高考中有关离子交换膜的电化学试题省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

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1、高考中相关离子交换膜电化学试题高考中相关离子交换膜电化学试题第第1页页1.预防副反应发生，防止影响所制取产品质量；预防引发不安全原预防副反应发生，防止影响所制取产品质量；预防引发不安全原因。（如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，预防阳极产生氯气因。（如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，预防阳极产生氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，造成所制产品不纯；预防与阴极产生氢气进入阴极室与氢氧化钠反应，造成所制产品不纯；预防与阴极产生氢气混合发生爆炸）。混合发生爆炸）。2.用于物质制备、分离、提纯等。用于物质制备、分离、提纯等。一、交换膜功效：一、交换膜功效：使离子选择性定向迁移（目标是平衡整个溶液离

2、子浓度或电荷）。使离子选择性定向迁移（目标是平衡整个溶液离子浓度或电荷）。三、离子交换膜类型：三、离子交换膜类型：常见离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。常见离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。二、交换膜在中学电化学中作用：二、交换膜在中学电化学中作用：第第2页页四、试题赏析：四、试题赏析：1.某同学按如图所表示装置进行试验，某同学按如图所表示装置进行试验，A、B为常见金属，它为常见金属，它们硫酸盐可溶于水。当们硫酸盐可溶于水。当K闭合时，闭合时，SO42-从右向左经过阴离子交从右向左经过阴离子交换膜移向换膜移向A极以下分析正确是极以下分析正确是

3、（）A溶液中溶液中c(A2)减小减小BB极电极反应：极电极反应：B2e=B2CY电极上有电极上有H2产生，发生还原反应产生，发生还原反应D反应早期，反应早期，X电极周围出现白色胶状沉淀，很快沉淀溶解电极周围出现白色胶状沉淀，很快沉淀溶解D 第第3页页2 2（全国纲领版理综化学卷，全国纲领版理综化学卷，T9T9）右图是在航天用高压氢镍）右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来一个金属氢化物镍电池电池基础上发展起来一个金属氢化物镍电池(MH(MHNiNi电池电池)。以。以下相关说法不正确是下相关说法不正确是（）A放电时正极反应为：放电时正极反应为：NiOOHH2OeNi(OH)2OHB B电池电解

4、液可为电池电解液可为KOHKOH溶液溶液C C充电时负极反应为：充电时负极反应为：MHMHOHOHMMH H2 2O Oe eD DMHMH是一类储氢材料，其氢密度越大，是一类储氢材料，其氢密度越大，电池能量密度越高电池能量密度越高C第第4页页镍氢电池中主要为镍氢电池中主要为KOH作电解液，充电时，阳极反应：作电解液，充电时，阳极反应：Ni(OH)2+OH=NiOOH+H2Oe，阴极反应：，阴极反应：M+H2Oe=MH+OH，总反应为，总反应为M+Ni(OH)2=MH+NiOOH；放电时，正极：；放电时，正极：NiOOHH2OeNi(OH)2OH，负极：，负极：MHOHMH2Oe，总，总反应为

5、反应为MH+NiOOH=M+Ni(OH)2。以上各式中。以上各式中M为金属合金，为金属合金，MH为吸附了氢为吸附了氢原子储氢合金。原子储氢合金。A、放电时，正极：、放电时，正极：NiOOH+H2O+e=Ni(OH)2+OH，故，故A正确；正确；B、为了预防、为了预防MH被氢离子氧化，镍氢电池中电解液为碱性溶液，主要为被氢离子氧化，镍氢电池中电解液为碱性溶液，主要为KOH作电解液，故作电解液，故B正确；正确；C、充电式，负极作阴极，阴极反应为、充电式，负极作阴极，阴极反应为M+H2O+e=MH+OH，故，故C错误；错误；D、M为储氢合金，为储氢合金，MH为吸附了氢原子储氢合金，储氢材料，其氢密度

6、越大，为吸附了氢原子储氢合金，储氢材料，其氢密度越大，电池能量密度越高，故电池能量密度越高，故D正确。正确。解析：解析：第第5页页3 3（福建理综化学卷，福建理综化学卷，T11T11）某原电池装置如右图所表示，电）某原电池装置如右图所表示，电池总反应为池总反应为2Ag2AgClCl2 22AgCl2AgCl。以下说法正确是（。以下说法正确是（）A A正极反应为正极反应为AgClAgCle eAgAgClClB B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淀生成C C若用若用NaClNaCl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

