2020届高考化学一轮复习讲义 第6章 专题讲座3 隔膜在电化学中的功能

2021年高考化学总复习第六章《化学反应与能量》专题讲座三隔膜在电化学中的功能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。

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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

3．离子交换膜选择的依据离子的定向移动。

4．离子交换膜的应用问题思考(1)用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有何缺陷？答案缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；缺陷2：Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量。

(2)用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有哪些？答案(1)平衡电荷，形成闭合回路；(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸；(3)避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；(4)避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。

题组一离子交换膜在原电池中的应用1．已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数之比。

现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。

下列说法正确的是()A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同B．能量转化形式不同C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质答案 C解析Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应、负极反应和正极反应式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，电流效率降低，而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多，右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩，Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。

“隔膜”在电化学装置中的应用1 几种常见的“隔膜”（1）阳离子交换膜：对阳离子有选择性透过作用的膜，简称阳膜。

（2）质子交换膜：一般指对H＋有选择性透过作用的膜。

（3）阴离子交换膜：对阴离子有选择性透过作用的膜，简称阴膜。

（4）“两性离子”交换膜：同时含有阳离子交换基团和阴离子交换基团的离子交换膜，对某些离子有较高的选择性，主要用于离子分离和回收溶液中的微量金属。

（5）双极性膜：一面是阴离子交换膜，另一面是阳离子交换膜，中间有一层很薄的相界面，在直流电作用下，相界面中的H2O解离成H＋和OH－并分别透过阳膜和阴膜，作为H＋和OH －的供应源，简称双极膜。

2 解读含“隔膜”的多室电解池模型多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性（只允许带某种电荷的离子通过）将电解池分为两室、三室、四室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。

（1）“双膜三室”电解池在电解装置中，应用两个离子交换膜隔开三个盛有电解质溶液的“室”。

如图1－3－10所示，“双膜”通常为离子交换膜a和离子交换膜b，“三室”为Ⅰ室、Ⅱ室和Ⅲ室。

根据电解的目的不同，离子交换膜a和离子交换膜b可以均是阳离子交换膜，也可以均是阴离子交换膜，还可以一个是阳离子交换膜，一个是阴离子交换膜。

图1－3－10（2）“三膜四室”电解池在电解装置中，应用三个离子交换膜隔开四个盛有电解质溶液的“室”。

以四室电渗析法制备H3PO2（次磷酸）为例，其工作原理如图1－3－11所示：图1－3－11电解稀硫酸的阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋（放氧生酸），产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO2－通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稀溶液的阴极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－（放氢生碱），原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。

典例详析考法（2018全国Ⅰ节选）焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。

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SO2－4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SO2－4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――――――――――――――→根据电解时，阳离子移向阴极阴离子移向阳极SO 2－4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 －===H 2↑，pH 增大；“＋”极反应为4OH －－4e －===O 2↑＋2H 2O ，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。

2020届高三化学电化学专题复习隔膜在电化学中的应用（学案及训练）知识精讲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。

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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

3、解这类问题可以分三步：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。

充当盐桥的作用，除起导电作用外，还能起到隔离作用，避免电极与电解质溶液或产物之间发生反应，避免产物因发生反应而造成危险等。

强化训练1、已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极材料失去电子总数之比。

现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。

下列说法正确的是()A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同B．能量转化形式不同C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率D．5min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质答案 C2、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SO2－4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SO2－4离子向正极迁移，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生成答案 B3、电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示。

专题讲座三隔膜在电化学中的功能1．常见的隔膜隔膜又叫离子互换膜，由高分子特殊材料制成。

离子互换膜分三类：(1)阳离子互换膜，简称阳膜，只许诺阳离子通过，即许诺H＋和其他阳离子通过，不许诺阴离子通过。

(2)阴离子互换膜，简称阴膜，只许诺阴离子通过，不许诺阳离子通过。

(3)质子互换膜，只许诺H＋通过，不许诺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，避免发生化学反映。

(2)能选择性的通过离子，起到平稳电荷、形成闭合回路的作用。

3．离子互换膜选择的依据离子的定向移动。

4．离子互换膜的应用1．用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有何缺点？答案缺点1：Cl2和H2混合而引发爆炸；缺点2：Cl2与NaOH反映生成NaClO，阻碍NaOH的产量。

2．用以下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子互换膜的作用有哪些？答案(1)平稳电荷，形成闭合回路；(2)避免Cl2和H2混合而引发爆炸；(3)幸免Cl2与NaOH反映生成NaClO，阻碍NaOH的产量；(4)幸免Cl－进入阴极区致使制得的NaOH不纯。

