专题突破 ——电化学中“离子交换膜”的应用

例15、【2016浙江卷】金属（M）–空气电池（如图）具有原料易
得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。
该类电池放电的总反应方程式为：4M +nO2 + 2nH2O == 4M(OH)n 已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放
出的最大电能。下列说法不正确的是(
A.该原电池的正极反应是Zn-2e-====Zn2+； B.电池工作一段时间后，甲池的c(Cl-)增大； C.一段时间后，乙池中溶液的红色逐渐褪去； D.石墨电极上发生氧化反应。
例5、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，其工作原理如图所示。下列说法中不原 Nhomakorabea是。
阳极产生O2，pH减小，HCO3-浓度降低；K+部分迁
移至阴极区。
例18、【2020新课标1卷】焦亚硫酸钠（Na2S2O5） 在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回 答下列问题：
制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如 图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
电流从右侧电极经过负载后流向左
01
侧电极；
为使电池持续放电，离子交换膜选
02
用阴离子交换膜；
电极A反应式为2NH3-6e-
03
====N2+6H+；
当有4.48 L NO2(标准状况)被处
04
理时，转移电子为0.8 mol。
例3、现有离子交换膜、石墨电极和如图所示 的电解槽，电解KI的淀粉溶液制取KOH，一 段时间后Ⅲ区附近变蓝色，下列叙述中错误
一．阳离子交换膜只允许阳离子通过， 阻止阴离子和气体通过；
二．阴离子交换膜只允许阴离子通过；
三．质子交换膜只允许质子(H+)通 过。
○ 可见离子交换膜的功能在于选 择性地通过某些离子和阻止某 些离子来隔离某些物质。
例题评讲：
例1、微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生 物电池的说法错误的是( )
B 2N2↑+5O2↑+2H2O。下列说法正确的是(
)
A.X电极上发生还原反应B.Y电极上发生的电极反应为
2NO3-+10e-+12H+==N2↑+6H2O C.电解池工作时，H+从质子交换膜右侧向左侧移动 D.电解池工作时,电路中每通过2mol电子，生成15.68L气体
例14、【2016新课标1卷】三室式电渗析法处理含Na2SO4 废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交 换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO42-可 通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间 隔室。
例11、下列装置由甲、乙两部分组成（如图所示），甲是 将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质形 成的化学电源；乙是利用装置甲模拟工业电解法来处理含 Cr2O72-废水，电解过程中溶液发生反应： Cr2O72-+6Fe2++14H+＝2Cr3++6Fe3++7H2O。当电池工作时，
B 下列说法错误的是( )
A. 甲中H+透过质子交换膜由左向右移动 B. 乙池中Fe棒应与甲池中的M极相连 C. M极电极反应式：
H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-=2CO2↑+N2↑+16H+ D. 若溶液中减少了0.OlmolCr2O72-，则电路中至少转移了 0.06 mol电子
例12、现在污水治理越来越引起人们的重视，通过膜电池
D.M为阳离子交换膜，A室获得副产品NaOH; 若去掉B室 双极膜，B室产物不变
例8、硼化钒（VB2）-空气电池是目前储电能力最 高的电池，电池示意图如下：该电池工作时的反应 为4VB2＋11O2=4B2O3＋2V2O5。下列说法正确的
D 是( )
A.电极a为电池负极 B.反应过程中溶液的pH升高 C.电池连续反应过程中，选择性透过膜采用阳离 子选择性膜 D.VB2极的电极反应式为：
2VB2+ 22OH−-22e−=V2O5+ 2B2O3+11H2O
例9、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
B 列说法正确的是(
)
A.X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1molNO3-被还原，则有6molH+通过质子膜迁 移至阴极区
D.若BOD为葡萄糖(C6H12O6)，则1mol葡萄糖被完全 氧化时，理论上电极流出20 mol e-
例10、科学家用氮化镓(GaN)材料与铜作电极组装
如下图所示的人工光合系统，成功地实现了以CO2
C 和H2O合成CH4。下列说法不正确的是(
)
A.该过程是将太阳能转化为化学能和电能; B.GaN 表面发生氧化反应,有O2 产生; C.电解液中H+从质子交换膜右侧向左侧迁移; D.Cu表面电极反应式：CO2+8e-+8H+= CH4+2H2O。
C)
A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有
利于氧气扩散至电极表面；
B.比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能
量最高；
C.M–空气电池放电过程的正极反应式4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)n D.在Mg–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解 质及阳离子交换膜。
可以除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚(
)，其原
C 理如右图所示，下列说法正确的是(
)
A.A极为电池的正极，发生氧化反应 B.电流从B极经导线、小灯泡流向A极 C.A极的电极反应式为:
D.当外电路中有0.2mole-转移时，A极区增加H+0.2mol
例13、处理工业酸性废水中NO3-的电解池工作原理
如图所示，电解总反应为4NO3- + 4H+
例17、[2019江苏节选]CO2的资源化利用能有效减少CO2 排放，充分利用碳资源。
电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制 HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO−的电极反应式：
。
②电解一段时间后，C阳O极2区+的KHH+C+O32溶e液− =浓=度H降CO低O，−其
阳电极 解的 后电 ，极__反__a应__式__为___室_2_H的_2O_N－_a_H4__eS_－O_＝3_浓_4。度H＋增+加O2↑。将
该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
例20、【2018新课标3卷】KIO3是一种重要的无机化合物， 可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：
KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
B 的是( )
A.KOH、H2均在Ⅰ区产生; B.图中A为阴离子交换膜; C.Ⅲ区的电极连接电源的正极; D.阴极反应式为2H+ + 2e-= H2↑。
例4、室温时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒 后，Fe3+立即被还原成Fe2+，组成的原电池装 置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子
C 和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )
①②其迁写 电移解出方过电程向解中是时通_阴_过极__a阳的_到_离电_b_子极_交_反_换应__膜式。的__2离_H_2子_O_+主。2要e－为＝_2__OK_H_－+_+_H__2↑，
③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处
有 产生Cl2易污染环境等
（写出一点）。
• 祝大家生活愉快，学习进步 •再 见
在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-,
作为H+和OH-离子源。M、N 为离子交换膜。下列说法正确的
C 是(
)
A.X 电极为电解池的阴极，该电极反应式为： 2H+-2e-=H2↑ B.电子流向： 电源负极→X电极→Y 电极→电源正极 C.电路中每转移1mol 电子，X、Y两极共得到标准状况下16.8L 的气体
C 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
例7、目前海水液化可采用双极膜电液析法、同时获得副产品，
其模拟工作原理如图所示。其中双极膜(BP)是阴、阳复合膜，
专题突破 ——电化学中 “离子交换膜”的应用
离子交换膜的功能：
使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。 离子交换膜在电化学中的作用： 隔离某些物质防止发生反应； 用于物质的制备； 物质分离、提纯等。
离子交换膜的 类型：
根据透过的微粒，离子交换膜 可以分为多种，在高考试题中 主要出现阳离子交换膜、阴离 子交换膜和质子交换膜三种。
A
A.正极反应中有CO2生成； B.微生物促进了反应中电 子的转移； C.质子通过交换膜从负极 区移向正极区； D.电池总反应为 C 6H 12O 6+ 6 O 2= = = = 6 C O 2 +6H2O。
C
例2、利用反应 6NO2+8NH3====7N2+12H2O构成 电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放， 减轻环境污染，又能充分利用化学能，装 置如图所示。下列说法不正确的是( )
例16、一种电解法合成氨的装置如图所示，该法采
用高质子导电性的SCY陶瓷，用吸附在它内外表面