資源簡介 (共34張PPT)2025新高考化學二輪重點專題第7講離子交換膜在電化學中的應用contents目錄01考向分析010203知識重構重溫經典04模型建構考向分析PART 0101考點統計卷別 試題情境 膜的類別 考點類別離子交換膜的判斷 離子交換膜的應用2024江蘇T8 堿性鋅錳電池 隔膜 √2024河北T13 改性Mg-CO2二次電池 隔膜 √2024福建T9 新型鋰電池 交換膜 √ √2024廣西T9 新型鈉離子二次電池 允許Na+通過的隔膜 √2024廣東T16 電解濕法冶煉鐵 陽離子交換膜 √2024黑吉遼T12 電解法耦合高效制H2 陰離子交換膜 √考點統計卷別 試題情境 膜的類別 考點分布離子交換膜的判斷 離子交換膜的應用2024江西T11 多功能甲醛-硝酸鹽電池 質子交換膜 √2024海南T13 電解法制備H2O2 質子交換膜 √2024北京T16 電解法制備HNO3 質子交換膜 √2024浙江T19 電解法由CO2制備HCOOH 質子交換膜 √2024湖北T14 電解法催化合成甘氨酸 雙極膜 √2024重慶T9 電解法由CO2制備HCOOH 陰/陽離子交換膜 √考點統計膜的類別 卷別陽離子交換膜 2023河北T13陰離子交換膜 2023山東T11質子交換膜 2023全國甲T12、2023遼寧T11、2023重慶T20雙極膜 2023廣東T16離子交換膜 2023湖北T10、2023北京T5、2023浙江6月T13知識重構PART 02021．常見的隔膜隔膜又叫離子交換膜，離子交換膜是具有離子交換性能的，對溶液中的離子具有選擇性透過能力的高分子特殊材料薄膜。1950年W 朱達首先合成了離子交換膜。1956年首次成功地用于電滲析脫鹽工藝上。離子交換膜在應用時，主要利用它的離子選擇透過性，由于制膜的主要原料是離子交換樹脂，故又稱為離子交換(樹脂)膜。離子交換膜具有非常廣泛的應用，它是分離裝置、提純裝置以及電化學組件中的重要組成部分，在氯堿工業、水處理工業、重金屬回收、濕法冶金以及電化學工業等領域都起到舉足輕重的作用。2．離子交換膜分四類：(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，不允許陰離子或分子通過。(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子或分子通過。(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。(4)雙極性膜，膜的一側為陽膜，只允許陽離子通過，另一側為陰膜，只允許陰離子通過。陰離子交換膜陽離子交換膜雙極膜質子交換膜單膜雙室雙膜三室多膜多室陰離子交換膜、陽離子交換膜質子交換膜雙極膜兩室法電解飽和食鹽水三室法電解硫酸鈉溶液多室協同電解凈化海水離子選擇性定向移動、維持電荷守恒電極反應式書寫電極屬性判定電解質成分變化兩室法電解飽和食鹽水陽極陰極陰極：放氫生堿2H2O +2e- = H2↑ +2OH-陽極：2Cl--2e- = Cl2↑Cl2H2精制飽和NaCl溶液NaCl稀溶液NaOH稀溶液較濃NaOH溶液總反應：2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑為什么用陽離子交換膜？避免NaOH與反應兩側均有Na+離子電解硫酸鈉溶液產生硫酸和燒堿溶液的裝置如圖所示，其中陰極和陽極均為惰性電極。測得同溫同壓下，氣體甲與氣體乙的體積比約為1∶2。O2H2陽極陰極陽極：放氧生酸2H2O-4e- = O2↑ +4H+陰極：放氫生堿2H2O +2e- = H2↑ +2OH-Na+SO42-H2SO4NaOH陰離子交換膜陽離子交換膜總反應：2Na2SO4 + 6H2O 2H2SO4 + 4NaOH + 2H2↑ + O2↑正極負極兩膜三室電解硫酸鈉溶液陽極陰極三膜四室電解制備Ca(H2PO4)2陰極：放氫生堿2H2O +2e- = H2↑ +2OH-陽極：2Cl--2e- = Cl2↑Ca2+Na+NaOH溶液濃度增大原料室溶液濃度減小CaCl2溶液濃度減小陽離子交換膜陰離子交換膜陽離子交換膜H2PO4-總反應：CaCl2+2NaH2PO4+2H2O Ca(H2PO4)2+2NaOH +H2↑ + Cl2↑膜兩側相同離子與膜的類別是否有關系？雙極膜電解制備乙醛酸雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。