1、专题突破 电化学中“离子交换膜”的应用使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。离子交换膜在电化学中的作用：l隔离某些物质防止发生反应；l用于物质的制备；l物质分离、提纯等。离子交换膜的功能：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阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。一阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过；二阴离子交换膜只允许阴离子通过；三质子交换膜只允许质子(H+)通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。例1、微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理
2、如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()AA.正极反应中有CO2生成；B.微生物促进了反应中电子的转移；C.质子通过交换膜从负极区移向正极区；D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O。例题评讲：C例2、利用反应6NO2+8NH3=7N2+12H2O构成电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。下列说法不正确的是()01电流从右侧电极经过负载后流向左电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极；侧电极；02为使电池持续放电，离子交换膜选为使电池持续放电，离子交换膜选用阴离子交换膜；用阴离子交换膜；03电极电极A A反应式为反应式为2NH
3、3-6e-2NH3-6e-=N2+6H+=N2+6H+；04当有当有4.48 L NO2(4.48 L NO2(标准状况标准状况)被处被处理时，转移电子为理时，转移电子为0.8 mol0.8 mol。例例3、现有离子交换膜、石墨电极和如图所示现有离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽，电解的电解槽，电解KI的淀粉溶液制取的淀粉溶液制取KOH，一，一段时间后段时间后区附近变蓝色，下列叙述中区附近变蓝色，下列叙述中错误错误的是的是()A.KOH、H2均在均在区产生区产生;B.图中图中A为阴离子交换膜为阴离子交换膜;C.区的电极连接电源的正极区的电极连接电源的正极;D.阴极反应式为阴极反应式为2H+
4、2e-=H2。B例例4、室温时，在室温时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒酸性溶液中加少量锌粒后，后，Fe3+立即被还原成立即被还原成Fe2+，组成的原电池装，组成的原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述和水分子通过，下列有关叙述正确正确的是的是()A.A.该原电池的正极反应是该原电池的正极反应是Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+；B.B.电池工作一段时间后，甲池的电池工作一段时间后，甲池的c(Clc(Cl-)增大；增大；C.C.一段时间后，乙池中溶液的红色逐渐褪去；一段时间后，乙池中溶液的红色逐渐褪去；D.D
5、.石墨电极上发生氧化反应。石墨电极上发生氧化反应。C例例5、工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜，其工作原理如图所示。下列说法中离子交换膜，其工作原理如图所示。下列说法中不不正确正确的是的是()A.A.阴极材料可以是阴极材料可以是Fe,Fe,含氧酸根杂质不参与电极反应含氧酸根杂质不参与电极反应B.B.该电解槽的阳极反应式为该电解槽的阳极反应式为4OH4OH-4e-4e-=2H=2H2 2O+OO+O2 2C.C.通电后，该电解槽阴极附近溶液的通电后，该电解槽
6、阴极附近溶液的pHpH会逐渐减小会逐渐减小D.D.除去杂质后，氢氧化钾溶液从出口除去杂质后，氢氧化钾溶液从出口B B导出来导出来C例例7、目目前海水液化可采用双极膜电液析法、同时获得副产品，前海水液化可采用双极膜电液析法、同时获得副产品，其模拟工作原理如图所示。其中双极其模拟工作原理如图所示。其中双极膜膜(BP)是是阴阴、阳复合膜，、阳复合膜，在直在直流流电的作用下，阴、阳电的作用下，阴、阳膜膜复合层间的复合层间的H2O解离成解离成H+和和OH-,作为作为H+和和OH-离子源。离子源。M、N 为离子交换膜。下列说法为离子交换膜。下列说法正确正确的的是是()A.X 电极为电解池的阴极，该电极反应
7、式为：电极为电解池的阴极，该电极反应式为：2H+-2e-=H2B.电子流向：电子流向：电源负极电源负极X电极电极Y 电极电极电源正极电源正极C.电路中每转移电路中每转移1mol 电子，电子，X、Y两极共得到标准状况下两极共得到标准状况下16.8L的气体的气体D.M为阳离子交换膜，为阳离子交换膜，A室获得副产品室获得副产品NaOH;若去掉若去掉B室室双极膜，双极膜，B室产物不变室产物不变C例例8、硼化钒（硼化钒（VB2）-空气电池是目前储电能力最空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如下：该电池工作时的反应高的电池，电池示意图如下：该电池工作时的反应为为4VB211O2=4B2O32V2O
