2021版新高考化学(人教版)一轮复习小专题突破7隔膜在电化学中的功能

1、小专题突破7隔膜在电化学中的功能证据推理与模型认知专题精讲1.常见的隔膜隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：(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，只允许阴离子通过，既允许OH和其他阴离子通过，不允许阳离子通过。(3)质子交换膜，只允许 H卡通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。2 .隔膜的作用(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。(2)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。3 .离子交换膜的选择依据离子的定向移动。4 .离子交换膜的应用海水

2、淡化一阴.阳离了交换膜(电渗析法)L燃料电池应用一一物质制备一隔膜J近千交换腹L禧映工业一离了交换膜电解槽5 .多室电解池的类型多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室等，以达到浓缩、净化、提纯以及电化学合成 的目的。(1)两室电解池以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例，其原理如图所示:ir二ttfc阳国广交救怛电极名称的判断：根据“阴阳相吸”判断,Na卡移向的乙电极是阴极；根据“阳极放氧生酸”判断，左侧有氧气生成的甲电极是阳极。电极反应式的书写：右侧阴极区电解液为稀氢氧化钠溶液，根据“阴极放氢生碱”，得4H2

3、O+4e-=2H2 T + 4OH，A为氢气；左侧阳极区电解液为碳酸钠溶液，根据“阳极放氧生酸”，得 H+会与 CO3一结合生成 HCO3 ： 4CO3 - 4e + 2H2O=4HCO 3 + O2J口特别提醒（如该电解池产生的NaOH和（1）含离子交换膜的电解池的最大优点是能自动把产品NaHCO3）分离开，从而降低分离提纯成本。（2） “阴阳相吸”是很多化学反应的微观基础。“阴阳相吸”的含义：阴离子与阳离子相互吸引并发生迁移； 阴极吸引电解液中的阳离子，阳极吸引电解液中的阴离子， 并使阳离子与阴离子发生定向移动；正极吸引自由电子， 使电子经过金属导线由负极定向移动到正极。（2）三室电解池以

4、三室式电渗析法处理含 KNO3的废水得到KOH和HNO3为例，其原理如图所示:阴极反应及ab膜的判断：阴极的电极反应是 4H2。+4e=2H2 T + 4OH-（放氢生碱）,生成的带负电荷的 OH吸引中间隔室的K+向阴极迁移，得到KOH溶液，阴极区溶液的pH增大，ab膜为阳离子交换膜。阳极反应及cd膜的判断：阳极的电极反应是2H2。4e=O2 f + 4H （放氧生酸），生成的带正电荷的 H+吸引中间隔室的NO3向阳极迁移，得到HNO3溶液，阳极区溶液的pH 减小，cd膜为阴离子交换膜。特别提醒-1一一.人,.一一、 八一，、电解虽然其头质是电解水， 但总反应不能与成 2H2O=2H2 T +

5、。2,，而应该写为4KNO3一电解 一 一. 一+ 6H 2O=2H2 T + 4KOH + O2 T + 4HNO 3。四室电解池以四室式电渗析法制备 H3P02（次磷酸）为例，其工作原理如图所示:用善干阴离子阳常干行墨I.交换膜交摭膜交物膜”行净 物靠 |浓一. 稀静海陷糙暹 产品富 原料室 明槌室电解稀硫酸的阳极反应是 2H2O 4e =O2T + 4H+（放氧生酸），产生的H卡通过阳离子 交换膜进入产品室，原料室中的 H2P02通过阴离子交换膜进入产品室，与 H卡结合生成弱电 解质H3P02；电解NaOH稀溶液的阴极反应是 4H2O + 4e-=2H2T + 40H （放氢生碱），原

6、料室中的Na +通过阳离子交换膜进入阴极室。专题精练精练一 离子交换膜在原电池中的应用1. （2020河南中原名校四模）新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分，LiFeP0 4电池是新能源汽车关键部件之一，其工作原理如图所示，电池工作时的总反应为LiFeP04 +充电6c 放电Lii-xFePO4+LixC6。下列说法错误的是 （）A.充电时，电极 a与电源负极连接，电极 b与电源正极连接B.电池工作时，正极的电极反应为 Li i xFeP04+ xLi + xe =LiFeP0 4C.电池工作时，负极材料质量减少1.4 g,转移0.4 mol电子D.电池进水将会大大降低使用寿命解析：选Co放

