電化學(xué)中隔膜的應(yīng)用與串聯(lián)電池分析1.通過(guò)比較能夠識(shí)別原電池、電解池，并能解決多池串聯(lián)問(wèn)題。2.了解含隔膜的電化學(xué)裝置的原理及應(yīng)用。3.深入理解電解原理中的守恒關(guān)系的應(yīng)用。2習(xí)學(xué)目標(biāo)3離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的、對(duì)溶液里的離子具有選擇透過(guò)能力的高分子膜。因它對(duì)離子具有選擇透過(guò)性，且電化學(xué)性能優(yōu)良，在涉及電化學(xué)的工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。近幾年全國(guó)卷的高考中，涉及離子交換膜的試題較多，且常考常新，涉及離子交換膜的題目主要考查學(xué)生學(xué)以致用的能力，下面我們一起學(xué)習(xí)一下離子交換膜的應(yīng)用。情境導(dǎo)入1．離子交換膜的種類(lèi)

知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用2．交換膜的功能及工作原理(1)功能(2)工作原理(以陽(yáng)離子交換膜為例)：交換膜上有很多微孔，“孔道”上有許多帶負(fù)電荷的基團(tuán)，陽(yáng)離子可以自由通過(guò)“孔道”，由濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域移動(dòng)。陰離子移動(dòng)到“孔道”處，受到“孔道”帶負(fù)電荷基團(tuán)的排斥而不能進(jìn)入“孔道”中，因而不能通過(guò)交換膜。這就是“選擇性”透過(guò)的原因。其構(gòu)造與工作示意圖如圖所示：陰離子交換膜的構(gòu)造和工作原理與此相同，只不過(guò)是“孔道”中帶正電荷基團(tuán)而已。①能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。②能選擇性的通過(guò)離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用3．離子通過(guò)隔膜的定量關(guān)系4．離子交換膜類(lèi)型的判斷(1)通過(guò)隔膜的離子帶的電荷數(shù)等于電路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)。(2)離子遷移：依據(jù)電荷守恒，通過(guò)隔膜的離子數(shù)不一定相等。根據(jù)電解質(zhì)溶液呈電中性的原則,判斷膜的類(lèi)型：（1）首先寫(xiě)出陰、陽(yáng)兩極上的電極反應(yīng)，依據(jù)電極反應(yīng)式確定該電極附近哪種離子剩余，因該電極附近溶液呈電中性，從而判斷出離子移動(dòng)的方向，進(jìn)而確定離子交換膜的類(lèi)型，如電解飽和食鹽水時(shí)，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，則陰極區(qū)域破壞水的電離平衡，OH－有剩余，陽(yáng)極區(qū)域的Na＋穿過(guò)離子交換膜進(jìn)入陰極室，與OH－結(jié)合生成NaOH，故電解食鹽水中的離子交換膜是陽(yáng)離子交換膜。知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用（2）根據(jù)溶液呈電中性,判斷出離子移動(dòng)的方向,從而確定離子交換膜的類(lèi)型離子遷移方向的判斷①離子從“生成區(qū)”移向“消耗區(qū)”以電解CO2制HCOOH為例，其原理如圖所示。右側(cè)：通入CO2，生成HCOOH，發(fā)生還原反應(yīng)，多孔錫作陰極，電極反應(yīng)為CO2＋H＋＋2e－===HCOO－，消耗從左側(cè)遷移過(guò)來(lái)的H＋。左側(cè)“Pt片”作陽(yáng)極，水電離產(chǎn)生的OH－放電，電極反應(yīng)為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋。離子移動(dòng)方向：H＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜從左側(cè)移向右側(cè)。知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用

知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用1.微生物電解池(MEC)是一種新型的且能兼顧氫氣或甲烷回收的廢水處理技術(shù),將電化學(xué)法和生物還原法有機(jī)結(jié)合,MEC具有很好的應(yīng)用前景。微生物電化學(xué)產(chǎn)甲烷法的裝置如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)A.“產(chǎn)電菌”極的電勢(shì)比“產(chǎn)甲烷菌”極的低B.該微生物電解池工作時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C.陰極的電極反應(yīng)式為CO2+8e-+8H+===CH4+2H2OD.若產(chǎn)生1molCH4,理論上陽(yáng)極室生成CO2的體積為44.8L單膜電解池及分析C練一練知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用2.用一種陰、陽(yáng)離子雙隔膜三室電解槽處理廢水中的,模擬裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(

)A.陽(yáng)極室溶液由無(wú)色變成棕黃色B.陰極的電極反應(yīng)式為4OH--4e-===2H2O+O2↑C.電解一段時(shí)間后,陰極室溶液中的pH升高D.電解一段時(shí)間后,陰極室溶液中的溶質(zhì)一定是(NH4)3PO4練一練C多膜電解池及分析知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用3.為適應(yīng)可再生能源的波動(dòng)性和間歇性,我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種電化學(xué)裝置,其原理如下圖所示。當(dāng)閉合K1和K3、打開(kāi)K2時(shí),裝置處于蓄電狀態(tài);當(dāng)打開(kāi)K1和K3、閉合K2時(shí),裝置處于放電狀態(tài)。放電時(shí),雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-并分別向兩側(cè)遷移。下列有關(guān)該電化學(xué)裝置工作時(shí)的說(shuō)法不正確的是(

