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(共16张PPT)
微专题5　离子交换膜在电化学中的应用
1.离子交换膜的分类与作用
2.三类交换膜应用实例
种类 装置图 说明
阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过) 铜锌原电池
①负极反应式:Zn-2e-===Zn2+
②正极反应式:Cu2++2e-===Cu
③Zn2+通过阳离子交换膜进入正极区
④阳离透过阳离子交换进入原电池正极
种类 装置图 说明
阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过)
以Pt为电极电解淀粉-KI溶液,中间用阴离子交换膜隔开
种类 装置图 说明
质子交换膜
(只允许H+和水分子通过)
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH),可获得清洁能源H2 ①阴极反应式:2H++2e-===H2↑
②阳极反应式:CH3COOH-8e-+2H2O===2CO2↑+8H+
③阳极产生的H+通过质子交换膜移向阴极
④H+透过质子交换膜进入电解池的阴极
3.常见带离子交换膜的三大装置
多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,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,以达到物质制备、浓缩、净化、提纯的目的。
(1)两室电解池
①制备原理:工业上利用如图两室电解装置制备烧碱
②阳离子交换膜的作用
它只允许Na+通过,而阻止阴离子(Cl-)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2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。
(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。
4.离子交换膜类型的判断方法
根据电解质溶液呈电中性的原则,判断膜的类型,判断时首先写出阴、阳两极上的电极反应,依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余,因该电极附近溶液呈电中性,从而判断出离子移动的方向,进而确定离子交换膜的类型,如电解饱和食盐水时,阴极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,则阴极区生成H2和OH-,阳极区域的Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与OH-结合生成NaOH,故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。
1.利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2,装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.a极反应:CH4-8e-+4O2-
===CO2+2H2O
B.A、C膜均为阳离子交换
膜,B膜为阴离子交换膜
C.该装置工作时还可得到产物NaOH、H2、Cl2
D.a极上通入2.24 L甲烷(标准状况),阳极室Ca2+减少0.8 mol
D
2.利用电解原理制备物质可分为两个类型，请将表格补充完整。
类型 电解池构造 膜类型
“解离”型 ①膜1:　　　　　　　　　　　;
膜2:　　　　　　　　　　
“组合”型 ②膜3:　　　　　　　　　　,
膜4:　　　　　　　　　
阳离子交换膜
阴离子交换膜
阳离子交换膜
阴离子交换膜
解析　①根据图中由稀溶液得到了对应的浓溶液可知,中间室中的An+移向左侧,Bm-移向右侧,则膜1是阳离子交换膜,膜2是阴离子交换膜;②根据离子从“原料区”移向“产品区”可知,左侧的An+移向中间室,右侧的Ya-移向中间室,An+和Ya-结合成产物AaYn,则膜3为阳离子交换膜,膜4为阴离子交换膜。(共8张PPT)
微专题1　化学反应中的能量变化图
放热反应
(ΔH<0)
ΔH=(E2-E1) kJ·mol-1=(a-b) kJ·mol-1=-c kJ·mol-1(图中a、b、c均大于0)
吸热反应
(ΔH>0)
ΔH=(E2-E1) kJ·mol-1=(a-b) kJ·mol-1=+c kJ·mol-1(图中a、b、c均大于0)
1.某反应由两步反应A→B→C构成,它的反应焓曲线如图,下列叙述正确的是(　　)
A.两步反应均为吸热反应
B.A与C的能量差为E4
C.三种化合物的稳定性BD.A→B反应,反应条件一定要加热
C
解析　A.反应物总焓大于反应产物总焓,反应为放热反应,否则为吸热反应,A的焓小于B,说明该反应为吸热反应,B的焓大于C,则该反应为放热反应,故A错误;B.A与C的焓差为整个反应的焓差ΔH=ΔHA→B+ΔHB→C=E1-E2+E3-E4,故B错误;C.焓越低越稳定,C焓最低,最稳定,三种化合物中的稳定性B2.氨气是一种重要的化工原料,工业上用N2和H2合成NH3。现已知N2(g)和H2(g)反应生成1 mol NH3(g)过程中能量变化示意图如下图。回答下列问题:
(1)该反应为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)合成氨的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。
(3)已知键能数据如下表,结合以上数据求出N—H键键能X=　　　 kJ·mol-1。
(4)工业上,以氨气为原料生产硝酸的第一步为氨催化氧化,请写出该反应的化学
方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
化学键 H—H N≡N N—H
键能kJ·mol-1 436 946 X
放热
391(共13张PPT)
微专题4　电化学中的串联装置
1.有外接电源电池类型的判断方法
有外接电源的各装置均为电解池,若电解池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同,则该电解池为电镀池。如:
则甲为电镀池,乙、丙均为电解池。
2.无外接电源装置类型的判断方法
(1)直接判断
非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等在电路中为外接电源,则其他装置为电解池。如图所示:
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极;而电解池则一般两个都是惰性电极,如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示:
B为原电池,A为电解池
(3)根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型。如图所示:
若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极;甲是电解池,A是阳极,B是阴极,B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。
3.串联装置的解题流程
1.(2024·山东省实验中学开学考试)双极膜是一种离子交换复合膜,在直流电源作用下能将中间层的水分子解离成H+和OH-,并分别向两极迁移,用双极膜电解制备金属钴的工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　)
C
2.以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池,采用电解法制备 Fe(OH)2,装置如图所示,其中电解池两极材料分别为铁和石墨,通电一段时间后,右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。则下列说法正确的是(　　)
