素养提升突破系列(四)

素养提升突破系列(四)“离子交换膜”在电化学中的应用2021/4/2112021/4/212【考情·透视规律】在近几年的高考试题中,离子交换膜是电化学的考查热点。其考情如下:2021/4/2132021/4/214【归纳·认知素养】

1.常见的隔膜:隔膜又叫离子交换膜,由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类:(1)阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,即允许H+和其他阳离子通过,不允许阴离子通过。2021/4/215(2)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子通过。(3)质子交换膜,只允许H+通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。2021/4/2162.隔膜的作用:(1)能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。(2)能选择性地通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。2021/4/2173.解题步骤:(1)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。(2)写出电极反应式,判断交换膜两侧离子变化,推断电荷变化,根据电荷平衡判断离子迁移方向。2021/4/218(3)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。2021/4/219【真题·体验素养】

(2015·全国卷Ⅰ·11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是 (

)世纪金榜导学号791000982021/4/2110A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O2====6CO2+6H2O2021/4/2111【解析】选A。根据碳元素的化合价的变化,二氧化碳中碳元素的化合价为最高价+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,应在负极生成,其电极反应式应为C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑,A错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率比化学反应速率快,所以微生物促进了反应的发生,B正确;原电池中阳离子(质子)向正极移动,C正确;电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应,D正确。2021/4/2112【素养变式】(1)该电池的正极反应式为___________。

提示:6O2+24e-+24H+====12H2O。2021/4/2113(2)该电池的负极反应式为_________。

提示:C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑。2021/4/2114【训练·提升素养】

1.(2018·绵阳模拟)在一定条件下,可以用甲图所示的硼化钒(VB2)-空气电池(工作时反应为4VB2+11O2====4B2O3+2V2O5)为电源给乙图所示装置通电,模拟有机物的电化学储氢。下列说法正确的是(

)世纪金榜导学号791000992021/4/21152021/4/2116A.整套装置工作时A连接D,B连接CB.VB2极发生的电极反应为2VB2+22OH--22e-====V2O5+2B2O3+11H2OC.电极F产生3mol气体时电极E得到的氧化产物为2molD.储氢装置工作时,右侧电极区的pH减小2021/4/2117【解析】选B。由电池工作反应知甲图中右侧电极为正极,电极反应为11O2+22H2O+44e-====44OH-;左侧电极为负极,负极反应为4VB2+44OH--44e-====2V2O5+4B2O3+22H2O。由乙图知,E为阴极,C应与电源负极相连,E极上电极反应为2+12H++12e-====2,为还原产物;F为阳极,D应与电源正极相连,电极反应为2021/4/21186H2O-12e-====12H++3O2↑,储氢装置工作时,产生的H+经高分子电解质膜移至左侧,右侧电极区的pH不会减小。综上所述,只有B选项正确。2021/4/21192.(新题预测)科学家研制出了一种新型的锂-空气电池,其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正确的是 ()2021/4/2120A.随着电极反应的不断进行,正极附近的电解液pH不断升高B.可将有机电解液改为水溶液C.放电时,当有22.4LO2(标准状况下)被还原时,溶液中有4molLi+从左槽移动到右槽D.电池总反应方程式为4Li+O2+2H2O====4LiOH2021/4/2121【解析】选B。该锂电池中,正极上的电极反应式为O2+4e-+2H2O====4OH-,正极附近的电解液pH会升高,故A正确;Li属于活泼金属,能与水反应,不能将有机电解液改为水溶液,B错误;放电时,当有22.4LO2(标准状况下)被还原时,根据正极反应式:O2+4e-+2H2O====4OH-,会转移电子4mol,即溶液中有4molLi+从2021/4/2122左槽(负极)移动到右槽,故C正确;由图示可知,正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O====4OH-,电池总反应方程式为4Li+O2+2H2O====4LiOH,D正确。2021/4/2123【加固训练】1.采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法,如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法正确的是 (

)2021/4/2124A.Zn与电源的负极相连B.ZnC2O4在交换膜右侧生成C.电解的总反应:2CO2+ZnZnC2O4D.通入11.2LCO2时,转移0.5mol电子电解====2021/4/2125【解析】选C。锌化合价升高被氧化,连接电源正极,故A错误;阳离子交换膜只允许阳离子通过,所以ZnC2O4在交换膜左侧生成,故B错误;电解的总反应:2CO2+ZnZnC2O4,故C正确;11.2LCO2的物质的量不一定是0.5mol,转移电子不一定是0.5mol,故D错误。电解====2021/4/21262.某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2====2AgCl。(1)当电路中转移amole-时,交换膜左侧溶液中约减少______mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)____(填“>”“<”或“=”)1mol·L-1(忽略溶液体积变化)。

2021/4/2127(2)若质子交换膜换成阴离子交换膜,其他不变。若有11.2L氯气(标准状况)参与反应,则必有______mol________离子(填离子符号)由交换膜______侧通过交换膜向_____迁移。交换膜右侧溶液c(HCl)_____(填“>”“<”或“=”)1mol·L-1(忽略溶液体积变化)。

2021/4/2128【解析】(1)正极的电极反应式为Cl2+2e-====2Cl-,负极的电极反应式为Ag-e-+Cl-====AgCl,隔膜只允许氢离子通过,转移amol电子,必有amolCl-沉淀。为了维持电荷平衡,交换膜左侧溶液中必有amolH+向交换膜右侧迁移,故交换膜左侧共减少2amol离子(amolCl-+amolH+)。交换膜右侧溶液中氯化氢浓2021/4/2129度增大。(2)n(Cl2)=0.5mol,n(Cl-)=1mol。正极的电极反应式为Cl2+2e-====2Cl-,n(e-)=1mol,Ag-e-+Cl-====AgCl,交换膜右侧溶液中增加了1mol负电荷(或增加了1molCl-),左侧减少了1mol负电荷(或减少了1molCl-)。如果质子交换膜换成阴离子交换膜,只允许阴离子(Cl-)通过交换膜,不允许H+通过。为2021/4/2130了维持电荷平衡,必有1molCl-从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移,氯离子迁移之后,两侧溶液中盐酸浓度保持不变。答案:(1)2a

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(2)1

Cl-右左=2021/4/21319、人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、低头要有勇气，抬头要有低气。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:39:48PM11、人总是珍惜为得到。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、人乱于心，不宽余请。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、抱最大的希望，作最大的努力。