大单元四 第十章 热点强化18 离子交换膜电化学装置（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（人教版 京津辽渝鄂云晋皖黑吉桂贵甘赣豫新青宁蒙藏陕川冀湘）

色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 热点强化18离子交换膜电化学装置 1.常见的离子交换膜 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功能的膜，通常由特殊高分 子材料制成。 离子交换膜分为： ()阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。 (②)阴离子交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 (3)质子交换膜，只允许H+通过，不允许其他阳离子或阴离子通过。 (④)双极隔膜，是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间 界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产物H+和O一可在电场力 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。 2.离子交换膜的作用 ()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，提高产品的纯度或避 免不安全因素。 (②)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 3.分析方法 ()根据膜的性质和离子在溶液中的迁移方向，画出离子透过膜的方向；(2)寻找迁出室溶液中 浓度较大的迁移离子；(3)分析离子在迁入室的浓度增大和在迁出室的浓度减小，以及带来的 实质变化。 可热点专练 一、含离子交换膜的电池 1.(2020海南，11)某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是( ) ⑧ CH CHO H H 02 CH2=CH2 质子 H,O a电极 交换膜 b电极 A.电池可用于乙醛的制备 B.b电极为正极 C.电池工作时，a电极附近pH降低 D.a电极的反应式为O2+4e一4H+=2H2O 答案A 独家授权侵权必究 色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxXk.c0m● 您身边的互联网+教辅专家 解析该燃料电池中，乙烯和水发生氧化反应，所以通入乙烯和水的电极是负极，氧气得电 子发生还原反应，所以通入氧气的电极是正极，由图可知负极上乙烯和水生成乙醛和氢离子， 氢离子移向正极，正极上氧气和氢离子反应生成水，X为水，由此分析。电池工作时，氢离 子移向正极，a电极的反应式为O2十4e-+4H+一2H2O,a电极附近pH升高，故C、D不 符合题意。 2.(2021河北，9)K-O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池， 下列说法错误的是( ) 隔肜 -KO. 有机电解质1有机电解质2 A.隔膜允许K+通过，不允许O2通过 B.放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极 C.产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22 D.用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水 答案D 解析金属性强的钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K+通过， 不允许O2通过，故A正确；放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极， 充电时，b电极应与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，故B正确；生成1mol超氧化 钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比为(1mol×71gmol-):(1mol×32gmol-)≈2.22：1， 故C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应的化学方程式为2PbSO4十2H2O一PbO2十Pb+ 2H2SO4,反应每消耗2mol水时，转移2mol电子，由得失电子守恒可知，消耗3.9g钾时， 铅酸蓄电池消耗水的质量为3.9g39g·mol-1×18gmol-1=1.8g,故D错误。 3.我国科学家开发出了一种ZO电池系统，该电池具有同时合成氨和对外供电的功能， 其工作原理如图所示，下列说法错误的是( NO 负载 3H2O3 NHz NaOH溶液H 3NaSO,溶液 30H NO Zn/ZnO电极 MoS,电极 双极膜 A.电极电势：Zn/ZnO电极<MoS2电极 B.Zn/ZnO电极的反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O C.电池工作一段时间后，正极区溶液的pH减小 ·独家授权侵权必究 色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxXk.c0m● 您身边的互联网+教辅专家 D.电子流向：Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极 答案C 解析Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，正极电势高于负极电势，A正确；正极区消 耗的H+源于双极膜解离出的H+,且产生的NH3会部分溶解，所以正极区溶液的pH不会减 小，C错误；电子流向：负极→负载一正极，D正确。 二、含离子交换膜的电解池 4.