2019版高考化学一轮精选教师用书苏教专用：专题65突破全国卷专题讲座（五）　隔膜在电化学中的应用

突破全国卷专题讲座(五)　隔膜在电化学中的应用

[命题解读]

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，不允许阳离子通过。

(3)质子交换膜，只允许H＋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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

[解题策略]

　分清隔膜类型，即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。

　写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。

　分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，使氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。

[突破训练]

一、隔离某些物质，防止发生反应

1．(2018·合肥质检)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甲基橙，溶液先变红后褪色

解析：选B。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－放电生成氯气，Ⅱ区Cl－通过b进入Ⅲ区，故b应该是阴离子交换膜；氯气溶于水显酸性，同时次氯酸还具有漂白性，所以滴入甲基橙后溶液先变红后褪色。

二、制备某些物质

2．加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。下列说法中正确的是(　　)

A．电解过程中OH－从a极区通过离子交换膜c进入b极区

B．随着电解进行，KOH溶液浓度会逐渐减小

C．a电极反应式：I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2O，a极区的KI最终转变为KIO3

D．当阳极有0.1 mol I－放电时，阴极生成6.72 L H2

解析：选C。与外加电源正极相连的是电解池的阳极，即a电极是阳极，b电极是阴极。由题意知阳极区的物质有KOH、KI、KIO3、H2O，阳极将发生失电子的氧化反应，失电子能力：I－>OH－>IO，故发生反应I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2O，在阴极区H＋(H2O)放电，6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，电解总反应式为I－＋3H2OIO＋3H2↑，故电解时KOH浓度会增大；b极区OH－会通过c进入a极区，c应为阴离子交换膜。

3．某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(　　)

A．该装置将化学能转化为光能和电能

B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移

C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原

D．a电极的反应为3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O

解析：选B。该装置为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；b极连接电源的正极，为阳极，H＋为阳离子，在电解池中向a极(阴极)区移动，B项正确；右侧H2O→O2发生的是氧化反应，每生成1 mol O2，转移4 mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是－2，3CO2→C3H8O，转移18 mol电子，故生成1 mol O2消耗 2/3 mol CO2，C项错误；a电极发生的是还原反应：3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。

三、分离、提纯某些物质

4．工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

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

解析：选C。该电解槽中阴离子放电顺序：OH－>含氧酸根离子，阳离子放电顺序：H＋>K＋，故此电解反应的实质是电解水，阴极反应是2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，通电后阴极区的pH会增大，阳极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，电解总反应是2H2O2H2↑＋O2↑，阳极区c(OH－)减小，K＋会通过阳离子交换膜移向阴极与阴极产生的OH－结合，以KOH溶液的形式从B口导出。由此可得出A、B、D正确，C错误。

四、提高电流效率

5．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数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。

下列说法正确的是(　　)

A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同

B．能量转化形式不同

C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率

D．放电一段时间后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质

解析：选C。Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应、负极反应和正极反应均相同，A项错误。Ⅰ和Ⅱ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，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Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜溶液接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为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，Cl－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，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。