A.石墨电极Ⅱ处的电极反应式为
O2+4e-===2O2-
B.X是铁电极
C.电解池中有1 mol Fe溶解,石墨Ⅰ消耗
H2 22.4 L
D.若将电池两极所通气体互换,X、Y两极材料也互换,实验方案更合理
D
3.(双选)(2022·山东卷)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是(　　)
A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐增大
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-
===Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增
加300 mg,则此时已进行过溶液转移
BD(共14张PPT)
微专题2　反应热的计算
1.根据热化学方程式计算
[例1]　已知由氢气和氧气反应生成4.5 g水蒸气时放出60.45 kJ的热量。
(1)写出H2燃烧的热化学方程式。
(2)计算该条件下50 g H2燃烧放出的热量。
答案　(1)2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH=-483.6 kJ·mol-1
(2)6 045 kJ
2.根据反应物、反应产物的键能计算
ΔH=反应物的键能总和-反应产物的键能总和。
[例2]　根据键能数据计算CH4(g)+4F2(g)===CF4(g)+4HF(g)的反应热ΔH。
答案　-1 940 kJ·mol-1
解析　ΔH=反应物键能总和-反应产物键能总和=(4×414+4×155-4×489-4×565) kJ·mol-1=-1 940 kJ·mol-1。
化学键 C—H C—F H—F F—F
键能/kJ·mol-1 414 489 565 155
3.根据物质的燃烧热数值计算
Q(放)=n(可燃物)×|ΔH(燃烧热)|。
[例3]　已知丙烷的燃烧热ΔH=-2 215 kJ·mol-1,若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8 g水,则放出的热量约为(　　)
A.55 kJ B.220 kJ C.550 kJ D.1 108 kJ
解析　丙烷分子式是C3H8,燃烧热为ΔH=-2 215 kJ·mol-1,则1 mol 丙烷完全燃烧会产生4 mol 水,放热2 215 kJ。1.8 g水的物质的量为0.1 mol,则消耗丙烷的物质的量为0.025 mol,所以反应放出的热量为0.025 mol×2 215 kJ·mol-1=55.375 kJ,则放出的热量约为55 kJ。
A
4.根据盖斯定律计算
将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减,得到一个新的热化学方程式及其ΔH。
[例4]　CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。
+247
5.根据反应物和反应产物的总能量计算
[例5]　(2022·广东卷)Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应历程如图,X(g)→Y(g)过程的焓变为　　　　　　　　　　(列式表示)。
(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)
解析　设反应过程中第一步的产物为M,第二步的产物为N,则X→M的ΔH1=E1-E2,M→N的ΔH2=ΔH,N→Y的ΔH3=E3-E4,根据盖斯定律可知,X(g)→Y(g)的焓变为ΔH1+ΔH2+ΔH3=(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)。
A.0.5(a+b-c-d) kJ·mol-1 B.0.5(c+a-d-b) kJ·mol-1
C.0.5(c+d-a-b) kJ·mol-1 D.0.5(b+d-a-c) kJ·mol-1
A
2.已知:Cu(s)+2H+(aq)===Cu2+(aq)+H2(g)　ΔH1
A(共9张PPT)
微专题3　锂离子电池
1.锂离子电池的优点
具有质量小、体积小、储存和输出能量大等优点。是多种便携式电子设备和交通工具的常用电池。
2.常见锂离子电池的材料组成
负极材料 正极材料 电解质溶液
嵌锂石墨(LixCy) 钴酸锂(LiCoO2) 六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液
3.常见锂离子电池的工作原理
结构原理图
放电时的反应 负极反应:LixCy-xe-===xLi++Cy Li+由石墨中脱嵌移向正极,嵌入LiCoO2晶体中
正极反应:Li1-xCoO2+xe-+xLi+===LiCoO2
总反应:LixCy+Li1-xCoO2===LiCoO2+Cy
1.新型镁-锂双离子二次电池的工作原理如图,下列关于该电池的说法正确的是(　　)
A.放电时,Li+通过离子交换膜向左
移动
B.充电时,外加电源的正极与X相连
C.充电时,导线上每通过0.2 mol e-,
左室中溶液的质量就减少1 g
D.放电时,正极的电极反应式为Li1-xFePO4+xLi+-xe-===LiFePO4
C
解析　A.放电时为原电池,原电池中阳离子移向正极,所以Li+由左向右移动,A项错误;B.充电时外加电源的正极与Y相连,B项错误;C.充电时,左室得电子发生还原反应,电极反应式为Mg2++2e-===Mg,导线上每通过0.2 mol e-,右室将有0.2 mol Li+移向左室,所以溶液质量减少2.4 g-1.4 g=1 g,C项正确;D.放电时,右边为正极,得电子发生还原反应,反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-===LiFePO4,D项错误。
2.近年来电池研究领域涌现出一类纸电池,其厚度仅0.5毫米,可以任意弯曲。组成与传统电池类似。某纸电池结构如图所示,其M极为嵌锂石墨烯(LixC6),N极为钴酸锂(LiCoO2),电解质为六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯溶液(无水)。下列说法错误的是(　　)
A.放电时,M电极反应式为
LixC6-xe-===xLi++C6
B.放电时,Li+由N极向M极迁移
C.充电时,M极接直流电源负极
D.充电时,N极反应式为LiCoO2-xe-===xLi++Li1-xCoO2
B
解析　原电池放电时,负极M电极反应式为LixC6-xe-===xLi++C6,A正确;原电池放电时,阳离子锂离子由负极M向正极N移动,B错误;充电时,M极发生得电子的还原过程,连接直流电源的负极,C正确;充电时,N极反应式为LiCoO2-xe-===xLi++
Li1-xCoO2,D正确。
3.一种锂离子电池的负极材料为嵌锂石墨(LixCy),正极材料为钴酸酸(LiCoO2),电解质溶液为六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯溶液(无水),电池反应原理如下:
当电池放电时:
负极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
正极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
LixCy-xe-===xLi++Cy
Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2

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