第6单元 第6课时 高考体现创新(3) 含交换膜的电化学装置的应用（Word教参）-【新高考方案】2024高考化学一轮复习（老教材 新高考）

第6课时：高考体现创新(3)——含交换膜的电化学装置的应用 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，交换膜可以分为多种，在高考试题中，主要出现的是离子交换膜(如2022·全国甲卷T10、2022·全国乙卷T12)和质子交换膜(2020·山东高考T13、2020·北京高考T15)，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。 一、解题必备知能 1．电化学中的交换膜 (1)离子交换膜的类型 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 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 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)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)。 (3)交换膜在中学电化学中的作用 2．含膜电解池装置分析 (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，为保持电荷平衡，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)多室电解池 如“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。 3．离子交换膜类型的判断方法 (1)首先写出阴、阳两极上的电极反应。 (2)依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。 (3)根据电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向。 (4)根据离子移动的方向，确定离子交换膜的类型。 4．有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法 5．含离子交换膜电化学装置题的解题步骤 二、题型分类突破 [例1]　用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．通电后阴极区溶液pH会增大 C．K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区 D．纯净的KOH溶液从b口导出 [解析]　阳极区为粗KOH溶液，阳极上OH－失电子发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中c(OH－)增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。 [答案]　C 利用电解原理来分离、提纯物质，如电解精炼铜的过程中，将粗铜作阳极，含Cu2＋的溶液为电解液，通直流电，在阳极铜及比铜活泼的杂质金属失电子，在阴极只有Cu2＋得电子析出，从而提纯了铜，也可以通过离子间带同种电荷的相互排斥远离，带异性电荷的相互吸引靠近，实现不同离子的定向迁移，从而实现对物质的分离与提纯，并由此判断出离子的移动方向。除上述方法外，还可通过离子膜的种类及离子的消耗与生成判断离子的移动方向，一般由离子生成的一极移向离子消耗的一极，电解法是实现物质简单快速分离的一种有效手段，分离物质的同时得到副产物，具有比一般分离方法更实用的优势。　　 [对点训练] 1．某镍冶炼车间排放的废水中含有一定浓度的Ni2＋和Cl－，图1是双膜三室电沉积法回收废水中Ni2＋的示意图，图2所示的是实验中阴极液pH与镍回收率间的关系。下列说法不正确的是(Ni的相对原子质量为59)(　　) A．X为直流电源正极，b为阴离子交换膜 B．阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ C．当浓缩室中得到1 L 0.5 mol·L－1盐酸时，阴极回收11.8 g镍单质(浓缩室中溶液体积变化忽略不计) D．pH小于2时，镍的回收率低的主要原因是有较多H2生成 解析：选C　该题的突破口为浓缩室进入的是0.1 mo