离子隔膜在电化学中的应用-2024年高考化学二轮专题复习课件

离子隔膜在电化学中的应用 基础知识 1.单液电池 图1 单液Zn-Cu原电池装置 图2单液Zn-Cu原电池电流曲线 图3单液Zn-Cu原电池温度曲线 图2和图3说明单液Zn-Cu原电池存在什么弊端？原因是什么？ 部分能量转化为热能，电能转化率低 电流衰减，不稳定 原因：Zn与电解质CuSO4直接接触 2.双液电池-盐桥 负极：Zn-2e－=Zn2+ 正极：Cu2++2e－=Cu 总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu 盐桥的作用是 ①隔离Zn和CuSO4溶液，避免直接反应 ②提供离子迁移通道，平衡电荷，形成闭合回路 盐桥成分：琼胶、饱和KCl溶液 Zn-2e－=Zn2+ Cl－ Cu2++2e－=Cu K+ 基础知识 2.双液电池-盐桥 对盐桥的深入认识 （1）盐桥中琼胶的作用：控制离子流速，防止过早失效。 （2）用饱和氯化钾的原因：K+和Cl－迁移速率接近，且不发生化学反应。 （3）盐桥使用一段时间需要更换，恢复的方式是放入饱和氯化钾溶液中。 基础知识 2.双液电池-盐桥 例：（2020全国）验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择____________作为电解质。 NO3－酸性环境下强氧化性，会氧化Fe2+ KCl 基础知识 2.双液电池-盐桥 带盐桥的双液锌铜原电池电流稳定，但明显小于单液电池 分析下图，带盐桥的双液电池电流有何特点？造成的原因是什么？ 原因在于盐桥通道狭小限制了离子的通过率、加之琼胶的影响，进一步增大了盐桥的电阻。 基础知识 3.离子交换膜 （1）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能选择性的通过离子，起到 的作用。 平衡电荷，形成闭合回路 单液：负极与电解液直接接触 盐桥：有效隔离，电阻增大 离子交换膜：有效隔离，电阻小 基础知识 3.离子交换膜 （2）分类 基础知识 3.离子交换膜 （3）三种离子交换膜举例分析 种类 装置图 说明 阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过) 氯碱工业 ①A极反应式： ②B极反应式： ③Na＋通过阳离子交换膜进入 极区 ④阳离子→透过阳离子交换膜→电解池 极 思考：能否用阴离子交换膜？ 2Cl－-2e－= Cl2↑ 2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－ 阴 阴 不能，OH－移向阳极，会与 Cl2反应 基础知识 3.离子交换膜 （3）三种离子交换膜举例分析 种类 装置图 说明 阴离子交换膜 (只允许阴离子和水分子通过) 以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，制备碘酸钾，中间用阴离子交换膜隔开 ①阴极反应式： ②阳极反应式： ③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应： ④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池 极(或原电池的 极) 2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－ 2I－－2e－=I2 3I2＋6OH－=IO3－＋5I－＋3H2O 阳 负 基础知识 3.离子交换膜 （3）三种离子交换膜举例分析 种类 装置图 说明 质子交换膜 (只允许H＋和水分子通过) 在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2 ①阴极反应式： ②阳极反应式： ③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极 ④H＋→透过质子交换膜→原电池 极(或电解池的 极) 2H＋＋2e－= H2↑ CH3COOH－8e－＋2H2O=2CO2↑＋8H＋ 正 阴 基础知识 3.离子交换膜 （4）原理（以阳离子交换膜为例） 交换膜上有很多微孔，“孔道”上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过“孔道”，由浓度大的区域向浓度小的区域移动。阴离子移动到“孔道”处，受到“孔道”带负电荷基团的排斥而不能进入“孔道”中，因而不能通过交换膜。这就是“选择性”透过的原因。其构造与工作示意图如图所示：阴离子交换膜的构造和工作原理与此相同，只不过是“孔道”中带正电荷基团而已。 基础知识 3.离子交换膜 （5）判断 根据溶液呈电中性，巧借离子迁移方向的判断，从而确定离子交换膜的类型。 ①离子从“生成区”移向“消耗区” 以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示。 阴 CO2 + 2e－+ 2H＋= HCOOH 阳 2H2O - 4e－= O2↑+ 4H+ 生成H