课时精讲27 交换膜在电化学中的运用（精讲）-2022-2023学年高二化学精讲精练（人教选择性必修1）

第四章化学反应与电能课时精讲27交换膜在电化学中的运用【目标导航】1．认识常见的离子交换膜。2．能对带膜的电化学装置进行分析。【知识导图】交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。考点一离子交换膜型【例1】(2022•全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是() A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移B．Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移C．MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2OD．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O【答案】A【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42-，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)42-，Ⅱ区的SO42-向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。A项，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B项，Ⅰ区的SO42-向Ⅱ区移动，B正确；C项，MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D项，电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O，D正确；故选A。【解题技法】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。【对点训练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===SO＋4H＋【答案】B【解析】A项，由HSO生成S2O，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＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O，碱性增强，正确；C项，阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋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－===SO＋4H＋，错误。考点二质子膜型【例2】(2020·山东新高考卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是()A．阳极反应为2H2O-4e-=4H++O2↑B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H+由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量 【答案】D【解析】a极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b极通入氧气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。A项，依据分析a极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是2H2O-4e-=4H++O2↑，故A正确，但不符合题意；B项，电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH值不变，故B正确，但不符合题意；C项，有B的分析可知，C正确，但不符合题意；D项，电解时，阳极的反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，阴极的反应为：O2+2e-+2H+=H2O2，总反应为：O2+2H2O=2H2O2，要消耗氧气，即是a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，故D错误，符合题意；故选D。【解题技法】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。【对点训练2】废水中的乙酸钠和氯苯()可以利用微生物电池除去，其原理如图所示，下列说法错误的是(　　)A．该装置能将化学能转化为电能B．B极上发生氧化反应C．每有1molCH3COO-被氧化，废水中通过8mol电子D．A极电极反应式为+2e-+H+Cl-+【答案】C【解析】该装置是原电池，能将化学能转化为电能，A项正确;原电池中阳离子向正极移动，所以B极是负极，发生氧化反应，B项正确;电子只能通过导线传递，不能通过溶液，C项错误;A极是正极，电极反应式为+2e-+H+==Cl-+，D项正确。