题组一离子互换膜在原电池中的应用1．已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数之比。

现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如下图。

以下说法正确的选项是()A．Ⅰ和Ⅱ的电池反映不相同B．能量转化形式不同C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质答案C解析Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部份相同，电池反映，负极反映和正极反映式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反映，致使部份能量损失(或部份电子没有通过电路)，电流效率降低，而Ⅱ装置采纳阴离子互换膜，铜与氯化铜接触，可不能发生副反映，放电进程中互换膜左侧负极的电极反映式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多，右边正极的电极反映式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷多余，Cl－从互换膜右边向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置， C 正确；放电一段时刻后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中互换膜左侧生成氯化铜，右边生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D 项错误。

11 “隔膜”电解池在工业生产中的应用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。

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，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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

3．“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。

1．工业上可利用下图所示电解装置吸收和转化SO2(A、B均为惰性电极)。

下列说法正确的是( )A．A极接电源的正极B．A极区溶液的碱性逐渐增强C．本装置中使用的是阴离子交换膜D．B极的电极反应式为SO2＋2e－＋2H2O===SO2－4＋4H＋解析：选B。

A项，由HSO－3生成S2O2－4，发生还原反应，A极为阴极，应接电源的负极，错误；B项，阴极的电极反应式为2HSO－3＋2H＋＋2e－===S2O2－4＋2H2O，碱性增强，正确；C项，阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO2－4＋4H＋，离子交换膜应使H＋从右向左移动，应为阳离子交换膜，错误；D项，B极为阳极，发生SO2＋2H2O－2e－===SO2－4＋4H＋，错误。

2．制备二氧化锰的装置如图，阳极以硫酸锰和硫酸混合液为电解液，阴极以稀硫酸为电解液，电解装置中大箭头表示溶液中阳离子移动的方向。

下列说法正确的是( )A．N是电源的负极B．右侧气孔逸出的气体可能为副产物H2C．石墨电极的电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋D．电解过程中阳离子交换膜左侧硫酸浓度基本不变，右侧减小解析：选C。

2021届高三化学一轮复习——隔膜在电化学中的功能知识梳理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。

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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

3．离子交换膜选择的依据离子的定向移动。

4．离子交换膜的应用问题思考(1)用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有何缺陷？答案缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；缺陷2：Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量。

(2)用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有哪些？答案①平衡电荷，形成闭合回路；②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。

强化训练1．已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数之比。

现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。

下列说法正确的是()A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同B．能量转化形式不同C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质答案C解析Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应、负极反应和正极反应式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，电流效率降低，而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多，右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩，Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。

专题讲座（六） 隔膜在电化学的作用第一部分：高考真题感悟1．（2020·海南·高考真题）某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是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O 2+4e - -4H + =2H 2O 【答案】A【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，氧气易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。

A ．该电池将乙烯和水转化为了乙醛，可用于乙醛的制备，故A 符合题意；B ．根据分析，a 电极为正极，b 电极为负极，故B 不符合题意；C ．电池工作时，氢离子移向正极，a 电极的反应式为O 2+4e - +4H + =2H 2O ，a 电极附近pH 升高，故C 不符合题意；D ．根据分析，a 电极为正极，正极发生还原反应，a 电极的反应式为O 2+4e - +4H + =2H 2O ，故D 不符合题意；答案选A 。

理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。

现以NaCl 溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH 3COO -的溶液为例)。

下列说法错误的是A ．负极反应为 -+-322CH COO +2H O-8e =2CO +7HB ．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C ．当电路中转移1mol 电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD ．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1 【答案】B【解析】据图可知a 极上CH 3COOˉ转化为CO 2和H +，C 元素被氧化，所以a 极为该原电池的负极，则b 极为正极。

A ．a 极为负极，CH 3COOˉ失电子被氧化成CO 2和H +，结合电荷守恒可得电极反应式为CH 3COOˉ+2H 2O -8eˉ=2CO 2↑+7H +，故A 正确；B ．为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a 极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b 极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B 错误；C ．当电路中转移1mol 电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molClˉ移向负极，同时有1molNa +移向正极，即除去1molNaCl ，质量为58.5g ，故C 正确；D ．b 极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H ++2eˉ=H 2↑，所以当转移8mol 电子时，正极产生4mol 气体，根据负极反应式可知负极产生2mol 气体，物质的量之比为4:2=2:1，故D 正确；故答案为B 。