高中化学离子交换膜在电化学中的应用微课ppt课件.ppt

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1、 离子交换膜在电化学中的应用在近几年的高考试题中在近几年的高考试题中,离子交换膜是电化学的考查热离子交换膜是电化学的考查热点点，且常考常新。其考情如下：，且常考常新。其考情如下：命题点命题点五年考情五年考情阳离子交换膜阳离子交换膜20182018T27T27，20162016T11T11，20142014T27T27，阴离子交换膜阴离子交换膜20162016T11T11，20142014T27T27质子交换膜质子交换膜20182018T13T13，20152015T11T11 离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中的离子具有离子交换膜是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

2、子膜，也称为离子选择透过性膜。选择透过能力的高分子膜，也称为离子选择透过性膜。1.常见的离子交换膜:(1)(1)阳离子交换膜阳离子交换膜,简称阳膜简称阳膜,只允许阳离子通过只允许阳离子通过,即允许即允许H H+和其他和其他阳离子通过阳离子通过,不允许阴离子通过。不允许阴离子通过。(2)(2)阴离子交换膜阴离子交换膜,简称阴膜简称阴膜,只允许阴离子通过只允许阴离子通过,不允许阳离子不允许阳离子通过。通过。(3)(3)质子交换膜质子交换膜,只允许只允许H H+通过通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。不允许其他阳离子和阴离子通过。2.交换膜的功能使离子选择性定向迁移使离子选择性定向迁移(目的是平衡整

3、个溶目的是平衡整个溶液的液的_）电荷或离子浓度电荷或离子浓度3.交换膜在电化学中的作用？1.隔离两极区，防止发生副反应隔离两极区，防止发生副反应例例1：下图下图电解装置也可用于制备烧碱，电解装置也可用于制备烧碱，a、b均为离子均为离子交换膜，交换膜，区加入区加入NaCl溶液，则下列叙述中错误的是溶液，则下列叙述中错误的是（）A、NaOH、H2均在均在区产生区产生 B、图中、图中a为阴离子交换膜为阴离子交换膜C、使用离子交换膜可以有效地隔离、使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和和Cl2，阻止，阻止二者之间的反应二者之间的反应D、电解时往、电解时往区的溶液中滴加几滴甲基橙，溶液先变区的溶液中滴加

4、几滴甲基橙，溶液先变红后褪色红后褪色B例例2 2：现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极，：现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极，请用氯碱工业中的膜技术原理，回答下列问题请用氯碱工业中的膜技术原理，回答下列问题请利用交换膜技术，根据上图框架，设计一个电解请利用交换膜技术，根据上图框架，设计一个电解Na2SO4溶液制溶液制NaOH溶液和溶液和H2SO4溶液的装置，标出进溶液的装置，标出进出物质的化学式出物质的化学式(已知已知E为为Na2SO4溶液溶液)：A G B C ；膜膜a为为 离子交换膜（填离子交换膜（填“阳阳”或或“阴阴”）1.隔离两极区，防止发生副反应隔离两极区，防止发生副反应O

5、2 H2SO4H2 NaOH阴阴二、制备某些物质二、制备某些物质例例3:加碘食盐中含有碘酸钾加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘，现以电解法制备碘酸钾酸钾,实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液化钾溶液,发生反应：发生反应：3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O，将，将反应后溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，反应后溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。下列说法中正确的是（开始电解。下列说法中正确的是（）A.电解过程中电解过程中OH-从从a极区通过离子交换膜极区通过离子交换膜 c进入进入b极区

6、极区B.c为阳离子交换膜为阳离子交换膜C.a电极反应式：电极反应式：I-6e-+6OH-=IO3-+3H2O，a极区的极区的KI最终转变为最终转变为KIO3D.当阳极有当阳极有0.1mol I-放电时，阴极生成放电时，阴极生成 6.72LH2C 例例4:H3PO2可用电渗析法制备，可用电渗析法制备，“四室电渗析法四室电渗析法”工作原理工作原理如图所示如图所示(阳膜和阴膜分别只阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过允许阳离子、阴离子通过)：分析产品室可得到分析产品室可得到H3PO2的原因是的原因是_。早期采用早期采用“三室电渗析法三室电渗析法”制备制备H3PO2：将：将“四室电渗析四室电渗析法法

