電化學(xué)中的“膜”術(shù)運(yùn)用

電化學(xué)中“膜”術(shù)的運(yùn)用常平中學(xué)：劉穎樺高三化學(xué)二輪復(fù)習(xí)一、考綱對(duì)比1.了解原電池和電解池的工作原理及應(yīng)用，能寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。2.了解常見(jiàn)化學(xué)電源種類及其工作原理。3.理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危止害及防止金屬腐蝕的措施。2017和2018年考綱12019年考綱21.了解原電池和電解池的工作原理及應(yīng)用，能寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。2.了解常見(jiàn)化學(xué)電源種類及其工作原理。3.理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危止害及防止金屬腐蝕的措施。在近幾年高考中，涉及離子交換膜的試題比較多，且?？汲Ｐ?。其考情如下：二、透視熱點(diǎn)考情——“膜”的應(yīng)用2018·全國(guó)卷Ⅲ·272018·全國(guó)卷Ⅰ·272016·全國(guó)卷Ⅰ2014·全國(guó)卷Ⅰ2015·全國(guó)卷Ⅰ復(fù)習(xí)回顧、自主完成請(qǐng)同學(xué)們畫出電解飽和NaCl溶液制取NaOH、H2和Cl2的裝置圖，標(biāo)出電極材料，寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。

思考1：如果工業(yè)上用此裝置制取NaOH、H2和Cl2,此裝置有何缺陷？實(shí)驗(yàn)室制法陽(yáng)極：2Cl--2e-=Cl2↑陰極：2H2O+2e-=H2↑+2OH-氯堿工業(yè)上：電解飽和NaCl溶液制取NaOH、Cl2

和H2陽(yáng)離子交換膜飽和食鹽水水（含少量NaOH）Cl2H2NaOH溶液淡鹽水陽(yáng)極室陰極室Na+Cl-Na+OH-離子交換膜的作用：1.隔離某些物質(zhì)防止副反應(yīng)的發(fā)生，避免影響所制取產(chǎn)品的質(zhì)量；防止引發(fā)不安全因素。2.選擇性讓某類離子單向通過(guò)，平衡兩池電荷。3.制備物質(zhì)三、“膜”術(shù)的應(yīng)用一種含有離子基團(tuán)的、對(duì)溶液中的離子具有選擇透過(guò)能力的高分子膜，也稱為離子選擇透過(guò)性膜。離子交換膜定義：離子交換膜的類型：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)陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和質(zhì)子交換膜三種。陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)。陰離子交換膜只允許陰離子通過(guò)。質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子(H+)通過(guò)。分析交換膜兩側(cè)離子變化，推斷電荷變化，根據(jù)平衡電荷判斷遷移方向解題模型弄清電解池還是原電池分清隔膜類型寫電極反應(yīng)式分析隔膜的作用

1.工業(yè)品氫氧化鉀溶液中含有某些含氧酸根雜質(zhì)，可用離子交換膜法電解提純。電解槽內(nèi)裝有陽(yáng)離子交換膜(只允許陽(yáng)離子通過(guò))，其工作原理如圖所示。下列說(shuō)法中不正確的是(

)A．陰極材料可以是Fe，含氧酸根雜質(zhì)不參與電極反應(yīng)B．該電解槽的陽(yáng)極反應(yīng)式為：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．通電后，該電解槽陰極附近溶液的pH會(huì)逐漸減小D．除去雜質(zhì)后，氫氧化鉀溶液從出口B導(dǎo)出來(lái)離子交換膜的作用：分離、提純某些物質(zhì)三、“膜”術(shù)的應(yīng)用兩室電解池C三、“膜”術(shù)的應(yīng)用兩室電解池(2018·全國(guó)卷Ⅲ·27)KIO3是一種重要的無(wú)機(jī)化合物,可作為食鹽中的補(bǔ)碘劑?；卮鹣铝袉?wèn)題:(3)KIO3也可采用“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

,其離子遷移方向是

離子交換膜的作用：1.選擇性讓某類離子單向通過(guò)，平衡兩池電荷。3.制備某些物質(zhì)【真題體驗(yàn)】2H2O+2e-=2OH-+H2↑

K+由a到b2019年深圳一模27題節(jié)選：電解法制取KH2PO4

的原理如圖所示，一定條件下，還可以得到NaClO3

（5）在

室（填標(biāo)號(hào)）可得到KH2PO4

；寫出產(chǎn)生ClO3-

的電極反應(yīng)式

C三、“膜”術(shù)的應(yīng)用三室電解池離子交換膜的作用：1.選擇性讓某類離子單向通過(guò)，平衡兩池電荷。3.制備某些物質(zhì)【2016年高考新課標(biāo)Ⅰ卷】三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場(chǎng)的作用下，兩膜中間的Na+和SO42－可通過(guò)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。下列敘述正確的是（

