高三化学有关离子交换膜的电化学试题复习.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,有关离子交换膜的电化学试题,1.防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。（如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。,2.用于物质的制备、分离、提纯等。,3.,使指定离子定向移动,一、交换膜的功能：,使离子选择性定向迁移（目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。,三、离子交换膜的类型：,常见的离子交换膜为：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的作用：,四、试题赏析：,1.,某同学按如图所示装置进行试验，,A,、,B,为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当,K,闭合时，,SO,4,2-,从右向左通过阴离子交换膜移向,A,极下列分析正确的是,（）,A,溶液中,c(A,2,),减小,B,B,极的电极反应：,B,2e,=B,2,C,Y,电极上有,H,2,产生，发生还原反应,D,反应初期，,X,电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解,D,2,右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池,(MH,Ni,电池,),。下列有关说法不正确的是,（）,A,放电时正极反应为：,NiOOH,H,2,O,e,Ni(OH),2,OH,B,电池的电解液可为,KOH,溶液,C,充电时负极反应为：,MH,OH,M,H,2,O,e,D,MH,是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高,C,镍氢电池中主要为,KOH,作电解液，充电时，阳极反应：,Ni(OH),2,+OH,=NiOOH+H,2,O,e,，阴极反应：,M+H2O,e,=MH+OH,，总反应为,M+Ni(OH),2,=MH+NiOOH,；放电时，正极：,NiOOH,H,2,O,e,Ni(OH),2,OH,，负极：,MH,OH,M,H,2,O,e,，总反应为,MH+NiOOH=M+Ni(OH),2,。以上各式中,M,为金属合金，,MH,为吸附了氢原子的储氢合金。,A,、放电时，正极：,NiOOH+H,2,O+e,=Ni(OH),2,+OH,，故,A,正确；,B,、为了防止,MH,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,B,正确；,C,、充电式，负极作阴极，阴极反应为,M+H,2,O+e,=MH+OH,，故,C,错误；,D,、,M,为储氢合金，,MH,为吸附了氢原子的储氢合金，储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高，故,D,正确。,解析：,3,某原电池装置如右图所示，电池总反应为,2Ag,Cl,2,2AgCl,。下列说法正确的是（）,A,正极反应为,AgCl,e,Ag,Cl,B,放电时，交换膜右侧溶液中有大 量白色沉淀生成,C,若用,NaCl,溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变,D,当电路中转移,0.01 mol e,时，交换膜左侧溶液中约减少,0.02 mol,离子,D,解析：,电解的电极反应为,（,左侧）阳极：,2I,2e,=I,2,3I,2,+6OH,=IO,3,+5I,+3H,2,O,（右侧）,阴极：,2H,2,O+2e,=H,2,+2OH,如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜：,电极反应为：阳极,2I,2e,=I,2,通过阳离子交换膜迁移至阴极,阴极,2H,2,O+2e,=H,2,+2OH,阴离子交换膜,向右侧移动,左侧溶液变蓝色,一段时间后，蓝色变浅,放出氢气,多余,K,+,保证两边溶液呈电中性,5.,人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。,电源的负极为,(,填“,A”,或“,B”),。,阳极室中发生的反应依次为,、,。,电解结束后，阴极室溶液的,pH,与电解前相比将,；若两极共收集到气体,13.44 L(,标准状况,),，则除去的尿素为,g(,忽略气体的溶解,),。,B,CO(NH,2,),2,3Cl,2,H,2,O=N,2,CO,2,6HCl,6Cl,6e,=3Cl,2,不变,7.2,(3),根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律和本题图中的电极产物,H,2,和,Cl,2,可以判断出,A,为电源的正极，,B,为电源的负极，故阳极室中发生的反应依次为：,6Cl,6e,=3Cl,2,，,CO(NH,2,),2,3Cl,2,H,2,O=N,2,CO,2,6HCl,；,阴极反应为,6H,2,O,6e,=6OH,3H,2,(,或,6H,6e,=3H,2,),阳极反应为,6Cl,6e,=3Cl,2,，,CO(NH,2,),2,3Cl,2,H,2,O=N,2,CO,2,6HCl,根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的,OH,、,H,的数目相等，阳极室中反应产生的,H,通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的,pH,不变；由上述反应式可以看出，转移,6mole,时，阴极产生,3molH,2,，阳极产生,1molN,2,和,1molCO,2,，故电解收集到的,13.44L,气体中,V(N,2,),V(CO,2,),13.44L/5,2.688L,，即,n(N,2,),n(CO,2,),2.688L/22.4Lmol,-1,0.12mol,根据方程式,CO(NH,2,),2,3Cl,2,H,2,O=N,2,CO,2,6HCl,可知生成,0.12molN,2,所消耗的,CO(NH,2,),2,的物质的量也为,0.12mol,，,其质量为：,mCO(NH,2,),2,0.12mol60gmol,1,7.2g,。