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杭州市高三教研活动公开课教案——离子交换膜在电化学中的应用

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1
离子交换膜在电化学中的应用
一.考试说明要求
1、了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
2、了解常见化学电源的种类及工作原理。
3、理解金属发生电化学腐蚀的原因。了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。
二、课题设计的目的
电化学的内容是浙江历年高考重要考点之一，主要以选择题和电极反应式书写的形式出现，考查的内
容有：电极名称、离子和电子即电流的移动方向、溶液酸碱性的变化、电极反应式及总反应式的书写、根
据电极反应式进行计算、能量转化等方面，而最近出现在电解池或原电池中涉及到离子交换膜的应用，电
解池与原电池进行综合考查等等。在一轮的复习中已经将重要的知识点进行了复习，但是没有形成知识系
统，尤其把膜用到新型的装置就不会分析，因此，二轮复习抓住核心知识，找准合适载体，进行知识综合
利用、思维能力的培养，为学生的迁移应用能力奠定基础，从而达到让学生“怎么想，怎么做，怎么答”
的目的。
三、教学设计
课题 离子交换膜在电化学中的应用

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。
重难
点
重点 电极反应式和电池总反应式的书写

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）
板书设计 离子交换膜在电化学中的应用（略）
教 学 过 程
环节 教师活动 学生活动 设计意图
2

引入课题
交流与讨论1：请同学们画出电解饱和NaCl溶液制取NaOH、H2和Cl2的装置图，标出电极材料，写出电极反应式和总反应式。 学生之间的讨论交流、书写、回答、其他同学补充。 巩固电解的工作原理，利
用原理来分析利用离子
交换膜的必要性。
培养学生回归教材的意
识。激发学生兴趣。

延伸思考
思考1：用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2,
此装置有何缺陷？如何解决？

思考2：如右图所示，在没有离子交换膜的
情况下，用惰性电极电解饱和氯化钠溶液，
可以制取环保性消毒液，请写出电池总反
应式。

分析、思考、回答 书写 强化利用原理进行问题
解答与分析能力，化学学
科表达能力。
电池总反应式书写能力。

变式提升
深入分析

变式：若将饱和食盐水换成KI及淀粉溶液
制备KIO3（如图所示），通电发现右侧溶
液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。
已知:3I2＋6OH－＝IO3－＋5I－＋3H2O。
请问：阴极电极反应式_______ ；总反
应方程式___。
A为___离子交换膜（填“阳”或“阴”）

为什么？

思考、练习
交流、回答 变式诱导思维。 为学生根据总反应式（目
标）和电极反应式来选择
离子交换膜打下基础。

交流与讨论2：一种以肼（N2H4）为燃料的
电池装置如下图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。 （1）请写出负极发生的电极反应______. 该燃料电池持续放电时，图中选_____离子交换膜。 （2）假如使用阳离子交换膜，电流会怎样变化？不使用离子交换膜呢？ 思考、练习 交流、回答 原电池中离子交换膜的
选择与分析。

进一步为学生根据总反
应式（目标）和电极反应
式来选择离子交换膜打
下基础。

总结归纳
（提炼升
华）

引导学生通过交流与讨论1、变式、交流与
讨论2，归纳总结离子交换膜选择的一般方
法。（电池总反应式(目的）、电极反应式、
离子移动方向）

回顾、综合分析、归纳、提炼作答 学生总结出依据总反应
式（目标）和电极反应式
来选择离子交换膜
3

综合应用
巩固提高1：如图装置进行海水淡化，其中
电极A接直流电源的负极，电极B接直流
电源的正极，则：
①隔膜A是 ____________ （填“阳离子
交换膜”、“阴离子交换膜”）
②若电解硫酸钾制取KOH和硫酸，A、B、C
____________ （填“阳离子交换膜”、“阴
离子交换膜”）
巩固提高2：膜电解法在处理酸性含镍
(Ni2+)废水（同时含有Na+、Cl-等离子）可
以回收金属镍，使得Ni2+在B电极析出，达
到回收金属镍目的，实际工艺中，在B极
同时有氢气产生。
(1).在电解过程中，含镍酸性废水应该
注入___区。
（2）如果没有阳离子交换膜可能会出现
的现象？

