第6章 微课堂(23) 电化学中“离子交换膜”的应用（word教参）-【金版新学案】2024高考化学大一轮复习讲义·高三总复习（人教版）

微课堂(23)　电化学中“离子交换膜”的应用 1．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)。 2．离子交换膜在电化学中的作用 (1)隔离某些物质防止发生反应。 (2)用于物质的制备。 (3)物质分离、提纯等。 3．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。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，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。 [分类例析] 一、提高电流效率 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，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。 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。 学生用书第150页 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．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质 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，负极反应式：Cu－2e－===Cu2＋和正极反应式：Fe3＋＋2e－===Fe2＋分别相同，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，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。] 二、限制离子迁移 反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同；同种交换膜，转移相同的电子数，如果离子所带电荷数不同，迁移离子数不同。 离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。 某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。 (1)当电路中转移a mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少 mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl) (填“>”“<”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。 (2)若质子交换膜换成阴离子交换膜，其他不变。若有11.2 L氯气(标准状况)参与反应，则必有 mol 离子(填离子符号)由交换膜 侧通过交换膜向 迁移。交换膜右侧溶液中c(HCl) (填“>”“<”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。 解析：　(1)正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，负极的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，隔膜只允许氢离子通过，转移a mol电子，必有a mol Cl－沉淀。为了维持电荷平衡，交换膜左侧溶液中必有a mol H＋向交换膜右侧迁移，故交换膜左侧共减少2a mol离子(a mol Cl－＋a mol H＋)。交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大。 (2)n(Cl2)＝0.5 mol，n(Cl－)＝1 mol。正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，n(e－)＝1 mol，Ag－e－＋Cl－===AgCl，交换膜右侧溶液中增加了1 mol负电荷(或增加了1 mol Cl－)，左侧减少了1 mol负电荷(或减少了1 mol Cl－)。如果质子交换膜换成阴离子交换膜，只允许阴离子(Cl－)通过交换膜，不允许H＋通过。为了维持电荷平衡，必有1 mol Cl－从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移，氯离子迁移之后，两侧溶液中盐酸浓度保持不变。 答案：　(1)2a　> (2)1　Cl－　右　左　＝ 三、提高产品纯度 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，