专项突破24-离子交换膜电池(人教版2019选择性必修1)

人教版选择性必修1网第四章化学反应与电能重难点专项突破离子交换膜在电化学中的综合应用1．交换膜的功能及工作原理(1)功能：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。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能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。2．离子交换膜分类和应用根据透过的微粒,离子交换膜可以分为多种,在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。3.离子交换膜类型的判断根据电解质溶液呈电中性的原则,判断膜的类型：（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。（2）根据溶液呈电中性,判断出离子移动的方向,从而确定离子交换膜的类型离子迁移方向的判断①离子从“生成区”移向“消耗区”以电解CO2制HCOOH为例，其原理如图所示。右侧：通入CO2，生成HCOOH，发生还原反应，多孔锡作阴极，电极反应为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－，消耗从左侧迁移过来的H＋。左侧“Pt片”作阳极，水电离产生的OH－放电，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋。离子移动方向：H＋通过阳离子交换膜从左侧移向右侧。

有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法D

钛电极与电源负极相连作阴极，发生氢离子得电子的还原反应，A项错误；根据总反应可得阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，消耗OH－，则阳极附近溶液的pH减小，B项错误、D项正确；阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，则应采用阴离子交换膜，C项错误。离子交换膜的判断根据题给信息“采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备Cu2O”，结合电极反应式：2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，电解时OH－移动至阳极反应，应采用阴离子交换膜。例2:KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示。①写出电解时阴极的电极反应式_______________________。②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。[解析]

①电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。

②电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。[答案]

①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑

②K＋由a到b

A.ab适宜选用阴离子交换膜

C

特别提醒(1)含离子交换膜电化学装置题的解题步骤(2)在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷、导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电流效率；在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。(3)定量关系外电路电子转移数=通过隔膜的阴（阳）离子带的负（正）电荷数。1．Kolbe法制取乙烯的装置如图所示，电极a上的产物为乙烯和碳酸根离子。下列说法正确的是(

)A．该装置将化学能转化为电能B．图中为阳离子交换膜C．阴极周围溶液的pH不断减小D．每生成1mol乙烯，电路中转移2mol电子D

该装置是电解池，将电能转化为化学能，A错误；电极a是阳极，电极反应式为2CH2COO－＋4OH－－2e－===CH2===CH2↑＋2CO32－＋2H2O，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则右侧阴极区产生的OH－要透过离子交换膜进入左侧，并参与阳极反应，故应是阴离子交换膜，B错误；阴极区周围溶液中c(OH－)逐渐增大，溶液的pH不断增大，C错误；由阳极反应式可知，生成1mol乙烯时，电路中转移2mol电子，D正确。

B

3.（不定项）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(

)

AC

C

5．用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是(

)D6.（1）可由“水相”制备高纯度单质锰,装置如图所示：①装置中采用________（填“阴离子”或“阳离子”）交换膜,阴极反应式为_________________________。阴离子

②写出该电解反应的化学方程式：______________