(讲义)第4章 第2节 能力课时7 离子交换膜在电化学中的应用-【提分教练】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修1(人教版2019)

能力课时7　离子交换膜在电化学中的应用 认识离子交换膜在电化学装置中的作用，能分析形式各异的电化学装置的作用、工作原理。 1．离子交换膜的含义和作用 (1)含义 离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。 (2)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。 2．离子交换膜分类和应用 3．离子交换膜类型的判断方法 根据电解质溶液呈电中性的原则和实验目的，判断膜的类型，判断时首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，形成NaOH溶液，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。 4．有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法 KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。 (1)写出电解时阴极的电极反应式__________________________________。 (2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。 (3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_________________(写出一点)。 【审题流程】　隔膜看类型，离子定方向。 [解析]　(1)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。(3)根据工艺流程分析，“KClO3氧化法”生成的Cl2有毒，且在调pH时加入KOH的量不易控制，另外，生成的KIO3中杂质较多。 [答案]　(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　(2)K＋　由a到b　(3)产生Cl2易污染环境等 1．Kolbe法制取乙烯的装置如图所示，电极a上的产物为乙烯和碳酸根离子。下列说法正确的是(　　) A．该装置将化学能转化为电能 B．图中为阳离子交换膜 C．阴极周围溶液的pH不断减小 D．每生成1 mol乙烯，电路中转移2 mol电子 D　[该装置是电解池，将电能转化为化学能，A错误；电极a是阳极，电极反应式为＋4OH－－2e－===CH2===CH2↑＋2CO＋2H2O，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则右侧阴极区产生的OH－要透过离子交换膜进入左侧，并参与阳极反应，故应是阴离子交换膜，B错误；阴极区周围溶液中c(OH－)逐渐增大，溶液的pH不断增大，C错误；由阳极反应式可知，生成1 mol乙烯时，电路中转移2 mol电子，D正确。] 2．(双选)用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是(　　) A．阴极与阳极产生的气体体积比为2∶1 B．b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋ C．产品室中发生的反应是B(OH)3＋OH－===B(OH) D．每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g AD　[由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子发生氧化反应生成O2和H＋，a电极为阴极，电解时阴极上水得电子发生还原反应生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)通过阴膜进入产品室，b极室中H＋通过阳膜进入产品室，在产品室中H＋与B(OH)发生反应生成H3BO3，a、b两电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理论上每生成1 mol产品，b极生成1 mol H＋，a极产生0.5 mol H2。] 1．海水中含有大量Na＋、Cl－及少量Ca2＋、Mg2＋、SO，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．b膜是阳离子交换膜 B．A极室产生气泡并伴有少量沉淀生成 C．淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHA<pHB<pHC D．B极室产生的气体可使湿润的KI­淀粉试纸变蓝 A　[因为阴极是阳离子反应，所以b膜为阳离子交换膜，选项A正确；A极室Cl－在阳极失电子产生氯气，但不产生沉淀，选项B错误；淡化工作完成后，A极室Cl－失电子产生氯气，部分溶于水溶液呈酸性，B极室H2O得电子产生氢气，OH－浓度增大，溶液呈碱性，C室溶液呈中性，pH大小为pHA<pHC<pHB，选项C错误；B极室H2O得电子产生氢气，不能使湿润的KI­淀粉试纸变蓝，选项D错误。] 2．