备考2025届高考化学一轮复习强化训练第六章化学反应与能量变化第6讲电解池工作原理的常规应用及金属的腐蚀与防护模型建构-电化学中的离子交换膜

素养：模型建构——电化学中的离子交换膜命题特点：阳离子膜、阴离子膜、质子交换膜、双极膜等，跨模块（物质结构、反应机理等）、跨学科（物理或数学）融合。（1）离子交换膜→电极反应须要、制备物质；（2）双极膜→电极确定哪侧交换H＋或OH－。1.交换膜类型及特点交换膜类型阳膜阴膜双极膜特定的交换膜允许通过的离子及移动方向阳离子移向原电池的正极（电解池的阴极）阴离子移向原电池的负极（电解池的阳极）中间层中的H2O解离出H＋和OH－，H＋移向原电池的正极（电解池的阴极），OH－移向原电池的负极（电解池的阳极）只允许特定的离子或分子通过，如质子交换膜只允许H＋通过，氯离子交换膜只允许Cl－通过通性无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得电子的一极，阴离子均移向失电子的一极2.离子迁移方向的推断离子从“生成区”移向“消耗区”电解CO2制HCOOH的原理如图所示右侧：通入CO2，生成HCOO－，发生还原反应，多孔锡作阴极，电极反应为[1]CO2＋H＋＋2e－HCOO－，消耗H＋。左侧：Pt片作阳极，水电离产生的OH－放电，电极反应为[2]2H2O－4e－O2↑＋4H＋，生成H＋。离子移动方向：H＋通过质子交换膜从左侧移向右侧离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区电化学制备K2Cr2O7的原理如图所示，其中a、b均为石墨电极左侧：“稀→浓”的溶液区，则右侧的K＋通过K＋交换膜移向左侧，a极为阴极，电极反应为[3]2H2O＋2e－2OH－＋H2↑，产生的OH－结合移入的K＋生成KOH。右侧：b极为阳极，电极反应为[4]2H2O－4e－4H＋＋O2↑，促使溶液中的反应2CrO42－＋2H＋⇌Cr2O72－＋H2O正向进行，生成K离子从“原料区”移向“产物区”电解Na[B（OH）4]溶液制备H3BO3的原理如图所示M室为阳极室，电极反应为[5]2H2O－4e－O2↑＋4H＋，N室为阴极室，电极反应为[6]2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，原料室中的阴离子[B（OH）4]－通过b膜进入产品室，发生的反应为[7][B（OH）4]－＋H＋H3BO3＋H2O，Na＋通过c膜进入N室，M室中氢离子通过a膜进入产品室，a膜、c膜为[8]阳离子交换膜，b膜为[9]阴离子交换膜1.利用电解原理制备物质可分为两个类型：“解离”型电解池构造膜类型①膜1：阳离子交换膜；膜2：阴离子交换膜“组合”型电解池构造膜类型②膜3：阳离子交换膜；膜4：阴离子交换膜解析①依据离子从“浓→稀”移向“稀→浓”可知，中间室中的An＋移向左侧，Bm－移向右侧，则膜1是阳离子交换膜，膜2是阴离子交换膜。②依据离子从“原料区”移向“产品区”可知，左侧的An＋移向中间室，右侧的Ya－移向中间室，An＋和Ya－结合成产物AaYn，则膜3为阳离子交换膜，膜4为阴离子交换膜。2.[2024济南模拟]双极膜（BPM）是一种由阴、阳离子交换膜和中间亲水层组成的离子交换复合膜，在直流电场作用下，中间界面层的水发生解离，在膜两侧分别得到H＋和OH－。利用如图装置可去除葡萄酒中部分酒石酸钾（2，3－二羟基丁二酸钾），以稳定产品。下列说法正确的是（B）A.膜M为阳离子交换膜B.装置工作时b池产物中含不对称碳原子C.用此方法处理过的葡萄酒pH增大D.通过各层离子交换膜的微粒数目完全相同解析左侧电极为阳极，右侧电极为阴极，去除葡萄酒中部分酒石酸钾，酒石酸根离子通过膜M向b池移动，K＋通过膜N向d池移动，则膜M为阴离子交换膜，膜N为阳离子交换膜；左侧双极膜中解离出的OH－向a池移动，H＋向b池移动，则b池得到酒石酸；右侧双极膜解离出的H＋向e池移动，OH－向d池移动，则d池得到KOH。膜M为阴离子交换膜，A项错误；装置工作时b池产物为HOOCCOOH，连有羟基的碳原子为手性碳原子，B项正确；酒石酸钾水解使溶液呈碱性，用此方法处理过的葡萄酒中酒石酸钾浓度降低，溶液pH减小，C项错误；通过各层离子交换膜的电量相等，但酒石酸根离子带2个单位电荷，而K＋、H＋、OH－带1个单位电荷，所以通过各层离子交换膜的微粒数不完全相同，D项错误。3.[2024四川攀枝花模拟]在直流电场作用下双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并分别向两极迁移。如图所示装置，可将捕获的二氧化碳转化为CaCO3而矿化封存，削减碳排放，同时得到氧气、氢气、高浓度盐酸等产品。下列说法正确的是（D）A.CaCO3在碱室形成B.两个双极膜中间层中的H2O解离出的H＋均向右移动C.向碱室中加入NaHCO3固体，有利于CO2的矿化封存D.b极为阳极，电极反应式为4OH－－4e－O2↑＋2H2O解析由各室产物可知，Cl－、H＋移向酸室得到高浓度盐酸，CO32－移向中间室生成CaCO3，A项错误。右侧双极膜中间层的H2O解离出的H＋进入酸室形成盐酸，左侧双极膜中间层中的H2O解离出的H＋左移，在电极a上发生还原反应生成H2，两个双极膜中间层中的H2O解离出的H＋均向左移动，B项错误。碱室中二氧化碳和碱反应生成CO32－，CO3