2019版高考化学一轮复习专题6化学反应与能量变化5突破全国卷专题讲座五隔膜在电化学中的应用教案

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]

第一步分清隔膜类型，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。

第二步写出电极反应式，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。

第三步分析隔膜作用。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(KIO 3)，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：3I 2＋6KOH===5KI ＋KIO 3＋3H 2O ，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 －3＋3H 2O ，a 极区的KI 最终转变为KIO 3

D ．当阳极有0.1 mol I －放电时，阴极生成6.72 L H 2

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 、KIO 3、H 2O ，阳极将发生失电子的氧化反应，失电子能力：I －>OH －>IO －3，故发生反应I －－6e －＋6OH －===IO －3＋3H 2O ，在阴极区H ＋(H 2O)放电，6H 2O ＋6e －===3H 2↑＋6OH －，电解总反应式为

I －＋3H 2O=====通电IO －3＋3H 2↑，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H 2O 和CO 2转化为O 2和燃料(C 3H 8O)。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 O 2，有44 g CO 2被还原

D ．a 电极的反应为3CO 2＋18H ＋－18e －===C 3H 8O ＋5H 2O

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H 2O →O 2发生的是氧化反应，每生成1 mol O 2，转移4 mol 电子，C 3H 8O 中碳元素的化合价是－2，3CO 2→C 3H 8O ，转移18 mol

电子，故生成1 mol O 2消耗2/3 mol CO 2，C 项错误；a 电极发生的是还原反应：3CO 2＋18H ＋＋18e －

===C 3H 8O ＋5H 2O ，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 －===2H 2O ＋O 2↑

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2H 2O ＋2e －===2OH －＋H 2↑，通电后阴极区的pH 会增大，阳极反应是4OH －－4e －===2H 2O ＋O 2↑，电解总反应是2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑，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 －===Cu 2＋，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe 3＋＋2e －===2Fe 2＋

，负电荷