2Br--2e- = Br2↑失電子為陽極陰極正極負極H＋OH－陽極所得Br2繼續氧化乙二醛為乙醛酸OHCCHO+Br2+ 2OH- =HOOCCHO+H2O+2Br-乙二酸得電子轉化為乙醛酸HOOCCOOH+ 2e- + 2H+ =HOOCCHO+H2O總反應： HOOCCOOH + OHCCHO 2HOOCCHO四膜五室電解氯化鈉溶液制備HCl和NaOH陽極陰極H＋OH－OH－H＋Na＋Cl－陰極：放氫不生堿2H+ +2e- = H2↑陽極：放氧不生酸4OH- -4e- = O2↑ +2H2ONaCl溶液濃度減小a>b甲室產物NaOH乙室產物HCl總反應：4NaCl + 6H2O 4HCl + 4NaOH + 2H2↑ + O2↑陽離子交換膜陰離子交換膜四膜五室NaBr溶液的電滲析裝置正極負極陽極：OH－-4e- = O2↑ +2H2O陰極：2H+ +2e- = H2↑H＋H＋OH－OH－Na＋Br－NaOH溶液HBr溶液NaBr溶液濃度降低Na2SO4溶液濃度不變Na2SO4溶液濃度不變總反應：4NaBr + 6H2O 4HBr + 4NaOH + 2H2↑ + O2↑Li1－xCoO2 +xe－＋xLi＋===LiCoO2LixC6 - xe－===xLi＋＋6C鋰電池中的膜正極負極Li＋允許Li＋自由通過放電時，石墨層間的Li失去電子變為Li＋ ，電子經導線流向正極， Li＋通過隔膜向正極移動，進入正極材料的空隙，同時變價金屬得電子化合價降低，與Li＋形成化合物。總反應： LixC6 + Li1－xCoO2 ====LiCoO2 + 6C重溫經典PART 03031．（2024·福建T9）一種兼具合成功能的新型鋰電池工作原理如圖。電解質為含Li+有機溶液。放電過程中產生(CF3SO2)2NLi，充電過程中電解LiCl產生Cl2。下列說法正確的是A．交換膜為陰離子交換膜B．電解質溶液可替換為LiCl水溶液C．理論上每生成1molCl2，需消耗2molLiD．放電時總反應：6Li+ N2+4CF3SO2Cl =2(CF3SO2)2NLi +4LiCl允許Li＋自由通過2LiCl 2Li + Cl2↑負極或陰極正極或陽極Li＋正極：N2+6e- +6Li+= 2Li3N2Li3N+4CF3SO2Cl =2(CF3SO2)2NLi +4LiCl2．（2024·河北T13）我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。下列說法錯誤的是A．放電時，電池總反應為2CO2+Mg=MgC2O4B．充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接C．充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2+向陰極遷移D．放電時，每轉移1mol電子，理論上可轉化1mol CO2CO2得電子為正極：2CO2 + 2e- + Mg2+ = MgC2O4負極：Mg - 2e- = Mg2+陽極陰極Mg2+3．（2022·全國甲T10）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是A．Ⅱ區的K+通過隔膜向Ⅲ區遷移B．Ⅰ區的SO42-通過隔膜向Ⅱ區遷移C． MnO2電極反應：MnO2＋2e-＋4H+＝Mn2+＋2H2OD．電池總反應：Zn＋4OH-＋MnO2＋4H+＝Zn(OH)42-＋Mn2+＋2H2O兩側均有K＋，為陽離子交換膜兩側均有SO42- ，為陰離子交換膜正極負極MnO2＋2e-＋4H+＝Mn2+＋2H2OSO42-K＋Zn —2e- ＋4OH-＝Zn(OH)42-＋2H2O4. (2022 ·河北T12)科學家研制了一種能在較低電壓下獲得氧氣和氫氣的電化學裝置，工作原理示意圖如圖。兩側均為NaOH，無法直接判定[Fe(CN)6]4- —e- =[Fe(CN)6]3—陽極陰極DHPS+2H2O +2e- = DHPS-2H +2OH-DHPS-2H=DHPS+H2O24[Fe(CN)6]3-＋4OH－=4[Fe(CN)6]4-＋O2↑＋2H2O陰離子交換膜OH-4. (2022 ·河北T12)科學家研制了一種能在較低電壓下獲得氧氣和氫氣的電化學裝置，工作原理示意圖如圖。5．(2023·湖北T10)我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為xmol h-1。下列說法錯誤的是A．