遷移方向。2021/4/218(3)分析隔膜作用。在產(chǎn)品制備中,隔膜作用主要是提高產(chǎn)品純度,避免產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng),或避免產(chǎn)物因發(fā)生反應(yīng)而造成危險(xiǎn)。2021/4/219【真題·體驗(yàn)素養(yǎng)】

(2015·全國(guó)卷Ⅰ·11)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 (

)世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)791000982021/4/2110A.正極反應(yīng)中有CO2生成B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移C.質(zhì)子通過(guò)交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2====6CO2+6H2O2021/4/2111【解析】選A。根據(jù)碳元素的化合價(jià)的變化,二氧化碳中碳元素的化合價(jià)為最高價(jià)+4價(jià),所以生成二氧化碳的反應(yīng)為氧化反應(yīng),應(yīng)在負(fù)極生成,其電極反應(yīng)式應(yīng)為C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑,A錯(cuò)誤;在微生物的作用下,該裝置為原電池裝置,反應(yīng)速率比化學(xué)反應(yīng)速率快,所以微生物促進(jìn)了反應(yīng)的發(fā)生,B正確;原電池中陽(yáng)離子(質(zhì)子)向正極移動(dòng),C正確;電池的總反應(yīng)實(shí)質(zhì)是葡萄糖的氧化反應(yīng),D正確。2021/4/2112【素養(yǎng)變式】(1)該電池的正極反應(yīng)式為_(kāi)__________。

提示:6O2+24e-+24H+====12H2O。2021/4/2113(2)該電池的負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)________。

提示:C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑。2021/4/2114【訓(xùn)練·提升素養(yǎng)】

1.(2018·綿陽(yáng)模擬)在一定條件下,可以用甲圖所示的硼化釩(VB2)-空氣電池(工作時(shí)反應(yīng)為4VB2+11O2====4B2O3+2V2O5)為電源給乙圖所示裝置通電,模擬有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫。下列說(shuō)法正確的是(

)世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)791000992021/4/21152021/4/2116A.整套裝置工作時(shí)A連接D,B連接CB.VB2極發(fā)生的電極反應(yīng)為2VB2+22OH--22e-====V2O5+2B2O3+11H2OC.電極F產(chǎn)生3mol氣體時(shí)電極E得到的氧化產(chǎn)物為2molD.儲(chǔ)氫裝置工作時(shí),右側(cè)電極區(qū)的pH減小2021/4/2117【解析】選B。由電池工作反應(yīng)知甲圖中右側(cè)電極為正極,電極反應(yīng)為11O2+22H2O+44e-====44OH-;左側(cè)電極為負(fù)極,負(fù)極反應(yīng)為4VB2+44OH--44e-====2V2O5+4B2O3+22H2O。由乙圖知,E為陰極,C應(yīng)與電源負(fù)極相連,E極上電極反應(yīng)為2+12H++12e-====2,為還原產(chǎn)物;F為陽(yáng)極,D應(yīng)與電源正極相連,電極反應(yīng)為2021/4/21186H2O-12e-====12H++3O2↑,儲(chǔ)氫裝置工作時(shí),產(chǎn)生的H+經(jīng)高分子電解質(zhì)膜移至左側(cè),右側(cè)電極區(qū)的pH不會(huì)減小。綜上所述,只有B選項(xiàng)正確。2021/4/21192.(新題預(yù)測(cè))科學(xué)家研制出了一種新型的鋰-空氣電池,其工作原理如圖所示。關(guān)于該電池的說(shuō)法中不正確的是 ()2021/4/2120A.隨著電極反應(yīng)的不斷進(jìn)行,正極附近的電解液pH不斷升高B.可將有機(jī)電解液改為水溶液C.放電時(shí),當(dāng)有22.4LO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)被還原時(shí),溶液中有4molLi+從左槽移動(dòng)到右槽D.電池總反應(yīng)方程式為4Li+O2+2H2O====4LiOH2021/4/2121【解析】選B。該鋰電池中,正極上的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O====4OH-,正極附近的電解液pH會(huì)升高,故A正確;Li屬于活潑金屬,能與水反應(yīng),不能將有機(jī)電解液改為水溶液,B錯(cuò)誤;放電時(shí),當(dāng)有22.4LO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)被還原時(shí),根據(jù)正極反應(yīng)式:O2+4e-+2H2O====4OH-,會(huì)轉(zhuǎn)移電子4mol,即溶液中有4molLi+從2021/4/2122左槽(負(fù)極)移動(dòng)到右槽,故C正確;由圖示可知,正極的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O====4OH-,電池總反應(yīng)方程式為4Li+O2+2H2O====4LiOH,D正確。2021/4/2123【加固訓(xùn)練】1.采用電化學(xué)法還原CO2是一種使CO2資源化的方法,如圖是利用此法制備ZnC2O4的示意圖(電解液不參與反應(yīng))。下列說(shuō)法正確的是 (

