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离子交换膜在电化学中的应用
[知识必备]
离子交换膜在原电池和电解池中均有较广泛的应用，且常出常新。
1．离子交换膜的功能
使离子选择性定向迁移，其目的是平衡整个电解质的离子电荷守恒。
2．交换膜在电化学中的作用
(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯，防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。
(2)用于物质的分离、提纯等。
(3)用于制备纯净的物质。
3．离子交换膜的类型
根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过，另外还有特殊离子交换膜，只允许相应的离子通过。
4．离子交换膜类型的判断
根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：
(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。
(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。
(3)在利用电解原理制备物质时，选择离子交换膜的类型，既要考虑阴、阳极电极反应式，同时也要考虑产品室和原料室在装置图中的位置。
如：利用电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3，装置图如下：
阳极室放出O2，消耗OH－余出H＋，则H＋应向产品室移动，阴极室放出H2，消耗H＋余出OH－，则原料室中的Na＋应向阴极室移动，B(OH)－4应向产品室移动，所以a膜、c膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，选择离子交换膜时产品室和原料室的位置也起到关键性的作用。
[例1] (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，生产
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
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。
每小题有一个或两个选项符合题意。
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。
1 章末综合检测(六) 化学反应与能量
一、选择题：本题包括10小题，每小题只有一个选项最符合题意。
1．(2021·山西太原调研)在25 ℃ 101 kPa时，下列关于反应热的说法不正确的是( )
A．1 mol 钠与2 mol 钠完全燃烧时，燃烧热相同
B．CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ/mol，则2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH＝－(2×283.0)kJ/mol
C．在稀溶液中：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ/mol，若将含1 mol HNO3的稀溶液与含1 mol Ba(OH)2的稀溶液混合，放出的热量为57.3 kJ
D．2 g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol
D [燃烧热是以1 mol 物质完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量为基准，故1 mol 钠与2 mol 钠完全燃烧时，燃烧热相同，A项正确；CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ/mol，则2 mol CO(g)完全燃烧放出热量为2×283.0 kJ，热化学方程式为2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH＝－(2×283.0)kJ/mol，B项正确；含1 mol HNO3的稀溶液与含1 mol Ba(OH)2的稀溶液混合生成1 mol H2O(l)，故放出的热量为57.3 kJ，C项正确；2 g H2为1 mol，完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，则氢气燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ/mol，D项错误。]
2．(2021·浙江东阳调研)根据能量变化示意图，下列热化学方程式正确的是( )
A．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－(b－a)kJ·mol－1
2020届高考化学人教版第一轮专题复习强化训练：隔膜在电化学中的功能（含解析）
1 / 12 2020届高考化学人教版第一轮专题复习强化训练
隔膜在电化学中的功能
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.5min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，2020届高考化学人教版第一轮专题复习强化训练：隔膜在电化学中的功能（含解析）
2 / 12 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。
2、二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，有关叙述正确的是(
)
A.该装置能实现化学能100%转化为电能
B.电子移动方向为：a极→b极→质子交换膜→a极
C.a电极的电极反应式为：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
D.当b电极消耗22.4LO2时，质子交换膜有4molH＋通过
答案 C
解析 A项，化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，错误；B项，电子不能经过电解质溶液，所以电子由a极――→导线b极，错误；C项，a为负极，发生氧化反应，电极反应式为：CH3OCH3－12e－2020届高考化学人教版第一轮专题复习强化训练：隔膜在电化学中的功能（含解析）
