2024届高三化学一轮复习 电化学里的“魔法师”——离子交换膜 课件(共15张PPT)

(共15张PPT)
电化学里的“膜法师”——离子交换膜
2024届高三专题复习
2023全国甲卷 2022全国甲卷 2021全国甲卷
2023全国乙卷 2022全国乙卷 2021全国乙卷
感受高考 明确考向
考查知识点：
1.电极名称、电势高低判断
3.电极反应式的书写与正误判断
2.三个方向（电子、电流、离子）
4.电解质溶液质量、PH、浓度的变化
5.离子交换膜的种类判断及穿膜离子方向判断
6.有关定量计算
学习目标：理解并掌握电化学中关于离子交换膜的判断、应用及相关计算。
通过对离子交换膜的分析感受化学原理在社会生活中的应用。
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
1.什么是离子交换膜？常见的类型有哪些？离子交换膜的原理？
2.电化学装置中为什么要引入离子交换膜？它的作用是什么？
3.离子交换膜在教材中的原理模型
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。
阳离子交换膜
阴离子交换膜
双极膜
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
1.什么是离子交换膜？常见的类型有哪些？离子交换膜的原理？
质子交换膜
锂离子交换膜
只允许阳离子通过，不允许阴离子和气体分子通过。
2.电化学装置中为什么要引入离子交换膜？它的作用是什么？
缺点:负极与电解质溶液直接接触，导致电流不稳定， 电能转化率低
单液原电池
→
带盐桥的原电池
→
缺点:电流稳定， 但电流小 （盐桥电阻大）
优点：有效隔离，电阻小。
电流稳定， 电流较大。
带离子交换膜的原电池
离子交换膜的作用：
①隔离Zn和CuSO4溶液，避免直接反应
②选择性通过离子，平衡电荷，形成闭合回路
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
[回归教材1]选修4教材P80 画出氯碱工业电解装置图
3.离子交换膜在教材中的经典原理模型
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
写出电极反应式和总化学方程式
[回归教材1]选修4教材P80 画出氯碱工业离子交换膜电解装置图（一膜二进四出）
3.离子交换膜在教材中的经典原理模型
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
写出电极反应式和总化学方程式
思考:根据阳极室电解质溶液浓度的变化和工作原理，再提出氯碱工业的一个化工用途？
[回归教材2] 必修2教材P90 海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
已知海水中含有大量的Na+和Cl- 及少量Ca2+、Mg2+、SO42-
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
模拟氯碱工业装置图自主设计“三室式电渗析法”海水淡化装置图,写出电极反应式
3.离子交换膜在教材中的经典原理模型
两膜三进三出
化学电源
物质制备
物质分离提纯
活动二、析膜——题型例析——建构思维模型
例1：（2018浙江高考改编）以K2CrO4为原料，利用电解法制备K2Cr2O7的实验装置如下图
（1）K2CrO4 为什么能在阳极区转化为K2Cr2O7，用离子方程式和简单的语言文字说明 。
（2）电解的总化学方程式为 。
（3）若电解前K2CrO4 1mol，通电一段时间后阳极室中K和Cr的物质的量之比为3：2，则K+通过阳离子交换膜向阴极室移动 mol，
左侧KOH溶液增重 g。
2.离子交换膜的计算注意点：
①.迁移离子所带的电荷数=外电路上转移的电子数
②溶液质量变化=电极反应引起的变化和离子迁移引起的变化之和
角度一、单膜
Ⅰ、物质制备型
1.思维建模——“隔膜”电化学装置的解题步骤：
一判池
二判极
三写电极反应
四判膜类型和穿膜离子方向
五计算
例2：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两离子交换膜隔开，形成I、II、III三个电解质溶液区域，结构示意图如图，回答下列问题：
（1）电池中，Zn为 极，II区域的电解质为 （填K2SO4、H2SO4或KOH）
（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。
活动二、析膜——题型例析——建构思维模型
角度二、双膜
Ⅱ、新型化学电源
负
K2SO4
a
链接高考：（2022全国甲卷）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是
D．电池总反应：Zn+4OH－+MnO2+4H+=Zn(OH)42－+Mn2++2H2O
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO42－通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e－+4H+=Mn2++2H2O
角度三、多膜
活动二、析膜——题型例析——建构思维模型
例3、（2023重庆模考）双极膜(BP) 是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH﹣，作为H+和OH﹣离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜，下列说法错误的是
A．Y电极与电源正极相连，发生的反应为4OH﹣﹣4e﹣═O2↑+2H2OB．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜C．“双极膜组”电渗析法也可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)D．若去掉双极膜(BP)，电路中每转移1mol电子，两极共得到0.5mol气体
Ⅲ、电渗析法分离提纯、物质制备
角度四、特殊膜
活动二、析膜——题型例析——建构思维模型
例4.（2023山东）在直流电源作用下，双极膜中间的H2O解离为H+和OH-，利用电解池产生强氧化性的羟基自由基.OH,，处理含苯酚废水和含SO2的烟气的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．M电极为阳极，反应式为：
B．含SO2的烟气被吸收的反应为
C．双极膜中间的H2O解离出的H+向N极迁移
D．每处理9.4g苯酚，理论上有2.8molH+透过膜a
课堂小结
活动三、认膜、析膜、建模——课堂小结
离子交换膜的含义、类型、原理、 作用
知识上：
解题技巧上：
2.判断交换膜种类的方法
3.穿膜离子的判断和膜两边溶液的相关计算：
1.带隔膜的电化学装置的解题步骤
离子迁移量、溶液质量变化、PH变化