热点强化21 电化学中“膜”的应用-【优化探究】2025年高考化学一轮复习高考总复习配套课件（鲁科版2019 双选版）

热点强化21　 电化学中“膜”的应用 优化探究 大单元四　化学反应原理 　第9章　化学反应与能量 电化学中的“膜”包括离子交换膜和隔膜。离子交换膜是一种含有离子 基团的、对溶液中的离子具有选择性透过能力的高分子膜，也称为离子 选择性透过膜。 技法指导 离子交换膜的分类和应用 1. 已知电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。 现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示，下列说法正确的是(　C　) A. Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同 B. Ⅰ和Ⅱ的能量转化形式不同 C. Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D. 5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质 C 热点训练 Ⅰ和Ⅱ中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应、负极反应和正 极反应相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ的能量转化形式都是将化学能转化为电 能，B项错误；Ⅰ中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致 部分能量损失或者部分电子没有通过电路，导致电流效率降低。而Ⅱ采 用阴离子交换膜，铜与氯化铜溶液接触， 不会发生副反应，放电过程中交换膜左 侧负极的电极反应为Cu－2e－ Cu2＋， 阳离子增多； 右侧正极的电极反应为2Fe3＋＋2e－ 2Fe2＋，负电荷过剩，Cl－从交 换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ，C项正确；放电一段时间后，Ⅰ 中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成氯化 亚铁，可能含有氯化铁，D项错误。 2. 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 a 　 ＞　 (1)正极的电极反应为Cl2＋2e－ 2Cl－，负极的电极反应为Ag－e－＋ Cl－ AgCl，交换膜只允许氢离子通过，转移 a mol电子，必有 a mol Cl－形成沉淀。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2 a 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)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)。 1　 Cl－　 右　 左　 ＝　 (2) n (Cl2)＝0.5 mol， n (Cl－)＝1 mol。正极的电极反应为Cl2＋2e－ 2Cl－， n (e－)＝1 mol，负极的电极反应为Ag－e－＋Cl－ AgCl，交 换膜右侧溶液中增加了1 mol负电荷即增加了1 mol Cl－，左侧减少了1 mol负电荷即减少了1 mol Cl－。若质子交换膜换成阴离子交换膜，只允 许阴离子(Cl－)通过交换膜，不允许H＋通过 的情况下，为了维持电荷平衡，必有1 mol Cl－ 从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移， 氯离子迁移之后，两侧溶液中盐酸浓度保持不变。 3. H3PO2可用电渗析法制备，“四室电渗析法”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)。 (1)阳极的电极反应为 ⁠。 2H2O－4e－ O2↑＋4H＋ (2)分析产品室可得到H3PO2的原因是 ⁠ ⁠。 (2)中应该从闭合回路的角度以及阴、阳离子的流向分析。 阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品 室，原料室的H2P 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 (3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极 室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜， 从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 ⁠杂质，该 杂质产生的原因是 ⁠ ⁠。 (3)注意阳极反应生成O2，O2具有氧化性， H3PO2和H2P 均具有还原性，二者会 被O2氧化生成P 。 P 　 H2P 或H3PO2会被阳极反应生成的O2氧化生成P 4. (双选)(2023·武汉模拟)科学家近年发明了一种新型光电催化装置，它能将葡萄糖和CO2转化为甲酸盐，如图所示。光照时，光催化电极a产生电子(e－)和空穴(h＋)，图中的双极膜中间层中的H2O会解离产生H＋和OH－。 下列说法错误的是(　BC　) BC A. 光催化电极a的反应为C6H12O6＋12h＋ ＋18OH－ 6HCOO－＋12H2O B. 双极膜中间层中的H＋在外电场的作 用下向催化电极a移动 C. 理论上电路中转移4 mol e－时可生成 2 mol HCOO－ D. 阳极区和阴极区的pH均减小 该装置可以将葡萄糖转化为甲酸盐，C6H12O6在电极a处得到空穴(h＋)生 成HCOO－，此过程中C6H12O6被氧化，故电极a为阳极，电极反应为 C6H12O6＋12h＋＋18OH－ 6HCOO－＋12H2O，故A正确；电解池中 阳离子向阴极移动，则双极膜中间层中 的H＋在外电场的作用下向催化电极b移 动，故B错误；CO2在电极b处得电子生 成HCOO－，电极反应为 CO2＋2e－＋H＋ HCOO－， 理论上电路中转移4 mol e－时可以在催化电极b处得到2 mol HCOO－，另 外光催化电极a处得到2 mol HCOO－，共可生成4 mol HCOO－，故C错 误；光催化电极a处发生反应：C6H12O6＋ 12h＋＋18OH－ 6HCOO－＋12H2O，氢 氧根离子浓度减小，pH减小，电极b处 CO2转化为甲酸，然后甲酸和KHCO3溶 液反应使溶液pH减小，故D正确。 $$