)

雙極膜電解池及分析A.蓄電時(shí),碳錳電極附近溶液pH減小

C.放電時(shí),每消耗1molMnO2,理論上有4molH+由雙極膜向碳錳電極遷移D.理論上,該電化學(xué)裝置運(yùn)行過(guò)程中不需要補(bǔ)充H2SO4和KOHC練一練知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用(1)含離子交換膜電化學(xué)裝置題的解題步驟知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用(2)在原電池中應(yīng)用離子交換膜，起到替代鹽橋的作用，一方面能起到平衡電荷、導(dǎo)電的作用，另一方面能防止電解質(zhì)溶液中的離子與電極直接反應(yīng)，提高電流效率；在電解池中使用選擇性離子交換膜的主要目的是限制某些離子(或分子)的定向移動(dòng)，避免電解質(zhì)溶液中的離子或分子與電極產(chǎn)物反應(yīng)，提高產(chǎn)品純度或防止造成危險(xiǎn)等。(3)定量關(guān)系外電路電子轉(zhuǎn)移數(shù)=通過(guò)隔膜的陰（陽(yáng)）離子帶的負(fù)（正）電荷數(shù)。知識(shí)點(diǎn)一離子交換膜的應(yīng)用(3)若用鋁條和鎂條分別代替圖中石墨和鐵電極，電解質(zhì)溶液為氫氧化鈉溶液，請(qǐng)寫(xiě)出原電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：________________________。(2)若開(kāi)始時(shí)K與M連接，則構(gòu)成______，鐵棒發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________；石墨電極產(chǎn)生的現(xiàn)象為_(kāi)__________________。一段時(shí)間后，溶液的pH_____。(1)若開(kāi)始時(shí)K與N連接，則構(gòu)成______，鐵棒發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)______________；石墨電極產(chǎn)生的現(xiàn)象為_(kāi)______________。1．一池兩用用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：原電池Fe－2e－===Fe2＋有無(wú)色氣泡生成

電解池2H＋＋2e－===H2↑有淡黃綠色氣泡生成增大知識(shí)點(diǎn)二多池串聯(lián)分析2．多池串聯(lián)(1)判斷電池類(lèi)型知識(shí)點(diǎn)二多池串聯(lián)分析①有外接電源時(shí)，各電池均為電解池。②無(wú)外接電源時(shí)，燃料電池、鉛酸蓄電池等作電源，則其他裝置為電解池。③無(wú)外接電源時(shí)，有活潑性不同的兩電極的一般為原電池，活潑性相同或均為惰性電極的一般為電解池。④根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷。(2)常用解題步驟知識(shí)點(diǎn)二多池串聯(lián)分析例：根據(jù)如圖所示，回答下列問(wèn)題(1)甲池是______，乙池是將___能轉(zhuǎn)化為

能的裝置。原電池電化學(xué)(2)寫(xiě)出甲、乙、丙池中各電極的電極名稱(chēng)和電極反應(yīng)式。提示

A極：負(fù)極，CH4－8e－＋10OH－===＋7H2OB極：正極，2O2＋8e－＋4H2O===8OH－Cu極：陽(yáng)極，Cu－2e－===Cu2＋Ag極：陰極，Cu2＋＋2e－===CuPt(Ⅰ)極：陽(yáng)極，2Cl－－2e－===Cl2↑Pt(Ⅱ)極：陰極，Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓知識(shí)點(diǎn)二多池串聯(lián)分析4.假設(shè)圖中原電池產(chǎn)生的電壓、電流強(qiáng)度均能滿(mǎn)足電解、電鍍要求，即為理想化。①～⑧為各裝置中的電極編號(hào)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.當(dāng)K閉合時(shí)，甲裝置在電路中作電源B.當(dāng)K斷開(kāi)時(shí)，乙裝置鋅片溶解，有氫氣產(chǎn)生C.當(dāng)K閉合后，整個(gè)電路中電子的流動(dòng)方向?yàn)棰邸冢虎佟啵虎摺蓿虎荨蹹.當(dāng)K閉合后，甲、乙裝置中pH變大，丙裝置中pH不變B練一練知識(shí)點(diǎn)二多池串聯(lián)分析19有“膜”條件下離子定向移動(dòng)方向的判斷方法【課堂小結(jié)】

B

隨堂訓(xùn)練

C隨堂訓(xùn)練3.如圖裝置閉合電鍵時(shí)，電流表的指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。試回答下列問(wèn)題：(1)A池是

，Zn的電極名稱(chēng)是

；B池是

，Pt的電極名稱(chēng)是

。原電池負(fù)極電解池陽(yáng)極(2)寫(xiě)出下列有關(guān)反應(yīng)：Zn極的電極反應(yīng)式：

；Pt極的電極反應(yīng)式：______________________。Zn－2e