《2020-2021年高考化学一轮复习《电化学装置中的离子交换膜》》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020-2021年高考化学一轮复习《电化学装置中的离子交换膜》（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 21 页 共 21 页电化学装置中的离子交换膜近几年全国卷的高考中，涉及离子交换膜的试题较多，且常考常新。离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中离子具有选择性透过的高分子膜。根据透过的微粒类型，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中，主要出现的是阳离子交换膜(如2019全国卷T12、2019江苏卷T20、2018全国卷T27、2018全国卷T27)、阴离子交换膜(2014全国卷T27)和质子交换膜(2018全国卷T13、2015全国卷T11)三种，其功能是在于选择性通过某些离子和阻断某些离子或隔离某些物质，从而制备、分离或提纯某些物质。类型一离子交换膜的种类【考必备清单】1含义和作用(1)
2、含义：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。(2)作用：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。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分类和应用3三类交换膜应用实例种类装置图说明阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过)负极反应式：Zn2e=Zn2正极反应式：Cu22e=CuZn2通过阳离子交换膜进入正极区阳离子透过阳离子交换膜原电池正极(或电解池的阴极)续表种类装置图说明阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过)以Pt为电极电解淀粉KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开阴极反应式：2H2O2e=H22OH阳极反应式：2I2e=I2阴极产生的OH移向阳极与阳极产
3、物反应：3I26OH=IO5I3H2O阴离子透过阴离子交换膜电解池阳极(或原电池的负极)质子交换膜(只允许H和水分子通过)在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2阴极反应式：2H2e=H2阳极反应式：CH3COOH8e2H2O=2CO28H阳极产生的H通过质子交换膜移向阴极H透过质子交换膜原电池正极(或电解池的阴极)【探题源规律】例1四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是()Ab、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜B通电后室中的Cl透过c迁移至
4、阳极区C、四室中的溶液的pH均升高D电池总反应为4NaCl6H2O4NaOH4HCl2H2O2解析由图中信息可知，左边电极与负极相连为阴极，右边电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上H2O放电生成O2和H，阴极上H2O放电生成H2和OH；H透过c，Cl透过b，二者在b、c之间的室形成盐酸，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；Na透过a，NaOH的浓度变大，所以a也是阳离子交换膜，故A、B两项均错误；电解一段时间后，中的溶液的c(OH)升高，pH升高，中为NaCl溶液，pH不变，中有HCl生成，故c(H)增大，pH减小，中H移向，H2O放电生
5、成O2，使水的量减小，c(H)增大，pH减小，C不正确。答案D规律方法离子交换膜类型的判断方法根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型，判断时首先写出阴、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2H2e=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。【夯基础小题】1(2019广东名校联盟联考)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
6、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1 mol乙烯，电路中转移2 mol电子解析：选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CH2COOCH2COO4OH2e= CH2=CH22CO2H2O，阴极反应式为2H2O2e=2OHH2，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1 mol乙烯时，电路中转移2 mol 电子，D正确。2(2019四川资阳二模)在电镀车间
7、的含铬酸性废水中，铬的存在形式有Cr()和Cr()两种，其中Cr()的毒性最大。电解法处理含铬废水的装置示意图如图，铬最终以Cr(OH)3沉淀除去。下列说法正确的是()AFe为阳极，反应为Fe2e=Fe2B阴极反应为Cr2O7H2O6e=2Cr(OH)38OHC阳极每转移3 mol电子，可处理Cr()物质的量为0.5 molD离子交换膜为质子交换膜，只允许H穿过解析：选AC对Cr()和Cr()处理是通过转化为Cr(OH)3处理，由题图可知，同时还生成Fe(OH)3，据此推测铁棒是阳极，电极反应式为Fe2e=Fe2，Fe2再与Cr2O发生氧化还原反应生成Fe3和Cr3，A正确；石墨棒是阴极，电极
8、上反应为2H2O2e=2OHH2，电解质溶液中发生反应：Cr33OH=Cr(OH)3，Fe33OH=Fe(OH)3，B错误；阳极转移3 mol电子，生成1.5 mol Fe2，Cr()被还原为Cr()，据电子守恒可知，可处理Cr()的物质的量为0.5 mol，C正确；石墨电极上反应生成OH，左侧废水中Cr3、Fe3透过离子交换膜移向右侧，反应生成Cr(OH)3和Fe(OH)3，故离子交换膜为阳离子交换膜，D错误。【考必备清单】应用离子交换膜的常考装置多室电解池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、多室等，以达到物质
9、制备、浓缩、净化、提纯的目的。(1)两室电解池制备原理：工业上利用如图两室电解装置制备烧碱阳极室中电极反应：2Cl2e=Cl2，阴极室中的电极反应：2H2O2e=H22OH，阴极区H放电，破坏了水的电离平衡，使OH浓度增大，阳极区Cl放电，使溶液中的c(Cl)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。阳离子交换膜的作用它只允许Na通过，而阻止阴离子(Cl)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。(
10、2)三室电解池利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。阴极的NO被还原为NH：NO5e6H=NHH2O，NH通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NO：NO3e2H2O=NO4H，NO通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO7H2O3NH4NO32HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。(3)多室电解池利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示。电解稀硫酸的阳极反应：2H2O4e=O24H，产生的H通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴离子
11、交换膜进入产品室，与H结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O4e=2H24OH，原料室中的Na通过阳离子交换膜进入阴极室。【探题源规律】应用一物质的制备例2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()A阴极与阳极产生的气体体积比为21Bb极的电极反应式为2H2O2e=O24HC产品室中发生的反应是B(OH)3OH=B(OH)D每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g解析由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H，a电极为阴极，电解时阴
12、极上水得电子发生还原反应生成H2和OH，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)通过阴膜进入产品室，b极室中H通过阳膜进入产品室，在产品室中H与B(OH)发生反应生成H3BO3，a、b两电极反应式分别为2H2O2e=H22OH，2H2O4e=O24H，理论上每生成1 mol产品，b极生成1 mol H，a极产生0.5 mol H2。答案AD规律方法有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法应用二物质的分离和提纯例3用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A电极N为阳极，电极M上H发
13、生还原反应B电极M的电极反应式为4OH4e=2H2OO2Cd处流进粗KOH溶液，e处流出纯KOH溶液Db处每产生11.2 L气体，必有1 mol K穿过阳离子交换膜解析根据图示，K移向电极N，所以N是阴极，M极是阳极，OH发生氧化反应生成氧气，电极反应式为4OH4e=2H2OO2，故A错误，B正确；c处流进粗KOH溶液，f处流出纯KOH溶液，故C错误；N极是阴极，H发生还原反应生成氢气，非标准状况下11.2 L氢气的物质的量不一定是0.5 mol，故D错误。答案B规律方法含离子交换膜电化学装置题的解题步骤【夯基础小题】3一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，图中有
14、机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法不正确的是()ACl由中间室移向左室BX气体为CO2C处理后的含NO废水的pH降低D电路中每通过4 mol电子，产生X气体的体积为22.4 L解析：选CD该电池中，NO得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应式为2NO10e12H=N26H2O，装置左边电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应生成X，电极反应式为C6H10O524e7H2O=6CO224H。放电时，电解质溶液中阴离子Cl移向负极室(左室)，A项正确；X气体为CO2，B项正确；正极反应为2NO10e12H=N26H2O，H参加反应导致溶液酸性减弱，溶液的pH增大，C项错误；因题目未指明标准状况，故无法计算产生CO2(X)气体的体积，D项错误。4某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果品的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。下列说法正确的是()Aa为直流电源的负极，与之相连的电极为阴极B离子
