人教版高中化学选择性必修1化学反应原理精品课件 第4章 化学反应与电能 教考衔接5 电解池中离子交换膜及应用.ppt

深挖教材1.教材模型及分析教材模型教材模型离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图如下:模型分析(1)判断电极:根据Na+、Cl-移动方向推测,左侧是阳极,右侧是阴极。(2)电极反应:2H2O+2e-===2OH-+H2↑(阴极),2Cl--2e-===Cl2↑(阳极)。(4)隔膜作用;此处应用阳离子交换膜,只允许阳离子通过,阻止阴离子和Cl2通过,防止发生化学反应。2.模型应用与指导——判断离子交换膜种类的方法(1)确定电解目的,基于电解目的推测电极上物质变化及电解液中离子移动方向。(2)确定阴、阳极的电极反应式,判断各电极消耗(或生成)离子情况,明确“剩余”阳离子还是阴离子。(3)考虑溶液呈电中性的特点,结合电解目的判断离子的移动方向,继而确定离子交换膜的种类。链接高考模型应用1无膜电解池——(简化应用)1.(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是()A.b端电势高于a端电势B.理论上转移2mole-生成4gH2C.电解后海水pH下降D.阳极发生:Cl-+H2O-2e-===HClO+H+D解析H2为还原产物,故钛箔为电解池的阴极,钛网为阳极。阳极连接电源正极,阴极连接电源负极,故a端电势高于b端电势,A错误;电解时,阳极反应为Cl-+H2O-2e-===HClO+H+,阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,总反应方程式为Cl-+H2O===ClO-+H2↑,理论上转移2mole-生成2gH2,B错误、D正确;流动海水电解后,海水中含有NaClO,其为强碱弱酸盐,海水pH不会下降,C错误。解题指导(1)关键信息获取:①左侧电极:Cl-→HClO,发生氧化反应;②右侧电极:H2O→H2,发生还原反应。(2)信息加工应用:根据物质变化判断电极名称,结合电解原理进行分析、判断。模型应用2单模电解池——(直接应用)2.(2023·湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为xmol·h-1。下列说法错误的是()A.b电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-B.离子交换膜为阴离子交换膜C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D.海水为电解池补水的速率为2xmol·h-1D解析该装置工作时,b电极连接电源负极为阴极,电极上放出H2:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A正确;阳极无Cl2生成且KOH溶液浓度不变,阳极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑,需要OH-由阴极移向阳极,故离子交换膜为阴离子交换膜,B正确;电解的本质是电解水,而KOH浓度不变,PTFE膜不透液态水,则通过PTFE膜的水应为动能高的水分子(透汽),C正确;电解总反应式为2H2O2H2↑+O2↑,已知电解生成H2的速率为xmol·h-1,则海水为电解池补水的速率为xmol·h-1,D错误。关键信息①电解目的是实现海水直接制备氢气。②图中电极a与电源正极相连,电极b与负极相连。③电解池工作时,“阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变”。模型应用3双膜电解池——(深化应用)3.(2021·天津卷)如图所示电解装置中,通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解。下列判断错误的是()A.a是电源的负极B.通电一段时间后,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色C.随着电解的进行,CuCl2溶液浓度变大D.当0.01molFe2O3完全溶解时,至少产生气体336mL(折合成标准状况下)C解析通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,则石墨电极Ⅱ为阳极,石墨电极Ⅰ为阴极;结合电极的连接方式可知,电源b为正极,a为负极,A正确;石墨电极Ⅱ为阳极,通电一段时间后,产生O2和H+,故向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色,B正确;随着电解的进行,Cu2+在阴极得电子生成铜单质,则CuCl2溶液浓度变小,C错误;当0.01molFe2O3完全溶解时,消耗0.06molH+,根据阳极电极反应式2H2O-4e-===4H++O2↑,产生0.015molO2,在标准状况下的体积为0.015mol×22.4L·mol-1=0.336L=336mL,D正确。关键信息①石墨电极Ⅱ上有O2生成,H2O→O2发生氧化反应电极Ⅱ是阳极。②Fe2O3逐渐溶解中间室溶液呈酸性。③左侧是阴离子交换膜,只允许阴离子通过;右侧是质子交换膜,只允许H