7、电时Li +向电极b移动，则电极b为正极，电极a为负极，充电时，电 极a与电源负极连接，电极b与电源正极连接，故A正确；电池工作时，Li +向正极移动， 正极上Li1-xFePO4发生还原反应：Li 1 xFePO4 + xLi + + xe =LiFePO 4,故B正确；电池工 作时，负极反应为LixC6xe =xLi+ + 6C,负极材料质量减少 1.4 g,说明有0.2 mol Li + 生成，则转移0.2 mol电子，故C错误；因为Li的金属性很强，容易与水发生反应，所以 电池进水将会大大降低使用寿命，故D正确。2.（提高电流效率）已知：电流效率=电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总

8、数之比。现有两个电池I、n ,装置如图所示。氯化被溶液卜列说法正确的是（a. I和n的电池反应不同b. I和n的能量转化形式不同C. I的电流效率低于n的电流效率D.放电一段时间后，I、n中都只含1种溶质解析：选C。I、n装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池总反应、负极反应和正极反应均相同，A项错误。I和n装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误。I装置中铜与氯化铁溶液直接接触，二者会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失（或部分电子没有通过电路），导致电流效率降低；而 n装置采用阴离子交换膜，铜不与氯化 铁溶液直接接触，二者不会在铜极表面发生反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极

9、反应式为Cu-2e =Cu2+,阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe3+ + 2e-=2Fe2+,负电荷过剩，C从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于I装置，C项正确。放电一段时间后， I装置中生成氯化铜和氯化亚铁，n装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成氯化亚铁，两者还都可能含有氯化铁，D项错误。精练二 离子交换膜在电解池中的应用3.（双选）（净化水质）世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法，其装置如图所示。下列说法正确的是（）A. X为电源负极B.若该装置在高温下进行，则净化效率将降低C,若有1 mol NO 3被还原，则有6 mol H+通过质子膜迁移至阴极区D.

10、若BOD为葡萄糖（C6H1206）,则1 mol葡萄糖被完全氧化时，理论上电极上流出 24 molBOD、解析：选BD。由装置图可知，X端连接的电极上发生的反应是在微生物作用下H2O反应生成CO2； Y端连接的电极上发生的反应是在微生物作用下NO3反应生成N2,氮元素化合价降低，发生还原反应，为电解池的阴极，则Y为电源负极，X为电源正极，质 子膜允许H +通过。A.由上述分析可知，X为电源正极，故A错误；B.若 该装置在高温下 进行，作为催化剂的微生物会失去活性，则净化效率将降低，故B正确；C.根据阴极的电极反应式2NO3 + 10e-+ 12H+=N2T +6H2O可知，若有1 mol NO

11、3被还原，转移5 mol 电子，根据电荷守恒，则有5 mol H+通过质子膜迁移至阴极区，故C错误；D.若BOD为葡萄糖（C6H12。6）,则1 mol葡萄糖被完全氧化时，碳元素化合价由0价变为+ 4价，理论上 电极上流出4X6 mol = 24 mole，故D正确。4 .（限制某些离子的迁移）用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH4,模拟装置如图所示。下列说法正确的是（）三仃山1物通港灌I Mint L 此qL溶戒（I itidL 1用离户选择透过我明码千选择透过摸A.阳极室溶液由无色变成棕黄色B.阴极的电极反应式为 4OH -4e =2H2O+O2?C.电解一段时间后，阴极室溶液

12、的 pH升高D.电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是（NH4）3PO4解析：选Co阳极上Fe发生氧化反应生成 Fe2+,溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H +发生还原反应：2H+ + 2e-=H2f ,电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高，NH4透过阳离子选择透过膜进入阴极室，阴极室溶液中的溶质可能有H3P。4、NH 4H2P。4、（NH4）2HPO4、（NH4）3PO4 等，B、D 项错误，C 项正确。5 .（海水淡化）（2020武汉高三调研）电渗析法淡化海水装置如图所示，电解槽中阴离子 交换膜和阳离子交换膜交替排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满各个间隔室。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水的分离。下列说法正确的是 （）A.离子交换膜B.间隔室的排出液为淡水C.通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显D.淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值解析：选B。电极2上H + -H2,所以电极2为阴极，电极1为阳极，阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，Na+需通过阳离子交换膜向电极 2移动，则离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜，人项错误；中的 阴、阳离子分