人教版高中化学选择性必修1专题突破（十）离子交换膜在电化学中的应用课件.ppt

专题突破（十）离子交换膜在电化学中的应用第四章化学反应与电能交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。1.离子交换膜的功能及类型(1)功能：使离子定向移动，选择性通过某些离子或隔离某些离子、物质，平衡整个溶液的离子浓度或电荷。(2)种类：阳离子交换膜：只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过。阴离子交换膜：只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过。质子交换膜：只允许质子(氢离子)和水分子通过。2.离子交换膜在电化学中的作用(1)用离子交换膜隔离某些分子和离子，防止副反应的发生。例如氯碱工业中，阳离子交换膜的作用就是阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过，防止氯气和NaOH反应。(2)离子交换膜制备物质、分离物质等。以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示。离子移动方向及交换膜类型：产品室为阳极，原料室中的阴离子移向产品室，膜1为阴离子交换膜；原料室中的阳离子Na＋移向阴极室，膜2为阳离子交换膜。阳极：电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋结合移入的H2PO生成H3PO2。阴极：电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，产生的OH－结合移入的Na＋生成NaOH。(3)离子交换膜使具有浓度差的离子进行选择性迁移。离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区。以电化学制备K2Cr2O7为例，其原理如图所示，其中a、b均为石墨电极。左侧：为“稀→浓”的溶液区，则右侧的K＋通过K＋交换膜移向左侧，a极为阴极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，产生的OH－结合移入的K＋生成KOH。右侧：b极为阳极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，使溶液中的反应＋2H＋?===?＋H2O正向进行，生成K2Cr2O7。3.阴、阳离子交换膜的判断(1)看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极，是否标注了电子流向、电流流向等，明确阴、阳离子的移动方向。(2)根据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向，结合给出的制备、电解物质等信息，找出物质生成或消耗的电极区域，确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。√针对练1.如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是A.a是电源的负极B.通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色C.随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大D.当0.01molFe2O3完全溶解时，至少产生气体336mL(折合成标准状况下)根据题图，结合题意知，石墨电极Ⅱ上H2O发生氧化反应产生O2，故石墨电极Ⅱ是阳极，则b是电源的正极、a是电源的负极，A项正确；石墨电极Ⅱ上H2O放电产生O2和H＋：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，通电一段时间后，石墨电极Ⅱ附近溶液显酸性，能使石蕊显红色，B项正确；电解时，Cu2＋在石墨电极Ⅰ上放电生成Cu，左室中Cl－通过阴离子交换膜进入中间室，故CuCl2溶液的浓度减小，C项错误；由Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和阳极反应式可得Fe2O3～，故产生O2的体积是×0.01mol×22.4L·mol－×103mL·L－1＝336mL，D项正确。√针对练2.用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是A.阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2B.b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋C.产品室中发生的反应是B(OH)3＋OH－===B(OH)D.每增加1molH3BO3产品，NaOH溶液增重22g由题图可知，b极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H＋，a极为阴极，电解时阴极上水得电子发生还原反应生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，在产品室中、H＋发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理