31 专题六 热考题型突破(五) 电化学中离子交换膜的作用及分析（Word教参）-【优化指导】2024高考化学二轮复习高中总复习·第2轮（老教材）

热考题型突破(五)　≡电化学中离子交换膜的作用及分析≡ [知识拓展] 1．离子交换膜的种类 2．离子交换膜的功能和作用 (1)交换膜的功能是使离子选择性地定向移动，使溶液保持电中性。 (2)作用有三点：①隔离阴、阳极的产物，防止其发生化学反应；②用于制备物质；③用于物质的分离提纯。 3．判断离子交换膜种类的方法 (1)判断离子交换膜的用途是制取物质，还是避免电极产物之间发生反应。 (2)根据电解质溶液呈电中性的原则，判断离子交换膜的种类。明确电极反应及产物，写出阴、阳极上的电极反应。 (3)依据电极反应式判断该电极附近剩余哪种离子，考虑交换膜的用途，结合溶液呈电中性的原则，判断离子移动的方向，确定离子交换膜的种类。 [典题范例] (2022·全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)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＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)＋Mn2+＋2H2O A　解析：根据电池装置图可知，Zn电极为负极，MnO2电极为正极。根据原电池电解质溶液中阴、阳离子的移动方向(阴离子向负极定向移动，阳离子向正极定向移动)的规律可知，A错误，B正确；电池放电时的正极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O，C正确；放电时的负极反应为 Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，由此可知，放电时的电池总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)＋Mn2+＋2H2O，D正确。 (2023·湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h-1。下列说法错误的是(　　) A．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h-1 D　解析：该装置工作时，b电极连接电源负极为阴极，电极上放出H2：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；阳极无Cl2生成且KOH溶液浓度不变，阳极电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，为保持OH－浓度不变，阴极OH－应通过离子交换膜进入阳极室，离子交换膜为阴离子交换膜，B正确；电解的本质是电解水，而KOH浓度不变，PTFE膜不透液态水，则通过PTFE膜的水应为动能高的水分子(透汽)，C正确；由电解总反应知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，电解生成H2的速率为x mol·h-1，故海水为电解池补水的速率为x mol·h-1，D错误。 “三步法”突破“带膜”电解池的构成及原理类题 (1)确定电解池的阴、阳极：根据外接直流电源的正负极、电子流向、电极现象等判断电解池的阴、阳极。 (2)根据电极反应式及产生(或消耗)离子、溶液呈电中性等确定移动的离子及移动方向。 (3)结合离子放电顺序书写电极反应式，判断电极反应产物，判断溶液中离子浓度、pH、质量等变化，并结合得失电子守恒进行简单计算。 [题型演练] (2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　) A．b端电势高于a端电势 B．理论上转移2 mol e－生成4 g H2 C．电解后海水pH下降 D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋ D　解析：H2为还原产物，故钛箔为电解池的阴极，钛网极为阳极。阳极连接电源正极，阴极连接电源负极，故a端电势高于b端电势，A错误；电解时，阳极反应为Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应方程式为Cl－＋H2O===ClO－＋H2↑，理论上转移2 mol e－生成2 g H2，B错误、D正确；流动海水电解后，海水中含有NaClO，其为强碱弱酸盐，pH不会下降，C错误。 双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－。利用双极膜电渗析法和惰性电极电解食盐水可获得淡水、NaOH溶液和盐酸，其工作原理如下图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是(　　) A．M膜为阳离子交换膜 B．出口2的产物是盐酸 C．若去掉双极膜(BP)，阳极室会有Cl2生成 D．电路中每转移1 mol电子，两极共得到0.5 mol 气体 D　解析：由题给示意图可知，该装置为电解池，左侧与电源负极相连的电极为电解池