7、D D当电路中转移当电路中转移0.01 mol e0.01 mol e时，时，交换膜左侧溶液中约降低交换膜左侧溶液中约降低0.02 mol0.02 mol离子离子D第第6页页正极反应为正极反应为Cl22e=2Cl，A项错误；放电时，交换膜右侧电项错误；放电时，交换膜右侧电极为正极，交换膜左侧电极为负极，负极放电产生极为正极，交换膜左侧电极为负极，负极放电产生Ag与电解质与电解质HCl中中Cl结合生成结合生成AgCl白色沉淀。则负极电极反应式：白色沉淀。则负极电极反应式：2Ag2e2Cl=2AgCl，B项错误；负极放电产生项错误；负极放电产生Ag与电解质中与电解质中Cl结结合，若用合，若用NaC

8、l代替盐酸不会改变电池总反应，代替盐酸不会改变电池总反应，C项错误；当电路中项错误；当电路中转移转移0.01mole时，交换膜左侧电极放电产生时，交换膜左侧电极放电产生0.01molAg，与，与电解质中电解质中0.01molCl结合生成结合生成AgCl沉淀，同时约有沉淀，同时约有0.01molH经过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，则交换膜左侧溶液中约降低经过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，则交换膜左侧溶液中约降低0.02mol离子，离子，D项正确。项正确。解析：解析：第第7页页4.(4.(浙江高考浙江高考11)11)电解装置如图所表示电解装置如图所表示,电解槽内装有电解槽内装有KIKI及淀粉溶液及

9、淀粉溶液,中中间用阴离子交换膜隔开。在一定电压下通电间用阴离子交换膜隔开。在一定电压下通电,发觉左侧溶液变蓝色发觉左侧溶液变蓝色,一段时一段时间后间后,蓝色逐步变浅。已知蓝色逐步变浅。已知:3I:3I2 2+6OH+6OH-=IO=IO3 3-+5I5I-+3H+3H2 2O O以下说法不正确是以下说法不正确是()A.A.右侧发生电极反应式右侧发生电极反应式:2H 2H2 2O+2eO+2e-=H=H2 2+2OH+2OH-B.B.电解结束时电解结束时,右侧溶液中含有右侧溶液中含有IOIO3 3-C.电解槽内发生反应总化学方程式电解槽内发生反应总化学方程式:KI+3H KI+3H2 2O KI

10、OO KIO3 3+3H2D.假如用阳离子交换膜代替阴离子交换膜假如用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电电解槽内发生总化学反应不变解槽内发生总化学反应不变D第第8页页解析：解析：电解电极反应为电解电极反应为（左侧）阳极：左侧）阳极：2I 2I 2e 2e =I=I2 2 3I 3I2 2+6OH+6OH =IO=IO3 3+5I+5I+3H+3H2 2O O （右侧）（右侧）阴极：阴极：2H2H2 2O+2eO+2e =H=H2 2+2OH+2OH假如用阳离子交换膜代替阴离子交换膜：假如用阳离子交换膜代替阴离子交换膜：电极反应为：阳极电极反应为：阳极2I2I2e2e =I=I2 2 经过阳离子交

11、换膜迁移至阴极经过阳离子交换膜迁移至阴极 阴极阴极2H2H2 2O+2eO+2e =H=H2 2+2OH+2OH阴离子交换膜阴离子交换膜向右侧移动向右侧移动左侧溶液变蓝色左侧溶液变蓝色一段时间后，蓝色变浅一段时间后，蓝色变浅放出氢气放出氢气多出多出K+确保两边溶液呈电中性确保两边溶液呈电中性第第9页页5.（重庆（重庆T29(3)人工肾脏可采取间接电化学方法除去代谢产物中尿素，原理以人工肾脏可采取间接电化学方法除去代谢产物中尿素，原理以下列图。下列图。电源负极为电源负极为(填填“A”或或“B”)。阳极室中发生反应依次为阳极室中发生反应依次为、。电解结束后，阴极室溶液电解结束后，阴极室溶液pH与电