思考、作答 学生将总结归纳的结论灵活应用。
及时巩固提高。

直击高考
（升华提
高）

2012年浙江卷，10： C．该制备过程总反
应的化学方程式为……
2013年浙江卷，11：C．电解槽内发生反应
的总化学方程式……
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

引导观察分析 （均有离子交换膜装置、电池反应式和电极反应式） 通过具体的高考题来体
会离子交换膜改变电池
总反应式（或达到反应的
目的）。

课后作业

详见学案。

备注：所有图详见教学时学案 2014-3-20

合集下载

高中化学公开课离子交换膜在电化学中的解题建模精品课件

高中化学公开课离子交换膜在电化学中的解题建模精品课件

0.5 mol 0.5 mol
Cr2O72－+ H2O
0.25 mol
⑸电解开始前阳极室中含溶质K2CrO4 1 mol，阳极室中K和Cr的物质 的量之比为 2︰1 ；通电一段时间后，当阳极室中K和Cr的物质的量 之比为3︰2时，K＋通过阳离子交换膜向阴极室移动 0.5 mol，此时 电路中通过的电子数目为 0.5NA ；阳极区剩余CrO42－ 0.5 mol， 生成Cr2O72－ 0.25 mol，铬酸钾的转化率为 50% 。
基本原理 2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
一 离子交换膜在教材中的原理模型
阳离子交换膜在氯碱工业中的 三个作用：
①防止氯气与氢气混合而引起爆炸；
②避免氯气与氢氧化钠反应生成NaClO
影响NaOH的产量；
阳
③避免Cl－进入阴极区影响NaOH的纯度。
离子交换膜实现了电化学反应器中两极产物的分隔，否则将发生
⑴阳极室，电极反应为2H2O－4e－= 4H ＋+，O2↑
产生的 H＋ 离子通过 阳 膜进入 产品 室。 ⑵阴极室，电极反应为4H2O + 4e－= 2H2↑+。4OH－ ⑶原料室： Na＋（填“H2PO2－”或“Na＋”） H＋ 通过阳膜进入阴极室，使得NaOH浓度增大
H2PO2－ Na＋
H2PO2－ （填“H2PO2－”或“Na＋”） 通过阴膜进入产品室。 ⑷产品室：阳极室来的 H＋与原料室来的H2PO2－结合，生成了 H3PO2 。
各种副反应和次级反应，使产率大减，产品质量下降，并可能发生爆 炸。
一 离子交换膜在教材中的原理模型
（二）
若改为阴离子交换膜 卤酸盐
✘
OH－ ClO－
制备模型
电化学中“离子交换膜”的应用——专题突破

电化学中“离子交换膜”的应用——专题突破


例3、现有离子交换膜、石墨电极和如图所示 的电解槽，电解KI的淀粉溶液制取KOH，一 段时间后Ⅲ区附近变蓝色，下列叙述中错误
B 的是( )
A.KOH、H2均在Ⅰ区产生; B.图中A为阴离子交换膜; C.Ⅲ区的电极连接电源的正极; D.阴极反应式为2H+ + 2e-= H2↑。
例4、室温时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒 后，Fe3+立即被还原成Fe2+，组成的原电池装 置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子
B 下列说法错误的是( )
A. 甲中H+透过质子交换膜由左向右移动 B. 乙池中Fe棒应与甲池中的M极相连 C. M极电极反应式：
H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-=2CO2↑+N2↑+16H+ D. 若溶液中减少了0.OlmolCr2O72-，则电路中至少转移了 0.06 mol电子
例12、现在污水治理越来越引起人们的重视，通过膜电池
D.M为阳离子交换膜，A室获得副产品NaOH; 若去掉B室 双极膜，B室产物不变
例8、硼化钒（VB2）-空气电池是目前储电能力最 高的电池，电池示意图如下：该电池工作时的反应 为4VB2＋11O2=4B2O3＋2V2O5。下列说法正确的
D 是( )
A.电极a为电池负极 B.反应过程中溶液的pH升高 C.电池连续反应过程中，选择性透过膜采用阳离 子选择性膜 D.VB2极的电极反应式为：
C 正确的是( )
A.阴极材料可以是Fe,含氧酸根杂质不参与电极反应
B.该电解槽的阳极反应式为4OH--4e-====2H2O+O2↑ C.通电后，该电解槽阴极附近溶液的pH会逐渐减小 D.除去杂质后，氢氧化钾溶液从出口B导出来
2024届高三化学一轮复习 电化学里的“魔法师”——离子交换膜 课件

