第六章 热点微课6 “离子交换膜”在电化学中的应用-【创新教程】2024高考化学复习大一轮教师用书word（老教材，人教版）

　　　　　　　“离子交换膜”在电化学中的应用 [考点突破] 在近几年高考中，设计离子交换膜应用的试题比较多，且常出常新。隔膜的多样性，使得离子交换膜具有多功能性，能够多方位考查学科素养。 1．常见的隔膜 隔膜又叫离子交换膜，由高分子材料制成。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。 (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。 3．离子交换膜选择的依据 离子的定向移动。 4．离子交换膜的应用 5．解题步骤 (1)分清隔膜类型。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。 (2)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移动方向。 (3)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。 [典题应用] [例1]　用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有何缺陷？ 答案：缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸； 缺陷2：Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量 [例2]　用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有哪些？ 答案：(1)平衡电荷，形成闭合回路； (2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸； (3)避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量； (4)避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 [对点集训] 1．最近科学家利用下列装置图成功地实现了CO2和H2O合成CH4。下列叙述错误的是(　　 ) A．电池工作时，实现了将太阳能转化为电能 B．铜电极为正极，电极反应式为CO2－8e－＋8H＋===CH4＋2H2O C．电池内 H＋ 透过质子交换膜从左向右移动 D．为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量稀硫酸 解析：B　[根据图示可以知道，该装置是将太阳能转化为化学能的过程，故A正确； Cu是正极，正极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成甲烷，电极反应式为：CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，B错误；放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，所以装置中的H＋由左向右移动，C正确；向装置中加入少量稀硫酸可以增强导电能力，提高该人工光合系统的工作效率，D正确。] 2．氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。该电池工作时的总反应为：NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。下列说法错误的是(　　) A．装置左侧电极为负极，电子由该极出发，依次通过正极、电解质溶液，回到负极 B．正极的反应式为：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O C．电池工作时，H＋通过质子交换膜向正极移动 D．消耗3.1 g氨硼烷，理论上转移0.6 mol电子 解析：A　[A.电子不能经过溶液，故A错误；B.H2O2在正极得到电子发生还原反应，电极反应式为：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，故B正确；C.放电时，阳离子向正极移动，H＋通过质子交换膜向正极移动，故C正确；D.负极反应式为：NH3·BH3＋2H2O－6e－=== NH4BO2＋6H＋，消耗3.1 g氨硼烷为0.1 mol，转移0.6 mol电子，故D正确；故选A。] 3．一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示，咸水中的主要溶质为NaCl。下列有关说法正确的是(　　) A．a为原电池的负极 B．b电极附近溶液的pH减小 C．a电极反应式：C6H10O5＋24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋ D．中间室：Na＋移向左室，Cl－移向右室 解析：A　[A.a极生成CO2，碳元素化合价升高，发生氧化反应，a为原电池的负极，故A正确；B.b电极的电极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，附近溶液氢离子浓度减小，pH增大，故B错误；C.a电极反应式应为：C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋，故C错误；D.中间室：Na＋移向正极右室，Cl－移向负极左室，故D错误，故选A。] 　在原电池中应用离子交换膜，起到替代盐桥的作用，一方面能起到平衡电荷导电的作用，另一方面能防止电解质溶液中的离子与电极直接反应，提高电能效率。 4．(2023·山东省聊城市三中模拟)高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸钠(Na2FeO4)的装置如图所示。下列说法正确的是(　　 ) A．铁是