8、5。下列说法。下列说法正确正确的是的是()A.电极电极a为电池负极为电池负极B.反应过程中溶液的反应过程中溶液的pH升高升高C.电池连续反应过程中，选择性透过膜采用阳离电池连续反应过程中，选择性透过膜采用阳离子选择性膜子选择性膜D.VB2极的电极反应式为：极的电极反应式为：2VB2+22OH-22e=V2O5+2B2O3+11H2O D 例例9、世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法，其装置如图所示。下原理净化鱼池中水质的方法，其装置如图所示。下列说法列说法正确正确的是的是()A.X为电源负极为电源负极B.若该装置在高温下进行，则净
9、化效率将降低若该装置在高温下进行，则净化效率将降低C.若有若有1molNO3-被还原，则有被还原，则有6molH+通过质子膜迁通过质子膜迁移至阴极区移至阴极区D.若若BOD为葡萄糖为葡萄糖(C6H12O6)，则，则1mol葡萄糖被完全葡萄糖被完全氧化时，理论上电极流出氧化时，理论上电极流出20 mol e-B例例10、科学家用氮化镓科学家用氮化镓(GaN)材料与铜作电极组装材料与铜作电极组装如下图所示的人工光合系统，成功地实现了以如下图所示的人工光合系统，成功地实现了以CO2 和和H2O合成合成CH4。下列说法。下列说法不正确不正确的是的是()A.该过程是将太阳能转化为化学能和电能该过程是将太
10、阳能转化为化学能和电能;B.GaN 表面发生氧化反应表面发生氧化反应,有有O2 产生产生;C.电解液中电解液中H+从质子交换膜右侧向左侧迁移从质子交换膜右侧向左侧迁移;D.Cu表面电极反应式：表面电极反应式：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。C例例11、下列装置由甲、乙两部分组成（如图所示），甲是下列装置由甲、乙两部分组成（如图所示），甲是将废水中乙二胺将废水中乙二胺H2N(CH2)2NH2氧化为环境友好物质形成氧化为环境友好物质形成的化学电源；乙是利用装置甲模拟工业电解法来处理含的化学电源；乙是利用装置甲模拟工业电解法来处理含Cr2O72-废水，电解过程中溶液发生反应：废水，电解过程
11、中溶液发生反应：Cr2O72-+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O。当电池工作时，。当电池工作时，下列说法下列说法错误错误的是的是()A.甲中甲中H+透过质子交换膜由左向右移动透过质子交换膜由左向右移动B.乙池中乙池中Fe棒应与甲池中的棒应与甲池中的M极相连极相连C.M极电极反应式：极电极反应式：H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-=2CO2+N2+16H+D.若溶液中减少了若溶液中减少了0.OlmolCr2O72-，则电路中至少转移了，则电路中至少转移了0.06 mol电子电子B例例12、现在污水治理越来越引起人们的重视，通过膜电池现在污水治理越来越引起人们的重视，通过膜
12、电池可以除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚可以除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚()，其原，其原理如右图所示，下列说法理如右图所示，下列说法正确正确的是的是()A.A极为电池的正极，发生氧化反应极为电池的正极，发生氧化反应B.电流从电流从B极经导线、小灯泡流向极经导线、小灯泡流向A极极C.A极的电极反应式为极的电极反应式为:D.当外电路中有当外电路中有0.2mole-转移时，转移时，A极极区增加区增加H+0.2molC例例13、处理工业酸性废水中处理工业酸性废水中NO3-的电解池工作原理的电解池工作原理如图所示，电解总反应为如图所示，电解总反应为4NO3-+4H+2N2+5O2+2H2O。下列说法。下列说
13、法正确正确的是的是()A.X电极上发生还原反应电极上发生还原反应B.Y电极上发生的电极反应为电极上发生的电极反应为2NO3-+10e-+12H+=N2+6H2OC.电解池工作时，电解池工作时，H+从质子交换膜右侧向左侧移动从质子交换膜右侧向左侧移动D.电解池工作时电解池工作时,电路中每通过电路中每通过2mol电子，生成电子，生成15.68L气体气体B例例14、【2 2016新课标新课标1卷】卷】三室式电渗析法处理含三室式电渗析法处理含NaNa2 2SOSO4 4废水的原理如图所示，采用惰性电极，废水的原理如图所示，采用惰性电极，abab、cdcd均为离子交均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两
14、膜中间的换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的NaNa+和和SO42-可通可通过离子交换膜，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。室。下列叙述下列叙述正确正确的是的是()A A.通电后中间隔室的通电后中间隔室的SOSO4 42离子向正极迁移，正极区溶液离子向正极迁移，正极区溶液pHpH增大增大B B.该法在处理含该法在处理含NaNa2 2SOSO4 4废水时可以得到废水时可以得到NaOHNaOH和和H H2 2SOSO4 4产品产品C C.负极反应为负极反应为2H2H2 2O O 4e 4e =O=O2 2+4H+4H+，负极区溶液，负极区溶液
