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1、第六单元化学反应与能量增分微课8电化学中的离子交换膜增分典例探究提分强化训练年份201920182017题号全国第12题、全国第13题,天津第6题,江苏20题全国第13题、全国第27题、全国III第27题、天津第10题天津第7题、江苏第16题素养剖析高考中涉及离子交换膜的试题每年都考,且常出常新。根据透过的微粒,离子交换膜可以分为多种,在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种,阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻止阴离子和气体通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过,质子交换膜只允许质子(H+)通过。题目的设置很好地考查和体现了变化观念与平衡思想,考生通过宏观辨识与微观探析的方式,
2、体现了对考生科学探究精神的考查离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子,目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷,利用离子交换膜的这一功能可用来制备物质,解题时应先分析出应制备或提纯的物质,后确定装置的正、负极,根据离子交换膜的功能判断特定离子的移动方向,进而逐一解答。增分点一利用离子交换膜进行制备例1 2019江苏卷CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源。电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图所示。写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式:。电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是。判断电极分析电极物质变化电极变化结论根据题
3、目要求,电解CO2制HCOOH,推断为阴极,是阳极阳极电解产生氧气,富余氢离子,阴极区电解使阴离子增多【信息解读】左侧K+右侧阴极变式题 H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图,下列叙述错误的是()A.M室发生的电极反应为2H2O-4e-=O2+4H+B.N室中:a%b%C.b膜为阴膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸D.理论上每生成1mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6L气体D解析 M室为阳极室,发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+,故A正确;变式题 H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图,下列叙述错误的
4、是()A.M室发生的电极反应为2H2O-4e-=O2+4H+B.N室中:a%b%C.b膜为阴膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸D.理论上每生成1mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6L气体DN室为阴极室,溶液中水电离的H+得电子发生还原反应生成H2,促进水的电离,溶液中OH-浓度增大,即a%b%,故B正确;变式题 H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图,下列叙述错误的是()A.M室发生的电极反应为2H2O-4e-=O2+4H+B.N室中:a%b%C.b膜为阴膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸D.理论上每生成1mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6L
5、气体D变式题 H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图,下列叙述错误的是()A.M室发生的电极反应为2H2O-4e-=O2+4H+B.N室中:a%b%C.b膜为阴膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸D.理论上每生成1mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6L气体D每生成1mol产品,转移电子的物质的量为1mol,阴极室生成0.5mol氢气,其标准状况下的体积为11.2L,故D错误。离子交换膜的作用:一是隔离,二是平衡整个溶液的离子浓度或电荷。利用离子交换膜提纯物质时,先分析要提纯的物质后,再结合装置的正、负极,根据离子交换膜的功能判断特定离子的移动方向,进行分析
6、作答。利用离子交换膜进行分离提纯,一般是两个膜以上,要判断好每个膜的属性是关键。增分点二利用离子交换膜进行分离提纯B判断目标产物分析电极反应分析离子的移动方向其他根据题目信息,是提纯Na2SO4左侧是阴极,H+放电,富余;右侧是阳极,OH-放电,富余【信息解读】OH-左H+右C利用离子交换膜阻止某些离子移动来隔离某些物质,防止副反应的发生或防止改变电解质溶液的酸碱性。解题时,确定装置的正、负极后,先假设如果没有离子交换膜的话,由离子的移动方向判断可能发生的其他反应对设计目的的影响,进而分析解答。增分点三隔离某些物质防止发生反应例3 目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法,阳(阴)离子交换膜不允许
7、阴(阳)离子通过。根据图判断下列叙述中错误的是()A.NaOH、H2均在区产生B.图中a为阴离子交换膜C.使用离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2,阻止二者之间的反应D.电解时往区的溶液中滴加几滴甲基橙,溶液先变红后褪色B电极反应膜的属性判断区是阴极室,H+放电生成氢气,同时促进水的电离,生成氢氧化钠,区中的通过a进入区;区和电源的正极相连,为阳极,Cl-放电生成氯气,区中的通过b进入区故a应该是阳离子交换膜;b应该是阴离子交换膜【信息解读】Na+Cl-B解析根据装置图可知,电池负极反应为NH3BH3-6e-+2H2O=NH4BO2+6H+,正极反应为3H2O2+6e-+6H+=6H2O。
8、根据负极反应,负极附近溶液的pH减小,A错误,B正确;BCC夜间无光照时,相当于蓄电池放电,a极的电极反应式为V2+-e-=V3+,发生氧化反应,是负极,a电极流出电子,C正确。D000解析 Y电极为阳极,电极反应式为2Cl-2e-=Cl2,为保持Y电极附近溶液呈电中性,M、N之间海水中的阴离子需透过离子交换膜N进入右侧溶液,则N为阴离子交换膜,A正确;D000电解时,Y电极上产生的Cl2为有色气体,B正确;X为阴极,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-,溶液中c(OH-)增大,易产生Mg(OH)2、Ca(OH)2沉淀而使X电极区域出现浑浊,C正确,D错误。3.锌溴液流电
9、池用溴化锌溶液作电解液,并在电池间不断循环。下列有关说法正确的是()A.充电时Zn2+通过阳离子交换膜由左侧流向右侧B.放电时每转移2mol电子负极增重130gC.充电时阴极的电极反应式为Br2+2e-=2Br-D.若将电解液改为氯化锌溶液放电效果更好更安全A000解析 A项,充电时,为电解池,阳离子应流向阴极,Zn2+通过阳离子交换膜由左侧流向右侧,正确;B项,放电时,负极为锌失电子生成锌离子,电极应减重,错误;3.锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液,并在电池间不断循环。下列有关说法正确的是()A.充电时Zn2+通过阳离子交换膜由左侧流向右侧B.放电时每转移2mol电子负极增重130gC.充电
10、时阴极的电极反应式为Br2+2e-=2Br-D.若将电解液改为氯化锌溶液放电效果更好更安全A000C项,充电时,阴极的反应式应为Zn2+2e-=Zn,错误;D项,若将电解液改为氯化锌溶液放电会生成氯气,氯气有毒,不会更安全,错误。4.电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为12,以下说法正确的是()A.产物丙为硫酸溶液B.a极与电源的负极相连C.离子交换膜d为阴离子交换膜D.a电极反应式:2H2O+2e-=H2+2OH-A0004.电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为12,以下说法正确的是()A.产物丙为硫酸溶液B.a极与电源的负极相连C.离子交换膜d为阴离子交换膜D.a电极反应式:2H2O+2e-=H2+2OH-A000透过阴离子交换膜(c)进入左侧溶液,则产物丙为H2SO4溶液,A正确;a为阳极,则a极与电源的正极相连,B错误;b极为阴极,溶液中阳离子要透过离子交换膜d向b极移动,则离子交换膜d为阳离子交换膜,C错误;a极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+,D错误。
