拓展微课9 电化学装置中的离子交换膜(PPT课件)-【满分思维】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册配套课件（人教版）

拓展微课9 电化学装置中的离子交 换膜 1 ◆ 必备知识 ◆ 典例分析 ◆ 课后习题 2 1.离子交换膜的作用 (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)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 必 备 知 识 3 2.分类和应用 必 备 知 识 4 3.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，依据电极反应式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，阴极反应式为 ，则阴极区域 有剩余，阳极区域的 穿过离子交换膜进入阴极室，与结合生成 ，故电解饱 和食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。 必 备 知 识 5 例 [2026·河北唐山一中高二月考]某低成本储能电池原理如图所示。 下列说法正确的是( ) A.放电时负极质量减小 B.储能过程中化学能转变为电能 C.放电时左侧 通过质子交换膜移向右侧 D.充电时阳极反应： √ 典 例 分 析 6 [解析] 该储能电池放电时， 为 负极，失电子结合硫酸根离子生 成 ，则多孔碳电极为正极， 正极上得电子转化为；充电时，多孔碳电极为阳极， 失电 子生成，电极为阴极，得电子生成 和硫酸。放电时 负极上失电子结合硫酸根离子生成 附着在负极上，负极质量增 大，A错误； 典 例 分 析 7 [解析]储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B错误； 放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的 通过质子交换膜移向右侧，C正确； 充电时，阳极失电子，元素化合价升高，电极反应式为 ，D错误。 典 例 分 析 8 变式 [2026·山东济南三中高二质检]钴 的合金材料广泛应用于航空航天、机 械制造等领域。如图所示为水溶液中电解 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 均增大 B.生成，室溶液质量理论上减少 C.电解总反应： D.移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变 √ 典 例 分 析 9 [解析] 根据电解装置图可知，Ⅰ室中的石 墨电极为阳极，电离出的 失去电子， 电极反应式为 ， 溶液中 增多，则 通过阳离子交换膜到达Ⅱ室； Ⅲ室的电极为阴极，溶液中的 得到电子，电极反应式为 ，消耗了阳离子，溶液中增多，则 通过阴离子 交换膜到达Ⅱ室；最后在Ⅱ室中得到高浓度的 溶液，据此分析解答。 典 例 分 析 10 [解析]根据分析，Ⅰ室实际是消耗水，导致 硫酸浓度增大，酸性增强，溶液 减小， Ⅱ室中得到高浓度的 溶液，酸性增强，溶 液减小，A错误； 当Ⅲ室生成 时，转移 ，根据电极反应 ，会生成，溶液质量减少 ， 同时还有移动到Ⅱ室，溶液质量又减少 ，则Ⅰ室溶液质量总 共减少 ，B错误； 典 例 分 析 11 [解析]根据分析，将阴极和阳极的电极反应 式相加可得电解总反应式为 ，C正确； 移除两交换膜后，由于氯离子更容易放电， 则石墨电极上开始发生的反应会变为 ，D错误。 典 例 分 析 12 课后习题 13 1.[2025·江苏卷]以稀 为电解质溶液的光解水装置如图所示，总 反应为 。下列说法正确的是( ) A.电极上发生氧化反应生成 B. 通过质子交换膜从右室移向左室 C.光解前后，溶液的 不变 D.外电路每通过电子，电极 上产 生 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 14 [解析] 光解过程中，电极 上电子流出， 发生氧化反应，电极 为负极，电极反应式 为；电极 上电 子流入，发生还原反应，电极 为正极， 电极反应式为 。根据分析，电极 为负极，发生氧 化反应，电极反应式为，生成物有 ，A正确； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 15 [解析] 原电池中阳离子向正极移动，电极 (正极) 在右室，则 通过质子交换膜从左室移向右室， B错误； 该电池的总反应为 ，随着反 应进行，溶液中 减少，溶液浓度增大， 减小，C错误； 生成，转移电子，外电路通过电子时，电极 上 生成 ，D错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 2.[2025·广东卷]一种高容量水系电池示意图如图。已知：放电时， 电极Ⅱ上减少；电极材料每转移 电子，对应的理论容量为 。下列说法错误的是( ) A.充电时Ⅱ为阳极 B.放电时Ⅱ极室中溶液的 降低 C.放电时负极反应为 D.