15、pHpH降低降低D D.当电路中通过当电路中通过1mol1mol电子的电量时，会有电子的电量时，会有0.5mol0.5mol的的O O2 2生成生成B例例15、【2 2016浙江卷浙江卷】金属（金属（M M）空气电池（如图）具有原料易空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO4M+nO2 2+2nH+2nH2 2O=4M(OH)O=4M(OH)n n已知：电池的已知：电池的“理论比能量理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释
16、放指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法出的最大电能。下列说法不正确不正确的是的是()A A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面；利于氧气扩散至电极表面；B B.比较比较MgMg、AlAl、ZnZn三种金属三种金属空气电池，空气电池，AlAl空气电池的理论比能空气电池的理论比能量最高；量最高；C C.MM空气电池放电过程的正极反应式空气电池放电过程的正极反应式4M4Mn+n+nO+nO2 2+2nH+2nH2 2O+4neO+4ne=4M(OH)=4M(OH)n nD D.在在M
17、gMg空气电池中，为防止负极区沉积空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)Mg(OH)2 2，宜采用中性电解，宜采用中性电解质及阳离子交换膜。质及阳离子交换膜。C例例16、一种电解法合成氨的装置如图所示，该法采一种电解法合成氨的装置如图所示，该法采用高质子导电性的用高质子导电性的SCY陶瓷，用吸附在它内外表面陶瓷，用吸附在它内外表面上的金属上的金属Pd多晶薄膜做电极，实现了多晶薄膜做电极，实现了570、常压、常压下高转化率合成氨。下列叙述下高转化率合成氨。下列叙述正确正确的是的是()A.阴极的电极反应式为阴极的电极反应式为N2+8H+6e2NH4+;B.该装置工作时，该装置工作时，H+从从a极
18、区向极区向b极区迁移极区迁移;C.每生成每生成1mol NH3，有，有3g H2被氧化被氧化;D.该装置实现了在常温常压下高转化率合成氨。该装置实现了在常温常压下高转化率合成氨。C例例17、2019江苏江苏节选节选CO2的资源化利用能有效减少的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。排放，充分利用碳资源。电解法转化电解法转化CO2可实现可实现CO2资源化利用。电解资源化利用。电解CO2制制HCOOH的原理示意图如下。的原理示意图如下。写出阴极写出阴极CO2还原为还原为HCOO的电极反应式：的电极反应式：。电解一段时间后，阳极区的电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其溶液浓度
19、降低，其原因是原因是 。CO2 +H+2e=HCOO 阳极产生阳极产生O2，pH减小，减小，HCO3-浓度降低；浓度降低；K+部分迁部分迁移至阴极区。移至阴极区。例例18、【20202020新课标新课标1卷】卷】焦亚硫酸钠（焦亚硫酸钠（NaNa2 2S S2 2O O5 5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：答下列问题：制备制备Na2 2S S2 2O O5 5也可采用三室膜电解技术，装置如也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中图所示，其中SOSO2 2碱吸收液中含有碱吸收液中含有NaHSONaHSO3 3和和NaNa2 2SO
20、SO3 3。阳极的电极反应式为阳极的电极反应式为_。电解后，电解后，_室的室的NaHSO3 3浓度增加。将该浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到室溶液进行结晶脱水，可得到NaNa2 2S S2 2O O5 5。2H2H2 2O O4e4e4H4H+O+O2 2 a a例例20、【20182018新课标新课标3 3卷】卷】KIOKIO3 3是一种重要的无机化合物，是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：KIO3 3也可采用也可采用“电解法电解法”制备，装置如图所示。制备，装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式写出电解时阴极的电极反应式_。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_，其迁移方向是其迁移方向是_。与与“电解法电解法”相比，相比，“KClO“KClO3 3氧化法氧化法”的主要不足之处的主要不足之处有有 （写出一点）。（写出一点）。2H2H2 2O+2eO+2e2OH2OH+H+H2 2K+a到到b产生产生ClCl2 2易污染环境等易污染环境等 祝大家生活愉快，学习进步 再 见
