第4章 微专题15 离子交换膜在电化学中的应用-【精讲精练】2023-2024学年高中化学选择性必修1人教版（教师用书）

1．常见的隔膜 隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。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．离子交换膜的计算 (1)迁移离子所带的电荷数总是等于外电路上转移的电子数。 (2)溶液质量变化等于电极反应引起的变化和离子迁移引起的变化之和。 1．某微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是(　　) A．电子由石墨电极流出 B．生物膜电极反应为CH3COO－＋2H2O＋8e－===2CO2↑＋7H＋ C．X、Y依次为阴离子、阳离子选择性交换膜 D．该装置可以将电能转化为化学能 解析　C　微生物脱盐池的装置是将废水中的有机物CH3COO－的化学能转化为电能的装置，即为原电池，由题图知石墨为正极，生物膜为负极，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，原电池内电路中，阳离子通过阳离子交换膜Y移向正极，阴离子通过阴离子交换膜X移向负极，从而使海水中NaCl含量减少形成淡水，达到脱盐的目的。 2．(2021·天津卷)如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是(　　) A．a是电源的负极 B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色 C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大 D．当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下) 解析　C　通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b为正极，a为负极，石墨电极Ⅰ为阴极，A正确；石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B正确；随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误；当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，消耗氢离子为0.06 mol，根据阳极电极反应式2H2O－4e－===O2＋4H＋，产生氧气为0.015 mol，体积为336 mL(折合成标准状况下)，故D正确。 3．(2023·重庆适应性测试)双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。 下列说法正确的是(　　) A．出口2的产物为HBr溶液 B．出口5的产物为硫酸溶液 C．Br－可从盐室最终进入阳极液中 D．阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 解析　D　阴极，水中H＋放电，双极膜中水解离生成的H＋移向阴极区，OH－移向交换室1，与NaBr溶液中通过阳离子交换膜进入交换室1的Na＋组成NaOH溶液，出口1为Na2SO4溶液，出口2为NaOH溶液，同理，阳极，水中OH－放电，双极膜中的OH－移向阳极，H＋移向交换室2，与通过阴离子交换膜进入交换室2的Br－组成HBr，出口4产物为HBr溶液，出口5为Na2SO4溶液。 4．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________(填离子符号)由交换膜____________侧通过交换膜向________侧迁移。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＋Cl－－e－===AgCl，转移a mol电子，必有a mol Cl－沉淀，隔膜只允许氢离子通过，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，负极的电极反应式为Ag