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(共32张PPT)
专题七　电化学
微专题3　电化学中离子交换膜的分析与应用
高考真题赏析　明考向
电化学装置中双极膜的使用
1
角度
1. (2023·广东选考)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(　　)
多用于电解池中，可以向阴阳两区提供所需的H＋和OH－
?
A．电解总反应：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH
B．每生成1 mol NH3·H2O，双极膜处有9 mol的H2O解离
C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
【答案】　B
电化学装置中多膜多室
2
角度
【答案】　B
规律方法整合　建模型
? 常见的离子交换膜　
种类 允许通过的离子及移动方向 说明
阳离子交换膜 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许阳离子通过
阴离子交换膜 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极 只允许阴离子通过
质子交换膜 H＋→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H＋通过
种类 允许通过的离子及移动方向 说明
双极膜 由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并通过阳膜和阴膜分别向两极区移动 只允许H＋和OH－通过
? 离子交换膜的作用
【思维模型】　解含离子交换膜电化学装置题思维模型
第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步：写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断透过膜的离子迁移方向。
第三步：分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。
强基培优精练　提能力
电化学装置中双极膜的使用
1
角度
1. (2024·广东深圳二模)我国科研工作者研发了一种光电催化系统，其工作原理如图所示。工作时，光催化Fe2O3电极产生电子和空穴；H2O在双极膜界面处解离成H＋和OH－，有利于电极反应顺利进行，下列说法不正确的是(　　)
A．双极膜中靠近Fe2O3电极的一侧为阴膜
B．左室溶液pH逐渐增大
C．GDE电极发生的反应为O2＋2H＋＋2e－===H2O2
D．空穴和电子的产生驱动了脱硫与H2O2制备反应的发生
【答案】　B
2. (2024·湖北十堰市二模)一种应用间接电氧化红曲红(M)合成新型红曲黄色素(N)的装置如图。下列说法正确的是(　　)
【答案】　C
电化学装置多膜多室
2
角度
3. (2024·河北沧州二模)一种新型酸碱混合锌铁液流电池放电时的工作原理如图所示。已知X和Y分别为阳离子膜和阴离子膜，①、②、③区电解质溶液的酸碱性不同。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，a电极的反应为Zn－2e－＋
4H2O===[Zn(OH)4]2－＋4H＋
B．放电时，Cl－由②区向③区迁移
C．充电时，②区电解质溶液的浓度减小
D．充电时，③区溶液的酸性减弱
【答案】　C
【解析】　a极为负极，Zn发生失电子的氧化反应生成[Zn(OH)4]2－，同时可判断①区电解质溶液呈碱性，b极为正极，Fe3＋发生得电子的还原反应生成Fe2＋，同时可判断③区电解质溶液呈酸性。根据分析，放电时，a极为负极，Zn发生失电子的氧化反应生成[Zn(OH)4]2－，电极反应：Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2－，A错误；放电时，b极为正极，Fe3＋发生得电子的还原反应生成Fe2＋，为保持电解质溶液呈电中性，溶液中阴离子透过阴离子交换膜移向②区，B错误；充电过程中，a电极发生电极反应：[Zn(OH)4]2－＋2e－===Zn＋4OH－，b电极发生电极反应：2Fe2＋－2e－===2Fe3＋，结合离子交换膜种类及电解质溶液保持电中性，Na＋移向①，Cl－移向③，②区电解质溶液的浓度减小，C正确；根据分析可知，充电时③区溶液中Fe2＋失e－生成Fe3＋，酸性增强，D错误。
4. (2024·湖南怀化二模)某研究机构使用Li-SO2Cl2电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如下图所示，已知电池反应为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑，下列说法错误的是(　　)
A．膜a、c是阴离子交换膜，膜b是阳离子交换膜
B．电池的e极连接电解池的h极
C．电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
D．生成0.5 mol Ni(H2PO2)2时，理论上电解池中不锈钢电极附近溶液质量增加22克
【答案】　A
【解析】　由电池反应可知，锂电极是左侧原电池的负极，氯离子作用下，锂在负极失去电子发生氧化反应生成氯化锂，石墨电极是正极，SO2Cl2在正极得到电子发生还原反应生成氯离子和二氧化硫；右侧装置为电解池，与直流电源直接相连的镍电极是电解池的阳极，镍在阳极失去电子发生氧化反应生成镍离子，放电生成的镍离子通过阳离子交换膜进入产品室，不锈钢电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，Ⅲ室中的钠离子通过阳离子交换膜进入Ⅳ室，次磷酸根离子通过阴离子交换膜进入产品室。由分析可知，膜a、c是阳
离子交换膜，膜b是阴离子交换膜，故A错误；由分析可知，锂电极是左侧原电池的负极，石墨电极是正极，镍电极是电解池的阳极，不锈钢电极为阴极，则电池的e极连接电解池的h极，故B正确；由分析可知，石墨电极是正极，SO2Cl2在正极得到电子发生还原反应生成氯离子和二氧化硫，电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑，故C正确；由分析可知，镍电极是电解池的阳极，镍在阳极失去电子发生氧化反应生成镍离子，放电生成的镍离子通过阳离子交换膜进入产品室，不锈钢电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，Ⅲ室中的钠离子通过阳离子交换膜进入Ⅳ室，次磷酸根离子通过阴离子交换
考前押题　练预测
1. (2024·福建三明市三模)下图所示装置可实现镍离子(Ni2＋)和钴离子(Co2＋)的分离。双极膜内的H2O解离为H＋和OH－，在直流电场作用下分别向两极迁移。已知Co2＋与乙酰丙酮不反应。下列说法正确的是(　　)
A．离子交换膜只允许阴离子通过
B．石墨M的电极反应式为Co2＋＋2e－===Co
C．双极膜内水解离出的OH－能抑制Ⅱ室中
的转化反应
D．若导线中通过1 mol电子，Ⅰ室与Ⅲ室溶液质量变化之差为65 g
【答案】　D
【解析】　该装置为电解池，氢离子向右移动，则N为阴极，n为负极，M为阳极，m为正极，以此解题。由图可知，乙酰丙酮和镍离子结合，镍离子和钴离子通过离子交换膜，则离子交换膜为阳离子交换膜，A错误；由分析可知，M为阳极，电极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，B错误；由原子守恒和电荷守恒知，Ⅱ室中的转化反应生成H＋，故水解离出的OH－可以促进Ⅱ室中的转化反应，C错误；由原理可知，导线中流过1 mol电子，Ⅰ室移入Ⅱ室的Ni2＋和Co2＋总物质的量为0.5 mol，同时有0.5 mol氯气生成，质量减少65 g，Ⅲ室中阴极反应消耗的H＋由水解离出的H＋等量补充，溶液质量不变，故两室溶液质量变化之差约为65 g，D正确。
2. (2024·湖南岳阳市三模)电解苯酚的乙腈(CH3CN)水溶液可在电极上直接合成扑热息痛(HONHO)，电极材料均为石墨，电极c的电极反应式为OH＋CH3CN＋H2O－2e－―→HONHO＋2H＋。下列说法错误的是(　　)
A．硫酸根离子向甲室移动
B．电极d的电极反应类型是
还原反应
C．电极b的电极反应式为H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O
D．合成1 mol扑热息痛，理论上甲室质量增重96 g
【答案】　D

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