充电时 能提供的理论容量为 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 17 [解析] 放电时，电极Ⅱ上 减少， 说明转化为 ，化合价降低， 发生还原反应，为原电池的正极，由 于电解质溶液为 溶液，故电解质溶液应为酸性溶液，正极反应为 ，则电极Ⅰ为原电池负极， 失 去电子生成和，负极反应为 。由分析可 知，放电时电极Ⅱ为正极，故充电时电极Ⅱ为阳极，A正确； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 [解析]由分析可知，放电时电极Ⅱ为正极，正极 反应为 ， 反应消耗，溶液的 升高，B错误； 由分析可知，放电时电极Ⅰ为原电池负极，负极反应为 ， C正确； 根据放电时负极反应，可知充电时阴极反应为 ，每消耗 ，即，转移 电子，据题意可知，能提供的理论容量为 ， D正确。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19 3. 燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电 池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( ) A. 为正极 B.负极反应式为 C.离子交换膜C为阳离子交换膜 D.高温条件下可以提高工作效率 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 [解析] 中为 价，有强还 原性， 有强氧化性，电池中， 在负极失去电子，所以电极 是负极； 在正极得到电子， 电极为正极。由分析可知， 为正极，故A项正确； 根据工作原理图可知， 电极上失去电子发生氧化反应，其电极反应 式为 ，故B项正确； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 21 [解析]由B项分析可知，电极区剩余， 极反应式为，电 极区流出液为 溶液，在原电池中， 阳离子向正极移动，所以电池放电时从极区移向 极区，则离 子交换膜C为阳离子交换膜，故C项正确； 高温条件下，过氧化氢分解速率加快，不能提高工作效率，故D项错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 22 4.钛酸是一种理想的嵌入型电极材料，与普通石墨 烯锂电池相比，电位比较高，安全性相对较好，该 原电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( ) A.电极的电极反应式： B.该隔膜为阴离子交换膜 C.电极的电极反应式： D.当、两极质量变化差为时，理论上转移 电子 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 23 [解析] 由图中物质转化可知，电极 为负极，其电极反应式 为 ，电极 为正极，其 电极反应式为，A错误； 放电时， 由电池的负极移向正极，该隔膜为阳离子交换膜，B错误； 电极 为正极，其电极反应式为，C正确； 当、 两极质量变化之差为时，即有由左侧极转移至右侧 极，理 论上转移电子为 ，D错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 24 5.科学家提出利用离子交换膜组合工艺将电解制备金属锰和二氧化锰工艺联用， 实现同步制备金属锰和二氧化锰并实现回收硫酸的目的，工艺原理如图所示， 下列有关说法错误的是( ) A.阴极的电极反应式为 B.左侧为阳离子交换膜 C.右侧电解质溶液含有和 ，可以 防止产生 并提高溶液导电性 D.实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 25 [解析] 根据电解装置可知，阴极生成氢气，发生得电子的 还原反应，A错误； 根据电解装置可知， 从左侧迁移到中间室，左侧为阳离 子交换膜，B正确； 和 溶液呈酸性，可防止产生 ，并 提高溶液导电性，C正确； 实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液，因为 还原性强，会在阳极放电产 生氯气，D正确。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 26 6.[2025·江西卷]我国学者设计了一种新型去除工业污水重金属离子 的电池(如图)。下列说法错误的是( ) 已知：为铜基普鲁士蓝 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27 A.中的铁为 价 B.交换膜为阴离子交换膜 C.洗脱目的是去除电极吸附的 D. 溶液可电解再生电池负极 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 28 [解析] 由图可知， 电极失去电子生成 ，该原电池中左侧电极为负极，右侧 电极为正极。 的化学式为 ，设元素化合价为，为 价，为价， 整体呈电中性：，解得 ，A正确； 电极为负极，电极反应为 ，负极区正电荷 增加，污水中 通过交换膜移向负极区以平衡电荷，说明交换膜允 许阴离子通过，为阴离子交换膜，B正确； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 29 [解析]在正极得到电子生成，被 电极吸附，洗脱目的 是利用的氧化性去除电极吸附的，C错误； 电解含有 的溶液时，阴极反应为，可得到 单 质而再生负极，D正确。