b電極反應式為2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－B．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜D．海水為電解池補水的速率為2xmol h-1陽極陰極陰極：放氫生堿2H2O +2e- = H2↑ +2OH-4OH――4e－＝O2↑＋2H2O陰離子交換膜2H2O 2H2↑ + O2↑水蒸氣6．（2024·江西T11）我國學者發明了一種新型多功能甲醛﹣硝酸鹽電池，可同時處理廢水中的甲醛和硝酸根離子(如圖)。下列說法正確的是A．CuAg電極反應為2HCHO+2H2O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣B．CuRu電極反應為NO3﹣+ 6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣C．放電過程中，OH﹣通過質子交換膜從左室傳遞到右室D．處理廢水過程中溶液pH不變，無需補加KOH正極負極NO3﹣+6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O8HCHO+ NO3﹣+7OH-=NH3↑+8HCOO-+4H2↑+2H2O7．（2024·湖北T14）我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+ OH- [OCH2O]2-+H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e-=HCOO-+H·。下列說法錯誤的是A．電解一段時間后陽極區c(OH-)減小B．理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4mol H2O解離C．陽極總反應式為2HCHO+4OH-- 2e-= 2HCOO-+ H2↑+2H2OD．陰極區存在反應H2C2O4+ 2H++2e-=CHOCOOH+ H2O2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O陽極陰極H＋OH－H2C2O4+2e-+2H+=OHCCOOH+H2OHOOCCH=NOH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O陰極總方程式：H2C2O4+HON+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O7．（2024·湖北T14）我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+ OH- [OCH2O]2-+H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e-=HCOO-+H·。下列說法錯誤的是A．電解一段時間后陽極區c(OH-)減小B．理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4mol H2O解離C．陽極總反應式為2HCHO+4OH-- 2e-= 2HCOO-+ H2↑+2H2OD．陰極區存在反應H2C2O4+ 2H++2e-=CHOCOOH+ H2O2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O陽極陰極H＋OH－8．（2024·廣東T16）一種基于氯堿工藝的新型電解池(下圖)，可用于濕法冶鐵的研究。電解過程中，下列說法不正確的是A．陽極反應：2Cl--2e-=Cl2↑B．陰極區溶液中OH-濃度逐漸升高C．理論上每消耗1molFe2O3，陽極室溶液減少213gD．理論上每消耗1molFe2O3，陰極室物質最多增加138g陽極陰極Fe2O3+6e- +3H2O= 2Fe+ 6OH-2Cl--2e- = Cl2↑Na＋兩側均有Na＋，且向陰極移動3×71+6×23=351g6×23=138g模型建構PART 0404離子交換膜類別的判斷鋰電池只允許Li＋自由通過兩側有相同離子的一般可直接判斷復雜模型需結合裝置目的及電極反應變化具體分析離子交換膜考點的延伸①離子遷移種類的判斷：依據膜的類型選擇性定向移動，平衡電荷②離子遷移方向及電極屬性判斷：電解池陰陽相吸，原電池正正負負③電極方程式書寫：一定注意電解質環境，尤其是質子交換膜，一定需用H+配平電荷離子交換膜考點的延伸④電解質成分變化：關注電極反應式變化的同時，還要關注離子遷移引起的質量變化Fe2O3+6e- +3H2O= 