,解析：,6.,化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解,NO,3,的原理如图所示。,电源正极为,（填,A,或,B,），,阴极反应式为,。,若电解过程中转移了,2mol,电子，则膜两侧电解液的质量变化差,(m,左,m,右,),为,g,。,A,2 NO,3,+10e,+6H,2,O=N,2,+12OH,14.4,根据题,11,图可知，电解池右侧,NO,3,转化成,N,2,，发生还原反应：,2,NO,3,+10e,+6H,2,O=N,2,+12OH,，其电极应为阴极；则左侧发生氧化反应：,2H,2,O4e,=O,2,+4H,+,，其电极作阳极，与其相连的,A,端为电源的正极；转移,2mol,电子时，左侧减少,0.2molN,2,，即,5.6g,，右侧产生,0.5molO,2,，即,16g,，同时生成,2molH,+,，由于,H,+,可通过质子交换膜由左侧进入右侧，则右侧电解液质量实际减少：,5.6g2g=3.6g,，左侧电解液质量实际减少：,16g+2g=18g,，则两侧质量差为,14.4g.,解析：,（,4,）,IV,中，电解,NO,制备,NH,4,NO,3,，其工作原理如上图所示，为使电解产物全部转化为,NH,4,NO,3,，需补充物质,A,，,A,是,_,，说明理由：,_,。,7,NH,3,经一系列反应可以得到,HNO,3,。,NH,3,根据电子守恒，阳极得到的,NO,3,-,的量大于阴极得到的,NH,4,+,的量，所以需充入,NH,3,（或从阴阳极电极反应式说明也可）,由电解示意图可知，两极的反应物均为,NO,，,1molNO,生成,1molNH,4,+,需要得到,5mo,l,电子，,1molNO,生成,1molNO,3,-,需要失去,3mol,电子，故反应两极反应,NO,的物质的量之比为,3:5,，所以生成的,NH,4,+,与,NO,3,-,的物质的量之比亦为,3:5,，所以,NO,3,-,的量大于,NH,4,+,，欲使物质全部转化成,NH,4,NO,3,，则需加入能形成,NH,4,+,的物质，故需补充,NH,3,。,解析：,8.,硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。,（,1,）将烧碱吸收,H2S,后的溶液加入到如图,-1,所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：,S,2,2e,=S,（,n1,）,S+S,2,=S,n,2,写出电解时阴极的电极反应式：,。,电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成,。,2H,2,O+2e,-,=H,2,+2OH,-,(,或,2H,+,+2e,-,=H,2,),S,n,2-,+2H,+,=(n-1)S+H,2,S,电解时,阴极发生阳离子的还原反应,放电的只能是,H,+,电极反应式是,:,2H,2,O+2e,-,=H,2,+2OH,-,(,或,2H,+,+2e,-,=H,2,),电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质和,H,2,S,方程式为,:,S,n,2-,+2H,+,=(n-1)S+H,2,S,解析：,9,次磷酸,(H,3,PO,2,),是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：,(4)H,3,PO,2,也可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示,(,阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过,),：,下一页,写出阳极的电极反应式：,_,。,分析产品室可得到,H,3,PO,2,的原因是,_,。,早期采用“三室电渗析法”制备,H,3,PO,2,：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用,H,3,PO,2,稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有,_,杂质，该杂质产生的原因是,_,。,2H,2,O-4e,-,=O,2,+4H,+,阳极室的,H,+,穿过阳膜扩散至产品室，原料室的,H,2,PO,3,-,穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成,PO,4,3-,H,3,PO,3,或,H,2,PO,2,-,被氧化。,上一页,（,4,）,在阳极由于含有的阴离子,OH,-,、,SO,4,2-,、,H,2,PO,2,-,中放电能力最强的是,OH,-,，所以发生反应：,2H,2,O-4e,-,=O,2,+4H,+,；,在产品室只所以可得到,H,3,PO,2,是因为阳极室的,H,+,穿过阳膜扩散至产品室，原料室的,H,2,PO,3,-,穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成）,早期采用“三室电渗析法”制备,H,3,PO,2,，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用,H,3,PO,2,稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产生的氧气会把,H,3,PO,3,或,H,2,PO,2,-,氧化为,PO,4,3-,，导致产品不纯。,解析：,