12、解前相比与电解前相比将将；若两极共搜集到气体；若两极共搜集到气体13.44L(标标准情况准情况)，则除去尿素为，则除去尿素为g(忽略气体溶忽略气体溶解解)。BCO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl6Cl6e=3Cl2不变不变7.2第第10页页(3)依据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电规律和本题图中电极产物依据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电规律和本题图中电极产物H2和和Cl2能够判断出能够判断出A为电源正极，为电源正极，B为电源负极，故阳极室中发生反应依次为：为电源负极，故阳极室中发生反应依次为：6Cl6e=3Cl2，CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26

13、HCl；阴极反应为阴极反应为6H2O6e=6OH3H2(或或6H6e=3H2)阳极反应为阳极反应为6Cl6e=3Cl2，CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl依据上述反应式能够看出在阴、阳极上产生依据上述反应式能够看出在阴、阳极上产生OH、H数目相等，阳极室中反应产生数目相等，阳极室中反应产生H经过质子交换膜进入阴极室与经过质子交换膜进入阴极室与OH恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液pH不变；由上述反应式能够看出，转移不变；由上述反应式能够看出，转移6mole时，阴极产生时，阴极产生3molH2，阳极产生，阳极产生1molN2和和1mo

14、lCO2，故电解搜集到，故电解搜集到13.44L气体中气体中V(N2)V(CO2)13.44L/52.688L，即，即n(N2)n(CO2)2.688L/22.4Lmol-1 0.12mol依据方程式依据方程式CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl可知生成可知生成0.12molN2所消耗所消耗CO(NH2)2物质量也为物质量也为0.12mol，其质量为：其质量为：mCO(NH2)20.12mol60gmol17.2g。解析：解析：第第11页页6.（节选自重庆（节选自重庆T11(2)）化学在环境保护中起着十分主要作用，催化学在环境保护中起着十分主要作用，催化反硝化法和电化学降解法可用

15、于治理水中化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐污染。电化学降解硝酸盐污染。电化学降解NO3原理如图所原理如图所表示。表示。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，则膜两侧电解液质量改变差电子，则膜两侧电解液质量改变差(m左左m右右)为为g。A2NO3+10e+6H2O=N2+12OH14.4第第12页页依据题依据题11图可知，电解池右侧图可知，电解池右侧NO3转化成转化成N2，发生还原反应：，发生还原反应：2NO3+10e+6H2O=N2+12OH，其电极应为阴极；则左侧发生氧化，其电极应为阴极；则左侧发生

16、氧化反应：反应：2H2O4e=O2+4H+，其电极作阳极，与其相连，其电极作阳极，与其相连A端为电源正极；端为电源正极；转移转移2mol电子时，左侧降低电子时，左侧降低0.2molN2，即，即5.6g，右侧产生，右侧产生0.5molO2，即，即16g，同时生成，同时生成2molH+，因为，因为H+可经过质子交换膜由左侧进入右侧，则可经过质子交换膜由左侧进入右侧，则右侧电解液质量实际降低：右侧电解液质量实际降低：5.6g2g=3.6g，左侧电解液质量实际降低：，左侧电解液质量实际降低：16g+2g=18g，则两侧质量差为，则两侧质量差为14.4g.解析：解析：第第13页页（4 4）IVIV中，电

17、解中，电解NONO制备制备NHNH4 4NONO3 3，其工作原理如上图所表示，为使电，其工作原理如上图所表示，为使电解产物全部转化为解产物全部转化为NHNH4 4NONO3 3，需补充物质，需补充物质A A，A A是是_，说明理，说明理由：由：_。7（节选自（节选自北京理综化学卷，北京理综化学卷，T26）NH3经一系列反应能够得到经一系列反应能够得到HNO3。NH3依据电子守恒，阳极得到依据电子守恒，阳极得到NONO3 3-量大于阴极得到量大于阴极得到NHNH4 4+量，所以需充入量，所以需充入NH3（或从阴阳极电极反应式说明也可）（或从阴阳极电极反应式说明也可）第第14页页由电解示意图可知

