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5多室电解池的类型多室电
2、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：电极名称的判断：根据“阴阳相吸”判断，Na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4H2O4e=2H24OH，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CO结合生成HCO：4CO4e2H2O=4HCOO2。(1)含离子交换膜
3、的电解池的最大优点是能自动把产品(如该电解池产生的NaOH和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4H2O4e=2H24OH(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
4、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2H2O4e=O24H(放氧生酸)，生成的带正电荷的H吸引中间隔室的NO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。虽然其实质是电解水，但总反应不能写成2H2O2H2O2，而应该写为4KNO36H2O2H24KOHO24HNO3。(3)四室电解池以四室式电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例，其工作原理如图所示：电解稀硫酸的阳极反应是2H2O4e=O24H(放氧生酸)，产生的H通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室，与H结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的
5、阴极反应是4H2O4e=2H24OH(放氢生碱)，原料室中的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，LiFePO4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LiFePO46CLi1xFePO4LixC6。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Li1xFePO4xLixe=LiFePO4C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C。放电时Li向电
6、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Li1xFePO4发生还原反应：Li1xFePO4xLixe=LiFePO4，故B正确；电池工作时，负极反应为LixC6xe=xLi6C，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数之比。现有两个电池、，装置如图所示。下列说法正确的是()A和的电池反应不同
7、B和的能量转化形式不同C的电流效率低于的电流效率D放电一段时间后，、中都只含1种溶质解析：选C。、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。和装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误。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反应式为Cu2e=Cu2，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe32e=2Fe2，负电荷过剩，Cl从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于
8、装置，C项正确。放电一段时间后，装置中生成氯化铜和氯化亚铁，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()AX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被还原，则有6 mol H通过质子膜迁移至阴极区D若BOD为葡萄糖(C6H12O6)，则1 mol葡萄糖被完全氧化时，理论上电极上流出24 mol e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BOD、H
9、2O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NO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2NO10e12H=N26H2O可知，若有1 mol NO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(C6H12O6)，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
10、46 mol24 mol e，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NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是()A阳极室溶液由无色变成棕黄色B阴极的电极反应式为4OH4e=2H2OO2C电解一段时间后，阴极室溶液的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C。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：2H2e=H2，电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高，NH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H3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)3
11、PO4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为阳离子交换膜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HH2，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，A项错误；中的阴、阳离子分别透过阴、阳离子交换膜移向相邻间隔室，海水被淡化，而相邻间隔室中的海水被浓缩，B项正确；电极1上Cl放电生成Cl2，电极2上H放电生成H2，故电极2附近溶液的pH变化明显，C项错误；浓缩海水中含有很丰富的元素，有很大的使用价值，D项错误。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。