2Fe+ 6OH-2Cl--2e- = Cl2↑Na＋第7講 離子交換膜在電化學中的應用一、考向分析卷別 試題情境 膜的類型 考點分布離子交換膜的判斷 離子交換膜的應用2024江蘇T8 堿性鋅錳電池 隔膜 √2024河北T13 改性Mg-CO2二次電池 隔膜 √2024福建T9 新型鋰電池 交換膜 √ √2024廣西T9 新型鈉離子二次電池 允許Na+通過的隔膜 √2024廣東T16 電解濕法冶煉鐵 陽離子交換膜 √2024黑吉遼T12 電解法耦合高效制H2 陰離子交換膜 √2024江西T11 多功能甲醛-硝酸鹽電池 質子交換膜 √2024海南T13 電解法制備H2O2 質子交換膜 √2024北京T16 電解法制備HNO3 質子交換膜 √2024浙江T19 電解法由CO2制備HCOOH 質子交換膜 √2024湖北T14 電解法催化合成甘氨酸 雙極膜 √2024重慶T9 電解法由CO2制備HCOOH 陰/陽離子交換膜 √二、知識重構1．常見的隔膜隔膜又叫離子交換膜，離子交換膜是具有離子交換性能的，對溶液中的離子具有選擇性透過能力的高分子特殊材料薄膜。1950年W 朱達首先合成了離子交換膜。1956年首次成功地用于電滲析脫鹽工藝上。離子交換膜在應用時，主要利用它的離子選擇透過性，由于制膜的主要原料是離子交換樹脂，故又稱為離子交換(樹脂)膜。離子交換膜具有非常廣泛的應用，它是分離裝置、提純裝置以及電化學組件中的重要組成部分，在氯堿工業、水處理工業、重金屬回收、濕法冶金以及電化學工業等領域都起到舉足輕重的作用。2．離子交換膜分四類：（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，不允許陰離子或分子通過。（2）陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子或分子通過。（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。（4）雙極性膜，膜的一側為陽膜，只允許陽離子通過，另一側為陰膜，只允許陰離子通過。3.常見考查方式及考點4.典型裝置分析分析下列裝置的電極屬性、電極反應式、離子交換膜、離子遷移方向等裝置 分析重溫經典1．（2024·福建T9）一種兼具合成功能的新型鋰電池工作原理如圖。電解質為含Li+有機溶液。放電過程中產生(CF3SO2)2NLi，充電過程中電解LiCl產生Cl2。下列說法正確的是A．交換膜為陰離子交換膜B．電解質溶液可替換為LiCl水溶液C．理論上每生成1molCl2，需消耗2molLiD．放電時總反應：6Li+ N2+4CF3SO2Cl =2(CF3SO2)2NLi +4LiCl【答案】D【分析】放電過程中產生(CF3SO2)2NLi，由圖可知，放電過程中氮氣得到電子發生還原反應生成Li3N，Li3N又轉化為(CF3SO2)2NLi和LiCl，則左側電極為正極，右側電極為負極；【解析】A．放電過程中負極鋰失去電子形成鋰離子，鋰離子通過陽離子交換膜進入左側生成(CF3SO2)2NLi，A錯誤；B．鋰為活潑金屬，會和水反應，故電解質溶液不能為水溶液，B錯誤；C．充電過程中電解LiCl失去電子發生氧化反應產生Cl2：2Cl--2e-=Cl2↑，鋰離子在陰極得到電子發生還原生成鋰單質：2Li++2e-=2Li，則每生成1molCl2，同時生成2mol Li；放電過程中，消耗6mol Li，同時生成4mol LiCl，則整個充放電過程來看，理論上每生成1molCl2，需消耗1mol Li，C錯誤；D．由分析，放電過程中，正極氮氣得到電子發生還原反應生成Li3N，Li3N又轉化為(CF3SO2)2NLi和LiCl，負極鋰失去電子發生氧化反應生成鋰離子，總反應為6Li+ N2+4CF3SO2Cl =2(CF3SO2)2NLi +4LiCl，D正確。2．（2024·河北T13）我國科技工作者設計了如圖所示的可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1，3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2+的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。下列說法錯誤的是A．