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1、(六)电化学中的离子交换膜素养的认知与形成核心素养1:证据推理与模型认知通过分析、推理等方法认识原电池原理,明确原电池装置中的正负极、电解池装置中的阴阳极、电解质溶液中离子的移动方向,明确两电极发生的反应,根据离子交换膜的种类确定通过哪些离子,判断交换膜的作用。建立认知模型,并能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律。核心素养2:科学态度与社会责任关注与化学有关的社会热点问题,认识环境保护和资源合理开发的重要性,要具有可持续发展意识和绿色化学观念;深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系,能运用已有知识和方法综合分析化学电源对生产、生活的
2、意义,积极参与有关能源和环境问题的社会决策。-3-典例1现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽。用氯碱工业中的离子交换膜技术原理,可电解Na2SO4溶液生产NaOH溶液和H2SO4溶液。下列说法中正确的是()A.b是阳离子交换膜,允许Na+通过B.从A口出来的是NaOH溶液C.阴极反应式为4OH--4e-==2H2O+O2↑D.Na2SO4溶液从G口加入解析:右边电极是阴极,氢离子放电,b是阳离子交换膜,允许Na+通过,A正确;阳极是氢氧根放电,从A口出来的是硫酸溶液,B错误;阴极是氢离子得到电子生成H2,C错误;根据上述分析
3、可知Na2SO4溶液从F口加入,D错误。答案:A-4-方法技巧离子交换膜的作用(1)离子交换膜在电化学中的作用。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时,利用阳离子交换膜,防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应,导致所制产品不纯;防止Cl2与阴极产生的H2混合发生爆炸)。②选择性的通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。③用于物质的制备、分离、提纯等。(2)分类。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
4、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。-5-典例2(2018黑龙江哈师大附中高三期末)镁—空气电池的总反应方程式为2Mg+O2+2H2O==2Mg(OH)2,其工作原理如图所示,下列说法不正确的是()A.反应过程中化学能转变成电能B.该电池的正极反应方程式为O2+4e-+2H2O==4OH-C.为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阴离子交换膜D.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面-6-解析镁—空气电池为将化学能转化为电能的装置,A项正确;正极上
5、O2得电子并与水反应生成OH-,正极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-,B项正确;负极上Mg失电子生成Mg2+,为防止负极区沉积Mg(OH)2,则负极区溶液不能含有大量OH-,所以宜采用中性电解质及阳离子交换膜,C项错误;反应物接触面积越大,反应速率越快,所以采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面,从而提高反应速率,D项正确。答案C-7-方法技巧交换膜隔离两种电解质溶液,避免了电极产物与能发生反应的电解质溶液直接接触,能提高电流效率。在这种装置中,交换膜起到盐桥作用,且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再
6、生)。通过限制离子迁移,指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路,完成氧化剂和还原剂在不接触的条件下发生氧化还原反应。-8-1231.下图所示的锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置,以溴化锌水溶液为电解质溶液,电解质溶液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法不正确的是()A.放电时,负极的电极反应式为Zn-2e-==Zn2+B.阳离子交换膜可阻止Br2与Zn直接发生反应C.充电时,Zn2+往离子交换膜左侧区域迁移D.放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大答案解析解析关闭根据示意图,以及原电池的工作原理,失电子、化合价升高的作负极,即锌作负极,反应式为
7、Zn-2e-==Zn2+,故A项正确;阳离子交换膜只能阳离子通过,因此可避免锌和Br2直接接触而发生反应,故B项正确;充电时,电池的正极接电源的正极,电池的负极接电源的负极,根据电解池的工作原理,阳离子向阴极移动,即向右侧区移动,故C项错误;根据示意图,放电时Zn2+向左侧移动,形成ZnBr2溶液,因此左侧电解质储罐中离子总浓度增大,故D项正确。答案解析关闭C4-9-1232.(2018山东济南一模)现在污水治理越来越引起人们的重视,可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚,同时利用此装置的电能在铁上镀铜,下列说法正确的是()A.当外电路中有0
8、.2mole-转移时,通过质子交换膜的H+的个数为0.2NAB.A极的电极反应式为C.铁电极应与Y相连接D.反应过程中甲中右边区域溶液p