）A．通電后中間隔室的SO42－離子向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大B．該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品C．負(fù)極反應(yīng)為2H2O–4e–=O2+4H+，負(fù)極區(qū)溶液pH降低D．當(dāng)電路中通過(guò)1mol電子的電量時(shí)，會(huì)有0.5mol的O2生成三、“膜”術(shù)的應(yīng)用三室電解池【真題體驗(yàn)】離子交換膜的作用：除雜提純、得產(chǎn)品B(2018·全國(guó)卷Ⅰ·27)焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉?wèn)題:(3)制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術(shù),裝置如圖所示,其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為

。電解后,

室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水,可得到Na2S2O5。

三、“膜”術(shù)的應(yīng)用【真題體驗(yàn)】三室電解池2H2O-4e-4H++O2↑a離子交換膜的作用：1.選擇性讓某類離子單向通過(guò)，平衡兩池電荷。3.制備某些物質(zhì)2014·全國(guó)卷Ⅰ·27(4)H3PO2（次磷酸）具有較強(qiáng)還原性，可以通過(guò)電解的方法制備。工作原理如圖所示(陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過(guò))：陽(yáng)極室的H+穿過(guò)陽(yáng)膜至產(chǎn)品室，原料室的H2PO2-穿過(guò)陰膜至產(chǎn)品室，二者反應(yīng)得到H3PO2三、“膜”術(shù)的應(yīng)用四室電解池①分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因離子交換膜的作用：1.選擇性讓某類離子單向通過(guò)，平衡兩池電荷。2.制備某些物質(zhì)2NO2-+6e-+8H+=4H2O+N2↑6H+電荷守恒6e-1mol6mol2018年八校聯(lián)考（改編）-28.“綠水青山就是金山銀山”，研究NO2、NO、CO、NO2-

等大氣污染物和水污染物的處理對(duì)建設(shè)美麗中國(guó)具有重要意義。（3）電化學(xué)降解亞硝酸根(NO2－)的原理如下圖：①電源的負(fù)極是

(填A(yù)或B）陰極反應(yīng)式為

。②若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了6mol電子，則膜右側(cè)電解液的質(zhì)量變化值(?m右)為

g。B2NO2-+6e-+8H+=4H2O+N2↑22H+?m右=m(N2)-m(H+)=28g-6g=22g離子交換膜的計(jì)算注意點(diǎn)：1.遷移離子所帶的電荷數(shù)=外電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)2.溶液物質(zhì)變化=電極反應(yīng)引起的變化和離子遷移引起的變化之和N2【堂上練兵】2014·福建卷·11某原電池裝置如右圖所示，電池總反應(yīng)為2Ag+Cl2=2AgCl。下列說(shuō)法正確的是A．正極反應(yīng)AgCl+e-=Ag+Cl-

B．放電時(shí)，交換膜右側(cè)溶液中有大量白色沉淀生成C．若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)改變D．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01mole-時(shí)，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02mol離子右側(cè)：Cl2+2e-=2Cl-

左側(cè)：Ag-e-+Cl-=

AgCl0.01molH+0.01molCl-離子交換膜的計(jì)算注意點(diǎn)：1.遷移離子所帶的電荷數(shù)=外電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)2.溶液物質(zhì)變化=電極反應(yīng)引起的變化和離子遷移引起的變化之和【堂上練習(xí)】D【實(shí)戰(zhàn)練兵3】一題目來(lái)源及背景題目來(lái)源

1.2019屆常平中學(xué)高三學(xué)生無(wú)機(jī)化工流程圖專題訓(xùn)練一2.2017年全國(guó)I卷第27題

背景

這類題目注重聯(lián)系生產(chǎn)生活，彰顯學(xué)科價(jià)值。突出以學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)實(shí)際為背景材料，能很好地體現(xiàn)《新課程標(biāo)準(zhǔn)》和《考試說(shuō)明》的要求。題目致力于從無(wú)機(jī)合成的常見(jiàn)原料（自然界的金屬礦石、海水資源、廢物回收利用等）為出發(fā)點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)一個(gè)與實(shí)際生產(chǎn)和考生實(shí)際相融合相接近的新情景，從中巧妙的包裝進(jìn)中學(xué)重要的基礎(chǔ)的元素化合物、反應(yīng)原理、氧化還原、實(shí)驗(yàn)操作與分離、提純等基礎(chǔ)知識(shí)與技能。是體現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)的重要手段。