以纯碱溶液为原料，通过电解的方法可制备小苏打，原理装置图如下： 电源 气体X 小苏打(aq) NaOH溶液Y 乙池 纯碱(aq) NaOH溶液Z Na+交换膜 上述装置工作时，下列有关说法正确的是( A.乙池电极接电源正极，气体X为H2 B.Na+由乙池穿过交换膜进入甲池 C.NaOH溶液Z的浓度比NaOH溶液Y的小 D.甲池电极反应为4OH--4e-=2H20+O2↑ 答案C 解析由甲池放出O2知，乙池电极为电解池的阴极，和电源负极连接，溶液中水电离出的 氢离子放电生成氢气，A项错误；电解池中阳离子移向阴极，B项错误；阴极附近水电离出 的氢离子放电破坏了水的电离平衡，电极附近氢氧根离子浓度增大，NaOH溶液Y的浓度比 NaOH溶液Z的大，C项正确；甲池电极为阳极，电解质溶液中水电离出的氢氧根离子放电 生成氧气，氢离子浓度增大，碳酸根离子结合氢离子生成碳酸氢根离子，出口为碳酸氢钠溶 液，则电极反应式为4CO2-3+2H2O-4e一4HC0-3+O2↑，D项错误。 5.(2021·全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如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一，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下 列说法正确的是() 电源 铅电极 H.O H-C (乙醛酸) (乙二醛) 00 墨电 HO-C-C-OH (乙二酸) ++OH (乙醛酸) 饱和乙二酸溶液双极膜乙二醛+KB溶液 A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用 独家授权侵权必究 色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 )) B.阳极上的反应式为：HOCC一OH+2H++2e--→HO一C一C-H+H20 C.制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol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 答案D 解析KB在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生 成的Br2与乙二醛反应制备乙醛酸，故A错误；阳极上Br一失去电子生成Br2,Br2将乙二醛 氧化为乙醛酸，故B错误；电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙 醛酸转移的电子为2mol,1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移的电子为2mol,根据转移电子 守恒可知制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；由上述分析 可知，双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极，即H+移向铅电极，故D正确。 6.(2023·广东惠州高三联考)次磷酸钴\a\vs4\a1\co1(Co2P022)广泛应用于化学镀钴， 以金属钴和次磷酸钠为原料，采用四室电渗析槽电解法制备次磷酸钴的装置如图所示。下列 说法正确的是() 石墨 B NaH2PO,NaOH 稀硫酸 浓溶液 :稀溶液 产品室 原料室 A.Co电极连接电源负极 B.C采用阴离子交换膜 C.石墨电极的电极反应式为2H2O+2e-一2OH-+H2↑ D.工作时，原料室中NaH2PO2的浓度不变 答案C 解析此电解池用金属钴和次磷酸钠制备次磷酸钴，因此C。电极失去电子作阳极，与电源 的正极相连，A项错误；电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，产品室中得到 次磷酸钴，阳极区生成的Co2+和原料室中的H2PO一2都移向产品室，为了确保产品的纯度 和原料室电荷守恒，原料室中的Na+移向阴极区，因此A、B、C分别采用阳离子交换膜、 阴离子交换膜、阳离子交换膜，工作时原料室中NaH2PO2的浓度减小，B、D项错误；石墨 电极作阴极，电极反应式为2H2O+2e一2OH-十H2↑，C项正确。 7.某科研小组研究采用BED膜堆如图所示，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。 BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。己知：在直流电源的作用下， 双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H+和OH一。下列说法错误的是() ◆独家授权侵权必究 色学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 6.ZxXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 混合酸 混合碱 电 OH H OH H 电 a b A B NaSO溶液HO浓海水H2O Na,SO溶液 A.电极a连接电源的正极 B.B为阳离子交换膜 C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D.Ⅱ口排出的是淡水 答案B 解析根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电 极a为阳极，连接电源的正极，A项正确；水在双极膜A解离后，H+吸引阴离子透过B膜 到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B项错误；电解质溶液采用N2SO4溶液，电解时生成 H2和O2,可避免有害气体的产生，C项正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧 移动，淡水从Ⅱ口排出，D项正确。 ·独家授权侵权必究·