内容正文:
专题四 电化学
电化学中的“膜”法(多池与多室)
新人教版 高中化学 2026届 二轮复习
近几年全国卷的高考中,涉及离子交换膜的试题较多,且常考常新。离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中离子具有选择性透过的高分子膜。根据透过的微粒类型,离子交换膜可以分为多种,在高考试题中,主要出现的是阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种,其功能是在于选择性通过某些离子和阻断某些离子或隔离某些物质,从而制备、分离或提纯某些物质。
1、什么是离子交换膜?
选择透过或不能透过的,可以是分子、离子、气体,水等
原电池:正→正;负→负;电解池:阴阳相吸
2、原理(以阳离子交换膜为例)
交换膜上有很多微孔,“孔道”上有许多带负电荷的基团,阳离子可以自由通过“孔道”,由浓度大的区域向浓度小的区域移动。阴离子受到“孔道”带负电荷基团的排斥而不能进入“孔道”中,因而不能通过交换膜。这就是“选择性”透过的原因。
其构造与工作示意图如图所示:阴离子交换膜的构造和工作原理与此相同,只不过是“孔道”中带正电荷基团而已。
知识重构
离子交换膜一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。在应用时,主要是利用它的离子选择透过性。
知识重构
3、离子交换膜的功能:
使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
4、离子交换膜在电化学中的作用:
(1)隔离某些物质或离子,防止阴极产物和阳极产物发生反应。
(2)用于物质的制备,在阴极或阳极得到对应的产物。
(3)对物质进行分离、提纯等。
5、分类
P45T1(2025·江苏卷)以稀H2SO4为电解质溶液的光解水装置如图所示,总反应为2H2O 2H2↑+O2↑。下列说法正确的是( )
A.电极a上发生氧化反应生成O2
B.H+通过质子交换膜从右室移向左室
C.光解前后,H2SO4溶液的pH不变
D.外电路每通过0.01 mol电子,电极b上产生0.01 mol H2
A
真题感悟
B
真题感悟
P45T3.(2025·河南卷)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化,并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )
A.Ⅱ为阳离子交换膜
B.电极a附近溶液的pH减小
C.电极b上发生的电极反应式为[Fe(CN)6]4-+e-===[Fe(CN)6]3-
D.若海水用NaCl溶液模拟,则每脱除58.5 g NaCl,理论上可回收1 mol LiCl
D
真题感悟
【思考】如何判断离子交换膜类型?
模型构建
根据溶液呈电中性,巧借离子迁移方向的判断,确定离子交换膜的类型。
①离子从“生成区”移向“消耗区”
以电解CO2制HCOOH为例,其原理如图所示。
阴
CO2 + 2e-+ 2H+= HCOOH
阳
2H2O - 4e-= O2↑+ 4H+
生成H+
消耗H+
质子交换膜
②离子从“原料区”移向“产物区”
【思考】如何判断离子交换膜类型?
模型构建
根据溶液呈电中性,巧借离子迁移方向的判断,确定离子交换膜的类型。
H2PO2-
H+
2H2O - 4e-= O2↑+ 4H+
2H2O+2e-= H2↑+2OH-
阳膜
阴膜
阳膜
以电渗析法制备H3PO2为例,其原理如图所示
H++H2PO2-= H3PO2
③溶液“浓→稀”,离子移出;溶液“稀→浓”,离子移入
正
负
一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化,其工作原理如图所示。
Cl-
Na+
阴膜
阳膜
【思考】如何判断离子交换膜类型?
模型构建
根据溶液呈电中性,巧借离子迁移方向的判断,确定离子交换膜的类型。
P45T4.(2025·云南卷)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。除硼原理:[B(OH)4]-+H+===B(OH)3+H2O。下列说法错误的是( )
A.Pt电极反应:4OH--4e-===O2↑+2H2O
B.外加电场可促进双极膜中水的电离
C.Ⅲ室中,X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D.Ⅳ室每生成1 mol NaOH,同时Ⅱ室最多生成1 mol B(OH)3
C
真题感悟
P46T3.(2025·陕西西安模拟)目前可采用“双极膜组”电渗析法淡化海水,同时获得副产品A和B,其模拟工作原理如图所示。M和N为离子交换膜,在直流电作用下,双极阴阳膜(BP)复合层间的H2O解离成H+和OH-,作为H+和OH-的离子源。下列说法正确的是( )
模型解题
B
A.X电极为阴极,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑
B.“双极膜组”电渗析法可应用于从盐溶液(MX)制备相应的酸(HX)和碱(MOH)
C.M为阳离子交换膜,N为阴离子交换膜,BP膜的作用是选择性通过Cl-和Na+
D.电路中每生成标准状况下5.6 L气体a,理论上获得副产品A和B各
0.25 mol
$