第29讲 电解池 金属的腐蚀与防护（4）隔膜 多室电解池 课件-2027届高三化学一轮复习

最适合真实课堂教学的课件！ 简洁、启智！ 1.7.2013 ‹#› 隔膜（离子交换膜） 多室电解池 离子交换膜在电化学中的应用 隔膜（离子交换膜） 1. 常见的隔膜。 隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。 2. 离子交换膜的种类。 （1）阳离子交换膜 阳离子交换膜简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H+和其他阳离子通过，不允许阴离子或分子通过。 （2）阴离子交换膜 阴离子交换膜简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子或分子通过。 （3）质子交换膜 质子交换膜只允许H+通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 （4）双极隔膜（简称双极膜）。 2. 离子交换膜的种类。 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OH-可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的反应提供各自理想的pH条件。 隔膜（离子交换膜） 3. 隔膜的作用。 （1）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。 （2）能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。4. 离子交换膜选择的依据：离子定向移动的方向。 5. 离子交换膜的应用。 隔膜（离子交换膜） 多室电解池 多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，将电解池分为两室、三室等，以达到浓缩、净化、提纯以及电化学合成的目的。 多室电解池 即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过, 多室电解池 两室电解池（单模） 以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例,其原理如图所示: （1）甲是 极；乙是 极。说出判断的依据。 阳 阴 根据“阴阳相吸”判断，Na+移向的乙电极是阴极。根据“阳极放氧生酸”判断，左侧有氧气生成的甲电极是阳极。 多室电解池 两室电解池（单模） 以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例,其原理如图所示: 4C-- 4e-+2H2O === 4HC+O2↑ （2）阴极电极反应式 。 阳极电极反应式 。 4H2O+4e- === 2H2↑+4OH- 多室电解池 三室电解池（双模） 以三室电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例，其原理如图所示： （2） 阴极反应式为 ；阳极反应式为 。 （1） ab是 离子交换膜，cd是 离子交换膜。 阳 阴极区生成的带负电荷的OH-，吸引中间隔室的K+向阴极迁移，得到KOH溶液，ab膜为阳离子交换膜。 4H2O+4e- === 2H2↑+4OH- 2H2O-4e- === O2↑+4H+ 阴 多室电解池 四室电解池（三模） 右图是以四室电渗析法制备H3PO2(次磷酸)的工作原理图。 （1）甲膜是 离子交换膜。 甲膜 乙膜 丙膜 阳 （2）乙膜是 离子交换膜。 阴 （3）丙膜是 离子交换膜。 阳 （4）阴极电极反应式为： ； 4H2O+4e- === 2H2↑+4OH- （5）阳极电极反应式为： ； 2H2O-4e- === O2↑+4H+ 【例】用电解法可提纯含有某种含含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是（ ） A.阳极反应式为 4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.通电后阴极区溶液pH会增大 C.K+通过阳离子交换膜从阴极区移向阳极区 D.纯净的KOH溶液从b口导出 C 用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示。下列有关说法正确的是( ) A.阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2 B.b极的电极反应式为2H2O-2e-===O2↑+4H+ C.产品室中发生的反应是B(OH)3+OH-===B(OH D.每增加1 mol H3BO3产品,NaOH溶液增重22 g D 双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H+和OH-，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。如图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。下列说法正确的是（ ） A.出口2的产物为HBr溶液 B.出口5的产物为硫酸溶液 C.Br-可从盐室最终进入阳极液中 D.阴极电极反应式为2H++2e-== H2↑ D 阴极,水中H+放电,双极膜中水解离生成的H+移向阴极区,OH-移向交换室1,与NaBr溶液中通过阳离子交换膜进入交换室1的Na+组成NaOH溶液,出口1为Na2SO4溶液,出口2为NaOH溶液,同理,阳极,水中OH-放电,双极膜中的OH-移向阳极,H+移向交换室2,与通过阴离子交换膜进入交换室2的Br-组成HBr,出口4产物为HBr溶液,出口5为Na2SO4溶液。 【练1】(2024·黑吉辽，12)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为： 　 　　　　 　　　　 。 下列说法错误的是（ ）　　　　　　　　　　　　　　　　 A.相同电量下H2理论产量是传 统电解水的1.5倍 B.阴极反应： 2H2O+2e-===2OH-+H2↑ C.电解时OH-通过阴离子交换膜 向b极方向移动 D.阳极反应：2HCHO-2e-+4OH-== 2HCOO-+2H2O+H2↑ A 据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO-，HCHO发生氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，阳极反应：①HCHO+OH--e-===HCOOH+H2↑， ②HCOOH+OH-===HCOO-+H2O，阴极反应：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，即转移2 mol电子时，阴、阳两极各生成1 mol H2，共2 mol H2；而传统电 解水：2H2O　 　2H2↑+O2↑，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，故A错误、B正确； 由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，OH-通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确； 由分析可知阳极反应为2HCHO-2e-+4OH-===2HCOO-+2H2O+H2↑，故D正确。 【练2】(2021·天津，11)如图所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是（ ） A.a是电源的负极 B.通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附 　近滴加石蕊溶液，出现红色 C.随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大 D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下) C 通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则b为电源的正极，a为电源的负极，石墨电极Ⅰ为阴极，故A正确； 石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B正确； 随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C错误； 当0.01 mol Fe2O3完全溶解时，消耗0.06 mol氢离子，根据阳极电极反应式2H2O-4e-===O2↑+4H+，产生0.015 mol氧气，体积为336 mL (折合成标准状况下)，故D正确。 【练3】(2022·山东，13)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是（ ） BD A.装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大 B. 装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸 C.乙室电极反应式为 LiCoO2+2H2O+e-===Li++Co2++4OH- D.若甲室Co2+减少200 mg，乙室 Co2+增加300 mg，则此时已进行 过溶液转移 电池工作时，左边装置中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体：CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO-失去电子后，H+、金属阳 离子通过阳膜移向甲室，甲室溶液pH减小，A错误； 对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，电极反应式为LiCoO2+e-+4H+===Li++Co2++2H2O，C错误； 依据电子守恒，乙室消耗的H+比负极CH3COO-反应产生的H+多，因而需补充盐酸，B正确； 根据转移电子守恒，可知没有进行溶液转移时，乙室Co2+增加的质量是甲室Co2+ 减少质量的2倍，而实际二者倍数为=1.5<2，故此时已进行过溶液转移，D正确。 $