放電時，電池總反應為2CO2+Mg=MgC2O4B．充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接C．充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2+向陰極遷移D．放電時，每轉移1mol電子，理論上可轉化1mol CO2【答案】C【分析】放電時CO2轉化為MgC2O4，碳元素化合價由+4價降低為+3價，發生還原反應，所以放電時，多孔碳納米管電極為正極、Mg電極為負極，則充電時多孔碳納米管電極為陽極、Mg電極為陰極：定位：二次電池，放電時陽離子向正極移動，充電時陽離子向陰極移動。電極 過程 電極反應式電極 放電 Mg-2e- =Mg2+充電 Mg2++2e- =Mg多孔碳納米管電極 放電 Mg2++2e- +2CO2=MgC2O4充電 MgC2O4-2e- = Mg2++2CO2【解析】A．根據以上分析，放電時正極反應式為Mg2++2e- +2CO2=MgC2O4、負極反應式為Mg-2e- =Mg2+，將放電時正、負電極反應式相加，可得放電時電池總反應：2CO2+Mg=MgC2O4，A正確；B．充電時，多孔碳納米管電極上發生失電子的氧化反應，則多孔碳納米管在充電時是陽極，與電源正極連接，B正確；C．充電時，Mg電極為陰極，電子從電源負極經外電路流向電極，同時Mg2+向陰極遷移，C錯誤；D．根據放電時的電極反應式Mg2++2e- +2CO2=MgC2O4可知，每轉移2mol電子，有2mol CO2參與反應，因此每轉移1mol電子，理論上可轉化1mol CO2，D正確。3．（2022·全國甲T10）一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是A．Ⅱ區的K+通過隔膜向Ⅲ區遷移B．Ⅰ區的SO42-通過隔膜向Ⅱ區遷移C． MnO2電極反應：MnO2＋2e-＋4H+＝Mn2+＋2H2OD．電池總反應：Zn＋4OH-＋MnO2＋4H+＝Zn(OH)42-＋Mn2+＋2H2O【答案】A【解析】根據圖示的電池結構和題目所給信息可知，Ⅲ區Zn為電池的負極，電極反應為Zn-2e-+4OH-＝Zn(OH)，Ⅰ區MnO2為電池的正極，電極反應為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；電池在工作過程中，由于兩個離子選擇隔膜沒有指明的陽離子隔膜還是陰離子隔膜，故兩個離子隔膜均可以通過陰、陽離子，因此可以得到Ⅰ區消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ區的K+向Ⅰ區移動或Ⅰ區的SO向Ⅱ區移動，Ⅲ區消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ區的SO向Ⅲ區移動或Ⅲ區的K+向Ⅱ區移動。據此分析答題。A．根據分析，Ⅱ區的K+只能向Ⅰ區移動，A錯誤；B．根據分析，Ⅰ區的SO向Ⅱ區移動，B正確；C．MnO2電極的電極反應式為MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正確；D．電池的總反應為Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正確。4. (2022 ·河北T12)科學家研制了一種能在較低電壓下獲得氧氣和氫氣的電化學裝置，工作原理示意圖如圖。下列說法正確的是A. 電極b為陽極B. 隔膜為陰離子交換膜C. 生成氣體M與N的物質的量之比為2∶1D. 反應器I中反應的離子方程式為4[Fe(CN)6]3-＋4OH－4[Fe(CN)6]4-＋O2↑＋2H2O【答案】BD【解析】由圖可知，a電極為陽極，堿性條件下[Fe(CN)6]4-離子在陽極失去電子發生氧化反應生成[Fe(CN)6]3—離子，催化劑作用下，[Fe(CN)6]3-離子與氫氧根離子反應生成[Fe(CN)6]4-離子、氧氣和水，b電極為陰極，水分子作用下DHPS在陰極得到電子發生還原反應生成DHPS—2H和氫氧根離子，催化劑作用下，DHPS—2H與水反應生成DHPS和氫氣，氫氧根離子通過陰離子交換膜由陰極室向陽極室移動，則M為氧氣、N為氫氣。A．由分析可知，b電極為電解池的陰極，故A錯誤；B．由分析可知，氫氧根離子通過陰離子交換膜由陰極室向陽極室移動，則隔膜為陰離子交換膜，故B正確；C．由分析可知，M為氧氣、N為氫氣，由得失電子數目守恒可知，氧氣和氫氣的的物質的量之比為1∶2，故C錯誤；D．