第7章 专题拓展突破8 “隔膜”在电化学中的应用（word教参）-【正禾一本通】2024高考化学高三一轮总复习高效讲义（老高考）

专题拓展突破8 “隔膜”在电化学中的应用 1．离子交换膜的类型和作用 2．几种常见的多室电解池 (1)两室电解池 工业上利用如图两室电解装置制备烧碱。 ①原理：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NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO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＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，可补充适量NH3，使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。 (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H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。 【对点练】 1.(2022·全国甲)一种水性电解液Zn­MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2＋以[Zn(OH)4]2－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是(　　) A．Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移 B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移 C．MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O 解析：选A。Zn电极为负极，MnO2电极为正极，故Ⅱ区的K＋向Ⅰ区移动，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，A错误，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，C正确；电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O，D正确。 2．科学家设计了一种高效、低能耗制备H2O2的装置，装置如图所示。下列有关说法不正确的是(　　) A．阴极区产生2 mol OH－时，参加反应的O2在标准状况下的体积为11.2 L B．a为电源的正极 C．阳极区反应为－2e－＋3OH－===2H2O＋ D．该装置中，离子交换膜为阴离子交换膜 解析：选A。右边氧气变双氧水，氧化合价降低，说明右边是阴极，则b为负极，a为正极，左边为阳极。阴极电极反应式O2＋2e－＋2H2O===H2O2＋2OH－，则阴极区产生2 mol OH－时，参加反应的O2为1 mol，在标准状况下的体积为22.4 L，故A错误；a为电源的正极，故B正确；左边是阳极，发生氧化反应，反应式为－2e－＋3OH－===2H2O＋，故C正确；该装置中，氢氧根在阳极消耗，因此阴极产生的氢氧根要转移到阳极区域，则离子交换膜为阴离子交换膜，故D正确。 【思维建模】　含离子交换膜电化学装置题的解题步骤 1．(2020·海南高考·有改动)某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．电池可用于乙醛的制备 B．b电极为负极 C．电池工作时，a电极附近pH降低 D．a电极的反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O 解析：选C。由图可知，该电池将乙烯和水转化为乙醛，可用于乙醛的制备，A正确；乙烯发生氧化反应，故b电极为负极，B正确；a极的反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，氢离子浓度降低，pH升高，C错误、D正确。 2．(2023·广西南宁模拟)KIO3广泛用于化工、医学和生活中，工业上制备KIO3的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　 ) A．a为正极，B极上发生氧化反应 B．电子流向：A→a→b→B C．X气体是H2，每转移2 mol e－，可产生22.4 L X气体 D．A极的电极反应式为：I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O 解析：选D。根据图示，该装置为电解池，A电极上I－发生失电子的氧化反应生成IO，A电极为阳极，则a为电源的正极，b为电源的负极，B电极为阴极，发生得电子的还原反应，A错误；电子流向为：A→a、b→B，电子不通过电源的内电路，B错误；B极电