2023届新高考化学选考一轮总复习学案-热点10　电化学原理的综合应用.docxVIP

热点10电化学原理的综合应用

考点一含离子交换膜电池的应用

1.常见的离子交换膜

(1)阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,即允许H+和其他阳离子通过,不允许阴离子通过。

(2)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,即允许OH-和其他阴离子通过,不允许阳离子通过。

(3)质子交换膜,只允许H+通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。

2.隔膜的作用

(1)能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。

(2)能选择性地允许离子通过,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

3.判断离子交换膜类型的步骤

第一步:明确电解质溶液中存在的粒子。

第二步:结合题设信息,确定物质生成或消耗的电极区域。

第三步:运用电化学原理写出电极反应式,依据电中性原则,确定离子的移动方向。

第四步:依据离子移动方向,判断离子交换膜类型。

4.离子交换膜试题的解题例析

如电解法可将含有AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m,已知A为金属活动性顺序表中H前金属,Bn-为含氧酸根离子。

[典例1](2021·广东卷)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是()

A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大

B.生成1molCo,Ⅰ室溶液质量理论上减少16g

C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变

D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+

解析:石墨电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,H+通过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室,右侧Co电极为阴极,电极反应式为Co2++2e-Co,Cl-通过阴离子交换膜由Ⅲ室进入Ⅱ室,与H+结合生成盐酸。由上述分析知,Ⅰ室中水放电使硫酸浓度增大,Ⅱ室中生成盐酸,故Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均减小,A错误;生成1molCo时,转移2mol电子,Ⅰ室有0.5mol(即16g)O2逸出,有2mol(即2g)H+通过阳离子交换膜进入Ⅱ室,则Ⅰ室溶液质量理论上减少18g,B错误;移除两交换膜后,石墨电极上的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,C错误;根据上述分析可知,电解时生成了O2、Co、H+,则电解总反应为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,D正确。

答案:D

三步法解答有关“膜”装置题

[对点精练1]一种新型镁硫二次电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(D)

A.b电极添加石墨烯可以提高电池正极材料导电性

B.放电时,正极反应包括Mg2++MgS2+2e-2MgS

C.隔膜是阳离子交换膜,充电时Mg2+从b极移向a极

D.充电时,若发生2mol电子转移,则阳极增加的质量为24g

解析:A.Mg为负极,被氧化生成Mg2+,b电极为正极,石墨烯可以导电,则b电极添加石墨烯可以提高电池正极材料导电性,正确;B.放电时,正极上发生还原反应,得电子,根据装置图可判断正极反应包括Mg2++MgS2+2e-2MgS,正确;C.据题图可知,溶液中的阳离子Mg2+通过隔膜移向正极,所以使用的隔膜是阳离子交换膜,充电时Mg2+从b极移向a极,正确;D.充电时,阳极发生失去电子的氧化反应,电极反应式包括2MgS-2e-MgS2+Mg2+,则阳极质量减少,错误。

[对点精练2]某混合物浆液含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(见图),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。下列说法不正确的是(C)

A.用惰性电极电解时,CrO42-

B.通电后,阴极室溶液pH增大

C.分离后,含铬元素的粒子是CrO

D.通电后,相同条件下阴、阳两极产生气体体积之比为2∶1

解析:A.电解时,阴离子向阳极移动,即在直流电场作用下,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液,正确;B.通电后,阴极上水中的氢离子放电,即2H2O+2e-H2↑+2OH-,OH-浓度增大,pH增大,正确;C.电解时,阳极上水中的氢氧根离子放电,即2H2O-4e-O2↑+4H+,H+在阳极区增多,CrO42-向阳极移动,由于存在2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O,H+浓度增大,平衡向右移动,所以分离后含铬元素的粒子是Cr

考点二“串联”类电池的识别与分析

一、电解池的“串联”——有外接电源型

1.常见模型

装置A、B为两个串联电解池,相同时间内,各电极得失电子数相等。

2.判断方法

与电源负极相连的是阴极,或根据“电解池串联时阴、阳极交替出现”的原则正推电极,也可以通过装置中某极的变化、现象反推电极。电极位置相同,作用也相同。若电解池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同,则该装置为