19 第三板块 层级Ⅱ 微专题(二) 与工业生产接轨的含“膜”电化学装置（Word教参）-【新高考方案】2024年高考化学二轮复习专题增分方略（新教材 江苏专用）

微专题(二)　与工业生产接轨的含“膜”电化学装置 电化学装置中大部分含有交换膜，且一般为离子交换膜。离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过能力的高分子膜。因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在涉及电化学的工业生产中广泛应用。由于离子交换膜能将工业生产与化学知识有机的融合，考查学生的学以致用能力，因此备受高考命题者的青睐。 (一)离子交换膜的类型及作用 (二)常见含“膜”电化学装置解读 1.单膜双室 带阳离子交换膜的氯碱工业电解模型(选自教材)： 分析如下： 此时，阳离子交换膜的作用是平衡电荷，形成闭合回路；防止Cl2和H2混合而引起爆炸；避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 2.双膜三室 水溶液中电解制备金属钴的装置示意图(选自广东卷)。 分析如下： 判断电极名称 书写电极反应 检查离子浓度变化 确定膜(或离子移动方向) 阳极(石墨) 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ Ⅰ室c(H＋)增大，即c(阳离子)增大 H＋通过阳离子交换膜由Ⅰ室移向Ⅱ室 阴极(Co) Co2＋＋2e－===Co Ⅲ室阴离子电荷数大于阳离子电荷数 Cl－通过阴离子交换膜由Ⅲ室移向Ⅱ室 3.三膜四室 以四室电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例，其工作原理如图所示： 分析如下： 判断电极名称 书写电极反应 检查离子浓度变化 确定膜(或离子移动方向) 阳极(a) 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阳极室c(H＋)增大，即c(阳离子)增大 H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室 阴极(b) 4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 阴极室c(OH－)增大，即c(阴离子)增大 原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室 4.四膜五室 海水中除含有钠、氯等元素，还含有钙、镁、钾、硫酸根离子等。现利用“电渗析法”对海水进行淡化，技术原理如图。 分析如下： 判断电极名称 书写电极反应 检查离子浓度变化 确定膜(或离子移动方向) 阳极(甲) 2Cl－－2e－===Cl2↑ 甲室c(Cl－)减小，即c(阴离子)减小 Na＋等阳离子通过阳离子交换膜由甲室移向乙室 阴极(戊) 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 戊室c(OH－)增大，即c(阴离子)增大 OH－等阴离子通过阴离子交换膜由戊室移向丁室 5.创新考查中的双极膜 分析如下： 双极膜是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中。与传统阴、阳离子交换膜不同，双极膜可以大幅度降低内部电阻，同时水电离产生H＋ 和OH－可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH 条件。 [典例]　(2023·山东等级考改编)利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法不正确的是(　 ) A．甲室Cu电极为正极 B．隔膜为阴离子膜 C．电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋ D．NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响 [解析]　据图可知，甲室流出液经低温热解得到CuSO4和NH3，则甲室中生成了[Cu(NH3)4]SO4，发生的反应为Cu－2e－＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，甲室Cu电极为负极，A错误；乙室Cu电极为正极，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，消耗Cu2＋，为维持电解质溶液呈电中性，SO透过隔膜进入甲室，则隔膜为阴离子膜，B正确；根据正、负极反应，可知电池总反应为Cu2＋＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋，C正确；NH3能与Cu2＋反应生成[Cu(NH3)4]2＋，因此若NH3扩散到乙室，则乙室Cu2＋浓度减小，对电池电动势有影响，D正确。 [答案]　A [思维建模]　含膜电池的思路分析 [提能集训] 题点(一)　交换膜在物质制备中的应用 1．(2023·常熟中学一模)下图所示电池装置可将HCOOH转化为KHCO3。下列说法正确的是(　 ) A．物质X为KOH B．放电时，K＋由正极区移向负极区 C．负极电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O D．每消耗1 mol O2，可将2 mol Fe2＋转化为Fe3＋ 解析：选C　要在右侧产生硫酸钾，K＋由左侧移向右侧，需要不断补充硫酸根离子，故放电过程中需补充的物质X为H2SO4，A错误；HCOOH燃料电池中，通入氧气的一极是正极，左侧投入KOH，右侧产生硫酸钾，则钾离子由左侧移向右侧，即K＋通过离子