由分析可知，反應器I中發生的反應為催化劑作用下，[Fe(CN)6]3-離子與氫氧根離子反應生成[Fe(CN)6]4-離子、氧氣和水，反應的離子方程式為4[Fe(CN)6]3-＋4OH－4[Fe(CN)6]4-＋O2↑＋2H2O。5．(2023·湖北T10)我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為xmol h-1。下列說法錯誤的是A．b電極反應式為2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－B．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜D．海水為電解池補水的速率為2xmol h-1【答案】D【解析】A．由圖可知，該裝置為電解水制取氫氣的裝置，a電極與電源正極相連，為電解池的陽極，b電極與電源負極相連，為電解池的陰極，陰極反應為2H2O+2e-=H2↑+2OH－，A正確；B．該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH濃度不變，陽極反應為4OH－－4e－=O2↑+2H2O，為保持OH－離子濃度不變，則陰極產生的OH－離子要通過離子交換膜進入陽極室，即離子交換膜應為陰離子交換摸，故B正確；C．題中提示PTFE膜可透汽不透液態水，海水中的動能高的水能量高，即水蒸氣，所以可穿過PTFE膜，故C正確；D．電池總反應為2H2O2H2↑+O2↑，由電解總反應可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率為xmol·h－1，則補水的速率也應是xmol·h－1，故D說法錯誤。6．（2024·江西T11）我國學者發明了一種新型多功能甲醛﹣硝酸鹽電池，可同時處理廢水中的甲醛和硝酸根離子(如圖)。下列說法正確的是A．CuAg電極反應為2HCHO+2H2O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣B．CuRu電極反應為NO3﹣6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣C．放電過程中，OH﹣通過質子交換膜從左室傳遞到右室D．處理廢水過程中溶液pH不變，無需補加KOH【答案】B【分析】由原電池中電子移動方向可知，CuAg為負極，HCHO失去電子生成HCOO-和H2，電極方程式為：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，CuRu為正極，NO3﹣得到電子生成NH3，電極方程式為：NO3﹣+6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，以此解答。【解析】A．由分析可知，CuAg為負極，HCHO失去電子生成HCOO-和H2，根據得失電子守恒和電荷守恒配平電極方程式為：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，A錯誤；B．由分析可知，CuRu為正極，NO3﹣得到電子生成NH3，根據得失電子守恒和電荷守恒配平電極方程式為：NO3﹣+6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，B正確；C．質子交換膜只允許H+通過，C錯誤；D．由分析可知，負極電極方程式為：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，正極電極方程式為：NO3﹣+6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，總反應為8HCHO+ NO3﹣+7OH-=NH3↑+8HCOO-+4 H2↑+2H2O，處理廢水過程中消耗OH-，溶液pH減小，需補加 KOH，D錯誤。7．（2024·湖北T14）我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+ OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e-=HCOO-+H·。下列說法錯誤的是A．電解一段時間后陽極區c(OH-)減小B．理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4mol H2O解離C．