2023届高考化学二轮复习专题课件（共20张PPT）★★电化学离子交换膜的分析与应用

(共20张PPT)
2023届高考化学二轮复习专题课件★★
电化学离子交换膜的分析与应用
演练
角度一　“单膜”电解池
1.(2018·全国卷Ⅰ，13)最近我国科学家设计
了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天
然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如右
所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨
烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发
生反应为：
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是
A.阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===
CO＋H2O
B.协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋
H2O＋S
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，
溶液需为酸性
√
由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；
由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；
将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；
Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。
2.[2018·全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO3
也可采用“电解法”制备，装置如
图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式：
__________________________。
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
②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________________。
K＋
由电极a到电极b
电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－=== ＋3H2O。阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。
√
根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－=== ，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，K＋从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误；
Ⅰ区的 通过隔膜向Ⅱ区迁移，B正确；
MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋
4H＋===Mn2＋＋2H2O，C正确；
电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋
=== ＋Mn2＋＋2H2O，D正确。
角度三　“多膜”电解池
4.[2014·全国卷Ⅰ，27(4)]H3PO2也可
用电渗析法制备。“四室电渗析法”
工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别
只允许阳离子、阴离子通过)：
①写出阳极的电极反应式：________
__________________。
2H2O－
4e－===O2↑＋4H＋
阳极发生氧化反应，水中的OH－失去电子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
②分析产品室可得到H3PO2的原因：_______________________________
___________________________________________________________。
阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品
室，原料室的 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_______杂质。该杂质产生的原因是_____________________。
1.(2021·重庆1月适应性测试，10)双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br－可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
考向预测
√
电解时，双极膜中的氢氧根离子向阳极移动，进入交换室1，盐室中的Na＋向阴极移动，进入交换
室1，则出口2的产物为NaOH
溶液，A错误；
钠离子不能通过双极膜，故出
口5不是硫酸，B错误；
Br－通过阴离子交换膜进入交换室2，但是不能通过双极膜，所以Br－不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；
电解池阴极处，发生还原反应，水解离成H＋和OH－，则在阴极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，D正确。
2.[2021·河北1月选考模拟，18(1)(2)(3)(4)(5)]我国科学家最近发明了一种Zn-PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：
回答下列问题：
(1)电池中，Zn为______极，B区域的电
解质为_______(填“K2SO4”“H2SO4”
或“KOH”)。
负
K2SO4
根据图示可知，Zn电极失去电子生成Zn2＋，与溶液中的OH－结合形成 ，所以Zn电极为负极；在A区域的电解质为KOH，在B区域的电解质为K2SO4，C区域电解质为H2SO4。
(2)电池反应的离子方程式为_________________________________________。
(3)阳离子交换膜为图中的______(填“a”或“b”)膜。
a
(4)此电池中，消耗6.5 g Zn，理论上可产生的容量(电量)为________毫安时(mAh)(1 mol电子的电量为1 F,1 F＝96 500 C·mol－1，结果保留整数)。
5 361
(5)已知E为电池电动势[电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－)]，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较， ______ ； ________
(填“>”或“<”)。
＞
＜
由于Zn比Pb活动性强，正极材料都是PbO2，所以Zn-PbO2的电势差比Pb-PbO2的电势差大，则 > ；不同电池的电势差越大，电池反应的自由能变就越小，由于Zn-PbO2的电势差比Pb-PbO2的电势差大，所以 < 。