7、”中阳极室的稀硫酸用中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有品中混有_杂质，该杂质产生的原因是杂质，该杂质产生的原因是_2H2O-4e-=O2+4H+阳极室的阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成扩散至产品室，二者反应生成H3PO2。POPO4 43-3-H H3 3POPO2 2或或H H2 2POPO2 2-被氧化。被氧化。二、制备某些物质二、制备某

8、些物质写出阳极的电极反应式写出阳极的电极反应式_。三、分离、提纯某些物质三、分离、提纯某些物质例例5:工业品氢氧化钾溶液中含工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽子交换膜法电解提纯。电解槽内装有离子交换膜，其工作原理如内装有离子交换膜，其工作原理如图所示。下列说法中不正确的图所示。下列说法中不正确的是（是（）A阴极材料可以是阴极材料可以是Fe,含氧酸根杂质不参与电极反应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：该电解槽的阳极反应式为：4OH-4e=2H2O+O2 C该离子交换膜为阴离子交换膜该离子交换膜为阴离子交换膜 D除

9、去杂质后，氢氧化钾溶液从出口除去杂质后，氢氧化钾溶液从出口B导出来导出来C 3.交换膜在电化学中的作用(1)将两极区隔离将两极区隔离，防止，防止两极区的产物发生反应两极区的产物发生反应，影响产品的纯度或者引发影响产品的纯度或者引发安全事故。安全事故。(2)用于物质的制备。用于物质的制备。(3)用于物质的分离、提纯等。用于物质的分离、提纯等。1某原电池装置如右图所示，电池总反应为某原电池装置如右图所示，电池总反应为2AgCl22AgCl。下列说法正确的是（下列说法正确的是（）A正极反应为正极反应为AgCleAgClB放电时，交换膜右侧溶液中有大放电时，交换膜右侧溶液中有大 量白色沉淀生成量白色沉

10、淀生成C若用若用NaCl溶液代替盐酸，则电池溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变总反应随之改变D当电路中转移当电路中转移0.01 mol e时，交时，交换膜左侧溶液中约减少换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子离子D巩固训练巩固训练2.利用反应利用反应6NO2+8NH3=7N2+12H2O构成电池，既能实现有效消除构成电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。下列说法不正确的是示。下列说法不正确的是()巩固训练巩固训练A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极电流从右侧电极经过负载后流向左侧电

11、极B.为使电池持续放电，离子交换膜选用阴离子交换膜为使电池持续放电，离子交换膜选用阴离子交换膜C.电极电极A反应式为反应式为2NH3-6e-=N2+6H+D.当有当有4.48 L NO2(标准状况标准状况)被处理时，转移电子为被处理时，转移电子为0.8 molC3.人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。电源的负极为电源的负极为(填填“A”或或“B”)。阳极室中发生的反应依次为阳极室中发生的反应依次为、。电解结束后，阴极室溶液的电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相与电解前相比将比将；若两极共收集到气体；若两极

12、共收集到气体13.44L(标准状况标准状况)，则除去的尿素为，则除去的尿素为g(忽略气忽略气体的溶解体的溶解)。BCO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl6Cl6e=3Cl2不变不变7.2巩固训练巩固训练4.化学在环境保护中起着十分重要的作化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3的原理如图所示。的原理如图所示。电源正极为电源正极为（填（填A或或B），），阴极反应式为阴极反应式为。若电解过程中转移了若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差电子，则膜两侧电解液的质量变化差(m左左m右右)为为g。A2NO3+10e+6H2O=N2+12OH14.4巩固训练巩固训练