18、，两极反应物均为由电解示意图可知，两极反应物均为NONO，1molNO1molNO生成生成1molNH1molNH4 4+需要得需要得到到5mo5mol l电子，电子，1molNO1molNO生成生成1molNO1molNO3 3-需要失去需要失去3mol3mol电子，故反应两极反应电子，故反应两极反应NONO物质量之比为物质量之比为3:53:5，所以生成，所以生成NHNH4 4+与与NONO3 3-物质量之比亦为物质量之比亦为3:53:5，所以，所以NONO3 3-量大于量大于NHNH4 4+，欲使物质全部转化成，欲使物质全部转化成NHNH4 4NONO3 3，则需加入能形成，则需加入能形成

19、NHNH4 4+物质，故物质，故需补充需补充NHNH3 3。解析：解析：第第15页页 8.（节选自（节选自江苏单科化学卷，江苏单科化学卷，T20）硫化氢转化是资源利用和硫化氢转化是资源利用和环境保护主要研究课题。由硫环境保护主要研究课题。由硫化氢取得硫单质有各种方法。化氢取得硫单质有各种方法。（1）将烧碱吸收）将烧碱吸收H2S后溶液加入到如图后溶液加入到如图-1所表示电解池阳极区进行电解。电所表示电解池阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生以下反应：解过程中阳极区发生以下反应：S22e=S（n1）S+S2=Sn2写出电解时阴极电极反应式：写出电解时阴极电极反应式：。电解后阳极区溶液用稀硫酸酸化得

20、到硫单质，其离子方程式可写成电解后阳极区溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成。2H2O+2e-=H2+2OH-(或或2H+2e-=H2)Sn2-2-+2H+=(n-1)S+H2S第第16页页电解时电解时,阴极发生阳离子还原反应阴极发生阳离子还原反应,放电只能是放电只能是H+,电极反电极反应式是应式是:2H2H2 2O+2eO+2e-=H=H2 2+2OH+2OH-(或或2H2H+2e+2e-=H=H2 2),),电解后阳极区溶液用稀硫酸酸化得到硫单质和电解后阳极区溶液用稀硫酸酸化得到硫单质和H2S,方程式为方程式为:S Sn n2-2-+2H+2H+=(n-1)S+H=(n-1)S+

21、H2 2SS解析：解析：第第17页页9（节选自（节选自新课标全国卷新课标全国卷）次磷酸）次磷酸(H3PO2)是一个精细是一个精细磷化工产品，含有较强还原性。回答以下问题：磷化工产品，含有较强还原性。回答以下问题：(4)H3PO2也可用电渗析法制备，也可用电渗析法制备，“四室电渗析法四室电渗析法”工作原工作原理如图所表示理如图所表示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子经过阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子经过)：下一页下一页第第18页页写出阳极电极反应式：写出阳极电极反应式：_。分析产品室可得到分析产品室可得到H3PO2原因是原因是_。早期采取早期采取“三室电渗析法三室电渗析法”制备制备H3PO

22、2：将：将“四室电渗析四室电渗析法法”中阳极室稀硫酸用中阳极室稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中品室之间阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有混有_杂质，该杂质产生原因是杂质，该杂质产生原因是_。2H2H2 2O-4eO-4e-=O=O2 2+4H+4H+阳极室阳极室H H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室穿过阳膜扩散至产品室，原料室H H2 2POPO3 3-穿过阴膜扩散穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成至产品室，二者反应生成POPO4 43-3-H H3 3POPO3 3或或H H2 2P

23、OPO2 2-被氧化。被氧化。上一页上一页第第19页页（4 4）在阳极因为含有阴离子在阳极因为含有阴离子OHOH-、SOSO4 42-2-、H H2 2POPO2 2-中放电能力最中放电能力最强是强是OHOH-，所以发生反应：，所以发生反应：2H2H2 2O-4eO-4e-=O=O2 2+4H+4H+；在产品室只所以可得到在产品室只所以可得到H H3 3POPO2 2是因为阳极室是因为阳极室H H+穿过阳膜扩散穿过阳膜扩散至产品室，原料室至产品室，原料室H H2 2POPO3 3-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成）穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成）早期采取早期采取“三室电渗析法三室电渗析法”制备制备H H3 3POPO2 2，将，将“四室电渗析四室电渗析法法”中阳极室稀硫酸用中阳极室稀硫酸用H H3 3POPO2 2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产生氧气之间阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产生氧气会把会把H H3 3POPO3 3或或H H2 2POPO2 2-氧化为氧化为POPO4 43-3-，造成产品不纯。，造成产品不纯。解析：解析：第第20页页