)2021/4/2124A.Zn與電源的負(fù)極相連B.ZnC2O4在交換膜右側(cè)生成C.電解的總反應(yīng):2CO2+ZnZnC2O4D.通入11.2LCO2時(shí),轉(zhuǎn)移0.5mol電子電解====2021/4/2125【解析】選C。鋅化合價(jià)升高被氧化,連接電源正極,故A錯(cuò)誤;陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò),所以ZnC2O4在交換膜左側(cè)生成,故B錯(cuò)誤;電解的總反應(yīng):2CO2+ZnZnC2O4,故C正確;11.2LCO2的物質(zhì)的量不一定是0.5mol,轉(zhuǎn)移電子不一定是0.5mol,故D錯(cuò)誤。電解====2021/4/21262.某原電池裝置如圖所示,電池總反應(yīng)為2Ag+Cl2====2AgCl。(1)當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移amole-時(shí),交換膜左側(cè)溶液中約減少______mol離子。交換膜右側(cè)溶液中c(HCl)____(填“>”“<”或“=”)1mol·L-1(忽略溶液體積變化)。

2021/4/2127(2)若質(zhì)子交換膜換成陰離子交換膜,其他不變。若有11.2L氯氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)參與反應(yīng),則必有______mol________離子(填離子符號(hào))由交換膜______側(cè)通過(guò)交換膜向_____遷移。交換膜右側(cè)溶液c(HCl)_____(填“>”“<”或“=”)1mol·L-1(忽略溶液體積變化)。

2021/4/2128【解析】(1)正極的電極反應(yīng)式為Cl2+2e-====2Cl-,負(fù)極的電極反應(yīng)式為Ag-e-+Cl-====AgCl,隔膜只允許氫離子通過(guò),轉(zhuǎn)移amol電子,必有amolCl-沉淀。為了維持電荷平衡,交換膜左側(cè)溶液中必有amolH+向交換膜右側(cè)遷移,故交換膜左側(cè)共減少2amol離子(amolCl-+amolH+)。交換膜右側(cè)溶液中氯化氫濃2021/4/2129度增大。(2)n(Cl2)=0.5mol,n(Cl-)=1mol。正極的電極反應(yīng)式為Cl2+2e-====2Cl-,n(e-)=1mol,Ag-e-+Cl-====AgCl,交換膜右側(cè)溶液中增加了1mol負(fù)電荷(或增加了1molCl-),左側(cè)減少了1mol負(fù)電荷(或減少了1molCl-)。如果質(zhì)子交換膜換成陰離子交換膜,只允許陰離子(Cl-)通過(guò)交換膜,不允許H+通過(guò)。為2021/4/2130了維持電荷平衡,必有1molCl-從交換膜右側(cè)溶液中通過(guò)交換膜向左側(cè)遷移,氯離子遷移之后,兩側(cè)溶液中鹽酸濃度保持不變。答案:(1)2a

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(2)1

Cl-右左=2021/4/21319、人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:39:48PM11、人總是珍惜為得到。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請(qǐng)。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯(cuò)的事來(lái)懲罰自己。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、抱最大的希望，作最大的努力。