陽極總反應式為2HCHO+4OH-- 2e-= 2HCOO-+ H2↑+2H2OD．陰極區存在反應H2C2O4+ 2H++2e-=CHOCOOH+ H2O【答案】B【分析】在KOH溶液中HCHO轉化為HOCH2O-：HCHO+OH-→HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O，Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e-=HCOO-+H ，H 結合成H2，Cu電極為陽極；PbCu電極為陰極，首先HOOC—COOH在Pb上發生得電子的還原反應轉化為OHC—COOH：H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，OHC—COOH與HO—N+H3反應生成HOOC—CH=N—OH：OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+，HOOC—CH=N—OH發生得電子的還原反應轉化成H3N+CH2COOH：HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O。【解析】A．根據分析，電解過程中，陽極區消耗OH-、同時生成H2O，故電解一段時間后陽極區c(OH-)減小，A項正確；B．根據分析，陰極區的總反應為H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解離成1molH+和1molOH-，故理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有6molH2O解離，B項錯誤；C．根據分析，結合裝置圖，陽極總反應為2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C項正確；D．根據分析，陰極區的Pb上發生反應H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D項正確。8．（2024·廣東T16）一種基于氯堿工藝的新型電解池(下圖)，可用于濕法冶鐵的研究。電解過程中，下列說法不正確的是A．陽極反應：2Cl--2e-=Cl2↑B．陰極區溶液中OH-濃度逐漸升高C．理論上每消耗1molFe2O3，陽極室溶液減少213gD．理論上每消耗1molFe2O3，陰極室物質最多增加138g【答案】C【分析】左側電極為陰極，發生還原反應，Fe2O3在堿性條件下轉化為Fe，從而實現冶鐵，電極反應為：Fe2O3+6e- +3H2O= 2Fe+ 6OH-；右側電極為陽極，溶液為飽和食鹽水，Cl-放電產生氯氣，電極反應為：2Cl--2e-=Cl2↑；中間為陽離子交換膜，由陽極向陰極移動。【解析】A．由分析可知，陽極反應為：2Cl--2e-=Cl2↑，A正確；B．由分析可知，陰極反應為：Fe2O3+6e- +3H2O= 2Fe+ 6OH-，消耗水產生OH-，陰極區溶液中OH-濃度逐漸升高，B正確；C．由分析可知，理論上每消耗1molFe2O3，轉移6mol電子，產生3mol Cl2，同時有6molNa+由陽極轉移至陰極，則陽極室溶液減少3×71+6×23=351g，C錯誤；D．由分析可知，理論上每消耗1molFe2O3，轉移6mol電子，有6mol Na+由陽極轉移至陰極，陰極室物質最多增加6×23=138g，D正確。四、模型建構1.離子交換膜類別的判斷簡單模型：①鋰電池只允許Li＋自由通過；②兩側有相同離子的一般可直接判斷為相應的離子交換膜；復雜模型：需根據裝置的目的與電極反應式具體分析判斷。2.離子交換膜考點的延伸①離子遷移種類的判斷：依據膜的類型選擇性定向移動，平衡電荷；②離子遷移方向及電極屬性判斷：電解池陰陽相吸，原電池正正負負；③電極方程式書寫：一定注意電解質環境，尤其是質子交換膜，一定需用H+配平電荷；④電解質成分變化：關注電極反應式變化的同時，還要關注離子遷移引起的質量變化。 展開更多...... 收起↑ 資源列表 第7講 離子交換膜在電化學中的應用.docx 第7講 離子交換膜在電化學中的應用.pptx 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫
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