课件2：隔膜在电化学中的应用
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突破全国卷小专题讲座 隔膜在电化学中的应用
[突破策略] 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。
三、分离、提纯某些物质 3．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
(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。
[专题训练] 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( )
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－3 ，故发生反应 I－－6e－＋6OH－===IO－3 ＋3H2O， 在阴极区 H＋(H2O)放电，6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，电解 总反应式为 I－＋3H2O==电=解==IO3－＋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。
反思归纳
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。
本节内容结束
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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 2H2O==电=解==2H2↑＋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。
反思归纳
解这类问题可以分三步：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。
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－ 3 ＋3H2O，a 极区的 KI 最终转变为 KIO3 D．当阳极有 0.1molI－放电时，阴极生成 6.72LH2
四、提高电流效率 4．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。
[突破策略] 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。
三、分离、提纯某些物质 3．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
(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。
[专题训练] 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( )
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－3 ，故发生反应 I－－6e－＋6OH－===IO－3 ＋3H2O， 在阴极区 H＋(H2O)放电，6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，电解 总反应式为 I－＋3H2O==电=解==IO3－＋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。
反思归纳
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。
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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 2H2O==电=解==2H2↑＋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。
反思归纳
解这类问题可以分三步：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。
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－ 3 ＋3H2O，a 极区的 KI 最终转变为 KIO3 D．当阳极有 0.1molI－放电时，阴极生成 6.72LH2
四、提高电流效率 4．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。