第5板块 大主题整合(三) 电解池 金属的腐蚀与防护 微课时突破3 融入实践强应用（Word教参）-【创新方案】2024高考化学一轮复习（新教材版Ⅰ 新高考）

微课时突破3　融入实践强应用(离子交换膜在电池中的应用) 离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在涉及电化学的工业生产中广泛应用。由于离子交换膜能将工业生产与化学知识有机的融合，实现资源的最优配置，考查学生的学以致用能力，故近几年的电化学高考试题中年年涉及。主要呈现的是阴、阳离子交换膜，质子交换膜，双极膜和气体膜等，其功能是在于选择性通过某些离子和阻断某些离子或隔离某些物质，从而制备、分离或提纯某些物质，来丰富人们物质需求。 一、集训高考真题——明考法 1．(2022·全国甲卷)一种水性电解液Zn­MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)存在]。电池放电时，下列叙述错误的是(　 ) A．Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移 B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移 C．MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)＋Mn2＋＋2H2O 解析：选A　由题目信息知，Zn电极为负极，MnO2电极为正极，电池放电时，电解质溶液中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，A项错误。 2．(2021·广东等级考)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1 mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g 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＋＋2H2O通电,2Co＋O2↑＋4H＋ 解析：选D　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1 mol Co时，转移2 mol电子，Ⅰ室有0.5 mol O2(即16 g)逸出，有2 mol(即2 g)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18 g，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；根据分析可知，电解时生成了O2、Co、H＋，则电解总反应为2Co2＋＋2H2O通电,2Co＋O2↑＋4H＋，D正确。 3．(2021·全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　 ) A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用 B．阳极上的反应式为＋2H＋＋2e－―→＋H2O C．制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 mol电子 D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移 解析：选D　由题图可知，在铅电极乙二酸变成乙醛酸是去氧的过程，发生还原反应，则铅电极是电解装置的阴极，石墨电极发生氧化反应，反应为2Br－－2e－===Br2，此为阳极反应式，由分析可知，Br－还是阳极反应物，A、B错误；制得2 mol 乙醛酸，实际上是左、右两侧各制得1 mol乙醛酸，共转移2 mol电子，故理论上外电路中迁移的电子为2 mol，C错误；电解装置中，阳离子移向阴极(即铅电极)，D正确。 4．(2022·湖南等级考·节选)一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下： (1)某温度下，吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后，c(CO)∶c(HCO)＝1∶2，则该溶液的pH＝________(该温度下H2CO3的Ka1＝4.6×10－7，Ka2＝5.0×10－11)； (2)再生塔中产生CO2的离子方程式为________________________________________； (3)利用电化学原理，将CO2电催化还原为C2H4，阴极反应式为______________________________。 解析：(1)由Ka2＝＝5.0×10－11、c(CO)∶c(HCO)＝1∶2，可得c(H＋)＝1.0×10－10mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝10。 (2)再生塔中产生CO2的同时生成K2CO3，说明KHCO3在水蒸气加热条件下发生分解反应。 (3)由题意知，CO2在阴极得到电子生成C2H4，图中质子交换膜提示有H＋参与反应，故阴极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O。 答案：(1)10　(2)2HCOCO2↑＋CO＋H2O　(3)2CO2＋12e－＋12H＋=