2020届高考化学一轮复习通用版7化学能与电能含离子交换膜电池的应用过热点学案版

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IT27、2018全国卷出T27）、阴离子交换膜（2014全国卷IT27）和质子交换膜（2018全国卷IT13、2015全国卷IT11）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离子交授朕类型乂允许用离子通过，阻止阴离子和

2、气体通过只允许阴离子通过r阻止阳离子和气体通过质子交换膜一只允许原子口I*）通过附离某些物质，防止发生反腐川于物质的制备2 .多室电解池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精制饱和工NaCI济渔阴离子，】必。（舍少交换腴量NaOlD阳极室中电极反应：2c一2鼠=Cl22,阴极室中的电极反应：2H2O+21=H2,+2OH,阴极区H+放电，破坏了水的电离平衡，使OH浓度增大，阳极区C放电，使溶液中的c（C）

3、减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na卡通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH一结合，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卡通过，而阻止阴离子（C）和气体（C12）通过。这样既防止了两极产生的H2和C12混合爆炸，又避免了C12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。叫同出浓溶液交换膜NHqN口3稀溶液交换膜阴极的NO被还原为NH4：NO+5e+6H=NH4+H2O,NH4通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NO3：NO-3e+2H2O=NO

4、3+4H,NO3通过阴离子一.、由解交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO+7H2O=3NH4NO3+2HNO3,为使电解产物全部转化为NH4NO3,补充适量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H3P。2(次磷酸)，其工作原理如图所示。11石墨交换膜阴膜M三换股交换膜|有墨稀硫酸H3POa稀溶液NaHgPOs玳溺轴NaOH精溶液阳极室产品室原料室阴极室电解稀硫酸的阳极反应：2H2。4e=。22+4H+,产生的H卡通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO2穿过阴离子交换膜进入产品室，与H+结合生成弱电解质H3P

5、O2；电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O+4e=2H2T+4OH一,原料室中的Na卡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C6H10O5表示。下列有关说法不正确的是(f含亮法度1NOg的废水+畲低激度NOg的废水A. C由中间室移向左室B. X气体为CO2C,处理后的含NO3废水的pH降低D.电路中每通过4mol电子，产生标准状况下X气体的体积为22.4L解析该电池中，NO3得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应为2NO3+10e-+12H+=N2,+6H

6、2O,装置左边电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应生成X,电极反应C6H10O524e-+7H2O=6CO2T+24H+。放电时，电解质溶液中阴离子Cl一移向负极室（左室），A项正确；X气体为CO2,B项正确；正极反应为2NOT+10e+12H+=N2,+6H2。，H+参加反应导致溶液酸性减弱，溶液的pH增大，C项错误；根据负极电极反应C6H10O524e-+7H2O=6CO2T+24H+知，电路中每通过4mol电子，产生标准状况下CO2气体的体积为4m3x6X22.4Lmol1=22.4L,D项正确。24答案C备考方略含离子交换膜电化学装置题的解题步骤芬济无提胪亲通;而更断需后于雨蓝年

7、发装底:丽1直碍T离子交揍腰或质子交换膜中的图一种，判断允许哪：NH4H2PO4等，D错误。2.高铁酸盐（如Na2FeO4）已经被广泛应用在水处理方面，以铁质材料为阳极，在高浓度强碱溶液中利用电解的方式可以制备高铁酸盐，装置如图。下列说法不正确的是（）A.a为阳极，电极反应式为Fe-6e+8OH=FeO4+4H?OB.为防止高铁酸根扩散被还原，则离子交换膜为阳离子交换膜C.在电解过程中溶液中的阳离子向a极移动D.铁电极上有少量气体产生原因可能是4OH-4e=。2个+2H2O解析：选C铁电极材料为阳极，在高浓度强碱溶液中利用电解的方式可以制备高铁酸盐，所以铁是阳极，电极反应式为Fe6e+8OH=FeO4+4H2O,故A正确；阳离