(通用版)2020高考化学一轮复习第六章化学反应与能量6.7化学能与电能(5)含离子交换膜电池的应用(过热点)学案(含解析).doc
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1、1第 7 课时 化学能与电能(5)含离子交换膜电池的应用(过热点)近几年全国卷的高考中,涉及离子交换膜的试题较多,且常考常新。离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中离子具有选择性透过的高分子膜。根据透过的微粒类型,离子交换膜可以分为多种,在高考试题中,主要出现的是阳离子交换膜(如 2018全国卷T 27、2018全国卷T 27)、阴离子交换膜(2014全国卷T 27)和质子交换膜(2018全国卷T 13、2015全国卷T 11)三种,其功能是在于选择性通过某些离子和阻断某些离子或隔离某些物质,从而制备、分离或提纯某些物质。重难点拨1离子交换膜的类型和作用2多室电解池多室电解池是利用离子交换膜
2、的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室、多室等,以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。(1)两室电解池制备原理:工业上利用如图两室电解装置制备烧碱阳极室中电极反应:2Cl 2e =Cl2,阴极室中的电极反应:2H2O2e =H22OH ,阴极区 H 放电,破坏了水的电离平衡,使 OH 浓度增大,阳极区 Cl 放电,使溶液中的 c(Cl )减小,为保持电荷守恒,阳极室中的 Na 通过阳离子交换膜与阴极室中生成的 OH 结合,得到浓的 NaOH 溶液。利用这种方法制备物质,纯度较高,基本没有杂质。阳离子交换膜的作用它只允许 Na 通过,而阻止
3、阴离子(Cl )和气体(Cl 2)通过。这样既防止了两极产生的2H2和 Cl2混合爆炸,又避免了 Cl2和阴极产生的 NaOH 反应生成 NaClO 而影响烧碱的质量。(2)三室电解池利用三室电解装置制备 NH4NO3,其工作原理如图所示。阴极的 NO 被还原为 NH :NO5e 6H =NH H 2O,NH 通过阳离子交换膜进入 4 4 4中间室;阳极的 NO 被氧化为 NO :NO3e 2H 2O=NO 4H ,NO 通过阴离子交换膜 3 3 3进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应:8NO7H 2O 3NH4NO32HNO 3,为使电解产物全部转化为 NH4NO3,补充适量=
4、 = = = =电 解 NH3可以使电解产生的 HNO3转化为 NH4NO3。(3)多室电解池利用“四室电渗析法”制备 H3PO2(次磷酸),其工作原理如图所示。电解稀硫酸的阳极反应:2H 2O4e =O24H ,产生的 H 通过阳离子交换膜进入产品室,原料室中的 H2PO 穿过阴离子交换膜进入产品室,与 H 结合生成弱电解质 2H3PO2;电解 NaOH 稀溶液的阴极反应:4H 2O4e =2H24OH ,原料室中的 Na 通过阳离子交换膜进入阴极室。考法精析应用一 用于物质的分离和提纯典例 1 一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化,其工作原理如图所示,图中有机废水中有机物可用 C
5、6H10O5表示。下列有关说法不正确的是( )3ACl 由中间室移向左室BX 气体为 CO2C处理后的含 NO 废水的 pH 降低 3D电路中每通过 4 mol 电子,产生标准状况下 X 气体的体积为 22.4 L解析 该电池中,NO 得电子发生还原反应,则装置中右边电极是正极,电极反应 3为 2NO 10e 12H =N26H 2O,装置左边电极是负极,负极上有机物失电子发生氧 3化反应生成 X,电极反应 C6H10O524e 7H 2O=6CO224H 。放电时,电解质溶液中阴离子 Cl 移向负极室(左室),A 项正确;X 气体为 CO2,B 项正确;正极反应为2NO 10e 12H =N
6、2 6H2O,H 参加反应导致溶液酸性减弱,溶液的 pH 增大,C 项 3错误;根据负极电极反应 C6H10O524e 7H 2O=6CO224H 知,电路中每通过 4 mol 电子,产生标准状况下 CO2气体的体积为 622.4 Lmol1 22.4 L,D 项正确。4 mol24答案 C备考方略 含离子交换膜电化学装置题的解题步骤应用二 用于物质的制备类型(一) 判断离子的迁移方向典例 2 (1)(2018全国卷节选)KIO 3可采用“电解法”制备,装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式_。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_,其迁移方向是_。(2)(2018全国卷节选)制备 Na2
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