從氯堿工業(yè)的發(fā)展史探索電解池中膜的應(yīng)用

2023年10月19日從氯堿工業(yè)發(fā)展史探索電解池中膜的應(yīng)用

高三一輪復(fù)習(xí)---電解池中膜的應(yīng)用從氯堿工業(yè)發(fā)展史探索電解池中膜的應(yīng)用任務(wù)一

氯堿工業(yè)的發(fā)展史任務(wù)二

現(xiàn)代新型電解池交換膜任務(wù)三

電解池中膜的里程碑式應(yīng)用NaOH產(chǎn)品不純，石棉隔膜會對環(huán)境造成很大的污染利用汞和石墨作電極電解食鹽水

任務(wù)一

氯堿工業(yè)的發(fā)展史產(chǎn)品不能分開利用汞和石墨作電極電解食鹽水。在汞電極上，Na+比H+容易放電。堿濃度高，質(zhì)量好，成本低，但汞對環(huán)境的污染嚴(yán)重?！拘≠N士】汞的作用就是增大氫在電極上放電時的超電勢,促使鈉放電生產(chǎn)金屬鈉而阻止氫放電釋出氫氣。所以雖然氫離子的氧化性較強但是在這里鈉先被還原。如何將陰陽兩極的物質(zhì)分開設(shè)備簡單，產(chǎn)品質(zhì)量高，能耗低，未來的方向陽離子交換膜1975年離子交換膜電解法在日本和美國實現(xiàn)工業(yè)化。2005年我國氯堿產(chǎn)量首次超過美國，化工水平全球第一氯堿工業(yè)---中國現(xiàn)代化工之母1.膜的作用分開原料和產(chǎn)品，分離提純物質(zhì)，制備物質(zhì)。分隔陰極室和陽極室，傳遞離子，隔離離子，調(diào)節(jié)離子濃度，阻止Cl-進入陰極附近，允許Na+自由移動，增大離子濃度或減小離子濃度，平衡陰陽室離子的電荷，防止副反應(yīng)發(fā)生，防止引發(fā)不安全因素，避免影響產(chǎn)品質(zhì)量，

任務(wù)二

現(xiàn)代新型電解池交換膜【案例一】（23·湖北-10）我國科學(xué)家設(shè)計如圖所示的電解池，實現(xiàn)了海水直接制備氫氣技術(shù)的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為。下列說法錯誤的是（

）A.b電極反應(yīng)式為：2H2O+2e-=H2↑

+2OH-B.離子交換膜為陰離子交換膜C.電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜D.海水為電解池補水的速率為2xmol?h-1A.電極反應(yīng)式書寫判斷B.隔膜類型判斷C.隔膜的選擇性判斷D.電解過程物質(zhì)的變化

及定量計算【裝置特點】離子交換膜，

分子選擇性透過隔膜；D【案例二】（2023.廣東-16）用一種具有“卯榫”結(jié)構(gòu)的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現(xiàn)大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H20在雙極膜界面處被催化解離成H+和0H-，有利于電解反應(yīng)順利進行。下列說法不正確的是（

）

A.電極方程式的書寫。B.電解定量計算。C.電解物質(zhì)變化過程。D.影響速率因素【裝置特點】

雙極膜，“卯榫”結(jié)構(gòu)BA．電解總反應(yīng)：KNO3+3H2O=NH3.H2O+2O2+KOHB．每生成NH3.H2O，雙極膜處有9mol的H20解離C．電解過程中，陽極室中KOH的物質(zhì)的量不因反應(yīng)而改變D．相比于平面結(jié)構(gòu)雙極膜，“卯榫”結(jié)構(gòu)可提高氨生成速率【案例三】（2021.湖南.10）液流電池因其具有可深度充放電、可模塊化調(diào)控、不受地理環(huán)境限制等優(yōu)點，已成為大規(guī)模儲能領(lǐng)域中備受重視的儲能器件。其中鋅/溴液流電池作為新能源儲能技術(shù)的代表，功率性能極佳且造價低廉。三單體串聯(lián)鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：下列說法正確的是（

）A．放電時，N極為負極B．放電時，左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過D．充電時，M極的電極反應(yīng)式為Zn2+-2e-=ZnA.電極判斷。B.電解過程物質(zhì)變化。C.交換膜的選擇。D.電極方程式書寫?！狙b置特點】兩性離子交換膜，多元輔助反應(yīng)，循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化CA．電子由B極經(jīng)導(dǎo)線流向A極B．合成蛋白質(zhì)纖維膜可以是質(zhì)子交換膜C．B極的電極反應(yīng)為2H2O﹣4e﹣=O2+4H+D．每生成60g異丙醇電路中通過的電子數(shù)目為18NA【案例四】某光電催化反應(yīng)器如圖所示，A電極是Pt/CNT、B電極是TiO2：通過光解水，可由CO2制得異丙醇。下列說法錯誤的是（

）A.電子流向判斷。

B.交換膜的選擇。C.電極方程式書寫。D.電解過程物質(zhì)變化及定量計算?！狙b置特點】合成蛋白質(zhì)纖維膜、質(zhì)子交換膜、多催化材料催化反應(yīng)、多種能量變化。D2.膜的種類陽離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜外，分子選擇性透過摸，雙極膜、兩性離子交換膜、合成蛋白質(zhì)纖維膜?！疽弧繜o水HF中電解KHF2制得單質(zhì)氟

