(教案)第4章 小阶段任务学习 离子交换膜在电化学装置中的应用-【提分教练】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修1(人教版2019)

离子交换膜在电化学装置中的应用 高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。具有很强的氧化性，能非常有效地杀灭水中的病菌和病毒。与此同时，自身被还原成Fe(OH)3，这是一种品质优良的无机絮凝剂，能高效地除去水中的微细悬浮物。 工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。 探究1：图中铁电极是阳极还是阴极？写出其电极反应。 提示：阳极；电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O。 探究2：离子交换膜b是阴离子交换膜还是阳离子交换膜？ 提示：电解池中阴离子向阳极移动，通过离子交换膜b的是OH－，故b为阴离子交换膜。 探究3：电解一段时间后，铜电极附近氢氧化钠溶液浓度有何变化？ 提示：阴极氢离子放电，电解池中Na＋向阴极移动，通过离子交换膜a，所以铜电极附近氢氧化钠溶液浓度会增大。 1．离子交换膜的类型和作用 2．离子交换膜类型的判断方法 根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型，判断时首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。 3．有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法 4．新型电池中正、负极的判断方法 特别提醒：判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。 5．新型电池“放电”时电极反应的正误判断 (1)若给出新型电池的装置图：先找出电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂；再结合电解质确定出还原产物和氧化产物；最后判断相应的电极反应的正误。 (2)若给出新型电池的总反应：分析总反应中各元素化合价的变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，还原剂及其对应的氧化产物，最后考虑电解质是否参加反应，判断电极反应的正误。 1．采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法正确的是(　　) A．Zn与电源的负极相连 B．ZnC2O4在交换膜右侧生成 C．电解的总反应为2CO2＋ZnZnC2O4 D．通入11.2 L CO2时，转移0.5 mol电子 C　解析：电解过程中Zn被氧化，作阳极，所以Zn与电源的正极相连，A错误；Zn2＋透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2O形成ZnC2O4，B错误；没有给出气体所处的温度和压强，D错误。 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∶2 B．b极的电极反应为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1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g D　解析：由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H＋，a电极为阴极，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B(OH)通过阴膜进入产品室，b极室中H＋通过阳膜进入产品室，在产品室中H＋与B(OH)发生反应生成H3BO3，a、b两电极反应分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理论上每生成1 mol产品，b极生成1 mol H＋，a极产生0.5 mol H2，即1 g，则原料室中进入a极室的Na＋为 1 mol，即23 g，故NaOH溶液增重22 g。 3．(双选)Zulema Borjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是(　　) A．该装置可以在高温下工作 B．X、Y依次为阴离子、阳离子交换膜 C．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋ D．该装置工作时，电能转化为化学能 BC　解析：高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，A错误；原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐的目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，B正确；由图可知，负极上有机废水CH3COO－失电子发生氧化反应，电极反应为CH3COO－＋2H2O－