讀取信息、表格分析能力、圖像識(shí)別能力、綜合分析能力、計(jì)算能力能力立意

科學(xué)素養(yǎng)

本題以“Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料”為背景，體現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)的實(shí)用性。情景真實(shí)，聚焦學(xué)科素養(yǎng)。知識(shí)立意

元素化合物知識(shí)轉(zhuǎn)化率方程式的書寫化學(xué)鍵沉淀溶解平衡的計(jì)算二命題立意及考點(diǎn)三學(xué)情分析及講解試題學(xué)情分析了解到學(xué)生主要存在的問(wèn)題是：圖像識(shí)別能力、表格分析能力欠缺，知識(shí)系統(tǒng)性不足，不能準(zhǔn)確切中問(wèn)題的要害，回答問(wèn)題偏離本意；陌生方程式書寫非常薄弱，讀取信息、加工信息的能力不強(qiáng)，不能正確的判斷反應(yīng)物和生成物，不能正確的書寫氧化還原型、非氧化還原型陌生方程式；對(duì)沉淀溶解平衡的計(jì)算等問(wèn)題；三講解試題物料走向題頭目的方框條件控制：用量、PH、溫度等1234浸出（或浸?。┙ɑ?yàn)V渣）凈化（或除雜）母液濾液與濾渣主產(chǎn)品（1）“酸浸”實(shí)驗(yàn)中，鐵的浸出率結(jié)果如下圖所示。由圖可知，當(dāng)鐵的浸出率為70%時(shí)，所采用的實(shí)驗(yàn)條件為：

題型2種問(wèn)法3看：圖中的標(biāo)注2看：曲線變化趨勢(shì)1看：橫、縱坐標(biāo)的物理量讀圖3看（t,T,α)1直接讀取數(shù)據(jù)2總結(jié)規(guī)律浸出率受溫度的影響100℃、2h；90℃、5h（2分）反應(yīng)類型氧化還原非氧化還原守恒質(zhì)量守恒電荷守恒改寫化學(xué)式形式離子形式FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O獲取信息的能力書寫離子方程式能力反應(yīng)物生成物反應(yīng)物生成物（3）TiO2?xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40min所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：溫度/℃3035404550TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率/%9295979388分析40℃時(shí)TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因控溫方式控溫范圍控溫原因控制溫度直接加熱、冰水浴、水浴、油浴、砂浴高溫、低溫、特定溫度或范圍等（3）TiO2?xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40min所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：溫度/℃3035404550TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率/%9295979388分析40℃時(shí)TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因物質(zhì)的狀態(tài)物質(zhì)的穩(wěn)定性反應(yīng)速率催化劑的活性某些離子水解溶解度平衡移動(dòng)、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率溫度會(huì)影響哪些方面1速率慢、生產(chǎn)效率低2吸熱反應(yīng)的平衡逆向移動(dòng)，

轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率下降3溶解度減小……（3）TiO2?xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40min所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：溫度/℃3035404550TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率/%9295979388分析40℃時(shí)TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因溫度太低（3）TiO2?xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40min所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：溫度/℃3035404550TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率/%9295979388分析40℃時(shí)TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因1放熱反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低2催化劑活性降低3物質(zhì)分解損失：熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)，如銨鹽、硝酸、

結(jié)晶水合物、氨水、雙氧水、碳酸氫鹽等4副反應(yīng)增多，常見(jiàn)于有機(jī)反應(yīng)5揮發(fā)性損失：低沸點(diǎn)的物質(zhì)如液溴、鹽酸等……溫度太高（3）TiO2?xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40min所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：溫度/℃3035404550TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率/%9295979388分析40℃時(shí)TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因

低于40℃，TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率隨溫度升高而增加；高于40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導(dǎo)致TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率下降。（4）Li2Ti5O15中Ti的化合價(jià)為，其中過(guò)氧鍵的數(shù)目為_(kāi)________

4（5）若“濾液②”中c(Mg2+)=0.02mol/L，加入雙氧水和磷酸（設(shè)溶液體積增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol/L，此時(shí)是否有Mg3(PO4)2沉淀生成（列式計(jì)算）_______________________________________________________________。FePO4、Mg3(PO4)2、的Ksp分別為1.3×10-22、1.0×10-24