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“离子交换膜”在电化学中的应用

【学习目标】

1.理解并掌握电化学中关于离子交换膜的判断、应用及相关计算问题。

2.通过对离子交换膜的分析感受化学原理在社会生活中的应用。

教学目标

知识与技能

1、掌握原电池和电解池的工作原理，电极反应式的书写和电池总反应式的书写。

2、学会选择离子交换膜选择的一般方法，了解离子交换膜的应用

过程与方法

1、通过实例分析原电池和电解池的工作原理，熟练书写电极反应和电池反应方程式。

2、通过交流讨论、变式分析进一步归纳出归纳总结出离子交换膜选择的一般方法，了解离子交换膜的应用。

情感态度与价值观

通过对以离子交换膜的理论分析和实验验证，感受化学原理在社会生活中的应用。

教学重点 电极反应式和电池总反应式的书写

教学难点 离子交换膜选择的一般方法总结

教学方法 以学生为主体的方法策略（多媒体、实验辅助）

教学过程：

思考：下列是两套完整的电化学装置用来电解饱和食盐水制取氢氧化钠，装置2（2中为阳离子交换膜）、3（3为阴离子交换膜）比装置1有何优点？

离子交换膜有何作用？

问题2、查资料解决什么是离子交换膜?离子交换膜的类型有哪些？离子交换膜在电化学中的应用有哪些？

问题3、解决下列问题并总结如何去选择离子交换膜？

1、次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”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）：

思考：产品室要得到H3PO2，则三种膜分别是什么膜？

2、三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na和SO4可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述不正确的是（ ）

A.ab为阳离子交换膜， cd为阴离子交换膜

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4品

C.通电后中间隔室的SO4-2—

+2—离子向正极区迁移，负极区-电极反应为：2H2O+2e = H2↑+2OH，负极区溶液PH升高

D.当电路中通过1mol 电子的电量时，通过ab 、cd两膜的离子数目相等

3、双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H和OH，作为H和OH离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HC1，其工作原理如下图所示，M、N为离子交换膜。

-+ - -+

下列说法错误的是（ ）

+-A．阴极室发生的反应为2H+2e=H2↑ B．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜

C．若去掉双极膜(BP)，阳极室会有C12生成

D．电路中每转移1mol电子，两极共得到0.5 mol气体

4、

某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2=== 2AgCl。下列说法正确的是(

) A.正极反应为AgCl+e=== Ag+ Cl

B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成

C.反应一段时间后，离子交换膜右侧盐酸PH增大

D.当电路中转移0.1 mol e时, 通过阳离子交换膜的H为0.1mol,则离子交换膜右侧溶液增加0.1 mol溶质

拓展1：

若将上述原电池的电解质溶液换成MgCl2溶液,当电路中转移0. 1 mol e

时，通过阳离子交换膜的Mg物质的量是 。

拓展2：

若将D选项改为“当电路中转移0. 1 mol e时, 离子交换膜左侧溶液减少0.1 mol-2+－-+-

-

离子”，试判断是否正确。

真题练1、(2016浙江)金属（M）–空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH) n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是

A．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

B．比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高

C．M–空气电池放电过程的正极反应式：

n+–4M+nO2+2nH2O+4ne=4M(OH)n

D．在M–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜

2、（2015•全国I）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是（ ）

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

3、(2013浙江 )．电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变———浅。已知:3I2+6OH==IO3+5I+3H2O下列说法不正确的是

——A．右侧发生的电极方程式：2H2O+2e==H2↑+2OH

—

B．电解结束时，右侧溶液中含有IO3C．电解槽内发生反应的总化学方程式KI+3H2O======KIO3+3H2↑

D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变

4、（2017江苏）（4）电解Na2CO3溶液，原理如图所示。

阳极的电极反应式为_____________________，阴极产生的物质A的化学式为____________。 5、（2015•山东）29．利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料．LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得．

（1）利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液．B极区电解液为

溶液 （填化学式），阳极电极反应式+为

，电解过程中Li向

电极迁移（填“A”或“B”）．

6、（2017天津）7．某混合物浆液含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见图2），使浆液分

离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。

（4）用惰性电极电解时，CrO4能从浆液中分离出来的原因是____ 阴极室生成的物质为___________（写化学式）。

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