电化学中的“膜”术运用

电化学中“膜”术的运用常平中学：刘颖桦高三化学二轮复习一、考纲对比1.了解原电池和电解池的工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危止害及防止金属腐蚀的措施。2017和2018年考纲12019年考纲21.了解原电池和电解池的工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危止害及防止金属腐蚀的措施。在近几年高考中，涉及离子交换膜的试题比较多，且常考常新。其考情如下：二、透视热点考情——“膜”的应用2018·全国卷Ⅲ·272018·全国卷Ⅰ·272016·全国卷Ⅰ2014·全国卷Ⅰ2015·全国卷Ⅰ复习回顾、自主完成请同学们画出电解饱和NaCl溶液制取NaOH、H2和Cl2的装置图，标出电极材料，写出电极反应式和总反应式。

思考1：如果工业上用此装置制取NaOH、H2和Cl2,此装置有何缺陷？实验室制法阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-氯碱工业上：电解饱和NaCl溶液制取NaOH、Cl2

和H2阳离子交换膜饱和食盐水水（含少量NaOH）Cl2H2NaOH溶液淡盐水阳极室阴极室Na+Cl-Na+OH-离子交换膜的作用：1.隔离某些物质防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。2.选择性让某类离子单向通过，平衡两池电荷。3.制备物质三、“膜”术的应用一种含有离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过能力的高分子膜，也称为离子选择透过性膜。离子交换膜定义：离子交换膜的类型：根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过。阴离子交换膜只允许阴离子通过。质子交换膜只允许质子(H+)通过。分析交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据平衡电荷判断迁移方向解题模型弄清电解池还是原电池分清隔膜类型写电极反应式分析隔膜的作用

1.工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。下列说法中不正确的是(

)A．阴极材料可以是Fe，含氧酸根杂质不参与电极反应B．该电解槽的阳极反应式为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．通电后，该电解槽阴极附近溶液的pH会逐渐减小D．除去杂质后，氢氧化钾溶液从出口B导出来离子交换膜的作用：分离、提纯某些物质三、“膜”术的应用两室电解池C三、“膜”术的应用两室电解池(2018·全国卷Ⅲ·27)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:(3)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

。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为

,其离子迁移方向是

离子交换膜的作用：1.选择性让某类离子单向通过，平衡两池电荷。3.制备某些物质【真题体验】2H2O+2e-=2OH-+H2↑

K+由a到b2019年深圳一模27题节选：电解法制取KH2PO4

的原理如图所示，一定条件下，还可以得到NaClO3

（5）在

室（填标号）可得到KH2PO4

；写出产生ClO3-

的电极反应式

C三、“膜”术的应用三室电解池离子交换膜的作用：1.选择性让某类离子单向通过，平衡两池电荷。3.制备某些物质【2016年高考新课标Ⅰ卷】三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO42－可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是（

）A．通电后中间隔室的SO42－离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C．负极反应为2H2O–4e–=O2+4H+，负极区溶液pH降低D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成三、“膜”术的应用三室电解池【真题体验】离子交换膜的作用：除杂提纯、得产品B(2018·全国卷Ⅰ·27)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为

。电解后,

室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。

三、“膜”术的应用【真题体验】三室电解池2H2O-4e-4H++O2↑a离子交换膜的作用：1.选择性让某类离子单向通过，平衡两池电荷。3.制备某些物质2014·全国卷Ⅰ·27(4)H3PO2（次磷酸）具有较强还原性，可以通过电解的方法制备。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)：阳极室的H+穿过阳膜至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜至产品室，二者反应得到H3PO2三、“膜”术的应用四室电解池①分析产品室可得到H3PO2的原因离子交换膜的作用：1.选择性让某类离子单向通过，平衡两池电荷。2.制备某些物质2NO2-+6e-+8H+=4H2O+N2↑6H+电荷守恒6e-1mol6mol2018年八校联考（改编）-28.“绿水青山就是金山银山”，研究NO2、NO、CO、NO2-

等大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。（3）电化学降解亚硝酸根(NO2－)的原理如下图：①电源的负极是

(填A或B）阴极反应式为

。②若电解过程中转移了6mol电子，则膜右侧电解液的质量变化值(∆m右)为

g。B2NO2-+6e-+8H+=4H2O+N2↑22H+∆m右=m(N2)-m(H+)=28g-6g=22g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.溶液物质变化=电极反应引起的变化和离子迁移引起的变化之和N2【堂上练兵】2014·福建卷·11某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag+Cl2=2AgCl。下列说法正确的是A．正极反应AgCl+e-=Ag+Cl-