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 30 7.锂硫电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( ) 已知：一个电子带有的电量为 。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 31 A.该电池的电解质溶液换成高浓度的水溶液，可以增强 的 导电性 B.电池充电时， 从左侧通过阳离子膜移到右侧 C.电池放电时，电子的流动方向为金属锂片 用电器 集流板 阳离子膜 金属锂片 D.金属锂质量每减少，经过用电器的电量约是 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 32 [解析] 该电池的电解质溶液换成高浓度的 水溶液，锂和水反 应，导致电池失效，A错误； 电池充电时为电解池，左侧为放电时的负极，充电时，左侧为电解 池的阴极， 从右侧通过阳离子膜移到左侧，B错误； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 33 [解析]电池放电时，电子的流动方向为金属锂片 用电器 集流板， 不能通过阳离子膜，C错误； 金属锂质量每减少 ，金属锂的物质的量， ，失去电子物质的 量为 ，经过用电器的电量 ，D正确。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 34 8.[2026·湖北黄冈中学高二月考]工业上用单池双膜三液装置 (如图所示)，依据电解原理电解溶液制备和 ， 下列说法正确的是( ) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 35 A.导线 接外电源的负极 B.电极的电极反应式为 C.每当产生标准状况下气体A，室溶液的质量理论上减少 D.离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 36 [解析] 电极 区进入的是稀硝酸，出来的是 浓硝酸，则 为阳极，水被氧化得到氧气 和氢离子，A为氧气，Ⅱ室中硝酸根离子 向左移动，左侧可制得浓硝酸， 为阴极， 水被还原产生氢气和氢氧根离子，B为氢气，Ⅱ室中铵根离子向右移动， 与 反应得到。Ⅰ室中电极产生 ，电极反应式为 ，发生氧化反应，电极 为阳极，接外电源 的正极，A错误； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 37 [解析] 电极 为阴极，电极反应式为 ，与 结合生成 ，B错误； 每当产生标准状况下 ，根据得失电子守恒，Ⅲ室溶液中就要 生成，质量减少 ，同时依据电荷守恒，通过阳 离子交换膜进入Ⅲ室，溶液质量增加 ，所以Ⅲ室溶液的质量理论 上共增加 ，C错误； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 38 [解析]根据电解装置图中物质的进出以及所要制备的物质，可知Ⅱ室 中的要进入Ⅰ室，故离子交换膜Ⅰ为阴离子交换膜， 要进 入Ⅲ室，离子交换膜Ⅱ为阳离子交换膜，D正确。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 39 9.“电解法”制备氢碘酸的装置如图所示。其中双极膜 是阴、阳 复合膜，在直流电作用下复合层间的解离成和 (少量会 因为浓度差通过 膜)。下列说法正确的是( ) A.极的电势比 极的低 B.A、B膜均为阳离子交换膜 C.若撤去A膜，对该电解池的工作无影响 D.电解过程中，图中三处 溶液的 均不变 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 40 [解析] 根据题中信息B膜右边进入 ， 出去 ，说明钠离子穿过B膜进入右 边，根据阳离子向阴极移动，则右侧石墨 电极为阴极， 极为负极，左侧石墨电极 为阳极，极为正极。根据分析 极为正 极，极为负极，则极的电势比 极的高，故A错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 41 [解析] 钠离子穿过B膜进入右边，因此B膜 为阳离子交换膜，左侧石墨电极为阳极，水失 去电子生成氧气和氢离子，氢离子穿过A膜进 入右边，与中迁移过来的 生成， 与少量迁移过来的生成 ，因此A、B膜均为阳离子交换膜，故B正确。 若撤去A膜，由于少量的碘离子在阳极失去电子变为碘单质，因此对该 电解池的工作有影响，故C错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 42 [解析] 电解过程中，阳极上水失去电子生成氧 气和氢离子，氢离子穿过A膜进入右边，阳极 区溶液体积减小，则左侧 增大；中间 室中与 反应产生， 溶液 浓度减小；最右侧双极膜向阴极提供 ，阴极上放电产生，最右 侧 溶液浓度不变，故D错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 43 $