讲义10 破解电解池中膜的作用-2022年高考化学二轮专题精品讲义【电化学专题】

讲义10 电化学中离子交换膜的作用
1、离子交换膜的类型和作用

2、“隔膜”电解池的解题步骤
第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜
第二步：写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向
第三步：分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成
危险
3、多室电解池中膜的应用：多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，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，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的
(1)两室电解池
①制备原理：工业上利用如图两室电解装置制备烧碱

阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质
②阳离子交换膜的作用
防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸。避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量
(2)三室电解池
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。

阴极的NO被还原为NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。
(3)多室电解池
利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示。

电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室



【常见题型归纳】
应用一　用于物质的分离和提纯
1、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，图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法不正确的是(　　)

A．Cl－由中间室移向左室 B．X气体为CO2
C．处理后的含NO废水的pH降低 D．电路中每通过4 mol电子，产生标准状况下X气体的体积为22.4 L
应用二　判断离子的迁移方向
2、KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式________________________________
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________
3、制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为
____________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5

应用三　判断离子交换膜的类型
4、四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是(　　)

A．b、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
B．通电后Ⅲ室中的Cl－透过c迁移至阳极区
C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高
D．电池总反应为4NaCl＋6H2O4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑
【课后作业】
1、用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．阳极室溶液由无色变成棕黄色
B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
2、高铁酸盐(如Na2FeO4)已经被广泛应用在水处理方面，以铁质材料为阳极，在高浓度强碱溶液中利用电解的方式可以制备高铁酸盐，装置如图。下列说法不正确的是(　　)

A．a为阳极，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．为防止高铁酸根扩散被还原，则离子交换膜为阳离子交换膜
C．在电解过程中溶液中的阳离子向a极移动
D．铁电极上有少量气体产生原因可能是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
3、海水中含有大量Na＋、Cl－及少量Ca2＋、Mg2＋、SO，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，如图所示。下列说法正确的是( )

A．b膜是阳离子交换膜 B．A极室产生气泡并伴有少量沉淀生成
C．淡化工作完成后A、B、C三室中pH大小为pHA