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2024届高三专题复习
电化学里的“膜法师”——离子交换膜

感受高考 明确考向
2023全国甲卷
2022全国甲卷
2023全国乙卷
2022全国乙卷
2021全国甲卷
2021全国乙卷
考查知识点：
1.电极名称、电势高低判断
2.三个方向（电子、电流、 离子） 3.电极反应式的书写与正误 判断 4.电解质溶液质量、PH、 浓度的变化
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
3.离子交换膜在教材中的经典原理模型 [回归教材1]选修4教材P80 画出氯碱工业电解装置图
写出电极反应式和总化学方程式
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
3.离子交换膜在教材中的经典原理模型 [回归教材1]选修4教材P80 画出氯碱工业离子交换膜电解装置图（一膜二进四出）
2.电化学装置中为什么要引入离子交换膜？它的作用是什么？
单液原电池
缺点:负极与电解质溶 液直接接触，导致电 流不稳定， 电能转化 率低
带盐桥的原电池
缺点:电流稳定， 但电流小 （盐桥电阻大）
带离子交换膜的原电池
优点：有效隔离，电阻小。 电流稳定， 电流较大。
离子交换膜的作用： ①隔离Zn和CuSO4溶液， 避免直接反应 ②选择性通过离子，平衡 电荷，形成闭合回路
5.离子交换膜的种类判断 及穿膜离子方向判断
6.有关定量计算
学习目标：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。 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。
活动一、识膜——离子交换膜的知识重构——建构认知模型
1.什么是离子交换膜？常见的类型有哪些？离子交换膜的原理？
2.电化学装置中为什么要引入离子交换膜？它的作用是什么？ 3.离子交换膜在教材中的原理模型
2023版高考化学一轮总复习第七章微专题七离子交换膜在电化学中的功能课件

2023版高考化学一轮总复习第七章微专题七离子交换膜在电化学中的功能课件


解析：电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，
即SO24－向阳极区移动，Na＋向阴极区移动，阳极区水电离的 OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在阳极区，该极得到 H2SO4 产品，溶液 pH 减小，阴极区水电离的 H＋发生还原反应生成氢 气，OH－留在阴极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，A、 C 错误，B 正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的பைடு நூலகம்程 式可计算出当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol 的 O2 生成，D 错误。
[典例精析] 【典例】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 SO24－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。
下列叙述正确的是( ) A.通电后中间隔室的 SO24－向阳极迁移，阳极区溶液 pH 增 大 B.该法在处理含 Na2SO4 废水时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品 C.阴极反应为 2H2O－4e－===O2＋4H＋，阴极区溶液 pH 降 低 D.当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.5 mol 的 O2 生成
微专题七 离子交换膜在电化学中的功能
[专题精讲] 1.离子交换膜的类型及作用
2.阴、阳离子交换膜的判断 (1)看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标 注了电源的正、负极，是否标注了电子流向、电流流向等，明 确阴、阳离子的移动方向。 (2)根据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题 意中给出的制备物质、电解物质等信息，找出物质生成或消耗 的电极区域，确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的 种类。 3.电解池的分室方法 根据电解的目的和膜的种类和个数，可将电解池分成无膜 一室、单膜两室、双膜三室和三膜四室等。