第四章 素养微专题10 离子交换膜在电化学中的应用-【高考领航】2023-2024学年高中化学选择性必修1同步核心辅导与测评（人教版）

1．离子交换膜的种类 阳离子 交换膜 只允许阳离子透过，不允许阴离子或某些分子透过 阴离子 交换膜 只允许阴离子透过，不允许阳离子或某些分子透过 质子 交换膜 只允许H＋透过，不允许其他阳离子和阴离子透过 双极膜 由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源 2.离子交换膜的功能 (1)选择性透过离子，平衡电荷，形成闭合回路，离子交换或迁移依据电荷守恒，离子迁移数目不一定相同。 (2)隔离某些分子和离子，防止副反应。 (3)应用于制备物质、分离物质等。 3．含离子交换膜电化学装置题的解题步骤 4．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。 　微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　) A．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋ B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C．当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1 [解题路径] [解析]　A项，结合题给微生物脱盐电池装置可知，a极的电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，故a极为负极，b极为正极，正确；B项，a极区有H＋产生，阳离子增多，为保证溶液呈电中性，Cl－需定向迁移到a极区，隔膜1为阴离子交换膜，同理，b极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，需Na＋定向迁移到b极区，隔膜2为阳离子交换膜，错误；C项，当电路中转移1 mol电子时，有1 mol Na＋和1 mol Cl－发生定向迁移，故理论上除盐58.5 g，正确；D项，结合电极反应式，得8e－～2CO2～4H2，故电池工作一段时间后，正、负极产生的气体的物质的量之比为2∶1，正确。 [答案]　B 　(2021·全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　) A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用 B．阳极上的反应式为＋2H＋＋2e－―→＋H2O C．制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 mol电子 D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移 [解题路径] [解析]　A项，由题图可知，Br－在反应过程中被氧化为Br2，生成的Br2又将乙二醛氧化为乙醛酸，KBr在合成过程中不只起到电解质的作用，错误；B项，阳极上Br－失电子，发生氧化反应，错误；C项，由题图可知，铅电极为阴极，发生反应：HOOC—COOH＋2e－＋2H＋―→OHC—COOH＋H2O，石墨电极为阳极，发生反应：2Br－－2e－===Br2，Br2＋OHC—CHO＋2OH－2Br－＋OHC—COOH＋H2O，故制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移2 mol电子，错误；D项，双极膜中间层中的H＋在外电场的作用下向阴极即铅电极方向迁移，正确。 [答案]　D [强化训练] 1．锂/氟化碳电池稳定性很高。该电池的电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，总反应为xLi＋CFx===xLiF＋C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．正极的电极反应式为CFx＋xe－＋xLi＋===xLiF＋C B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替 D．a极电势高于b极电势 解析：A　根据总反应可知，Li为负极，石墨棒为正极，正极上CFx转化为C，电极反应式为CFx＋xe－＋xLi＋===xLiF＋C，A项正确；根据正极的电极反应式可知，负极区的Li＋通过离子交换膜进入正极区，则离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；Li能与乙醇发生反应，因此电解质溶液不能用LiClO4的乙醇溶液代替，C项错误；b极为正极，a极为负极，故b极电势高于a极电势，D项错误。 2．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：C　阳极区为粗KOH溶液，阳极上OH－失电子发生氧化反应：4OH－－4e－==