2021年高考电化学微专题复习《盐桥与离子交换膜》

2021年高考电化学微专题复习《盐桥与离子交换膜》

一、盐桥

在双液原电池中，用阴、阴离子迁移速率相近的盐制成胶状（通常用琼脂，保证阴、阳离子在其中能自由扩散），要求盐与双液电池中的电解质溶液不发生化学反应，通常可以是KCl、KNO3等，但在电解质溶液中存在还原性强的离子，一般KNO3就不能用(NO3—在有H+时的氧化性)。

2020年全国I卷化学第27(2)题：

电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∝)应尽可能地相近。根据下表数据，盐

+与Cl—或NO3—，Li+与HCO3—。但Li+与HCO3—的电迁移率(u∝)小且可能反应

生成Li2CO3，故不宜选用。

Ca2+与SO42—不仅电迁移率(u∝)差较大且CaSO4属微溶物质，故不宜选用。“阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，题给的电解质溶液含有Fe2+和Fe3+（它们的溶液均呈酸性），不能选用含HCO3—和NO3—的盐。

综合考虑，只能选用KCl。

二、离子交换膜

具有离子选择性透过的聚合物薄膜。在电化学和电渗领域有广泛的应用。离子交换膜(有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜等)不仅可以在电解质溶液中作隔膜，防止某离子或气体通过，保证得到电解产物或提高产物纯度，而且可以包裹住电极防止电极与电解质溶液反应。

（1）在原电池中的应用

水溶液锂电池

能让Li+通过H2O和H+不能通过的特制聚合物薄膜紧密包裹的金属锂，外层紧密套上锂导电陶瓷（使得金属锂与水隔绝）作电池负极，与锂离子电池的传统正极材料及水溶液构成高能量密度、高能量利用率的电动汽车新型水锂电池。

【辨析】

锂电池与锂离子电池是两种不同的电池，但都同属锂系电池。锂电池是金属锂或锂合金作电池的负极，Li失去电子形成Li+，而将化学能转化为电能。锂电池通常是一次电池，亦有二次电池，但因其循环寿命过低和充电易爆不安全而受到制约。

锂离子电池是将Li+嵌入材料（常用碳素材料）中作负极（富Li+电极），

经过Li+的嵌入/脱嵌来存储与释放电能。锂离子电池是二次电池。

2020年全国理综Ⅲ卷地12题：

一种到性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2+16OH——11e—=VO43—+2B(OH)4—+4H2O，该电池工作时，下列说法错误的是

A.负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应

B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高

C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH—+6H2O=8B(OH)4—+4VO43—

D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极【答案】B

【解析】A选项：电路中有0.04moI电子通过，正极消耗0.01moIO2，电极反应为：O2—+4e—+2H2O==4OH—

B选项：根据题给的负极反应和上述正极反应可知，负极消耗溶液中OH—，电极附近溶液pH减小，正极产生OH—，电极附近溶液pH增大。

C选项：将负极反应×4 +正极反应×11得：C选项的电池反应。

D选项：注意题目指定电流流动方向，叙述正确。若是电子流动方向与电流流动方向相反且电子不能通过电解质溶(熔)液而是是溶液中阴阳离子传递电荷。

注：

（1）电流是承载电荷的载子（自由电子或自由离子等）的定向移动。电流要有闭合电路，在电化学中是电子导体和离子导体共同传递电荷，在电极上实现电子导体和离子导体的转化。

（2）本题中电池的离子选择性膜是阴离子交换膜，让正极产生的OH一向负极迁移。阴、阳离子交换膜只让阴或阳离子通过定向迁移传递电荷，电解

质溶（熔）液中是阴阳离子迁移共同承当。

（1）在电解中的应用

【例1】H 3PO 2也可以通过电解的方法制备。工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：

（1）写出阳极的电极反应式_____________________________。

（2）分析产品室可得到H 3PO 2的原因_________________________。

（3）早期采用“三室电渗析法”制备H 3PO 2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H 3PO 2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是______杂质。该杂质产生的原因是：__________________。

【解析】（1）阳极：2H 2O —4e —=O 2↑+4H + 阴极：4H 2O+4e —=2H 2↑+4OH —

（2）原料室中Na +通过阳膜进入原料室，平衡阴极室产生OH —的电荷，原料室中的H 2PO 2—通过阴膜进入产品室，阳极产生的H +通过阳膜加入产品室。H 2PO 2—+H +=H 3PO 2。

（3）H 2PO 2—具有强还原性，在阳极失电子被氧化。因NaH 2PO 2溶液呈碱性，所以其电极反应为H 2PO 2——4e —+4OH —=H 2PO 4—+2H 2O

【例2】电解装置如图所示，电解槽内装有KI 及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。

已知:3I 2+6OH —==IO 3—+5I —+3H 2O

下列说法不正确的是

A ．右侧发生的电极方程式：2H 2O+2e —==H 2↑+2OH —

B ．电解结束时，右侧溶液中含有IO 3—

C ．电解槽内发生反应的总化学方程式 KI+3H 2O===KIO 3+3H 2↑

D ．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变

【解析】电解的电极反应为：

阳极 2I ——2e — == I 2 左侧溶液变蓝色

3I 2+6OH —==IO 3—+5I — +3H 2O 一段时间后，蓝色变浅