2020版高三化学一轮复习试题调研：化学基本理论——含离子交换膜电池的应用

化学基本理论 ——含离子交换膜电池的应用 近几年全国卷的高考中，涉及离子交换膜的试题较多，且常考常新。离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中离子具有选择性透过的高分子膜。根据透过的微粒类型，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中，主要出现的是阳离子交换膜(如2018·全国卷ⅠT27、2018·全国卷ⅢT27)、阴离子交换膜和质子交换膜(2018·全国卷ⅠT13、)三种，其功能是在于选择性通过某些离子和阻断某些离子或隔离某些物质，从而制备、分离或提纯某些物质。 [重难点拨] 1．离子交换膜的类型和作用 2．多室电解池 多室电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、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。 (1)两室电解池 ①制备原理：工业上利用如图两室电解装置制备烧碱 阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。 ②阳离子交换膜的作用 它只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。 (2)三室电解池 利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。 阴极的NO被还原为NH3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。 通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2O＋4H＋，NO：NO－3e－＋2H2O===NO通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NO＋H2O，NH：NO＋5e－＋6H＋===NH (3)多室电解池 利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示。 电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴离子交换膜进入产品室，与