2019届一轮复习人教版第六章微专题21隔膜在电化学中的功能学案

2019届一轮复习人教版第六章微专题21隔膜在电化学中的功能学案

微专题　隔膜在电化学中的功能 ‎1．常见的隔膜 隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：‎ ‎(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。‎ ‎(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。‎ ‎(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。‎ ‎2．隔膜的作用 ‎(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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。‎ 专题训练 ‎1．(提高电流效率)已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极材料失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同 B．能量转化形式不同 C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质 答案　C 解析　装置Ⅰ中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，导致电流效率降低。而装置Ⅱ采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，电流效率高于装置Ⅰ。放电一段时间后，装置Ⅰ中生成氯化铜和氯化亚铁，装置Ⅱ中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁。‎ ‎2．(提高产品纯度)(2017·太原市第五中学高三检测)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ 已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解；‎ ‎②氧化性：Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度)。‎ A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变 答案　B 解析　电极反应式为 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 阴极：Ni2＋＋2e－===Ni、2H＋＋2e－===H2↑‎ A项正确；B项，由于C室中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从C室移向B室，A室中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从A室移向B室，所以B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋(低浓度)的氧化性，所以为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH，正确；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－首先放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。‎ ‎3．(限制离子迁移)某原电池装置如下图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。‎ ‎(1)当电路中转移a mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少________mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)________(填“＞”“＜”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。‎ ‎(2)若质子交换膜换成阴离子交换膜，其他不变。若有11.2 L氯气(标准状况)参与反应，则必有________mol________(填离子符号)由交换膜________侧通过交换膜向________侧迁移。交换膜右侧溶液中c(HCl)______(填“＞”“＜”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。‎ 答案　(1)2a　＞　(2)1　Cl－　右　左　＝‎ 解析　(1)正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，负极的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，隔膜只允许氢离子通过，转移a mol电子，必有a mol Cl－沉淀。为了维持电荷平衡，交换膜左侧溶液中必有a mol H＋向交换膜右侧迁移，故交换膜左侧共减少2a mol离子(a ‎ mol Cl－＋a mol H＋)。交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大。‎ ‎(2)n(Cl2)＝0.5 mol，n(Cl－)＝1 mol。正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，n(e－)＝1 mol，Ag－e－＋Cl－===AgCl，交换膜右侧溶液中增加了1 mol负电荷(或增加了1 mol Cl－)，左侧减少了1 mol负电荷(或减少了1 mol Cl－)。如果质子交换膜换成阴离子交换膜，只允许阴离子(Cl－)通过交换膜，不允许H＋通过。为了维持电荷平衡，必有1 mol Cl－从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移，氯离子迁移之后，两侧溶液中盐酸浓度保持不变。‎ 解这类问题可以分三步：第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。第三步，分析隔膜作用。充当盐桥的作用，除起导电作用外，还能起到隔离作用，避免电极与电解质溶液或产物之间发生反应，避免产物因发生反应而造成危险等。‎