高考化学一轮复习核心素养提升21电化学中的介质与交换膜学案新人教版

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1、电化学中的介质与交换膜素养说明：在近几年高考中，涉及离子交换膜的应用及电解液介质对电极反应的影响的试题比较多，且常出常新，离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质，电解液介质主要对电极反应产物进行二次反应。1.电化学中的交换膜（1）交换膜的功能使离子选择性定向迁移（目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。（2）交换膜在中学电化学中的作用①防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸。②用于物质

2、的制备、分离、提纯等。（3）离子交换膜的类型常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。2.电化学中的介质电化学中常见的五大介质（以CH3OH、O2燃料电池为例）介质一：K2SO4中性溶液总反应式：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O（－）负极：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2＋12H＋（＋）正极：3O2＋12e－＋6H2O===12OH－介质二：KOH碱性介质总反应式：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O（－）负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O（＋）正极：3O2＋12e－＋6H2

3、O===12OH－介质三：H2SO4溶液酸性总反应式：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O（－）负极：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2＋12H＋（＋）正极：3O2＋12e－＋12H＋===6H2O介质四：熔融盐介质，如熔融的K2CO3总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O（－）负极：2CH3OH－12e－＋6CO===8CO2＋4H2O（＋）正极：3O2＋12e－＋6CO2===6CO介质五：掺杂Y2O3的ZrO3固体电解质，在高温下能传导正极生成的O2－总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O（－）负极：2CH3OH－1

4、2e－＋6O2－===2CO2＋4H2O（＋）正极：3O2＋12e－===6O2－规律　首先要分析介质是否参与总反应，然后写出总反应方程式，O2在不同介质中的转化关系（O2得电子转化为O2－，碱性（中性）溶液中转化为OH－；酸性溶液中转化为H2O，熔融碳酸盐中转化为CO；固体氧化物转化为O2－），写出正极反应，利用相减法（总反应－正极反应＝负极反应），写出负极反应。[题型专练]1.（隔离某些离子或物质）目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法，阳（阴）离子交换膜不允许阴（阳）离子通过。则下列叙述中错误的是（　　）A.NaOH、H2均在Ⅰ区产生B.图中a为阴离子交换膜C.使用

5、离子交换膜可以有效地隔离NaOH和Cl2，阻止二者之间的反应D.电解时往Ⅲ区的溶液中滴加几滴甲基橙，溶液先变红后褪色解析　Ⅰ区是阴极室，H＋（H2O）放电生成氢气，同时促进水的电离，生成氢氧化钠，Ⅱ区Na＋通过a进入I区，故a应该是阳离子交换膜；Ⅲ区和电源的正极相连，为阳极，Cl－放电生成氯气，Ⅱ区Cl－通过b进入Ⅲ区，故b应该是阴离子交换膜；氯气溶于水显酸性，同时次氯酸还具有漂白性，所以滴入甲基橙后溶液先变红后褪色。错误的是B。答案　B2.（分离、提纯）用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是（　　）A.阳极反应式为4

6、OH－－4e－===2H2O＋O2↑B.通电后阴极区溶液pH会增大C.K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区D.纯净的KOH溶液从b口导出解析　阳极区为粗KOH溶液，阳极上OH－失电子发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中c（OH－）增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。答案　C3.（制备某些物质）H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”

7、工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：（1）写出阳极的电极反应式_____________________________________________________________________。（2）分析产品室可得到H3PO2的原因_____________________________________________________________________。（3）早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合