B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应改变D．当电路中转移0.01mole-时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子右侧：Cl2+2e-=2Cl-

左侧：Ag-e-+Cl-=

AgCl0.01molH+0.01molCl-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.溶液物质变化=电极反应引起的变化和离子迁移引起的变化之和【堂上练习】D【实战练兵3】一题目来源及背景题目来源

1.2019届常平中学高三学生无机化工流程图专题训练一2.2017年全国I卷第27题

背景

这类题目注重联系生产生活，彰显学科价值。突出以学生的生活经验和社会实际为背景材料，能很好地体现《新课程标准》和《考试说明》的要求。题目致力于从无机合成的常见原料（自然界的金属矿石、海水资源、废物回收利用等）为出发点，精心设计一个与实际生产和考生实际相融合相接近的新情景，从中巧妙的包装进中学重要的基础的元素化合物、反应原理、氧化还原、实验操作与分离、提纯等基础知识与技能。是体现学科素养的重要手段。

读取信息、表格分析能力、图像识别能力、综合分析能力、计算能力能力立意

科学素养

本题以“Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料”为背景，体现了化学科学的实用性。情景真实，聚焦学科素养。知识立意

元素化合物知识转化率方程式的书写化学键沉淀溶解平衡的计算二命题立意及考点三学情分析及讲解试题学情分析了解到学生主要存在的问题是：图像识别能力、表格分析能力欠缺，知识系统性不足，不能准确切中问题的要害，回答问题偏离本意；陌生方程式书写非常薄弱，读取信息、加工信息的能力不强，不能正确的判断反应物和生成物，不能正确的书写氧化还原型、非氧化还原型陌生方程式；对沉淀溶解平衡的计算等问题；三讲解试题物料走向题头目的方框条件控制：用量、PH、温度等1234浸出（或浸取）浸渣（或滤渣）净化（或除杂）母液滤液与滤渣主产品（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为：

题型2种问法3看：图中的标注2看：曲线变化趋势1看：横、纵坐标的物理量读图3看（t,T,α)1直接读取数据2总结规律浸出率受温度的影响100℃、2h；90℃、5h（2分）反应类型氧化还原非氧化还原守恒质量守恒电荷守恒改写化学式形式离子形式FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O获取信息的能力书写离子方程式能力反应物生成物反应物生成物（3）TiO2∙xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：温度/℃3035404550TiO2∙xH2O转化率/%9295979388分析40℃时TiO2∙xH2O转化率最高的原因控温方式控温范围控温原因控制温度直接加热、冰水浴、水浴、油浴、砂浴高温、低温、特定温度或范围等（3）TiO2∙xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：温度/℃3035404550TiO2∙xH2O转化率/%9295979388分析40℃时TiO2∙xH2O转化率最高的原因物质的状态物质的稳定性反应速率催化剂的活性某些离子水解溶解度平衡移动、转化率、产率温度会影响哪些方面1速率慢、生产效率低2吸热反应的平衡逆向移动，

转化率、产率下降3溶解度减小……（3）TiO2∙xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：温度/℃3035404550TiO2∙xH2O转化率/%9295979388分析40℃时TiO2∙xH2O转化率最高的原因温度太低（3）TiO2∙xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：温度/℃3035404550TiO2∙xH2O转化率/%9295979388分析40℃时TiO2∙xH2O转化率最高的原因1放热反应平衡逆向移动，转化率降低2催化剂活性降低3物质分解损失：热稳定性差的物质，如铵盐、硝酸、

结晶水合物、氨水、双氧水、碳酸氢盐等4副反应增多，常见于有机反应5挥发性损失：低沸点的物质如液溴、盐酸等……温度太高（3）TiO2∙xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：温度/℃3035404550TiO2∙xH2O转化率/%9295979388分析40℃时TiO2∙xH2O转化率最高的原因

低于40℃，TiO2∙xH2O转化反应速率随温度升高而增加；高于40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2∙xH2O转化反应速率下降。（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为，其中过氧键的数目为_________

4（5）若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02mol/L，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol/L，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成（列式计算）_______________________________________________________________。FePO4、Mg3(PO4)2、的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24