人教高中化学核心素养提升21 电化学中的介质与交换膜.doc

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***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－＋6H2O===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－12e－＋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***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***气，Ⅱ区Cl－通过b进入Ⅲ区，故b应该是阴