任務(wù)三

電解池中膜的里程碑式應(yīng)用無水HF中電解KHF2制得單質(zhì)氟電解讓一切皆有可能發(fā)生。【一】無水HF中電解KHF2制得單質(zhì)氯1886年，莫瓦桑以電解熔融的氟氫化鉀(KHF?)和氟化氫(HF)混合物制備氟單質(zhì)，電解制氟裝置如圖所示。采用全氟離子交換膜。要用鎳銅合金隔板將兩種氣體產(chǎn)物嚴(yán)格分開的原因是____________。不能用電解純凈的液態(tài)HF獲得氟氣的原因是____________?！狙b置特點】全氟離子交換膜，不斷補充HF，在鋼瓶或銅瓶中進行常加入氟化鋰或氟化鋁來降低電解質(zhì)熔點及減輕碳電極的極化作用【二】電有機合成己二腈電有機合成改變了有機合成的方向，具有條件溫和、反應(yīng)試劑純凈，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點?！径侩娪袡C合成己二腈【裝置特點】質(zhì)子交換膜，原料純凈，

（CH3）4NBr作電解質(zhì)導(dǎo)電作用，并有利于丙烯腈的溶解?！救夸囯x子電池池鋰離子電池的發(fā)明，改變了能量世界、電子世界2019年諾貝爾化學(xué)獎頒發(fā)給最早開發(fā)具有商業(yè)價值的鋰離子電池的科學(xué)家【三】鋰離子電池裝置特點：電解液為有機溶劑體系，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜（聚合物隔膜）2.膜的種類陽離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜外，分子選擇性透過摸，雙極膜、兩性離子交換膜、合成蛋白質(zhì)纖維膜。聚電解質(zhì)復(fù)合物膜、鑲嵌離子交換膜等。半透膜、生物質(zhì)膜等。三維打印電動汽車“紙電池”：新概念電池，由銀和碳納米材料制成的特殊墨水，涂在紙張上制成。設(shè)計“紙電池”探索永無止境，熱點正在發(fā)生。量僅有o.5t。最高時速達到70km/h，續(xù)航里程為150km。為輕型、柔然性、高效的新型能源“紙電池”隔離膜:納米纖維素膜Zn/C，O2Mg/C，O2Mn/Ag，MnO2Ag

/

C，

NaCl溶液Mg/Cu，CuSO4溶液設(shè)計“紙電池”重復(fù)使用的電解池裝置還需要設(shè)計者們堅持不懈的努力。

課堂板書：3.膜的里程碑式應(yīng)用：電解制氟氣，電有機合成，鋰離子電池，“紙電池”。。。。。。1.膜的作用：分隔陰極室和陽極室，傳遞離子，隔離離子，阻止Cl-進入陰極附近，允許Na+自由移動，調(diào)節(jié)離子濃度，增大離子濃度或減小離子濃度平衡陰陽室離子的電荷，防止副反應(yīng)發(fā)生防止引發(fā)不安全因素，避免影響產(chǎn)品質(zhì)量，分開原料和產(chǎn)品，用于分離提純物質(zhì)，制備物質(zhì)。

2.膜的種類:陽離子交換膜、陰離子交換膜，分子選擇性透過摸，雙極膜、兩性離子交換膜、合成蛋白質(zhì)纖維膜、質(zhì)子交換膜、聚電解質(zhì)復(fù)合物膜、鑲嵌離子交換膜等、半透膜、生物質(zhì)膜。

課堂小結(jié)：通過氯堿工業(yè)的發(fā)展史探索了電解池中膜的應(yīng)用，膜的發(fā)展、改進和創(chuàng)新，帶動了制備、凈化，新儲能、新材料，新電源的巨大發(fā)展。A．光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置中N型半導(dǎo)體為正極

B．c、e為陽離子交換膜，d為陰離子交換膜C．保持電流恒定，溫度越高合成四甲基氫氧化銨的速率越快D．制備182g四甲基氫氧化銨，兩極共產(chǎn)生33.6L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)【訓(xùn)練一】（2022·邯鄲一中）據(jù)2022年1月統(tǒng)計，我國光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機容量突破3億千瓦，連續(xù)七年穩(wěn)居全球首位。已知四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]常用作電子工業(yè)清洗劑，以四甲基氯化銨[(CH3)4NCl]為原料，采用電滲析法合成[(CH3)4NOH]，工作原理如圖。下列說法正確的是（

）BDA.電極的判斷B.隔膜類型判斷C.影響速率因素D.電解定量計算【裝置特點】多重膜，新增光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，陌生有機物制備【訓(xùn)練二】（2021.全國甲.7）乙醛酸是一種重要的化工中間體，可用如下圖所示的電化學(xué)裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H20解離為H+和0H-，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是（

）+2H++2e-=+H2OA．KBr在上述電化學(xué)合成過程中只起電解質(zhì)的作用B．陽極上的反應(yīng)式為：C．制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1mol電子D．雙極膜中間層中