素養提升突破系列(四)“離子交換膜”在電化學中的應用2021/4/2112021/4/212【考情·透視規律】在近幾年的高考試題中,離子交換膜是電化學的考查熱點。其考情如下:2021/4/2132021/4/214【歸納·認知素養】

1.常見的隔膜:隔膜又叫離子交換膜,由高分子特殊材料制成。離子交換膜分三類:(1)陽離子交換膜,簡稱陽膜,只允許陽離子通過,即允許H+和其他陽離子通過,不允許陰離子通過。2021/4/215(2)陰離子交換膜,簡稱陰膜,只允許陰離子通過,不允許陽離子通過。(3)質子交換膜,只允許H+通過,不允許其他陽離子和陰離子通過。2021/4/2162.隔膜的作用:(1)能將兩極區隔離,阻止兩極區產生的物質接觸,防止發生化學反應。(2)能選擇性地通過離子,起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。2021/4/2173.解題步驟:(1)分清隔膜類型。即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種,判斷允許哪種離子通過隔膜。(2)寫出電極反應式,判斷交換膜兩側離子變化,推斷電荷變化,根據電荷平衡判斷離子遷移方向。2021/4/218(3)分析隔膜作用。在產品制備中,隔膜作用主要是提高產品純度,避免產物之間發生反應,或避免產物因發生反應而造成危險。2021/4/219【真題·體驗素養】

(2015·全國卷Ⅰ·11)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是 (

)世紀金榜導學號791000982021/4/2110A.正極反應中有CO2生成B.微生物促進了反應中電子的轉移C.質子通過交換膜從負極區移向正極區D.電池總反應為C6H12O6+6O2====6CO2+6H2O2021/4/2111【解析】選A。根據碳元素的化合價的變化,二氧化碳中碳元素的化合價為最高價+4價,所以生成二氧化碳的反應為氧化反應,應在負極生成,其電極反應式應為C6H12O6+6H2O-24e-====24H++6CO2↑,A錯誤;在微生物的作用下,該裝置為原電池裝置,反應速率比化學反應速率快,所以微生物促進了反應的發生,B正確;原電池中陽離子(質子)向正極移動,C正確;電池的總反應實質是葡萄糖的氧化反應,D正確。2021/4/2112【素養變式】(1)該電池的正極反應式為___________。

提示:6O2+24e-+24H+====12H2O。2021/4/2113(2)該電池的負極反應式為_________。

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

1.(2018·綿陽模擬)在一定條件下,可以用甲圖所示的硼化釩(VB2)-空氣電池(工作時反應為4VB2+11O2====4B2O3+2V2O5)為電源給乙圖所示裝置通電,模擬有機物的電化學儲氫。下列說法正確的是(

)世紀金榜導學號791000992021/4/21152021/4/2116A.整套裝置工作時A連接D,B連接CB.VB2極發生的電極反應為2VB2+22OH--22e-====V2O5+2B2O3+11H2OC.電極F產生3mol氣體時電極E得到的氧化產物為2molD.儲氫裝置工作時,右側電極區的pH減小2021/4/2117【解析】選B。由電池工作反應知甲圖中右側電極為正極,電極反應為11O2+22H2O+44e-====44OH-;左側電極為負極,負極反應為4VB2+44OH--44e-====2V2O5+4B2O3+22H2O。由乙圖知,E為陰極,C應與電源負極相連,E極上電極反應為2+12H++12e-====2,為還原產物;F為陽極,D應與電源正極相連,電極反應為2021/4/21186H2O-12e-====12H++3O2↑,儲氫裝置工作時,產生的H+經高分子電解質膜移至左側,右側電極區的pH不會減小。綜上所述,只有B選項正確。2021/4/21192.(新題預測)科學家研制出了一種新型的鋰-空氣電池,其工作原理如圖所示。關于該電池的說法中不正確的是 ()2021/4/2120A.隨著電極反應的不斷進行,正極附近的電解液pH不斷升高B.可將有機電解液改為水溶液C.放電時,當有22.4LO2(標準狀況下)被還原時,溶液中有4molLi+從左槽移動到右槽D.電池總反應方程式為4Li+O2+2H2O====4LiOH2021/4/2121【解析】選B。該鋰電池中,正極上的電極反應式為O2+4e-+2H2O====4OH-,正極附近的電解液pH會升高,故A正確;Li屬于活潑金屬,能與水反應,不能將有機電解液改為水溶液,B錯誤;放電時,當有22.4LO2(標準狀況下)被還原時,根據正極反應式:O2+4e-+2H2O====4OH-,會轉移電子4mol,即溶液中有4molLi+從2021/4/2122左槽(負極)移動到右槽,故C正確;由圖示可知,正極的電極反應式為O2+4e-+2H2O====4OH-,電池總反應方程式為4Li+O2+2H2O====4LiOH,D正確。2021/4/2123【加固訓練】1.采用電化學法還原CO2是一種使CO2資源化的方法,如圖是利用此法制備ZnC2O4的示意圖(電解液不參與反應)。下列說法正確的是 (

)2021/4/2124A.Zn與電源的負極相連B.ZnC2O4在交換膜右側生成C.電解的總反應:2CO2+ZnZnC2O4D.通入11.2LCO2時,轉移0.5mol電子電解====2021/4/2125【解析】選C。鋅化合價升高被氧化,連接電源正極,故A錯誤;陽離子交換膜只允許陽離子通過,所以ZnC2O4在交換膜左側生成,故B錯誤;電解的總反應:2CO2+ZnZnC2O4,故C正確;11.2LCO2的物質的量不一定是0.5mol,轉移電子不一定是0.5mol,故D錯誤。電解====2021/4/21262.某原電池裝置如圖所示,電池總反應為2Ag+Cl2====2AgCl。(1)當電路中轉移amole-時,交換膜左側溶液中約減少______mol離子。交換膜右側溶液中c(HCl)____(填“>”“<”或“=”)1mol·L-1(忽略溶液體積變化)。

2021/4/2127(2)若質子交換膜換成陰離子交換膜,其他不變。若有11.2L氯氣(標準狀況)參與反應,則必有______mol________離子(填離子符號)由交換膜______側通過交換膜向_____遷移。交換膜右側溶液c(HCl)_____(填“>”“<”或“=”)1mol·L-1(忽略溶液體積變化)。

2021/4/2128【解析】(1)正極的電極反應式為Cl2+2e-====2Cl-,負極的電極反應式為Ag-e-+Cl-====AgCl,隔膜只允許氫離子通過,轉移amol電子,必有amolCl-沉淀。為了維持電荷平衡,交換膜左側溶液中必有amolH+向交換膜右側遷移,故交換膜左側共減少2amol離子(amolCl-+amolH+)。交換膜右側溶液中氯化氫濃2021/4/2129度增大。(2)n(Cl2)=0.5mol,n(Cl-)=1mol。正極的電極反應式為Cl2+2e-====2Cl-,n(e-)=1mol,Ag-e-+Cl-====AgCl,交換膜右側溶液中增加了1mol負電荷(或增加了1molCl-),左側減少了1mol負電荷(或減少了1molCl-)。如果質子交換膜換成陰離子交換膜,只允許陰離子(Cl-)通過交換膜,不允許H+通過。為2021/4/2130了維持電荷平衡,必有1molCl-從交換膜右側溶液中通過交換膜向左側遷移,氯離子遷移之后,兩側溶液中鹽酸濃度保持不變。答案:(1)2a

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(2)1

Cl-右左=2021/4/21319、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:39:48PM11、人總是珍惜為得到。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、抱最大的希望，作最大的努力。