2020版新一线高考化学（鲁科版）一轮复习教学案：专项突破13　隔膜在电化学装置中的应用

专项突破(十三)　隔膜在电化学装置中的应用

1．隔膜的分类

隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：

(1)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，不允许阴离子通过。

(2)阴离子交换膜，简称阴膜，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，不允许其他阳离子和阴离子通过。

2．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。

注意：①反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同。②同种交换膜，转移相同的电子数，如果离子所带电荷数不同，迁移离子数不同。③离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。

[典例导航]

(2016·全国卷Ⅰ，T11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是(　　)

A．通电后中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液pH增大

B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C．负极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，负极区溶液pH降低

D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成

[思路点拨]　直流电场作用→图中的“－”极和“＋”极就是阴极和阳极SO移向“＋”极，Na＋移向“－”极―→ab为阳离子交换膜，cd为阴离子交换膜―→“－”极反应为2H＋＋2e－===H2↑，pH增大；“＋”极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，pH减小。

答案：B

(1)ab为________________(填“阴”或“阳”，下同)离子交换膜，cd为________离子交换膜。

(2)正极区的电极反应式为______________________________________，

正极区的pH变________(填“大”或“小”)，从平衡角度解释原因___________________________________________________________

___________________________________________________________。

(3)当正极产生0.5 mol气体时，通过cd膜的离子数目为________。

答案：(1)阳　阴

(2)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　小　正极区溶液中存在H2OH＋＋OH－，OH－放电，c(OH－)减小，上述平衡右移，使c(H＋)>c(OH－)，且c(H＋)逐渐增大，pH减小

(3)6.02×1023(或NA)

[对点训练]

1．(2019·保定模拟)用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法中不正确的是(　　)

A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极

B．阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．图中的b>a

D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2

B　[根据Na＋和SO的移向可知Pt(Ⅰ)为阴极，反应为2H＋＋2e－===H2，Pt(Ⅱ)为阳极，反应为SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋。]

2．(2014·全国卷Ⅰ，改编)次磷酸(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、阴离子通过)：

(1)左电极为________极，电极反应式为_______________________________

___________________________________________________________。

(2)阳极室中的________通过阳膜进入产品室；原料室中________通过阳膜进入阴极室；原料室中________通过阴膜进入产品室。

(3)产品室中发生的离子反应方程式为______________________________。

(4)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___________________________________________________________

___________________________________________________________。

答案：(1)阳　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑)

(2)H＋　Na＋　H2PO

(3)H＋＋H2PO===H3PO2

(4)PO　H2PO(或H3PO2)被氧化

3．某原电池装置如下图所示，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)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)。

解析：(1)正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，负极的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，隔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2a 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)n(Cl2)＝0.5 mol，n(Cl－)＝1 mol。正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，n(e－)＝1 mol，Ag－e－＋Cl－===AgCl，交换膜右侧溶液中增加了1 mol负电荷(或增加了1 mol Cl－)，左侧减少了1 mol负电荷(或减少了1 mol Cl－)。如果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。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。

答案：(1)2a　>　(2)1　Cl－　右　左　＝